WO2007071414A1 - Antrieb und hydrostatische kolbenmaschine mit rückgewinnung von bremsenergie - Google Patents

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WO2007071414A1
WO2007071414A1 PCT/EP2006/012353 EP2006012353W WO2007071414A1 WO 2007071414 A1 WO2007071414 A1 WO 2007071414A1 EP 2006012353 W EP2006012353 W EP 2006012353W WO 2007071414 A1 WO2007071414 A1 WO 2007071414A1
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piston engine
drive
engine unit
hydrostatic piston
drive shaft
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PCT/EP2006/012353
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Matthias Müller
Steffen Mutschler
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Bosch Rexroth Ag
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19149—Gearing with fluid drive

Definitions

  • the invention relates to a drive with recovery of braking energy with a hydrostatic piston engine and such a hydrostatic piston engine.
  • hydrostatic piston engines In drives of vehicles or implements, it is known to store by using hydrostatic piston engines braking energy and then recover. Thus, it is known, in particular in hydrostatic travel drives, to drive a hydrostatic transmission via an internal combustion engine. During a braking operation of such a vehicle, the hydrostatic piston engine operated as a motor then acts as a pump and delivers pressure fluid into a designated reservoir. In this way, pressure energy is stored in the memory. This pressure energy can then be recovered by the pressure fluid flowing out of the reservoir at high pressure being fed back to the hydraulic motor on the input side.
  • Such a drive with an adjustable hydraulic motor, a high-pressure accumulator and a low-pressure accumulator is known from AT 395 960 B.
  • the propulsion drive proposed therein comprises an adjustable hydraulic motor, which can be deflected from a neutral position in a first direction and in an opposite second direction. During a normal forward drive operation, the hydraulic motor is deflected in a first direction. The hydraulic motor is charged on the input side with a pressure medium conveyed by a hydraulic pump. Upon reaching the target driving speed of the swivel angle of the hydraulic motor taken back and preferably reduced to zero, so that the vehicle rolls freely. To decelerate the vehicle, the energy released during the braking process is stored.
  • the hydraulic motor is deflected opposite to its previous direction during driving.
  • the hydraulic motor now pumps the pressure medium in the opposite direction and conveys the pressure medium into the high-pressure accumulator.
  • the pressure medium required to convey pressure medium into the high pressure accumulator is taken from the low pressure accumulator.
  • the conveying direction reverses again.
  • the hydraulic motor is swung counter to the deflection direction during the braking process to a corresponding acceleration of the delivery volume.
  • the high-pressure side In the case of the drive device known from AT 395 960 B, the high-pressure side always remains the same with respect to the connection side of the hydraulic motor.
  • the drive described has the disadvantage that the storage and use of the braking energy requires a considerable regulatory effort due to the swinging of the hydraulic motor. Such a regulatory effort arises above all, since a hydraulic motor, which is usually provided for driving the vehicle, at the same time must take over the storage and recovery of kinetic energy and the drive of the vehicle.
  • the invention has for its object to provide a drive and a suitable axial piston for this purpose, in which the function of energy storage and recovery can be switched on.
  • the object is achieved by the hydrostatic piston machine according to claim 1 and the drive according to claim 11.
  • the hydrostatic piston engine unit according to claim 1 comprises a housing in which a cylinder drum and a drive shaft are rotatably mounted.
  • the cylinder drum is rotatably connected to the drive shaft by means of a coupling.
  • the possibility of non-rotatably connecting the cylinder drum to the drive shaft via a coupling has the advantage that there is no permanent connection between the cylinder drum and the drive shaft.
  • the drive shaft can thus be formed as part of the drive train, wherein the remaining components of the hydrostatic piston engine unit for storing and recovering the energy are only rotated when storage or recovery is just required. During the rest of the operation of the drive, however, the cylinder drum can remain uncoupled and the rotating masses are significantly reduced. This ensures a better response of the drive, since an angular momentum change of the hydrostatic piston engine unit is not required.
  • the drive according to the invention comprises a drive shaft and at least one first memory for storing pressure energy.
  • the first memory is connected to a hydrostatic piston engine unit.
  • the hydrostatic piston engine unit has a coupling and is connectable by means of the coupling with the drive shaft of the drive.
  • an engagement of the hydrostatic Be provided piston engine unit in the event that a storage of pressure energy in the first memory is necessary.
  • the connection is interrupted and the hydrostatic piston engine unit stands still.
  • acceleration and deceleration of the hydrostatic piston engine unit during normal driving operation is not required.
  • the reduction of the rotating masses is also advantageous here.
  • Ring gear and the housing of the piston engine made in one piece.
  • connection and arrangement of the ring gear of the planetary gear can be the radial
  • the clutch is designed according to its preferred embodiment as a multi-plate clutch.
  • Such multi-plate clutches have in an arrangement within the housing of the hydrostatic piston engine unit the advantage that they are already running as running in an oil bath couplings.
  • Such a multi-plate clutch has the advantage that can be dispensed with a separate clutch housing.
  • the lubrication of all involved coupling components is fulfilled by the in one located in the interior of the housing of the hydrostatic piston engine unit tank volume pressure medium.
  • the drive shaft of the hydrostatic piston engine is designed as a through shaft.
  • a flange can be provided on both sides of the hydrostatic piston engine unit, so that the hydrostatic piston engine unit can be easily integrated into a drive train.
  • the hydrostatic piston engine unit thus assumes the function of a drive shaft of the drive train, which can thereby be constructed without an offset.
  • the two reservoirs are connected to each other via the hydrostatic piston engine unit.
  • the two accumulators together form a hydraulic cradle, wherein the hydrostatic piston engine unit in each case conveys pressure medium taken from the accumulator into the other accumulator.
  • pressure medium is sucked in from the second accumulator by the hydrostatic piston engine unit and conveyed while increasing the pressure in the first accumulator.
  • pressure medium is withdrawn from the first reservoir, which is designed as a high-pressure accumulator, and released into the second accumulator via the hydrostatic piston engine unit.
  • the hydrostatic piston engine unit acts as a hydraulic motor and transmits torque via the closed clutch to the drive shaft.
  • the at least one first reservoir is separable from the hydrostatic piston engine unit via a shut-off device.
  • a shut-off device By such a possibility of separation, an escape of pressure medium from the pressure accumulator is not possible even if the hydrostatic piston engine unit in a simple embodiment has a fixed displacement.
  • the pressure energy stored in the first memory is maintained and use of the stored energy at a later time is possible.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a drive according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a first inventive hydrostatic piston engine
  • Fig. 3 is a schematic representation of a second hydrostatic piston engine unit according to the invention.
  • a drive 1 according to the invention is shown greatly simplified.
  • the drive 1 according to the invention has a drive motor 2.
  • the drive motor 2 may be, for example, a diesel engine in a construction vehicle.
  • the drive 1 is a travel drive of such a construction machine.
  • a vehicle transmission 3 is driven via a drive shaft 4.
  • the vehicle transmission 3 may, for example, have a hydrostatic transmission.
  • a hydrostatic transmission comprises a hydraulic pump, which is connected to the drive shaft 4, as well as a hydraulic motor connected therewith in a closed circuit.
  • the output torque generated by the hydraulic motor is transmitted via a differential input shaft 5 to a differential gear 6.
  • the differential gear 6 is about a first Half shaft 7a and a second half shaft 7b connected to the two driven wheels 8a, 8b.
  • the present drive 1 is executed by way of example only as a traction drive.
  • Other drive trains are just as conceivable in mobile and stationary applications in which drive and braking torques are transmitted via rotating shafts.
  • the drive shaft 4 is designed as a through shaft by a hydrostatic piston engine unit 10.
  • a clutch 9 is provided, via which the piston engine 11 with the drive shaft 4 is connectable.
  • the piston engine 11 while the actual engine of the hydrostatic piston engine unit 10 is referred to.
  • a first reservoir 12 and a second reservoir 13 are connected to the hydrostatic piston engine 11.
  • the first accumulator 12 is connected to a connection of the hydrostatic piston machine 11 via a first accumulator line 14.
  • the second memory 13 is connected via a second storage line 15 to a second connection of the hydrostatic piston machine 11.
  • the hydrostatic piston engine 11 can be operated both as a pump and as a motor. In the case of storage of braking energy, the hydrostatic piston engine 11 is set in rotation due to the inertia of the driven vehicle and pumping from the second memory 13 pressure medium in the first memory 12. In this case, a compressible volume present in the first memory 12 is compressed and thus the Braking energy stored in the form of pressure energy in the first memory 12.
  • the two reservoirs 12, 13 or at least the first reservoir 12 are preferably separable from the hydrostatic piston engine 11 via a shut-off device.
  • a gear stage 16 is provided, which is arranged in the direction of force flow between the clutch 9 and the hydrostatic piston engine 11.
  • the gear stage 16 includes a first gear 17 and a second gear 19, which are in permanent engagement.
  • the first gear 17 is rotatably mounted on the drive shaft 4 by means of a bearing 18.
  • the storage device for storing braking energy is disconnected from the vehicle drive in such a driving state.
  • the clutch 9 is closed and the first gear 17 brought by a rotationally fixed connection by means of the clutch 9 to the same speed as the drive shaft 4.
  • the second gear 19 is set in rotation and transmits this rotational movement via a connecting shaft 20 to the hydrostatic piston engine 11.
  • the hydrostatic rotates Piston engine 11 at a higher speed than the drive shaft 4.
  • the transmission ratio of the transmission stage 16 is thus an adjustment of the speed of the drive shaft 4 to the ideal in terms of efficiency speed of the hydrostatic piston engine 11 possible.
  • the hydrostatic piston engine unit 10 can also be advantageously arranged in the region of the differential input shaft 5 or at another position downstream of the vehicle transmission 3. This has the advantage that the vehicle transmission 3 is not arranged between the differential gear 6 and the hydrostatic piston engine unit 10 in the storage of kinetic energy released. Mechanical losses that occur, for example, in a manual transmission as a vehicle transmission 3, thus not negatively affect the recovery of the released kinetic energy or the storage in the form of pressure energy.
  • the hydrostatic piston engine unit 10 comprises the hydrostatic piston engine 11, which is arranged in a housing 21.
  • a first drive shaft bearing 22 and a second drive shaft bearing 23 are arranged in the first and second drive shaft bearings 22, 23, the drive shaft 4 'is rotatable stored.
  • the hydrostatic piston engine 11 comprises a cylinder drum 24, which is also rotatably mounted on the drive shaft 4 '.
  • a first cylinder drum bearing 25 and a second cylinder drum bearing 26 is provided.
  • the first and second cylinder drum bearings 25, 26 are designed as needle bearings.
  • a plurality of cylinder bores 27 is arranged.
  • the cylinder bores 27 are longitudinally displaceable piston 28 is arranged, which are supported via a hinge connection 29 and a shoe 30 in the axial direction on a swash plate, not shown.
  • the pistons 28 therefore perform a stroke movement in the cylinder bores 27.
  • the cylinder bores 27 have cylinder openings, not shown in FIG. 2, via which the cylinder bores 27 can be connected alternately with a first connection 31 or a second connection, not shown in FIG. 2, during one revolution of the cylinder drum 24.
  • the connection 31 and the second connection, not shown, are the high-pressure or low-pressure connection of the hydrostatic piston machine 11.
  • the illustrated first connection 31 is provided in a control plate 32, which is indicated only schematically.
  • the control plate 32 has a central passage opening 33.
  • the central passage opening 33 is penetrated by an extended portion 34 of the cylinder drum 24.
  • the axial extent of the extended portion 34 is greater than the thickness of the control plate 32.
  • a tooth structure 35 is formed at an outer periphery of the extended portion 34, which is formed substantially cylindrical.
  • the tooth structure 35 forms a sun gear of a planetary gear 36 and can also be realized by a fixed to the extended portion 34 gear.
  • the first cylindrical drum bearing 25 is preferably arranged in the region of the extended portion 34, in which the toothing 35 is arranged.
  • the second cylindrical drum bearing 26 is preferably arranged at the opposite end of the cylinder drum 24.
  • the planetary gears 37 are rotatably arranged on a respective axis 39 by means of a plurality of sun gear bearings 38.
  • the axles 39 are fixed in a web 40, which has a first web bearing 41 and a second web bearing
  • the web 40 has an axial extension 43, which in its radial extent approximately coincides with the radial extent of the extended portion 34.
  • the clutch basket 44 is approximately cup-shaped and engages with an approximately hollow cylindrical shaped portion 45, the extension
  • the clutch discs have a radially inwardly directed toothing, which in corresponding, in the Fig. 2 not shown recesses of the extension 43 of the web 40 engage.
  • the clutch plates permanently rotatably connected to the extension 43 and thus connected to the web 40.
  • a clutch lining is arranged, which identifies a radially outwardly directed toothing, which engages in corresponding recesses of the region 45 of the clutch cage 44.
  • the ring gear 46 is fixedly connected to the housing 21.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a piston engine unit according to the invention.
  • the axes 39 ' are fixed to the control plate 32, which is also called the connection plate connecting.
  • the control plate 32 forms the web of the planetary operation of the second embodiment.
  • the housing 21, the control plate 32 and the axes 39 'thus form a unit of the piston engine unit of Fig. 3.
  • the corresponding elements of the embodiment of Fig. 3 are provided either with the same or corresponding primed reference numerals. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made to the function of corresponding components, as has already been explained with reference to FIG.
  • the cylinder drum 24 is in turn connected via its extended portion 24 with the sun gear of the planetary operation.
  • the sun gear is engaged with the planet gears 34 which are rotatably arranged on the axles 39.
  • the ring gear 46 ' is no longer firmly connected to the housing 21 of the piston engine unit. Rather, the ring gear 26 'is now in turn rotatably mounted on the drive shaft 4'.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine (11) und einen Antrieb (1) zur Rückgewinnung von Bremsenergie. Der Antrieb (1) umfasst eine Triebwelle (4) und einen ersten Speicher (12) zum Speichern von Druckenergie. Der erste Speicher (12) ist mit einer hydrostatischen Kolbenmaschine (11) verbunden. Die hydrostatische Kolbenmaschine (11) weist eine Kupplung (9) auf und ist mittels der Kupplung (9) mit der Triebwelle (4) verbindbar. Die hydrostatische Kolbenmaschine (11) umfasst ein Gehäuse, in dem eine Zylindertrommel und die Triebwelle (4) drehbar gelagert sind. Die Zylindertrommel ist mit der Triebwelle (4) über die Kupplung (9) drehfest verbindbar.

Description

Antrieb und hydrostatische Kolbenmaschine mit Rückgewinnung von Bremsenergie
Die Erfindung betrifft einen Antrieb mit Rückgewinnung von Bremsenergie mit einer hydrostatischen Kolbenmaschine sowie eine solche hydrostatische Kolbenmaschine.
Bei Antrieben von Fahrzeugen oder Arbeitsgeräten ist es bekannt, durch Verwendung von hydrostatischen Kolbenmaschinen Bremsenergie zu speichern und anschließend zurückzugewinnen. So ist es insbesondere bei hydrostatischen Fahrantrieben bekannt, ein hydrostatisches Getriebe über einen Verbrennungsmotor anzutreiben. Bei einem Bremsvorgang eines solchen Fahrzeugs wirkt dann die als Motor betriebene hydrostatische Kolbenmaschine als Pumpe und fördert Druckmittel in einen dafür vorgesehenen Speicher. Auf diese Weise wird in dem Speicher Druckenergie gespeichert. Diese Druckenergie kann anschließend zurückgewonnen werden, indem das mit hohem Druck aus dem Speicher abströmende Druckmittel dem Hydromotor eingangsseitig wieder zugeführt wird.
Ein solcher Fahrantrieb mit einem verstellbaren Hydromotor, einem Hochdruckspeicher und einem Niederdruckspeicher ist aus der AT 395 960 B bekannt. Der dort vorgeschlagene Fahrantrieb umfasst einen verstellbaren Hydromotor, der aus einer Neutralposition heraus in einer ersten Richtung und einer entgegengesetzten zweiten Richtung auslenkbar ist. Während eines normalen Vorwärtsfahrbetriebs wird der Hydromotor in einer ersten Richtung ausgelenkt. Der Hydromotor wird mit einem von einer Hydropumpe geförderten Druckmittel eingangsseitig beaufschlagt. Bei Erreichen der Soll- Fahrgeschwindigkeit wird der Schwenkwinkel des Hydromotors zurückgenommen und vorzugsweise auf Null reduziert, so dass das Fahrzeug frei rollt. Zum Abbremsen des Fahrzeugs wird die beim Bremsvorgang frei werdende Energie gespeichert. Hierzu wird der Hydromotor entgegengesetzt zu seiner vorangegangenen Richtung während des Fahrbetriebs ausgelenkt. Dadurch pumpt der Hydromotor das Druckmittel nun in entgegengesetzter Richtung und fördert das Druckmittel in den Hochdruckspeicher. Das zum Fördern von Druckmittel in den Hochdruckspeicher erforderliche Druckmittel wird aus dem Niederdruckspeicher entnommen. Während einer anschließend erfolgenden Beschleunigung kehrt sich die Förderrichtung wieder um. Hierzu wird der Hydromotor entgegen der Auslenkungsrichtung während des Bremsvorgangs auf ein der Beschleunigung entsprechendes Fördervolumen ausgeschwenkt. Bei der aus der AT 395 960 B bekannten Antriebseinrichtung bleibt die Hochdruckseite im Bezug auf die Anschlussseite des Hydromotors stets die selbe.
Der beschriebene Antrieb hat den Nachteil, dass die Speicherung und die Nutzung der Bremsenergie einen erheblichen Regelungsaufwand aufgrund des Umschwenkens des Hydromotors erfordert. Ein solcher Regelungsaufwand entsteht dabei vor allen Dingen, da ein Hydromotor, der in der Regel zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist, gleichzeitig das Speichern und Rückgewinnen der kinetischen Energie sowie den Antrieb des Fahrzeugs übernehmen muss.
Der Erfindung liegt eine Aufgabe zugrunde einen Antrieb sowie eine hierzu geeignete Axialkolbenmaschine zu schaffen, bei denen die Funktion der Energiespeicherung und -rückgewinnung zuschaltbar ist. Die Aufgabe wird durch die hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 sowie den Antrieb nach Anspruch 11 gelöst.
Die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit gemäß Anspruch 1 umfasst ein Gehäuse, in dem eine Zylindertrommel sowie eine Triebwelle drehbar gelagert sind. Die Zylindertrommel ist mit der Triebwelle mittels einer Kupplung drehfest verbindbar. Die Möglichkeit, die Zylindertrommel über eine Kupplung drehfest mit der Triebwelle zu verbinden, hat den Vorteil, dass keine permanente Verbindung zwischen der Zylindertrommel und der Triebwelle besteht. Die Triebwelle kann damit als Teil des Antriebstrangs ausgebildet werden, wobei die übrigen Komponenten der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit zum Speichern und Rückgewinnen der Energie lediglich dann in Drehung versetzt werden, wenn eine Speicherung oder eine Rückgewinnung gerade erforderlich ist. Während des übrigen Betriebs des Antriebs kann dagegen die Zylindertrommel abgekuppelt bleiben und die rotierenden Massen werden erheblich verringert. Dies sichert ein besseres Ansprechverhalten des Antriebs, da eine Drehimpulsänderung der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit nicht erforderlich ist .
Der erfindungsgemäße Antrieb umfasst eine Triebwelle sowie zumindest einen ersten Speicher zum Speichern von Druckenergie. Um die Druckenergie in dem Speicher speichern zu können, ist der erste Speicher mit einer hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit verbunden. Die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit weist eine Kupplung auf und ist mittels der Kupplung mit der Triebwelle des Antriebs verbindbar. Wie es schon bezüglich der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit erläutert wurde, kann auf diese Weise ein Einkuppeln der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit für den Fall vorgesehen werden, dass eine Speicherung von Druckenergie in dem ersten Speicher nötig ist. Für einen normalen Fahrbetrieb, bei dem weder eine Speicherung von Bremsenergie noch die Rückgewinnung von Bremsenergie vorgesehen ist, wird die Verbindung unterbrochen und die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit steht still. Damit ist ein Beschleunigen sowie Abbremsen der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit während des normalen Fahrbetriebs nicht erforderlich. Wie schon bei der Erläuterung der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit ist auch hier insbesondere die Reduzierung der rotierenden Massen vorteilhaft .
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen hydrostatischen
Kolbenmaschineneinheit sowie des erfindungsgemäßen Antriebs .
Insbesondere ist es vorteilhaft, die Kupplung zum Verbinden der Zylindertrommeln mit der Triebwelle in dem Gehäuse der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit anzuordnen. Hierdurch wird eine kompakte Baugruppe erreicht, welche gegenüber einer getrennten Anordnung von Kupplung und hydrostatischer Kolbenmaschineneinheit eine reduzierte Baulänge aufweist. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Kupplung über eine Getriebestufe mit der Zylindertrommel zu verbinden. Damit kann eine Anpassung der Drehzahl der mit der Zylindertrommel verbindbaren Triebwelle an den idealen Wirkungsgradbereich der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit erfolgen. Um eine möglichst kompakte Baugruppe zu realisieren, ist es dazu insbesondere vorteilhaft, die Getriebestufe als Planetengetriebe auszuführen. Die axiale Baulänge eines solchen Planetengetriebes ist verglichen mit anderen Getriebeanordnungen gering.
Eine optimale Nutzung des verfügbaren Bauraums ergibt sich außerdem, wenn das Hohlrad des Planetengetriebes fest mit dem Gehäuse der Kolbenmaschineneinheit verbunden bzw. vorzugsweise integriert ist. Idealerweise werden das
Hohlrad sowie das Gehäuse der Kolbenmaschine einstückig ausgeführt. Durch die Verbindung und Anordnung des Hohlrads des Planetengetriebes lässt sich die radiale
Ausdehnung der hydrostatischen Kolbenmaschine minimieren.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, die Zylindertrommel zum Erzeugen der gewünschten Über- bzw. Untersetzung mit dem Steg oder dem Sonnenrad des Planentengetriebes zu verbinden. Eine solche Verbindung zwischen der Zylindertrommel und dem Steg oder Sonnenrad des Planetengetriebes hat ebenfalls den Vorteil einer effizienten Ausnutzung des verfügbaren Bauraums. Bezüglich der Ausnutzung des Bauraums ist es weiterhin vorteilhaft, die Zylindertrommel drehbar auf der Triebwelle zu lagern. Durch eine solche konzentrische Anordnung der Triebwelle und der Zylindertrommel entfällt die Notwendigkeit, eine separate Lageranordnung für die Zylindertrommel vorzusehen. Wenn, wie es vorstehend als vorteilhaft ausgeführt wurde, die Zylindertrommel mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist, kann beispielsweise auch eine zweite Lagerstelle im Bereich des Sonnenrads angeordnet sein. In dem davon abgewandten Bereich der Zylindertrommel reicht somit eine weitere Lagerung auf der Triebwelle.
Die Kupplung wird gemäß ihrer bevorzugten Ausführungsform als Lamellenkupplung ausgeführt. Solche Lamellenkupplungen haben bei einer Anordnung innerhalb des Gehäuses der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit den Vorteil, dass sie ohnehin als in einem Ölbad laufende Kupplungen ausgeführt sind. Eine solche Lamellenkupplung hat den Vorteil, dass auf ein separates Kupplungsgehäuse verzichtet werden kann. Die Schmierung sämtlicher beteiligter Kupplungskomponenten wird durch das in einem im Inneren des Gehäuses der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit angeordneten Tankvolumen befindliche Druckmittel erfüllt.
Insbesondere in Verbindung mit einer mit dem Sonnenrad verbundenen Zylindertrommel ergibt sich eine vorteilhafte, kompakte Anordnung, wenn der Kupplungskorb der Lamellenkupplung mit der Triebwelle drehfest verbunden ist. Die in radialer Ausdehnung kleinere Mitnehmerseite der Kupplung ist dann der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit zugeordnet. Durch die drehfeste Verbindung des Kupplungskorbs mit der Triebwelle muss nur der im Durchmesser kleinere Mitnehmer über Lager auf der Triebwelle drehbar gelagert werden. Kleinere Lager haben gleichzeitig geringere Kosten zur Folge.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Triebwelle der hydrostatischen Kolbenmaschine als Durchgangswelle ausgeführt. Bei der Verwendung einer solchen durchgehenden Triebwelle kann zu beiden Seiten der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit ein Flansch vorgesehen werden, so dass die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit in einfacher Weise in einen Antriebsstrang integrierbar ist. Die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit übernimmt somit die Funktion einer Triebwelle des Antriebsstrangs, welche dadurch ohne einen Versatz konstruiert werden kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, zusätzlich zu dem ersten Speicher in dem Antrieb einen zweiten Speicher vorzusehen. Die beiden Speicher sind über die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit miteinander verbunden. Die beiden Speicher bilden zusammen eine hydraulische Wiege aus, wobei die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit jeweils aus dem einen Speicher entnommenes Druckmittel in den anderen Speicher fördert. Im Falle eines Bremsvorgangs wird durch die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit Druckmittel aus dem zweiten Speicher angesaugt und unter Erhöhung des Drucks in den ersten Speicher gefördert. Umgekehrt wird während einer Beschleunigungsphase aus dem ersten Speicher, welcher als Hochdruckspeicher ausgelegt ist, Druckmittel entnommen und über die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit in den zweiten Speicher entspannt. Dabei fungiert die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit als Hydromotor und überträgt Drehmoment über die geschlossene Kupplung auf die Triebwelle.
Bei dem hydrostatischen Antrieb ist es ferner vorteilhaft, den zumindest einen ersten Speicher über einer Absperrvorrichtung von der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit abtrennbar auszuführen. Durch eine solche Möglichkeit der Abtrennung ist ein Entweichen von Druckmittel aus dem Druckspeicher auch dann nicht möglich, wenn die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit in einer einfachen Ausführungsform ein festes Hubvolumen aufweist. Mit einer solchen Absperrmöglichkeit wird die in dem ersten Speicher gespeicherte Druckenergie aufrecht erhalten und eine Nutzung der gespeicherten Energie zu einem späteren Zeitpunkt ist möglich. Eine bevorzugte Ausführungsform des Antriebs sowie der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebs;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit.
In der Fig. 1 ist stark vereinfacht ein erfindungsgemäßer Antrieb 1 dargestellt. Der erfindungsgemäße Antrieb 1 weist einen Antriebsmotor 2 auf. Der Antriebsmotor 2 kann beispielsweise eine Dieselbrennkraftmaschine in einem Baustellenfahrzeug sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Antrieb 1 ein Fahrantrieb einer solchen Baumaschine.
Durch den Antriebsmotor 2 wird ein Fahrzeuggetriebe 3 über eine Triebwelle 4 angetrieben. Das Fahrzeuggetriebe 3 kann beispielsweise ein hydrostatisches Getriebe aufweisen. Ein solches hydrostatisches Getriebe umfasst eine Hydropumpe, welche mit der Triebwelle 4 verbunden ist, sowie einen damit im geschlossenen Kreislauf verbunden Hydromotor. Das von dem Hydromotor erzeugte Abtriebsmoment wird über eine Differenzialeingangswelle 5 auf ein Differenzialgetriebe 6 übertragen. Das Differenzialgetriebe 6 ist über eine erste Halbwelle 7a bzw. eine zweite Halbwelle 7b mit den beiden angetriebenen Rädern 8a, 8b verbunden.
Der vorliegenden Antrieb 1 ist lediglich beispielhaft als Fahrantrieb ausgeführt. Ebensogut sind andere Antriebsstränge in mobilen und stationären Anwendungen denkbar, bei denen Antriebs- und Bremsmomente über rotierende Wellen übertragen werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Triebwelle 4 als Durchgangswelle durch eine hydrostatische Kolbenmaschineneinheit 10 ausgeführt. Zum Antreiben der hydrostatischen Kolbenmaschine 11 ist eine Kupplung 9 vorgesehen, über welche die Kolbenmaschine 11 mit der Triebwelle 4 verbindbar ist. Als Kolbenmaschine 11 wird dabei das eigentliche Triebwerk der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit 10 bezeichnet.
Zum Speichern von Energie ist mit der hydrostatischen Kolbenmaschine 11 ein erster Speicher 12 sowie ein zweiter Speicher 13 verbunden. Der erste Speicher 12 ist über eine erste Speicherleitung 14 mit einem Anschluss der hydrostatischen Kolbenmaschine 11 verbunden. Dementsprechend ist der zweite Speicher 13 über eine zweite Speicherleitung 15 mit einem zweiten Anschluss der hydrostatischen Kolbenmaschine 11 verbunden. Die hydrostatische Kolbenmaschine 11 kann sowohl als Pumpe wie auch als Motor betrieben werden. Im Falle einer Speicherung von Bremsenergie wird die hydrostatische Kolbenmaschine 11 aufgrund der Massenträgheit des angetriebenen Fahrzeugs in Rotation versetzt und pumpt aus dem zweiten Speicher 13 Druckmittel in den erste Speicher 12. Dabei wird ein in dem ersten Speicher 12 vorhandenes kompressibles Volumen komprimiert und somit die Bremsenergie in Form von Druckenergie im ersten Speicher 12 gespeichert.
Die beiden Speicher 12, 13 oder zumindest der erste Speicher 12 sind vorzugsweise über eine Absperrvorrichtung von der hydrostatischen Kolbenmaschine 11 trennbar. Die
Absperrvorrichtung besteht in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel aus den beiden Ventilen 50, 51. Das
Absperren des ersten Speichers 12 erlaubt die Verminderung von Verlusten, wenn eine Entnahme von Druckmittel über einen längeren Zeitraum nicht erforderlich ist.
Um die hydrostatische Kolbenmaschine 11 in ihrem optimalen Drehzahlbereich betreiben zu können, ist eine Getriebestufe 16 vorgesehen, die in Kraftflussrichtung zwischen der Kupplung 9 und der hydrostatischen Kolbenmaschine 11 angeordnet ist. Die Getriebestufe 16 umfasst ein erstes Zahnrad 17 sowie ein zweites Zahnrad 19, welche in permanenten Eingriff stehen. Das erste Zahnrad 17 ist mittels eines Lagers 18 drehbar auf der Triebwelle 4 gelagert. Solange ein Kraftfluss über die Kupplung 9 nicht hergestellt ist, kann die Triebwelle 4 unabhängig von dem ersten Zahnrad 17 rotieren. Die Speichereinrichtung zum Speichern von Bremsenergie ist in einem solchen Fahrzustand von dem Fahrzeugantrieb getrennt. Zum Speichern von Bremsenergie während eines Schiebebetriebs wird die Kupplung 9 geschlossen und das erste Zahnrad 17 durch eine drehfeste Verbindung mittels der Kupplung 9 auf die selbe Drehzahl gebracht, wie die Triebwelle 4. Dementsprechend wird auch das zweite Zahnrad 19 in Rotation versetzt und überträgt diese Drehbewegung über eine Verbindungswelle 20 auf die hydrostatische Kolbenmaschine 11. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dreht sich die hydrostatische Kolbenmaschine 11 mit einer höheren Drehzahl als die Triebwelle 4. Über die Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Getriebestufe 16 ist somit eine Anpassung der Drehzahl der Triebwelle 4 an die hinsichtlich des Wirkungsgrads ideale Drehzahl der hydrostatischen Kolbenmaschine 11 möglich.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Triebwelle 4, mit der die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit 10 mittels der Kupplung 9 verbunden werden kann, als Verbindungswelle zwischen dem Antriebsmotor 2 und einem Fahrzeuggetriebe 3 angeordnet. Die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit 10 kann jedoch ebenso gut vorteilhaft im Bereich der Differentialeingangswelle 5 bzw. an einer anderen dem Fahrzeuggetriebe 3 nachgeschalteten Position angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeuggetriebe 3 bei der Speicherung von frei werdender kinetischer Energie nicht zwischen dem Differentialgetriebe 6 und der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit 10 angeordnet ist. Mechanische Verluste, die beispielsweise bei einem Schaltgetriebe als Fahrzeuggetriebe 3 auftreten, beeinflussen somit die Rückgewinnung der frei werdenden kinetischen Energie bzw. die Speicherung in Form von Druckenergie nicht negativ.
Ein konstruktives Ausführungsbeispiel einer hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit 10 ist in der Fig. 2 dargestellt. Die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit 10 umfasst die hydrostatische Kolbenmaschine 11, welche in einem Gehäuse 21 angeordnet ist. In dem Gehäuse 21 sind ein erstes Triebwellenlager 22 sowie ein zweites Triebwellenlager 23 angeordnet. In dem ersten und zweiten Triebwellenlager 22, 23 ist die Triebwelle 4' drehbar gelagert. Die hydrostatische Kolbenmaschine 11 umfasst eine Zylindertrommel 24, welche auf der Triebwelle 4' ebenfalls drehbar gelagert ist. Hierzu ist ein erstes Zylindertrommellager 25 sowie ein zweites Zylindertrommellager 26 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das erste und das zweite Zylindertrommellager 25, 26 als Nadellager ausgeführt.
In der Zylindertrommel 24 ist eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 27 angeordnet. In den Zylinderbohrungen 27 sind längs verschieblich Kolben 28 angeordnet, welche über eine Gelenkverbindung 29 und einen Gleitschuh 30 in axialer Richtung an einer nicht dargestellten Schrägscheibe abgestützt sind. Während einer Drehung der Zylindertrommel 24 führen die Kolben 28 daher eine Hubbewegung in den Zylinderbohrungen 27 aus. Die Zylinderbohrungen 27 weisen in der Fig. 2 nicht dargestellte Zylinderöffnungen auf, über die die Zylinderbohrungen 27 während eines Umlaufs der Zylindertrommel 24 wechselweise mit einem ersten Anschluss 31 oder einem zweiten, in der Fig. 2 nicht dargestellten Anschluss, verbindbar sind. Der Anschluss 31 und der nicht dargestellte zweite Anschluss sind der Hochdruck- bzw. Niederdruckanschluss der hydrostatischen Kolbenmaschine 11. Der dargestellte erste Anschluss 31 ist in einer lediglich schematisch angedeuteten Steuerplatte 32 vorgesehen.
Die Steuerplatte 32 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 33 auf. Die zentrale Durchgangsöffnung 33 wird durch einen verlängerten Abschnitt 34 der Zylindertrommel 24 durchdrungen. Die axiale Ausdehnung des verlängerten Abschnitts 34 ist größer als die Dicke der Steuerplatte 32. An einem äußeren Umfang des verlängerten Abschnitts 34, der im Wesentlichen zylindrisch ausgeformt ist, ist eine Zahnstruktur 35 ausgebildet. Die Zahnstruktur 35 bildet ein Sonnenrad eines Planetengetriebes 36 aus und kann auch durch ein an dem verlängerten Abschnitt 34 fixiertes Zahnrad realisiert sein.
Das erste Zylindertrommellager 25 ist vorzugsweise in dem Bereich des verlängerten Abschnitts 34 angeordnet, in dem die Verzahnung 35 angeordnet ist. Das zweite Zylindertrommellager 26 ist dagegen vorzugsweise am entgegengesetzten Ende der Zylindertrommel 24 angeordnet.
Mit der Verzahnung 35 befinden sich mehrere Planetenräder 37 im Eingriff. Die Planetenräder 37 sind mittels mehrerer Sonnenradlager 38 auf jeweils einer Achse 39 drehbar angeordnet. Die Achsen 39 sind in einem Steg 40 fixiert, der über ein erstes Steglager 41 und ein zweites Steglager
42 ebenfalls drehbar auf der Triebwelle 4' gelagert ist. Der Steg 40 weist eine axiale Verlängerung 43 auf, welche in ihrer radialen Ausdehnung etwa mit der radialen Ausdehnung des verlängerten Abschnitts 34 übereinstimmt.
Mit der Triebwelle 4' ist drehfest ein Kupplungskorb 44 verbunden. Der Kupplungskorb 44 ist näherungsweise topfförmig ausgebildet und übergreift mit einem in etwa hohlzylindrisch ausgeformten Bereich 45 die Verlängerung
43 des Stegs 40. In einem zwischen der Verlängerung 43 des Stegs 40 und dem Bereich 45 des Kupplungskorbs 44 ausgebildeten Zwischenraum 47 ist eine Mehrzahl von Kupplungsscheiben und Kupplungsbelägen wechselweise angeordnet.
Die Kupplungsscheiben weisen eine radial nach Innen gerichtete Verzahnung auf, welche in entsprechende, in der Fig. 2 nicht dargestellte Ausnehmungen der Verlängerung 43 des Stegs 40 eingreifen. Auf diese Weise sind die Kupplungsscheiben permanent drehfest mit der Verlängerung 43 und somit mit dem Steg 40 verbunden. Jeweils zwischen zwei benachbarten Kupplungsscheiben ist ein Kupplungsbelag angeordnet, welcher eine in radialer Richtung nach Außen gerichtete Verzahnung ausweist, die in korrespondierende Ausnehmungen des Bereichs 45 des Kupplungskorbs 44 eingreift. Durch Aufeinanderpressen der Kupplungsscheiben und Kupplungsbeläge in axialer Richtung durch eine nicht dargestellte Kupplungsbetätigung wird somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem Kupplungskorb 44 und dem Steg 40 hergestellt .
In der Fig. 2 ist eine einfache Ausführung dargestellt, in der ein einstufiges Planetengetriebe vorgesehen ist. Sofern ausreichend Bauraum zur Verfügung steht ist es auch möglich, ein mehrstufiges Planetengetriebe vorzusehen.
Anstelle der dargestellten Verbindung des Stegs mit der Kupplung und des Sonnenrads mit der Zylindertrommel 24 ist es auch möglich, den Steg 40 mit der Zylindertrommel 24 zu verbinden und umgekehrt das Sonnenrad kupplungsseitig anzuordnen. Unabhängig davon ist das Hohlrad 46 fest mit dem Gehäuse 21 verbunden. Insbesondere ist es möglich, das Hohlrad 46 als Bestandteil des Gehäuses 21 auszuformen und damit eine besonders gute Ausnutzung des verfügbaren Bauraums zu erreichen.
In der Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschineneinheit dargestellt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 die Achsen 39' fest mit der Steuerplatte 32, die auch Anschlussplatte genannt wird, verbunden. Damit bildet die Steuerplatte 32 den Steg des Planetenbetriebes des zweiten Ausführungsbeispiels. Das Gehäuse 21, die Steuerplatte 32 und die Achsen 39' bilden somit eine Einheit der Kolbenmaschineneinheit der Fig. 3. Die entsprechenden Elemente des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 sind entweder mit denselben oder entsprechenden gestrichenen Bezugszeichen versehen. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Funktion entsprechender Bauelemente verwiesen, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bereits erläutert wurde.
Die Zylindertrommel 24 ist wiederum über ihren verlängerten Abschnitt 24 mit dem Sonnenrad des Planetenbetriebes verbunden. Das Sonnenrad befindet sich im Eingriff mit den Planetenrädern 34, welche drehbar an den Achsen 39 angeordnet sind. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Hohlrad 46' nunmehr nicht mehr fest mit dem Gehäuse 21 der Kolbenmaschineneinheit verbunden. Vielmehr ist des Hohlrad 26' nun seinerseits auf der Triebwelle 4' drehbar gelagert. Zum Erzeugen einer drehfesten Verbindung zwischen der Zylindertrommel 24 und der Triebwelle 4', also einer Verbindung, bei der eine freie Rotation der Zylindertrommel 24 bezüglich der Triebwelle 4' möglich ist, wird durch Schließen der Kupplung 9 das Hohlrad 46' fest mit der Triebwelle 4' verbunden. Durch die Anordnung der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 und Fig. 3 lassen sich somit unterschiedliche Übersetzungen realisieren. Entscheidend ist in beiden Fällen, dass in ausgekuppelten Zustand die Zylindertrommel 24 frei bezüglich der Triebwelle 4' drehen kann. Wird dagegen die Kupplung 9 eingerückt und somit eine Verbindung zwischen der Zylindertrommel 24 und der Triebwelle 4' entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes hergestellt, so wirkt die Triebwelle 4' als Antriebswelle bzw. Abtriebswelle für die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit .
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind auch Kombinationen von einzelnen Merkmalen möglich.

Claims

Ansprüche
1. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit umfassend ein Gehäuse (21) in dem eine Zylindertrommel (24) und eine Triebwelle (4, 4') drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindertrommel (24) mit der Triebwelle (4, 4') mittels einer Kupplung (9) drehfest verbindbar ist.
2. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9) in dem Gehäuse (21) der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit angeordnet ist.
3. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9) über eine Getriebestufe (16) mit der
Zylindertrommel (24) verbunden ist.
4. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (16) ein Planetengetriebe (36) ist.
5. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (46) des Planetengetriebes (36) fest mit dem Gehäuse (21) der Kolbenmaschineneinheit (10) verbunden ist.
6. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindertrommel (24) zum Erzeugen einer Über- bzw. Untersetzung mit einem Steg (40) oder einem Sonnenrad
(35) des Planetengetriebes (36) verbunden ist.
7. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindertrommel (24) drehbar auf der Triebwelle (4, 4' ) gelagert ist.
8. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9) eine Lamellenkupplung ist.
9. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lammellenkupplung (9) einen Kupplungskorb (44) aufweist und der Kupplungskorb (44) mit der Triebwelle (4, 4') verbunden ist.
10. Hydrostatische Kolbenmaschineneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebwelle (4, 4') als Durchgangswelle ausgebildet ist.
11. Antrieb umfassend eine in einer Kolbenmaschineneinheit (10) angeordnete Triebwelle (4, 4') und zumindest einen ersten Speicher (12) zum Speichern von Druckenergie, der mit der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit (10) eine Kupplung (9) aufweist und über die Kupplung (9) durch die Triebwelle (4, 4') antreibbar ist.
12. Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (1) ein Fahrzeugantrieb ist und die Triebwelle (4, 4') eine Abtriebswelle eines Antriebsmotors (2) ist.
13. Antrieb nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (1) ein Fahrzeugantrieb ist und die Triebwelle (4, 4') eine Abtriebswelle eines Fahrzeuggetriebes (3) ist.
14. Antrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein hydrostatisches Getriebe umfasst.
15. Antrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zusätzlich zu dem ersten Speicher (12) einen zweiten Speicher (13) umfasst und die beiden Speicher (12, 13) über die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit (10) miteinander verbunden sind.
16. Antrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Speicher (12) über eine Absperrvorrichtung von der hydrostatischen Kolbenmaschineneinheit (10) abtrennbar ist.
17. Antrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Kolbenmaschineneinheit .(10) des Antriebs (1) eine hydrostatische Kolbenmaschineneinheit mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 ist.
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