DE102011105006A1

DE102011105006A1 - Antriebsstrang eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102011105006A1
Application number: DE201110105006
Authority: DE
Inventors: Bernward Welschof; Martin Bergmann; Lukas Krittian
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: LHY Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einem Verbrennungsmotor (2) und einem von dem Verbrennungsmotor (2) angetriebenen Fahrantrieb (3) sowie einem von dem Verbrennungsmotor (2) angetriebenen Arbeitshydrauliksystem (4), wobei das Arbeitshydrauliksystem (4) mindestens eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Hydraulikpumpe aufweist, wobei der Verbrennungsmotor (2) mit einem hydraulischen Starter (6) versehen ist. Die Aufgabe, einen derartigen Antriebsstrang zur Verfügung zu stellen, bei dem mit geringem Bauaufwand und Herstellaufwand ein hydraulischer Starter für eine Start-Stop Funktion des Verbrennungsmotors gebildet werden kann, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der hydraulische Starter (6) von mindestens einem hydrostatischen Hydromotor (7) gebildet ist, der eingangsseitig an einen hydraulischen Druckspeicher (8) angeschlossen ist, ausgangsseitig mit einem Behälter (10) in Verbindung steht und ausschließlich in einer Förderrichtung von dem Druckspeicher (8) zu dem Behälter (10) betrieben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einem Verbrennungsmotor und einem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrantrieb sowie einem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Arbeitshydrauliksystem, wobei das Arbeitshydrauliksystem mindestens eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Hydraulikpumpe aufweist, wobei der Verbrennungsmotor mit einem hydraulischen Starter versehen ist.
Mobile selbstfahrende Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeuge, Landmaschinen, Forstmaschinen und Baumaschinen, beispielsweise Bagger, Rad- und Teleskoplader, Schlepper, Mähdrescher, Feldhäcksler, Zuckerrüben- oder Kartoffelroder, weisen einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor auf, der einen Fahrantrieb und ein Arbeitshydrauliksystem für die Arbeitsfunktionen der Arbeitsmaschine antreibt. Zur Versorgung des Arbeitshydrauliksystems ist mindestens eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Hydraulikpumpe vorgesehen.
Während eines Leerlaufbetriebs, in dem der Fahrantrieb und das Arbeitshydrauliksystem nicht betätigt sind und somit von dem Verbrennungsmotor keine Drehmomentanforderung angefordert wird, wird der Verbrennungsmotor auf einer unteren Leerlaufdrehzahl betrieben. Ein derartiger Leerlaufbetrieb findet in Arbeitspausen oder während Arbeitsunterbrechungen statt.
Um den Kraftstoffverbrauch während Arbeitspausen oder Arbeitsunterbrechungen zu verringern, ist es bereits bekannt, eine sogenannte Start-Stop Funktion für den Verbrennungsmotor vorzusehen, bei der der unbelastete Verbrennungsmotor in Arbeitspausen oder bei Arbeitsunterbrechungen abgeschaltet wird und bei einer Drehmomentanforderung durch eine Arbeitsfunktion oder den Fahrantrieb automatisch wieder gestartet wird. Das Abschalten und der nachfolgende Neustart des Verbrennungsmotors erfolgt hierbei auch bei relativ kurzen Leerlaufzeiten, so dass der Startvorgang des Verbrennungsmotors entsprechend häufig im Betrieb der Arbeitsmaschine auftritt. Dies stellt hohe Anforderungen an die Starteinrichtung des Verbrennungsmotors hinsichtlich der Dauerfestigkeit und der Bereitstellung der erforderlichen Startenergie zum Starten des Verbrennungsmotors.
Zudem erfordert bei mobilen Arbeitsmaschinen während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors die im Antriebsstrang angeordnete Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems zusätzliche Energie. Bereits vorhandene elektromotrische, getriebeuntersetzte Starteinrichtungen des Verbrennungsmotors sind daher nicht geeignet, eine Start-Stop Funktion mit entsprechender Dauerfestigkeit und der erforderlicher Startenergie in wirtschaftlicher Weise herzustellen.
Bekannte Start-Stop Funktionen gehen mit einer Hybridisierung des Antriebsstrangs einher, wodurch der Start des Verbrennungsmotors und das Hochlaufen des Verbrennungsmotors in einer kurzen Zeitspanne von kleiner als 150 ms erfolgen kann. Für eine derartige Start-Stop Funktion im Wege einer Hybridisierung sind jedoch zusätzliche Komponenten im Antriebsstrang erforderlich in Form eines elektrischen Schwungradmotors- bzw. generators, einer Hochleistungsbatterie, einem als Leistungselektronik ausgebildeten Leistungssteuerungsmodul und einer elektronischen Steuerung, wodurch eine derartige Start-Stop Funktion einen erheblichen Bauaufwand aufweist und nicht unbeachtliche Mehrkosten verursacht.
Aus der gattungsgemäßen DE 10 2008 028 547 A1 ist ein gattungsgemäßer Antriebsstrang einer mobilen Arbeitsmaschine bekannt, bei dem ein hydraulischer Starter als Starter/Anlasser des Verbrennungsmotors eingesetzt wird. Der hydraulische Starter ist von einer das Arbeitshydrauliksystem mit Druckmittel versorgenden, im offenen Kreislauf betriebenen Radialkolbenpumpe gebildet, die im Antriebsstrang des Verbrennungsmotors angeordnet ist und zur Versorgung des Arbeitshydrauliksystems als Pumpe und in Verbindung mit einem hydraulischen Druckspeicher zusätzlich als Motor zum Starten des Verbrennungsmotors betrieben werden kann. Eine derartige, als Pumpe und Motor betreibbare Radialkolbenpumpe weist jedoch einen hohen Bauaufwand auf, da zur Steuerung des Druckmittelzu- und -abflusses entsprechende Ventile oder Steuerausnehmungen erforderlich sind. Sofern bei einer im offenen Kreislauf betriebenen Arbeitshydraulikpumpe, beispielsweise einer Axialkolbenpumpe mit konstantem oder verstellbarem Fördervolumen, die in der Regel im Ansauganschluss, der mit dem Behälter verbunden ist, auf hohe Sauggrenzdrehzahlen ausgelegt ist und der Ansauganschluss mit dem Ansaugkanal einen entsprechend großen Querschnitt aufweist, bei einem Motorbetrieb der Druckspeicher mit dem Ansauganschluss der Arbeitshydraulikpumpe verbunden wird, wird in der Regel das erforderliche Drehmoment zum Starten des Verbrennungsmotors nicht erreicht. Zudem ist es bei einer Verbindung des Ansauganschlusses der Arbeitshydraulikpumpe mit dem Druckspeicher während eines Motorbetriebs der Arbeitshydraulikpumpe erforderlich, den Ansauganschluss und den Ansaugkanal hochdruckfest auszubilden, wodurch der Bauaufwand weiter erhöht wird. Eine im offenen Kreislauf betriebene Arbeitshydraulikpumpe, die sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden kann oder die für einen kombinierten Pumpen- und Motorbetrieb als beidseitig verstellbare Pumpe ausgebildet ist, um in beiden Richtungen Druckmittel fördern zu können, verursacht somit einen hohen Bauaufwand.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Antriebsstrang zur Verfügung zu stellen, bei dem mit geringem Bauaufwand und Herstellaufwand ein hydraulischer Starter für eine Start-Stop Funktion des Verbrennungsmotors gebildet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der hydraulische Starter von mindestens einem hydrostatischen Hydromotor gebildet ist, der eingangsseitig an einen hydraulischen Druckspeicher angeschlossen ist, ausgangsseitig mit einem Behälter in Verbindung steht und ausschließlich in einer Förderrichtung von dem Druckspeicher zu dem Behälter betrieben ist. Ein zusätzlich zu der das Arbeitshydrauliksystem versorgenden Hydraulikpumpe und dem Fahrantrieb im Antriebsstrang angeordneter Hydromotor, der mit unter Druck stehendem Druckmittel aus einem hydraulischen Druckspeicher angetrieben wird und ausschließlich in einer Förderrichtung von dem Druckspeicher zu dem Behälter und somit ausschließlich als Motor zum Starten des Verbrennungsmotors verwendet wird, ermöglicht es bei geringem Bauaufwand, den Verbrennungsmotor mit der angekoppelten Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems aus dem Stillstand zu starten und das erforderliche Drehmoment und die erforderliche Startenergie für den Verbrennungsmotor aufzubringen, so dass eine Start-Stop Funktion des Verbrennungsmotors mit der erforderlichen Dauerfestigkeit bei geringem Bauaufwand zur Verfügung gestellt werden kann. Ein ausschließlich als Motor in einer Förderrichtung vom Druckspeicher zum Behälter betriebener hydrostatischer Hydromotor im Sinne der Erfindung ist ein Hydromotor, der ausgangsseitig mit einem Behälter in Verbindung steht und bei einem Antrieb durch den laufenden Verbrennungsmotor Druckmittel ohne Verwertung in den Behälter fördert. Eine Förderrichtung von dem Behälter in den Druckspeicher zum Laden des Druckspeichers ist mit dem erfindungsgemäßen, als hydraulischen Starter des Verbrennungsmotors eingesetzten Hydromotor nicht vorgesehen. Ein derartiger Hydromotor weist einen einfachen Aufbau auf und ermöglicht somit eine Start-Stop Funktion des Verbrennungsmotors mit geringem Bauaufwand und Herstellkosten.
Mit besonderem Vorteil sind der Hydromotor und die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems auf einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors angeordnet. Der zusätzliche Hydromotor für die Start-Stop Funktion und zum Starten des Verbrennungsmotors kann hierdurch auf einfache Weise in den Antriebsstrang des Verbrennungsmotors integriert werden.
Zur Steuerung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung in einer Verbindungsleitung des hydraulischen Druckspeichers mit der Eingangsseite des Hydromotors ein elektrisch betätigbares Steuerventil angeordnet, das bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotor in eine Durchflussstellung betätigt wird und nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors in eine Sperrstellung betätigt wird. Mit einem derartigen elektrisch betätigten Steuerventil kann auf einfache Weise ein Startventil zur Steuerung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors gebildet werden, das beim Startvorgang in eine Durchflussstellung betätigt wird, wodurch der Hydromotor von dem unter Druck stehenden Druckmittel aus dem hydraulischen Druckspeicher angetrieben wird und den Verbrennungsmotor durchdreht, so dass dieser startet. Nach dem Starten des Verbrennungsmotors wird das Steuerventil in die Sperrstellung beaufschlagt. Der Hydromotor wird hierbei von dem laufenden Verbrennungsmotor angetrieben. Da die Verbindung der Eingangsseite des von dem laufenden Verbrennungsmotor angetriebenen Hydromotors mit dem Druckspeicher von dem Steuerventil angesperrt ist, ist die Zufuhr von Druckmittel aus dem Druckspeicher zu der Eingangsseite des angetriebenen Hydromotors abgesperrt. Dadurch entsteht auf der Eingangsseite des von dem laufenden Verbrennungsmotor angetriebenen Hydromotors Kavitation, infolge der von dem angetriebenen Hydromotor kein Druckmittel gefördert wird. Dadurch sind bei laufendem Verbrennungsmotor geringe Verluste durch den Antrieb des Hydromotors erzielbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der Drehzahl des Verbrennungsmotors vorgesehen, deren Signal bei der Betätigung des Steuerventils berücksichtigt wird. Durch die von der Sensoreinrichtung erfasste Drehzahl des Verbrennungsmotors während eines Startvorgangs durch den Hydromotor kann durch eine entsprechende Betätigung des Steuerventils in die Sperrstellung vermieden werden, dass der Verbrennungsmotor während eines Startvorgangs durch den Hydromotor in einen unerwünschten Drehzahlbereich hochgedreht wird. Das Steuerventil kann somit in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert nach einem Startvorgang oder kurz vor Beenden des Startvorgangs in die Sperrstellung betätigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich zu dem Hydromotor als hydraulischen Starter ein Elektrostarter zum Starten des Verbrennungsmotors vorgesehen. Der Elektrostarter ist bevorzugt von einem elektromotorischen, getriebeuntersetzten Starter gebildet. Die Verwendung eines konventionellen Elektrostarters zusätzlich zu einem erfindungsgemäßen hydraulischen Starter ermöglicht es, situationsabhängig den Verbrennungsmotor durch den Elektrostarter oder den Hydromotor zu starten. Zweckmäßigerweise wird bei einem Start des Verbrennungsmotors nach Längeren Stillstandzeiten, insbesondere einem Kaltstart, der Elektrostarter zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt. Der Hydromotor als hydraulischer Starter dient in Verbindung für die Start-Stop Funktion zum Starten des Verbrennungsmotors nach kürzeren Stillstandszeiten und bevorzugt im Warmstart. Mit einem zusätzlichen Elektrostarter wird ermöglicht, dass das erforderliche Drehmoment des Hydromotors lediglich für amen Warmstart des Verbrennungsmotors ausgelegt werden muss, so dass sich ein geringer Bauaufwand und Bauraumbedarf für den Hydromotor erzielen lässt. Zudem ist es durch den zusätzlichen Elektrostarter nicht erforderlich, dass für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors, insbesondere nach längeren Stillstandzeiten, der Druckspeicher auf das erforderliche Speicherdruckniveau aufgeladen sein muss, um über den Hydromotor den Verbrennungsmotor starten zu können.
Besondere Vorteile sind erzielbar, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zum Erfassen des Speicherladedruckes dem Druckspeicher ein Drucksensor zugeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von dem ermittelten Speicherladedruck ein Start des Verbrennungsmotors durch den Hydromotor oder den Elektrostarter erfolgt. Mit einem Drucksensor kann auf einfache Weise der im Druckspeicher vorhandene Speicherladedruck erfasst werden und anhand des erfassten Speicherladeventils in einer das Steuerventil ansteuernden elektronischen Steuereinrichtung eine Entscheidung hinsichtlich der Auswahl der Starterart getroffen werden. Sofern ein ausreichendes Speicherdruckniveau im Druckspeicher vorhanden ist, kann durch den Hydromotor der Verbrennungsmotor hydraulisch gestartet werden. Sollte ein bestimmtes Speicherdruckniveau im Druckspeicher nicht vorhanden sein, wird der Verbrennungsmotor durch den Elektrostarter elektrisch gestartet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dem Druckspeicher eine Überwachungseinrichtung zugeordnet, die durch eine Beaufschlagung des Steuerventils in die Sperrstellung einen Mindestspeicherdruck im Druckspeicher aufrecht erhält. Mit einer derartigen Überwachungseinrichtung kann auf einfache Weise erzielt werden, dass im hydraulischen Druckspeicher ein Mindestspeicherdruck nicht unterschritten wird, beispielsweise durch ein Leersaugen des Druckspeichers nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors mit einem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Hydromotor.
Die Überwachungseinrichtung ist gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung von einer hydraulischen Ventileinrichtung, insbesondere einem Schaltventil, gebildet, das eine erste Steuerstellung aufweist, in der eine in Richtung der Sperrstellung wirkende Steuerfläche des Steuerventils zu einem Behälter entlastet ist, und eine zweite Steuerstellung aufweist, in der die in Richtung der Sperrstellung wirkende Steuerfläche des Steuerventils mit einer Druckquelle, insbesondere einer Speisedruckquelle, in Verbindung steht, wobei die Ventileinrichtung mittels einer Federeinrichtung in Richtung der zweiten Steuerstellung und von dem im Druckspeicher anstehenden Speicherladedruck in Richtung der ersten Steuerstellung beaufschlagt ist. Zweckmäßigerweise entspricht die Federkraft der Federeinrichtung dem Mindestspeicherdruck, so dass bei Unterschreiten der Federkraft durch den das Steuerventil ansteuernden Speicherladedruck das Schaltventil in die zweite Steuerstellung beaufschlagt wird, in der das als Startventil wirkende Steuerventil durch den Druck der Druckquelle, beispielsweise einem Speisedruck des Antriebsstranges, in die Sperrstellung beaufschlagt wird und somit die Verbindung des Druckspeichers mit der Eingangsseite des Hydromotors abgesperrt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Überwachungseinrichtung von einem den Speicherladedruck des Druckspeichers erfassenden Drucksensor und einer das Steuerventil ansteuernden elektronischen Steuereinrichtung gebildet. Mit einer derartigen elektronischen Steuerung des als Startventil ausgebildeten Steuerventils kann ebenfalls auf einfache Weise bei Unterschreiten eines Mindestspeicherdrucks das Steuerventil in die Sperrstellung betätigt werden.
Der als hydraulischer Starter eingesetzte Hydromotor kann nach dem Startvorgang mit einer Trennkupplung von dem Antriebsstrang getrennt werden, um einen Antrieb des Hydromotors bei laufendem Verbrennungsmotor zu vermeiden. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Umlaufleitung vorgesehen ist, die die von dem hydraulischen Druckspeicher zu der Eingangsseite des Hydromotors geführte Verbindungsleitung mit einer von der Ausgangsseite des Hydromotors zu einem Behälter geführten Behälterleitung verbindet, wobei in der Umlaufleitung eine Drossel und ein in Richtung zu der Verbindungsleitung öffnendes Sperrventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet sind. Sofern der Hydromotor nach dem Startvorgang von dem laufenden Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann über die Umlaufleitung bei in der Sperrstellung befindlichem Steuerventil ein Druckmittelumlauf zur Kühlung und Schmierung des bei laufendem Verbrennungsmotor angetriebenen Hydromotors erzielt werden. Durch entsprechende Wahl des Drosselquerschnitts der in der Umlaufleitung angeordneten Drossel kann eine bestimmte Mindestumlaufmenge gewählt und eingestellt werden, so dass sich geringe Verluste durch den bei laufendem Verbrennungsmotor mit angetriebenen Hydromotor ergeben. Das Rückschlagventil verhindert auf einfache Weise, dass beim Start des Verbrennungsmotors Druckmittel aus dem Druckspeicher unter Umgehung des Hydromotors zum Behälter abströmen kann.
Der erfindungsgemäße, ausschließlich als Motor betriebene Hydromotor als hydraulischer Starter weist keinen Pumpenbetrieb in einer zweiten Förderrichtung von dem Behälter in den Druckspeicher auf, in dem der Druckspeicher durch entsprechenden Pumpenbetrieb des Hydromotors mit Druckmittel geladen werden kann. Um ein Laden des Druckspeichers mit Druckmittel zu ermöglichen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine den hydraulischen Druckspeicher mit Druckmittel aufladende Ladeeinrichtung vorgesehen. Mit einer derartigen, zusätzlich zu dem Hydromotor als hydraulischen Starter vorgesehenen Ladeeinrichtung kann auf einfache Weise der Druckspeicher zum Starten des Verbrennungsmotors durch den Hydromotor aufgeladen werden. Das Laden des Druckspeichers kann beispielsweise während eines Abbremsens des Fahrzeugs oder bei einem Nutzsenken eines Hubantriebs der Arbeitsmaschine erfolgen, so dass eine Energierückgewinnung ermöglicht wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckspeicher auch außerhalb derartiger Rekuperationszeiträume durch eine geeignete Ladeeinrichtung geladen werden, beispielsweise im Fahrbetrieb, bei stehender Arbeitsmaschine oder während des Arbeitsbetriebs, so dass Zeiträume zum Befüllen des Druckspeichers genutzt werden können, in denen der Verbrennungsmotor mehr Leistung liefert als die Verbraucher abnehmen. Zudem ermöglicht es eine derartige Ladeeinrichtung, dass der Druckspeicher mit geringen Ladeströmen über einen längeren Zeitraum aufgeladen werden kann, so dass sich ein energetisch günstiger Ladebetrieb des Druckspeichers mit einer einfach aufgebauten Ladeeinrichtung erzielen lässt.
Die Ladeeinrichtung ist zweckmäßigerweise als eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene hydrostatische Ladepumpe ausgebildet.
Hinsichtlich eines geringen Bauaufwands für eine zusätzliche Ladepumpe ergeben sich Vorteile, wenn die Ladepumpe als in Abhängigkeit von dem Speicherladedruck gesteuerte, sauggedrosselte Hydraulikpumpe ausgebildet ist. Mit einer derartigen, von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Hydraulikpumpe kann das Laden des Druckspeichers bei laufendem Verbrennungsmotor mit geringen Ladeströmen über einen längeren Zeitraum erfolgen. Die Ladepumpe kann dadurch von einer Kolbenpumpe mit einem einzigen Verdrängerkolben gebildet werden, die einen entsprechenden geringen Bauaufwand und geringen Bauraumbedarf aufweist. Eine in Abhängigkeit von dem Speicherladedruck gesteuerte sauggedrosselte Hydraulikpumpe ermöglicht einen energieeffizienten Betrieb. Sobald der Speicherladedruck erreicht ist, kann bei einer sauggedrosselten Hydraulikpumpe der Ansaugkanal abgesperrt werden, so dass die als Ladepumpe eingesetzte Hydraulikpumpe beim weiteren Antrieb durch den Verbrennungsmotor durch die entstehende Kavitation ein vernachlässigbares Drehmoment zum Antrieb benötigt und somit entsprechend geringe Verluste erzeugt.
Die Ladepumpe kann als eine im Fördervolumen konstante Hydraulikpumpe ausgebildet sein.
Alternativ kann die Ladepumpe als ein im Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe ausgebildet werden. Eine im Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe als Ladepumpe, deren Fördervolumen druckgeregelt oder gesteuert eingestellt werden kann, ermöglicht es auf einfache Weise, den Druckspeicher gezielt bei einem Energieüberschuss, beispielsweise beim Abbremsen des Fahrzeugs oder einem Nutzsenken einer Last durch eine Rekuperation von Energie zu laden.
Alternativ ist es möglich, die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems als Ladeeinrichtung zu verwenden, so dass der Druckspeicher ohne zusätzliche Ladepumpe bei einem Drehmomentüberschuss des Verbrennungsmotors geladen werden kann.
Der als hydraulischer Starter verwendete Hydromotor kann als Axialkolbenmotor in Schrägscheibenbauweise oder Schrägsachsenbauweise ausgebildet werden, der einhubig oder mehrhubig ausgeführt sein kann. Zudem kann als hydraulischer Starter ein als einhubiger oder mehrhubiger Radialkolbenmotor ausgebildeter Hydromotor verwendet werden. Ebenfalls kann der als hydraulischer Starter verwendete Hydromotor als Flügelzellenmotor ausgebildet werden. Hinsichtlich eines einfachen Bauaufwandes mit geringen Herstellungskosten für den hydraulischen Starter ergeben sich besondere Vorteile, wenn der Hydromotor als Zahnradmotor ausgebildet ist, insbesondere als Zahnradinnenmaschine oder Zahnradaußenmaschine.
Der als hydraulischer Starter verwendete Hydromotor kann mit verstellbarem Verdrängervolumen ausgebildet werden. Hinsichtlich eines einfachen Bauaufwandes mit geringen Herstellungskosten ergeben sich Vorteile, wenn der Hydromotor ein konstantes Verdrängervolumen aufweist.
Bei einem Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebsstranges wird durch den Hydromotor ein Start des Verbrennungsmotors in einem Start-Stop Betrieb durchgeführt. Mit einem derartigen Verfahren kann durch einen zusätzlichen Hydromotor als hydraulischer Starter mit geringem Bauaufwand und mit zuverlässigem Betrieb eine Start-Stop Funktion des Verbrennungsmotors erzielt werden, bei dem der abgestellte Verbrennungsmotor im Warmstart durch den Hydromotor gestartet wird.
Um den Bauaufwand für den Hydromotor und somit den hydraulischen Starter zu verringern, wird bei einer Weiterbildung des Verfahrens bei einem Kaltstart der Verbrennungsmotor durch den Elektrostarter gestartet. Dadurch kann der Hydromotor auf ein verringertes Drehmoment zum Warmstart des Verbrennungsmotors ausgelegt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Verbrennungsmotor in einem Hochlaufbetrieb des Verbrennungsmotors durch den Hydromotor auf eine erhöhte Drehzahl beschleunigt. Der als hydraulischer Starter vorgesehene Hydromotor kann weiterhin zum kurzzeitigen Hochdrehen des Verbrennungsmotors in einen gewünschten Drehzahlbereich genutzt werden. Sofern der Verbrennungsmotor in kurzen Arbeitspausen bei einer abgesenkten Leerlaufdrehzahl betrieben wird, um Kraftstoff zu sparen, kann bei einer Leistungsanforderung des Verbrennungsmotors mit dem aus dem Druckspeicher mit Druckmittel versorgten Hydromotor ein schnelles Hochdrehen des Verbrennungsmotors auf einen gewünschten Drehzahlbereich erzielt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs in einer schematischen Darstellung,
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs in einer schematischen Darstellung,
3 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Antriebstranges,
4 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Antriebstranges,
5 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Antriebstranges,
6 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Antriebstranges,
7 einen erfindungsgemäßen Antriebstrang mit einer ersten Ausführungsform einer Ladeeinrichtung und
8 einen erfindungsgemäßen Antriebstrang mit einer zweiten Ausführungsform einer Ladeeinrichtung.
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 1 einer nicht näher dargestellten mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Flurförderzeugs oder einer Bau- bzw. Landmaschine, in einer Prinzipdarstellung dargestellt.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang 1 besteht aus einem Verbrennungsmotor 2, beispielsweise einem Dieselmotor, einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Fahrantrieb 3 sowie einem von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Arbeitshydrauliksystem 4. Das Arbeitshydrauliksystem 4 umfasst 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. Das Arbeitshydrauliksystem 4 weist zur Versorgung der Verbraucher eine oder mehrere nicht näher dargestellte Hydraulikpumpen auf, die im offenen Kreislauf betrieben sind und mit einer Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung stehen.
Der Fahrantrieb 3 kann als nicht näher dargestellter hydrostatischer Fahrantrieb ausgebildet sein, der aus einer im Fördervolumen verstellbaren Fahrpumpe, die zum Antrieb mit einer Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung steht, und einem oder mehreren im Schluckvolumen festen oder verstellbaren Hydromotoren gebildet ist, die im geschlossenen Kreislauf an die Fahrpumpe angeschlossen sind und auf nicht mehr dargestellte Weise mit den angetriebenen Rädern der Arbeitsmaschine in Wirkverbindung stehen.
Der Fahrantrieb 3 kann ebenfalls als elektrischer Fahrantrieb mit einem von dem Verbrennungsmotor 2 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.
Der Verbrennungsmotor 2 ist zum Starten aus dem Stillstand mit einem hydraulischen Starter 6 versehen, der erfindungsgemäß von mindestens einem ausschließlich als Motor betriebenen hydrostatischen Hydromotor 7 gebildet ist. Der Hydromotor 7 ist zum Starten des Verbrennungsmotors 2 mit der Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotors 2 trieblich verbunden und im dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotors 2 angeordnet.
Der Hydromotor 7 ist eingangsseitig mit einer Saugseite an einen hydraulischen Druckspeicher 8 angeschlossen. Hierzu ist eine Verbindungsleitung 9 von dem Druckspeicher 8 zu der Eingangsseite des Hydromotors 7 geführt. Der Hydromotor 7 ist ausgangsseitig mit einer Förderseite mit einem Behälter 10 in Verbindung. Hierzu ist an die Ausgangsseite des Hydromotors 7 eine zu dem Behälter 10 geführte Behälterleitung 11 angeschlossen.
Der Hydromotor 7 ist bevorzugt als Zahnradmaschine mit einem konstanten Verdrängervolumen ausgebildet.
Der Hydromotor 7 ist ausschließlich in einer einzigen Förderrichtung von dem Druckspeicher 8 zu dem Behälter 10 betrieben und somit ausschließlich als Motor zum Antrieb der Abtriebswelle 5 und somit als Starter des Verbrennungsmotors 2 betrieben.
In der Verbindungsleitung 9 ist zur Steuerung des Startvorgangs des Verbrennungsmotors 2 ein die Funktion eines Startventils aufweisendes Steuerventil 15 angeordnet, das eine Sperrstellung 15a und eine Durchflussstellung 15b aufweist. Das Steuerventil 15 ist mittels einer Federeinrichtung 16 in Richtung der Sperrstellung 15a beaufschlagt und in Richtung der Durchflussstellung 15b elektrisch betätigbar. Hierzu ist eine elektrische Betätigungseinrichtung 17, beispielsweise ein Schaltmagnet, vorgesehen, die zur Ansteuerung mit einer elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht. Das Steuerventil 15 ist bevorzugt als Schaltventil ausgebildet.
Weiterhin kann eine die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 erfassende Sensoreinrichtung 20 vorgesehen sein, die mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht.
Zum Starten des Verbrennungsmotors 2 in einem Start-Stop Betrieb des Verbrennungsmotors 2 wird das Steuerventil 15 mittels der elektronischen Steuereinrichtung 18 in die Durchflussstellung 15b beaufschlagt, so dass dem Hydromotor 7 an der Eingangsseite Druckmittel aus dem geladenen Druckspeicher 8 zuströmt, so dass der Hydromotor 7 als hydraulischer Starter über die Abtriebswelle 5 den Verbrennungsmotor 2 durchdreht, der durch diesen Vorgang startet. Nach dem Starken des Verbrennungsmotors 2 wird das Steuerventil 15 durch Beenden der Ansteuerung von der Federeinrichtung 16 in die Sperrstellung 15a beaufschlagt. Hierdurch wird die Verbindung der Saugseite des von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Hydromotors 7 abgesperrt, so dass Kavitation an der Saugseite des Hydromotors 7 auftritt und kein Druckmittel zu dem Behälter 10 gefördert wird. Dadurch entstehen geringe Verluste bei laufendem Verbrennungsmotor 2.
Das von der Sensoreinrichtung 20 ermittelte Drehzahlsignal der Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotors 2 kann bei der Ansteuerung des Steuerventils 15 während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors 2 berücksichtigt werden. Bevorzugt wird die Ansteuerung des Steuerventils 15 bei einer erreichten Drehzahl während des Startvorgangs beendet. Durch die gesteuerte Ansteuerung des Steuerventils 15 in die Sperrstellung 15a in Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl kann ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors 2 durch den Hydromotor 7 auf ein unerwünschtes Drehzahlniveau nach dem Startvorgang oder kurz vor Beenden des Startvorgangs des Verbrennungsmotors auf einfache Weise vermieden werden.
In der 2, in der eine Weiterbildung der 1 dargestellt ist, ist zusätzlich zu dem als hydraulischen Starter verwendeten Hydromotor 7 eine Elektrostarter 25 für den Verbrennungsmotor 2 vorgesehen, der als üblicher elektromotorischer, getriebeuntersetzter Starter ausgebildet ist. Der Elektrostarter 25 besteht aus einem Elektromotor 26, der über eine Trennkupplung 27 und eine Getriebestufe 28 mit der Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung steht. Zur Ansteuerung steht der Elektrostarter 25 des Verbrennungsmotors 2 mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung.
Bevorzugt erfolgt nach längeren Stillstandzeiten oder bei einem Kaltstart ein Start des Verbrennungsmotors 2 durch den Elektrostarter 25. Der Hydromotor 7 als hydraulischer Starter 6 kann daher auf ein verringertes Durchdrehmoment für einen Warmstart bei einem Start-Stop Betrieb des Verbrennungsmotors 2 ausgelegt werden. Zudem kann über den zusätzlichen Elektrostarter 25 bei einem leeren oder nicht ausreichend aufgeladenem Druckspeicher 8 ein Starten des Verbrennungsmotors 2 erfolgen.
In der 3 ist zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel der 2 ein Drucksensor 30 vorgesehen, der den Speicherladedruck des Druckspeichers 8 erfasst und mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht. Anhand des von dem Drucksensor 30 erfassten Speicherladedrucks kann eine Steuerung und Auswahl der Starterart des Verbrennungsmotors 2 durch den Hydromotor 7 als hydraulischen Starter bzw. den Elektrostarter 25 erfolgen. Sofern im Druckspeicher 8 ein entsprechender und ausreichender Speicherladedruck vorhanden ist, kann der Verbrennungsmotor 2 durch den Hydromotor 7 gestartet werden. Wird ein für einen hydraulischen Start durch den Hydromotor 7 nicht ausreichendes Druckniveau von der Sensoreinrichtung 30 erfasst, erfolgt ein Start des Verbrennungsmotors 2 durch den Elektrostarter 25.
In der 4 ist als Weiterbildung der 1 bis 3 eine Überwachungseinrichtung 35 vorgesehen, mit der ein Mindestspeicherdruck im Druckspeicher 8 aufrecht erhalten werden kann. Die Überwachungseinrichtung 35 der 4 ist als hydraulische Überwachungseinrichtung ausgebildet, die eine Ventileinrichtung 36, insbesondere ein Schaltventil, umfasst. Die Ventileinrichtung 36 weist eine erste Steuerstellung 36a auf, in der eine in Richtung der Sperrstellung 15a wirkende Steuerfläche des Steuerventils 15 zu einem Behälter 10 entlastet ist. Die Ventileinrichtung 36 weist eine zweite Steuerstellung 36b auf, in der die in Richtung der Sperrstellung 15a wirkende Steuerfläche des Steuerventils 15 mit einer Druckquelle 37 des Antriebsstranges 1, insbesondere einer Speisedruckquelle, in Verbindung steht. Die Ventileinrichtung 36 ist mittels einer Federeinrichtung 38, deren Einstellung dem Mindestspeicherdruck des Druckspeichers 8 entspricht, in Richtung der zweiten Steuerstellung 36b und von dem im Druckspeicher 8 anstehenden Speicherladedruck in Richtung der ersten Steuerstellung 36a beaufschlagt. Hierzu ist an eine entsprechende Steuerfläche der Ventileinrichtung 36 eine Steuerdruckleitung 39 angeschlossen, die mit der Verbindungsleitung 9 zwischen dem Druckspeicher 8 und dem Steuerventil 15 in Verbindung steht. Bei einem Betrieb des Hydromotors 7 als hydraulischer Starter bei in Durchflussstellung 15b befindlichem Steuerventil 15 wird die Ventileinrichtung 36 von der Federeinrichtung 38 in die zweite Schaltstellung 36b beaufschlagt, in der das Steuerventil 15 von dem anstehenden Druck der Druckquelle 37 in die Sperrstellung 15a beaufschlagt ist, sobald der an der Ventileinrichtung 36 über die Steuerdruckleitung 39 anstehenden Speicherladedruck den Einstellwert der Federeinrichtung 38 unterschreitet. Bei einem von dem Verbrennungsmotor 2 nach dem Startvorgang angetriebenen Hydromotor 7 kann durch die Betätigung des Steuerventils 15 in die Sperrstellung 15a mittels der Überwachungseinrichtung 35 ein Leersaugen des Druckspeichers 8 vermieden werden.
In der 5 ist eine Alternative einer Überwachungseinrichtung 35 der 4 dargestellt, die als elektronische Überwachungseinrichtung ausgebildet ist. Zur Erfassung des Mindestspeicherdruckes des Druckspeichers 8 ist ein Drucksensor 40 vorgesehen, der mit der das Steuerventil 15 ansteuernden elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung steht. Sofern bei der Ausführungsform der 5 ein zusätzlicher Elektrostarter 25 und ein Drucksensor 30 zur Auswahl der Starterart hydraulisch/elektrisch gemäß der 3 vorgesehen ist, kann lediglich ein Drucksensor 30, 40 vorgesehen werden, der einerseits zur Erfassung des Mindestspeicherdrucks für die Funktion der Überwachungseinrichtung 35 und andererseits zur Erfassung des Druckniveaus für die Auswahl der Starterart dient.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 wird nach dem Start des Verbrennungsmotors 2 bei in der Sperrstellung 15a befindlichem Steuerventil 15 von dem mittels des Verbrennungsmotors 2 angetriebenen Hydromotor 7 kein Druckmittel umgefördert.
In der 6 ist als Weiterbildung der Erfindung eine Umlaufeinrichtung 55 mit einer Umlaufleitung 50 an dem Hydromotor 7 vorgesehen. Die Umlaufleitung 50 ist an die Verbindungsleitung 9 zwischen dem eingangsseitigen Sauganschluss des Hydromotors 7 und dem Steuerventil 15 angeschlossen und steht mit der an den ausgangsseitigen Förderanschluss des Hydromotors 7 zu einem Behälter 10 geführten Behälterleitung 11 in Verbindung. In der Umlaufleitung 50 ist eine Drossel 51 und ein in Richtung zu der Verbindungsleitung 9 öffnendes Sperrventil 52, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet. Mit der von der Umlaufleitung 50 gebildeten Umlaufeinrichtung 55 kann nach dem Start des Verbrennungsmotors 2 bei von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenem Hydromotor 7 und in der Sperrstellung 15a befindlichem Steuerventil 15 eine geringe Druckmittelumlaufmenge zur Kühlung und Schmierung des von dem laufenden Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Hydromotors 7 Verfügung gestellt werden.
Da bei der Erfindung der Hydromotor 7 lediglich in einer Durchströmungsrichtung und Förderrichtung von dem Druckspeicher 8 zu dem Behälter 10 als Motor betrieben wird, ist zum Laden des Druckspeichers 8 auf das erforderliche Druckniveau für den Betrieb des Hydromotors 7 als hydraulischen Starter eine zusätzliche Ladeeinrichtung 60 erforderlich.
In der 7 ist eine erste Ausführungsform einer als hydrostatische Ladepumpe 61 ausgebildeten Ladeeinrichtung 60 dargestellt, die von dem Verbrennungsmotor 2 angerieben ist und auf der Abtriebwelle 5 angeordnet ist.
Die hydrostatische Ladepumpe 61 der 7 ist als sauggedrosselte Hydraulikpumpe 62 ausgebildet, die von dem Speicherladedruck des Druckspeichers 8 gesteuert ist. Die Ladepumpe 61 ist als eine im offenen Kreislauf betrieben Hydraulikpumpe 62 ausgebildet, die eingangsseitig mit einer Saugseite über eine Saugleitung 63 mit dem Behälter 10 in Verbindung steht. Die Hydraulikpumpe 62 fördert ausgangsseitig in eine Förderleitung 64, die an die Verbindungsleitung 9 zwischen dem Druckspeicher 8 und dem Steuerventil 15 angeschlossen ist. In der Saugleitung 63 ist ein Drosselventil 65 angeordnet, das eine Durchflussstellung 65a und eine Sperrstellung 65b aufweist. Das Drosselventil 65 ist mittels einer Federeinrichtung 66 in Richtung der Durchflussstellung 65a und von dem im Druckspeicher 8 anstehenden Speicherdruck in Richtung der Sperrstellung 65b beaufschlagt. Hierzu ist an eine in Richtung der Sperrstellung 65b wirkende Steuerfläche des Drosselventils 65 eine mit der Förderleitung 64 in Verbindung stehenden Steuerdruckleitung 67 angeschlossen.
Übersteigt der von der Ladepumpe 61 erzeugte Förderdruck beim Laden des Druckspeichers 8 den Einstellwert der Federeinrichtung 66 des Drosselventils 65, die bevorzugt auf den gewünschten Ladedruck des Druckspeichers 8 eingestellt ist, wird das Drosselventil 65 in die Sperrstellung 65b beaufschlagt. Beim weiteren Betrieb der Ladepumpe 61 durch den Verbrennungsmotor 2 entsteht bei abgesperrter Saugleitung Kavitation an der Saugseite der Ladepumpe 61, wodurch die Ladepumpe 61 ein geringes Antriebsmoment benötigt und entsprechend geringe Verluste im weiteren Betrieb durch den Verbrennungsmotor 2 verursacht.
Die von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Ladepumpe 61 ermöglicht bei laufendem Verbrennungsmotor 2 ein Laden des Druckspeichers 8 mit geringen Ladeströmen über einen längeren Zeitraum, so dass die Ladepumpe 61 lediglich ein geringes Fördervolumen aufweisen muss. Bevorzugt ist die Ladepumpe 61 als Kolbenpumpe mit einem einzigen Verdrängerkolben ausgebildet.
In der 8 ist eine zweite Ausführungsform einer Ladeeinrichtung 60 dargestellt, bei der die Ladepumpe 61 von einer Hydraulikpumpe 70 des Arbeitshydrauliksystems 4 gebildet ist.
Das Arbeitshydrauliksystem 4 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens eine im offenen Kreislauf betriebene Hydraulikpumpe 70, die zum Antrieb mit der Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotors 2 in trieblicher Verbindung steht. Die Hydraulikpumpe 70 steht eingangsseitig mit der Saugseite mittels einer Saugleitung 71 mit dem Behälter 10 in Verbindung. Eine ausgangsseitig an die Förderseite der Hydraulikpumpe 70 angeschlossene Förderleitung 72 ist an eine Steuerventileinrichtung 73 angeschlossen, mittels der die nicht näher dargestellten hydraulischen Verbraucher der Arbeitshydraulik 4 steuerbar sind. Die Steuerventileinrichtung 73 umfasst bevorzugt ein oder mehrere Wegeventile zur Betätigung der Verbraucher.
Die Steuerventileinrichtung 73 umfasst weiterhin ein Ladeventil 74, das eine Verbindung der Förderleitung 72 mit der Verbindungsleitung 9 zum Laden des Druckspeichers 8 ermöglicht. Das Ladeventil 74 ist bevorzugt elektrisch ansteuerbar und steht zur Steuerung des Ladevorgangs des Druckspeichers 8 mit der elektronischen Steuereinrichtung 18 in Verbindung. Der mit der Steuereinrichtung 18 in Verbindung stehende Drucksensor 30, 40 dient zur Ermittlung des Ladedruckniveaus des Druckspeichers 8 und zur Steuerung des Ladevorgangs des Druckspeichers 8 durch entsprechende Ansteuerung des Ladeventils 74.
Die Hydraulikpumpe 70 des Arbeitshydrauliksystems 4 kann als im Fördervolumen konstante Pumpe oder als im Fördervolumen verstellbare Pumpe ausgebildet sein. Bei den 7 und 8 ist zur Absicherung des Druckspeichers weiterhin eine der Verbindungsleitung 9 zugeordnete Druckbegrenzungseinrichtung 80 dargestellt.
Da der Druckspeicher 8 lediglich einen kurzen Betrieb des Hydromotors 7 zum Starten des Verbrennungsmotors 2 bzw. zum Hochdrehen des Verbrennungsmotors 2 ermöglichen muss, ist der Druckspeicher 8 bevorzugt mit einem Speichervolumen von weniger als 5 Litern, bevorzugt mit einem Speichervolumen von 0,5 bis 2 Litern, Druckmittel ausgebildet. Der Druckspeicher 8 ist beispielsweise als Blasenspeicher ausgebildet. Auch andere Speichertypen für den Druckspeicher 8 wie Hydromembranspeicher oder Kolbenspeicher sind möglich.
Der erfindungsgemäße Hydromotor 7 kann neben der Funktion als hydraulischer Starter 6 des Verbrennungsmotors 2 bei einer Start-Stop Funktion weiterhin zum kurzzeitigen Hochdrehen des Verbrennungsmotors 2 auf einen gewünschten Drehzahlbereich eingesetzt werden. Mit dem Hydromotor 7 kann beispielsweise der Verbrennungsmotor 2 von einer abgesenkten Leerlaufdrehzahl, auf der der Verbrennungsmotor 2 während einer kurzzeitigen Arbeitsunterbrechung betrieben wird, bei einer Leistungsanforderung auf ein erhöhtes Drehzahlniveau hochgedreht werden.
Der erfindungsgemäße Hydromotor 7 als hydraulischer Starter des Verbrennungsmotors 2 ermöglicht bei dem Antriebsstrang 1 einer mobilen Arbeitsmaschine, bei dem mit der Abtriebswelle 5 des Verbrennungsmotor 2 ein Fahrantrieb 3 und mindestens eine Hydraulikpumpe 70 eines Arbeitshydrauliksystems 4 verbunden sind, eine hydrostatische Start-Stop Funktion mit einer robusten und hinsichtlich der Lebensdauer dauerhaften Funktion bei geringen Herstellkosten. Die hydrostatische Start-Stop Funktion mit dem Hydromotor 7 als hydraulischen Starter des Verbrennungsmotors 2 ermöglicht bei der Arbeitsmaschine eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs in einer bezüglich der Lebensdauer robusten und kostengünstigen Ausführung.
Der erfindungsgemäße, ausschließlich in einer Förderrichtung von dem Druckspeicher 8 zu dem Behälter 10 als Motor betriebene Hydromotor 7 steht ausgangsseitig an der Förderseite mit dem Behälter 10 in Verbindung. Ein derartiger, ausschließlich als Motor in einer Förderrichtung von dem Druckspeicher 8 zu dem Behälter 10 betriebener Hydromotor 7 weist einen geringen Bauaufwand und Herstellkosten auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008028547 A1 [0007]

Claims

Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einem Verbrennungsmotor und einem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrantrieb sowie einem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Arbeitshydrauliksystem, wobei das Arbeitshydrauliksystem mindestens eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Hydraulikpumpe aufweist, wobei der Verbrennungsmotor mit einem hydraulischen Starter versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Starter (6) von mindestens einem hydrostatischen Hydromotor (7) gebildet ist, der eingangsseitig an einen hydraulischen Druckspeicher (8) angeschlossen ist, ausgangsseitig mit einem Behälter (10) in Verbindung steht und ausschließlich in einer Förderrichtung von dem Druckspeicher (8) zu dem Behälter (10) betrieben ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (7) und die Hydraulikpumpe (70) des Arbeitshydrauliksystems (4) auf einer Abtriebswelle (5) des Verbrennungsmotors (2) angeordnet sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (9) des hydraulischen Druckspeichers (8) mit der Eingangsseite des Hydromotors (7) ein elektrisch betätigbares Steuerventil (15) angeordnet ist, das bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotor (2) in eine Durchflussstellung (15b) betätigt wird und nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors (2) in eine Sperrstellung (15a) betätigt wird.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (20) zum Erfassen der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) vorgesehen ist, deren Signal bei der Betätigung des Steuerventils (15) berücksichtigt wird.
Antriebsstrang nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Elektrostarter (25) zum Starten des Verbrennungsmotors (2) vorgesehen ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen des Speicherladedruckes dem Druckspeicher (8) ein Drucksensor (30) zugeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von dem ermittelten Speicherladedruck ein Start des Verbrennungsmotors (2) durch den Hydromotor (7) oder den Elektrostarter (25) erfolgt.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckspeicher (8) eine Überwachungseinrichtung (35) zugeordnet ist, die durch eine Beaufschlagung des Steuerventils (15) in die Sperrstellung (15a) einen Mindestspeicherdruck im Druckspeicher (8) aufrecht erhält.
Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (35) von einer hydraulischen Ventileinrichtung (36), insbesondere einem Schaltventil, gebildet ist, das eine erste Steuerstellung (36a) aufweist, in der eine in Richtung der Sperrstellung wirkende Steuerfläche des Steuerventils (15) zu einem Behälter (10) entlastet ist, und eine zweite Steuerstellung (36b) aufweist, in der die in Richtung der Sperrstellung wirkende Steuerfläche des Steuerventils (15) mit einer Druckquelle (37), insbesondere einer Speisedruckquelle, in Verbindung steht, wobei die Ventileinrichtung (36) mittels einer Federeinrichtung (38) in Richtung der zweiten Steuerstellung (36b) und von dem im Druckspeicher (8) anstehenden Speicherladedruck in Richtung der ersten Steuerstellung (36a) beaufschlagt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (35) von einem den Speicherladedruck des Druckspeichers (8) erfassenden Drucksensor (40) und einer das Steuerventil (15) ansteuernden elektronischen Steuereinrichtung (18) gebildet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlaufleitung (50) vorgesehen ist, die die von dem hydraulischen Druckspeicher (8) zu der Eingangsseite des Hydromotors (7) geführte Verbindungsleitung (9) mit einer von der Ausgangsseite des Hydromotors (7) zu einem Behälter (10) geführten Behälterleitung (11) verbindet, wobei in der Umlaufleitung (50) eine Drossel (51) und ein in Richtung zu der Verbindungsleitung (9) öffnendes Sperrventil (52), insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine den hydraulischen Druckspeicher (8) mit Druckmittel aufladende Ladeeinrichtung (60) vorgesehen ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (60) als eine von dem Verbrennungsmotor (2) angetriebene hydrostatische Ladepumpe (61) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladepumpe (61) als in Abhängigkeit von dem Speicherladedruck des Druckspeichers (8) gesteuerte, sauggedrosselte Hydraulikpumpe (62) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladepumpe als ein im Fördervolumen konstante Hydraulikpumpe ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladepumpe als ein im Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (70) des Arbeitshydrauliksystem (4) die Ladeeinrichtung bildet.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (7) als einhubiger oder mehrhubiger Axialkolbenmotor in Schrägscheibenbauweise oder Schrägsachsenbauweise oder als einhubiger oder mehrhubiger Radialkolbenmotor oder als Flügelzellenmotor ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (7) als Zahnradmotor ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (7) ein konstantes Verdrängervolumen aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Start-Stop Betrieb des Fahrzeugs ein Start des Verbrennungsmotors (2) durch den Hydromotor (7) durchgeführt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kaltstart der Verbrennungsmotor (2) durch den Elektrostarter (25) gestartet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) in einem Hochlaufbetrieb des Verbrennungsmotors (2) durch den Hydromotor (7) auf eine erhöhte Drehzahl beschleunigt wird.