Hydrostatischer Energiespeicher

Die Erfindung betrifft einen Antrieb mit einem hydrostatischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 , einen hydrostatischen

Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14 und ein Verfahren zur Anpassung einer Vorbelastung eines hydrostatischen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 15.

Derartige Antriebe sind insbesondere als Fahrantrieb von Fahrzeugen oder als Antriebe von Maschinen vorgesehen, die häufig abgebremst und beschleunigt werden. Eine als Pumpe arbeitende Hydromaschine, die an geeigneter Stelle mit dem Antrieb gekoppelt ist, prägt zum Bremsen der Maschine oder des Fahrzeugs ein Bremsmoment auf, indem sie ein Druckmittel gegen einen im hydrostatischen Energiespeicher herrschenden Druck in einen Druckmittelraum des Speichers fördert. Das entlastet zum Einen eine herkömmliche beispielsweise mechanische Bremse. Zum Anderen ist die gespeicherte Bremsenergie zur Beschleunigung der Maschine oder des Fahrzeugs zu einem späteren Zeitpunkt rekuperierbar. Die Speicherung der Energie erfolgt dabei, in Abhängigkeit der gewählten Belastungsart des Speichers, entweder in Form von potentieller Energie einer Masse, in Form von elastischer Federarbeit oder in Form von Volumenänderungsarbeit eines kompressiblen Fluids, insbesondere eines Gases.

Ein besonders wichtiger Betriebsparameter des Speichers ist eine Vorbelastung, mit der der Druckmittelraum beaufschlagt ist. Über die gewählte Höhe der Vorbelastung ist der Mindestdruck im Druckmittelraum, gegen den ein Druckmittel in den Speicher gefördert werden muss, einstellbar. Zudem hängt die maximale Menge der im Speicher akkumulierbaren Energie maßgeblich von der Höhe der Vorbelastung ab.

Die DE 102006042390 A1 zeigt einen Antrieb mit Energiespeichereinrichtung und ein Verfahren zum Speichern kinetischer Energie. Der Antrieb ist mit einer verstellbaren hydraulischen Kolbenmaschine gekoppelt und ein hydrostatischer Energiespeicher des Antriebes wird beim Bremsen über die Kolbenmaschine aufgeladen. Ein im Speicher herrschender Druck bestimmt dabei ein maximales durch die Kolbenmaschine erzeugbares Bremsmoment. Zur Einstellung bzw. zur Erhöhung des Bremsmomentes im Anforderungsfall ist zwischen der Kolbenmaschine und dem Speicher eine

einstellbare Drosselstelle vorgesehen. Je stärker eine gewählte Drosselung, desto stärker ist dabei das Bremsmoment, das die Kolbenmaschine liefern kann. Eine

Steuereinheit ermittelt aus einem angeforderten Bremsmoment, dem Druck im Speicher und einem Pumpenschwenkwinkel eine benötigte Drosselstellung. Nachteilig daran ist, dass an der Drosselstelle hydraulische Energie des Druckmittels in Verlustwärme gewandelt wird. Die Menge potentiell für den Antrieb rekuperierbarer Energie ist dadurch eingeschränkt. Weiterhin nachteilig ist, dass die Vorbelastung des Speichers im Betrieb nicht veränderbar und keine am Bedarf des Antriebes bzw. seiner Bremse orientierte Optimierung der Vorbelastung vorgesehen ist.

Die DE 102006019672 A1 zeigt einen hydrostatischen Energiespeicher und ein Verfahren zum Speichern kinetischer Energie eines Antriebes, bei dem die

Vorbelastung des Speichers änderbar ist. Dies geschieht über eine Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Temperatur des Druckmittels oder von einem Füllstand eines Druckmittelvorrats. Ziel ist, eine Überschreitung eines kritischen maximalen

Betriebsdruckes des Speichers zu verhindern. Nachteilig daran ist, dass die

Steuereinheit die Vorbelastung nur in Abhängigkeit sicherheitsrelevanter

Zustandsgrößen des Speichers ermittelt und keine am Bedarf des Antriebes bzw. seiner Bremse orientierte Optimierung der Vorbelastung vorgesehen ist.

Die Aufgabe des vorliegenden erfindungsgemäßen Antriebes, des hydrostatischen Energiespeichers und des Verfahrens zur Anpassung einer Vorbelastung ist, kinetische Energie an den Bedarf einer von einem Antrieb angetriebenen Einrichtung angepasst und effizient zu speichern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antrieb mit den Merkmalen des

Patentanspruches 1 , durch einen hydrostatischen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 5. Der erfindungsgemäße Antrieb hat einen hydrostatischen Energiespeicher, der zum Wandeln kinetischer Energie in hydraulische Energie über eine Hydromaschine aufladbar ist. Zudem weist er eine Steuereinrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass über sie eine Vorbelastung des hydrostatischen Speichers in Abhängigkeit von einem Betriebszustand einer vom Antrieb angetriebenen Einrichtung veränderbar ist. Die Steuerung orientiert sich dabei vorteilhafter Weise an den für die Einrichtung

wesentlichen Betriebszuständen und somit am Bedarf der Einrichtung. Die

Hydromaschine ist an den Antrieb gekoppelt und kann in einem Schiebebetrieb der Einrichtung als Hydropumpe arbeiten, um den Speicher mit einem hydraulischen Druckmittel bis zu einem hydraulischen Betriebsdruck p aufzuladen. Das bremst gleichzeitig die Einrichtung ab, wodurch in einem Bremsbetrieb eine herkömmliche Bremse der Einrichtung entlastet ist, was deren Verschleiß minimiert. Ein großer Vorteil ist, dass dabei die kinetische Energie der Einrichtung, beispielsweise eines Fahrzeugs, über die als Pumpe arbeitende Hydromaschine in hydraulische Energie gewandelt und rekuperierbar im Speicher gespeichert wird. Besonders bevorzugt kommt ein

erfindungsgemäßer Antrieb als Fahrantrieb in einem Fahrzeug, das häufige Brems- und Anfahrvorgänge zu bewältigen hat, zum Einsatz. Beispiele hierfür sind Landmaschinen, Nutzfahrzeuge, Sammelfahrzeuge oder Müllsammelfahrzeuge. Die Hydromaschine ist bevorzugter Weise als Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben- oder

Schrägachsenbauweise ausgebildet. Die genannten Bauformen ermöglichen über einen Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder der Schrägachse eine einfache Regulierung eines Förderstromes des Druckmittels in den Speicher und damit eine einfache

Steuerung der Bremswirkung der Hydromaschine. Da die Höhe der Vorbelastung des Speichers einen wesentlichen Einfluss auf die im Speicher akkumulierbare

Energiemenge und die maximale Bremswirkung der Pumpe hat, ist es von großem Vorteil, sie über die Steuereinrichtung am Bedarf der Einrichtung orientiert zu

beeinflussen. Bei Müllsammelfahrzeugen stellen beispielsweise eine„Stadtfahrt" oder eine„Sammelfahrt" besondere Betriebszustände und so einen besonderen Bedarf des Fahrzeugs dar.

Die Gleichung der in hydraulischer Form im Speicher zu speichernden kinetischen Energie des Fahrzeugs mit einer Masse m und einer Geschwindigkeit v lautet: wobei 77 _ret der Speicherwirkungsgrad ist und beispielsweise bei ca. 50% liegt. Bei einer

Stadtfahrt mit einer Geschwindigkeit v von bis zu 50km/h weist das Fahrzeug im Gegensatz zur Sammelfahrt mit einer Geschwindigkeit von ca. 15km/h eine etwa 10- fach höhere zu speichernde kinetische Energie auf, sofern das Fahrzeug auf v = 0 km/h abgebremst werden soll. Umgekehrt verhält es sich bei den Bremsmomenten. Die geforderten Bremsmomente sind während der Sammelfahrt erfahrungsgemäß bedeutend höher als bei der Stadtfahrt, da eine Sammlung arbeitseffizient zu erfolgen hat und von den Fahrern daher neben starken Beschleunigungen auch starke Bremsungen durchgeführt werden. Der Betriebszustand Stadtfahrt zeichnet sich für das als Beispiel herangezogene Müllsammelfahrzeug also durch eine große Menge zu speichernder kinetischer Energie und durch moderate Bremsmomente aus. Die Sammelfahrt hingegen charakterisieren eine geringe Menge zu speichernder kinetischer Energie und hohe Bremsmomente. Erfindungsgemäß kann die Vorbelastung zu jedem Zeitpunkt des Betriebes der Einrichtung über die Steuereinrichtung geändert werden. Ebenso kann die Veränderung der Vorbelastung nicht nur bezüglich eines aktuellen, sondern auch für einen zukünftigen Betriebszustand vorgenommen werden. Der aktuelle oder zukünftige Betriebszustand kann dabei von einem Betriebspersonal der Einrichtung manuell bestimmt werden, beispielsweise durch einen Schalter (Müllsammelfahrzeug: Umschalten Sammelfahrt <=> Stadtfahrt), oder indem die Steuereinrichtung beispielsweise ein vom Betriebspersonal aktiviertes Arbeitsgerät erkennt und daraus den Betriebszustand bestimmt (Müllsammelfahrzeug: Aktivierte Aufbauhydraulik => Sammelfahrt). Ebenso ist eine automatische Bestimmung des Betriebszustandes unabhängig vom Betriebspersonal möglich, indem die Steuereinrichtung beispielsweise den Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsverlauf der Einrichtung oder des Antriebes auswertet. Bei Fahrzeugen kann die Steuereinrichtung Daten eines Navigationssystems, wie beispielsweise einen Straßentyp oder ein Höhenprofil einer aktuellen oder geplanten Fahrstrecke, auswerten und daraus den aktuellen oder zukünftigen Betriebszustand des Fahrzeugs bestimmen. Genauso vorteilhaft ist, wenn die Steuereinrichtung ein Fahrzeuggewicht bestimmt. Aus dem so bestimmten Betriebszustand der Einrichtung oder des Fahrzeugs kann die Steuereinrichtung die optimale Vorbelastung des Speichers ermitteln oder errechnen und über eine Steuerung entsprechender Aggregate einstellen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Um die im Speicher gespeicherte hydraulische Energie wieder zu rekuperieren, kann der Speicher über die Hydromaschine entladen werden. Sie arbeitet dann als Hydromotor. Vorteilhaft hieran ist, dass über die Kopplung der Hydromaschine mit dem Antrieb der Einrichtung die kinetische Energie der Einrichtung beim Entladen wieder erhöht wird, bzw. dass die Einrichtung oder das Fahrzeug beschleunigt wird. Die

Steuereinheit ermöglicht es dabei, die hydraulische Entladung des Speichers bei einem unteren im Druckmittelraum des Speichers herrschenden Betriebsdruck pi

abzubrechen. Der Druck pi ist dabei bevorzugter Weise so zu wählen, dass für eine für den Betriebszustand typische nachfolgende Bremsung der Einrichtung oder des

Antriebes ein ausreichendes Bremsmoment zur Verfügung steht.

In einer Weiterentwicklung kann die Energie des Speichers zumindest teilweise anderen Verbrauchern der Einrichtung, wie beispielsweise hydraulischen Antrieben von Arbeitsgeräten eines Nutzfahrzeuges, zur Verfügung gestellt werden.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Vorbelastung des Speichers über ein in einem Gasraum des Speichers angeordnetes und unter Hochdruck stehendes kompressibles Fluid bzw. Gas aufgeprägt ist, d.h. wenn der Speicher gasbelastet und als hydropneumatischer Speicher ausgebildet ist. Für diesen Fall ist die Vorbelastung der Vorspannungsdruck p ₀ des Gases im Gasraum des Speichers. Die Veränderung der Vorbelastung erfolgt dann über eine Änderung eines Druckes p des kompressiblen Fluides oder Gases. Die Formel für einen maximal zwischen zwei Zuständen 1 und 2 im hydropneumatischen Speicher speicherbaren Energiebetrag E _n veranschaulicht den großen Einfluss des Vorspannungsdruckes p ₀ des Gases: Po. Vorspannungsdruck des Gases im Gasraum bei ungefülltem Druckmittelraum;

V ₀ : Effektives Gasvolumen im Gasraum bei ungefülltem Druckmittelraum;

ρΐ. Unterer Betriebsdruck im Gasraum zu Beginn des Speichervorganges;

p ₂ : Oberer Betriebsdruck im Gasraum am Ende des Speichervorganges;

n: Polytropenexponent, Werte zwischen 0 und 1 ,4.

Der untere Betriebsdruck p, des Gases ist bevorzugter Weise etwa 10% höher als po . Ein Druckverhältnis p ₂ /po ist bevorzugter Weise kleiner 3. Der

Vorspannungsdruck p ₀ legt somit das Druckniveau des Speichers und den oberen und unteren Betriebsdruck p ₂ ur d p _} fest. Auch das maximale über die Hydromaschine erzeugbare Bremsmoment bei ungefülltem Druckmittelraum hängt maßgeblich vom Vorspannungsdruck p ₀ ab:

Ein hoher Vorspannungsdruck p ₀ erweist sich damit als vorteilhaft, wenn ein Betriebszustand einerseits hohe Bremsmomente M _Bre ms erfordert, andererseits jedoch die im Speicher zu speichernde Energie relativ gering ist (z.B. bei einer Sammelfahrt eines Müllfahrzeugs mit 15 km/h). Sind keine so hohen Bremsmomente gefordert und ist die zu speichernde Energiemenge höher, so ist ein niedrigerer Vorspanndruck vorteilhaft (z.B. bei einer Standfahrt eines Müllfahrzeugs mit 50 km/h). Die technische Umsetzung, die Vorbelastung über ein unter Druck stehendes Gas aufzuprägen, erfolgt mittels hydropneumatischer Speicher in Kolben-, Blasen- oder

Membranspeicherbauweise. Alternativ dazu sind auch hydropneumatische Speicher ohne Trennelement zwischen dem Gas und dem Druckmittel denkbar. Alternativ zur Vorbelastung durch eine Druckkraft des Gases sind unter Anwendung alternativer Bauformen des Speichers auch Vorbelastungen durch eine Gewichtskraft oder eine Federkraft möglich.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Speicher über eine hydraulische Hochdruckleitung an eine Arbeitsleitung eines hydraulischen Kreises des Antriebes angeschlossen und über ein in der hydraulischen Hochdruckleitung

angeordnetes Absperrventil vom hydraulischen Kreis des Antriebes trennbar. Somit ist es möglich, den hydraulischen Antrieb ohne eine regenerative Speicherung von kinetischer Energie zu betreiben.

Vorteilhafter Weise ist die Steuereinrichtung mit einem Drucksensor oder einer anderen Druckbestimmungseinrichtung verbunden, der oder die den aktuellen Druck p des Fluides oder Gases im Speicher bestimmt. Der aktuelle Druck p ist eine

Betriebsgröße, die die Steuereinrichtung zur Ermittlung einer optimalen Vorbelastung bzw. des optimalen Vorspannungsdruckes p ₀ benötigt.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebes ist der Druck des Fluides oder Gases im Speicher bei Bedarf über eine Verdichtereinheit erhöhbar. Dies ermöglicht es bei einem gegebenen Füllgrad des Druckmittelraumes des Speichers den aktuellen Betriebsdruck p des Speichers zu erhöhen. Auf diese Weise wird mittelbar auch der Vorspannungsdruck p ₀ , also der Fluid- oder Gasdruck bei leerem oder entleertem Druckmittelraum des Speichers erhöht. In Folge dessen sind höhere Bremsmomente M _Brems und speicherbare Energiebeträge E _]2 darstellbar.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebes ist der Druck des Fluides oder Gases bei Bedarf über eine Druckentlastungseinheit absenkbar. Dies ermöglicht es, bei einem gegebenen Füllgrad des Druckmittelraumes des Speichers, den aktuellen Betriebsdruck p abzusenken. Auf diese Art wird mittelbar der Vorspannungsdruck p ₀ gesenkt. Das ganze hydropneumatische System ist dann einem geringeren Betriebsdruck p ausgesetzt und wird bedarfsgerecht weniger stark belastet.

In einer bevorzugten Variante hat die Verdichtereinheit eine Pumpe, die über eine pneumatische Niederdruckleitung mit einem Gastank und über eine pneumatische Hochdruckleitung mit dem Gasraum des Speichers verbunden ist. Die Pumpe kann Gas in den Gasraum fördern und somit in gezeigter Weise den Druck p bzw. mittelbar den Vorspannungsdruck p ₀ erhöhen. Der Druck p kann mittels einer kontinuierlichen

Arbeitsweise der Pumpe schnell und kontinuierlich erhöht werden. Statt einer Pumpe kann ein herkömmlicher Kompressor oder anderer Gasverdichter eingesetzt werden. Bei einem vorrichtungstechnisch einfachen Ausführungsbeispiel hat die

Druckentlastungseinheit des Antriebes ein Absperrventil, das über eine pneumatische Niederdruckleitung mit einem Gastank und über eine pneumatische Hochdruckleitung mit dem Gasraum des Speichers verbunden ist.

In Ergänzung zu einer Verbindung mit dem Drucksensor des Speichers kann die Steuereinrichtung weitere Verbindungen mit dem Absperrventil der hydraulischen Hochdruckleitung oder mit der Hydromaschine oder mit einem Antrieb der Pumpe oder mit dem Absperrventil der Druckentlastungseinheit aufweisen. Die Steuereinheit kann dadurch in an den Bedarf des bestimmten Betriebszustandes angepasster Weise, den Vorspannungsdruck über die genannten Aggregate erhöhen oder senken. Ebenso kann die Steuereinrichtung bei Bedarf die Hydromaschine vom Speicher trennen oder eine Förderleistung der Hydromaschine anpassen.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Antrieb der Pumpe ein Hydraulikmotor, der einen Hochdruckanschluss hat, der mit der hydraulischen

Hochdruckleitung verbunden ist. So kann regenerativ gespeicherte Bremsenergie der Einrichtung oder des Fahrzeugs zur Verdichtung des Gases und schlussendlich zur Erhöhung des Vorspannungsdruckes rekuperiert werden. Dies trägt weiter zur

Erhöhung des Wirkungsgrades des Antriebes bei.

Dabei ist es generell von Vorteil, wenn in einer den Hydraulikmotor und die hydraulische Hochdruckleitung verbindenden Leitung ein von der Steuereinrichtung steuerbares Absperrventil angeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Variante des Antriebes weist die Verdichtereinheit einen hydropneumatischen Druckübersetzer auf, wobei ein Hydraulikraum des

Druckübersetzers über ein 3/2-Wegeventil je nach dessen Schaltstellung mit einem Tank oder mit einer hydraulischen Hochdruckleitung des Speichers verbunden ist, und wobei ein Gasraum des Druckübersetzers über ein 3/2-Wegeventil je nach dessen Schaltstellung mit einem Gastank oder mit einer pneumatischen Hochdruckleitung des Speichers verbunden ist. Ein erfindungsgemäßer hydrostatischer Energiespeicher für einen Antrieb einer Einrichtung, insbesondere für einen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, hat eine Hydromaschine zur Wandlung kinetischer Energie in hydraulische Energie, die den Speicher aufladen kann. Über eine Steuereinrichtung des Speichers kann eine Vorbelastung des Speichers in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Einrichtung verändert werden. Die Steuerung orientiert sich somit am Bedarf der Einrichtung. Der Speicher ist an den Antrieb gekoppelt und kann in einem Schiebebetrieb der Einrichtung über eine Hydromaschine mit einem hydraulischen Druckmittel bis zu einem Betriebsdruck p aufgeladen werden. Das bremst gleichzeitig die Einrichtung ab, wodurch in einem Bremsbetrieb eine herkömmliche Bremse der Einrichtung entlastet ist, was deren Verschleiß minimiert. Dabei kann die kinetische Energie der Einrichtung, beispielsweise eines Fahrzeugs, über die als Pumpe arbeitende Hydromaschine in hydraulische Energie gewandelt und rekuperierbar im Speicher gespeichert werden. Besonders bevorzugt kommt ein erfindungsgemäßer Speicher in einem Fahrzeug zum Einsatz, das häufige Brems- und Anfahrvorgänge zu bewältigen hat. Beispiele hierfür sind Landmaschinen, Nutzfahrzeuge, Sammelfahrzeuge oder Müllsammelfahrzeuge. Da die Höhe der Vorbelastung des Speichers einen wesentlichen Einfluss auf die im Speicher akkumulierbare Energiemenge und die maximale Bremswirkung der Hydromaschine hat, ist es von großem Vorteil, sie über die Steuereinheit zu beeinflussen. Weitere Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Speichers sind mit Bezug zu Patentanspruch 1 beschrieben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Anpassung einer Vorbelastung eines hydrostatischen Energiespeichers eines Antriebes einer Einrichtung, insbesondere eines Fahrantriebes eines Fahrzeugs, weist die folgenden Schritte auf: Bestimmung eines Betriebszustandes der Einrichtung; Ermittlung der optimalen Vorbelastung in Abhängigkeit vom bestimmten Betriebszustand; Einstellung der Vorbelastung. Dabei wird zumindest der Schritt Einstellung der Vorbelastung von einer Steuereinrichtung gesteuert. Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung einer Vorbelastung, die an den Bedarf der von einem Antrieb angetriebenen Einrichtung angepasste und effiziente Speicherung von kinetischer Energie zu ermöglichen, ist damit erfüllt. Eine Art Anpassung der Vorbelastung besteht auch darin, dass die Entladung des Speichers in Abhängigkeit vom Betriebszustand und einer dafür typischen Bremsung bis auf unterschiedlich hohe minimale Drücke zugelassen wird.

Im Folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand

schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Ausschnitt eines hydraulischen Schaltplanes eines ersten

Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrantriebes;

Figur 2 einen Ausschnitt eines hydraulischen Schaltplanes eines zweiten

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrantriebes;

Figur 3 einen Ausschnitt eines hydraulischen Schaltplanes eines zweiten

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrantriebes mit einer alternativen Verdichtereinheit.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem hydraulischen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Antriebes, der als Fahrantrieb ausgebildet ist und ein regeneratives Bremsen und Beschleunigen ermöglicht. Ein erfindungsgemäßer hydrostatischer Energiespeicher, der als hydropneumatischer Membranspeicher 2 ausgebildet ist, hat einen Gasraum 4 und einen Druckmittelraum 6, Die beiden Räume 4, 6 sind über eine verformbare und entsprechend bewegliche Membran getrennt. In beiden Räumen wirkt daher der gleiche Druck p.

Der Druckmittelraum 6 des Speichers 2 ist über eine hydraulische

Hochdruckleitung 8 an eine Axialkolbenmaschine 10 in Schrägscheibenbauweise angeschlossen. Zwischen dem Speicher 2 und der Axialkolbenmaschine 10 ist ein 3/2- Wege Absperrventil 12 in der hydraulischen Hochdruckleitung 8 angeordnet. Die

Axialkolbenmaschine 10 ist über eine Kupplung 14 an ein Rad oder an einen Verbund von Rädern eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) gekoppelt. Über eine Niederdruckleitung 18 ist ein mit hydraulischem Druckmittel gefüllter Tank 20 an einen

Niederdruckanschluss der Axialkolbenmaschine 10 angeschlossen. An den Gasraum 4 ist eine pneumatische Hochdruckleitung 22 angeschlossen. Über sie ist der Gasraum 4 mit einem Hochdruckanschluss einer Pumpe 24 verbunden. Ein Drucksensor 26 ist zur Bestimmung des Druckes p im Speicher an die

Hochdruckleitung 22 angeschlossen. Ein Niederdruckanschluss der Pumpe 24 ist über eine pneumatische Niederdruckleitung 28 mit einem Gastank 30 verbunden. Die Pumpe 24 ist an einen Motor 32 angeschlossen und wird von ihm angetrieben.

Parallel zur Pumpe 24 ist an eine Abzweigung der pneumatischen

Hochdruckleitung 22 und an eine Abzweigung der pneumatischen Niederdruckleitung 28 ein 2/2-Wege Absperrventil 34 angeschlossen.

Eine Steuereinrichtung 36 ist über eine Steuersignalleitung 38 mit einem

Steuergerät (nicht dargestellt) des Antriebes verbunden, das das Absperrventil 12 und die Axialkolbenmaschine 10 ansteuert. Des Weiteren ist die Steuereinrichtung 36 über die Steuersignalleitung 40 mit dem Drucksensor 26, über die Steuersignalleitung 42 mit dem Motor 32 und über die Steuersignalleitungen 44 mit dem Absperrventil 34 verbunden. Zudem ist die Steuereinrichtung 36 über eine Signalleitung mit einem

Füllstandssensor (beide nicht dargestellt) zur Ermittlung des Füllstandes des

Druckmittels im Speicher 2 verbunden. Die Steuereinrichtung 36 erhält vom Steuergerät des Antriebes Informationen des aktuellen Betriebszustandes des Fahrzeugs, wie beispielsweise der Geschwindigkeit, ob gebremst werden soll, welches Bremsmoment gefordert wird, ob beschleunigt werden soll, wie stark beschleunigt werden soll, wie schwer das Fahrzeug ist, etc.. Umgekehrt spricht die Steuereinrichtung 36 das

Steuergerät des Antriebes an, das wiederum das Absperrventil 12 und die

Axialkolbenmaschine 10 steuert.

Im Betrieb und zu Beginn einer Bremsung sind die Absperrventile 12 und 34 geschlossen. Die Steuereinrichtung 36 gleicht die Informationen des Steuergerätes mit dem vom Drucksensor 26 bestimmten Druck p und dem vom Füllstandssensor bestimmten Füllstand ab und ermittelt, ob der Druck p bzw. ein ihm entsprechender Vorspannungsdruck /> ₀ des Gases ausreichend hoch ist, um ein gefordertes

Bremsmoment durch eine alleinige Bremswirkung der als Pumpe arbeitenden

Axialkolbenmaschine 10 bereitzustellen. Zudem ermittelt es, ob ein freies Gasvolumen des Speichers 2 ausreicht, um die kinetische Energie des Fahrzeugs komplett speichern zu können.

Ist der Druck p ausreichend hoch und reicht das freie Gasvolumen im Speicher aus, kann der Bremsvorgang komplett regenerativ erfolgen. Die Steuereinrichtung 36 gibt die Information an das Steuergerät des Antriebes, das Absperrventil 12 zu öffnen. Das Steuergerät öffnet das Absperrventil 12 und verbindet so den Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine 10 über die hydraulische Hochdruckleitung 8 mit dem

Druckmittelraum 6 des Speichers 2. Gleichzeitig errechnet die Steuereinrichtung 36 einen ans geforderte Bremsmoment angepassten Schwenkwinkel der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine 10, übergibt ihn an das Steuergerät (nicht dargestellt), das die Axialkolbenmaschine 10 entsprechend ansteuert. Die Axialkolbenmaschine 10 arbeitet für die Zeit der Bremsung als Pumpe und fördert Druckmittel aus dem Tank 20 entgegen dem Druck p in den Speicher 2. Da während der Bremsung der Druck p aufgrund des in den Speicher 2 geförderten Druckmittevolumens ansteigt, regelt die Steuereinrichtung 36 den Schwenkwinkel der Schrägscheibe über das Steuergerät kontinuierlich nach, um so das Bremsmoment anzupassen. Alternativ dazu und energetisch allerdings weniger sinnvoll, kann das Absperrventil 34 von der

Steuereinrichtung 36 geöffnet werden, um über ein Ablassen des Gases den Druck p im Speicher 2 und so das Bremsmoment konstant zu halten.

Soll das geforderte Bremsmoment ausschließlich durch die als Pumpe arbeitende Axialkolbenmaschine 10 bzw. regenerativ bereitgestellt werden und ist der Druck p bzw. der ihm entsprechende Vorspannungsdruck p ₀ des Gases selbst bei maximalem

Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine 10 nicht ausreichend, muss der Gasdruck bzw. der Druck p im Speicher über die Pumpe 24 erhöht werden. Das Absperrventil 34 ist dann geschlossen. Die Steuereinrichtung 36 ermittelt aus den Daten des

Steuergerätes den benötigten Druck p im Speicher 2 und steuert den Motor 32 der Pumpe 24 entsprechend an. Die Pumpe 24 fördert aus einem unter geeigneter

Vorspannung stehenden Gastank 30 Gas, im Allgemeinen Stickstoff, in den Gasraum 4 des Speichers 2. Die Steuereinrichtung 36 gleicht während der Bremsung permanent den vom Drucksensor 26 gemessenen Wert p mit den Informationen des Steuergerätes, also beispielsweise dem angeforderten Bremsmoment und des Schwenkwinkels der Axialkolbenmaschine 10, ab und ermittelt, ob die Pumpe 24 weiterhin Gas in den Gasraum 4 fördern muss.

Ein ähnlicher Fall, in dem der Druck p bzw. der ihm entsprechende

Vorspannungsdruck p ₀ des Gases erhöht werden muss tritt ein, wenn beispielsweise ein Müllsammelfahrzeug vom Betriebszustand„Stadtfahrt" in den Betriebszustand „Sammelfahrt" wechselt. Der Fahrer bestimmt den Betriebszustand Sammelfahrt beispielsweise über einen Schalter. Die Steuereinrichtung 36 ermittelt den optimalen Vorspannungsdruck p ₀ des Gases, der im Vergleich zur Stadtfahrt höher sein muss, da höhere Bremsmomente gefordert sind. Im Folgenden steuert die Steuereinrichtung 36 den Motor 32 der Pumpe 24 über die Signalleitung 42 an, damit Gas aus dem Gastank 30 in den Gasraum 4 des Speichers 2 gefördert wird, bis der dem erforderlichen

Vorspannungsdruck p ₀ entsprechende Druck p im Speicher 2 erreicht ist.

Ist der Druck p des Speichers 2 bzw. der ihm entsprechende Vorspannungsdruck Po des Gases nicht ausreichend hoch, so kann das Bremsmoment der

Axialkolbenmaschine 10 alternativ zu den oben genannten Lösungen um das einer herkömmlichen Bremse des Fahrzeugs ergänzt werden. Der Druck p muss dann nicht erhöht werden. Gleiches gilt für den Fall, dass das freie Gasvolumen im Speicher 2 nicht ausreicht, um die ganze kinetische Energie des Fahrzeugs vollständig

aufzunehmen.

Die im Speicher 2 akkumulierte Energie kann für einen Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs rekuperiert werden. Zu Beginn des Beschleunigungsvorganges sind die Absperrventile 12 und 34 geschlossen. Vom Steuergerät des Antriebes wird die

Information eines vom Fahrer angeforderten Beschleunigungsmomentes über die Signalleitung 38 an die Steuereinrichtung 36 übergeben. Die bewertet, ob der im

Speicher 2 herrschende Druck p bzw. der ihm entsprechende Vorspannungsdruck p ₀ des Gases für das geforderte Beschleunigungsmoment ausreichend ist. Das

Steuergerät des Antriebes öffnet das Absperrventil 12 und übergibt einen

entsprechenden Wert für den einzustellenden Schwenkwinkel an die

Axialkolbenmaschine 10. Das Druckmittel liegt dann über die hydraulische

Hochdruckleitung 8 am Hochdruckanschluss der Axialkobenmaschine 10 an, wird über diese in eine Niederdruckleitung 18 entspannt und strömt schließlich in den Tank 20. Die Axialkolbenmaschine 10 arbeitet bei dem Beschleunigungsvorgang somit als Motor und treibt ein Rad oder mehrere Räder (nicht dargestellt) über die Kupplung 14 an. Durch die Entnahme des Druckmittels aus dem Druckmittelraum 6 des Speichers 2, sinkt der Druck p im Speicher 2. Angepasst an die Höhe der zukünftig zu erwartenden Bremsmomente der weiteren Fahrt, kann die Rekuperation der Energie bzw. ein

Entleeren des hydraulischen Druckmittelraumes 6, bei einem definierten Druck p abgeschaltet werden. Dabei wird über die Steuereinrichtung 36 sichergestellt, dass der Druck p einen unteren Betriebsdruck p der in der Praxis etwa 10% über p ₀ liegt, nicht unterschreitet. Spätestens bei pj muss die Rekuperation also beendet werden, sodass im Folgenden der herkömmliche Antrieb des Fahrzeugs das Antriebsmoment bzw. die Antriebsenergie bereitstellen muss. In analoger Weise kann über die Steuereinrichtung 36 der beim Aufladen mit Druckmittel steigende Druck p bzw. der untere Betriebsdruck PJ im Speicher 2 begrenzt werden.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines hydraulischen Schaltplanes eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrantriebes. Aus Gründen der Übersichtlichkeit, werden nur die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 beschrieben. Die anhand des ersten Ausführungsbeispiels (vgl. Fig. 1 ) geschilderten Zusammenhänge für regeneratives Bremsen und Beschleunigen gelten analog im zweiten Ausführungsbeispiel.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ermöglicht das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, den Druck p im Speicher 2, bzw. den entsprechenden Vorspannungsdruck p ₀ des Gases, mit Hilfe der im Druckmittel des Speichers 2 gespeicherten hydraulischen Energie zu erhöhen. Dies erfolgt somit regenerativ. An die hydraulische Hochdruckleitung 8 ist dazu zwischen dem

Absperrventil 12 und dem Speicher 2 eine weitere hydraulische Hochdruckleitung 150 angeschlossen, die wiederum an einen Hochdruckanschluss eines Hydraulikmotors 152 angeschlossen ist. Der Hydraulikmotor 152 ist dabei an die Pumpe 24 gekoppelt. In der hydraulischen Hochdruckleitung 150 ist zwischen der Leitung 8 und dem

Hydraulikmotor 152 ein 2/2-Wege Absperrventil 154 angeordnet, dass über eine Signalleitung 155 mit der Steuereinrichtung 36 verbunden ist. Soll nun der Druck p bzw. der ihm entsprechende Vorspannungsdruck p ₀ des Gases erhöht werden, geschieht dies analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ebenso über die Pumpe 24. Im hier beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 wird die Pumpe 24 jedoch über den Hydraulikmotor 152 angetrieben, der seine Antriebsenergie aus der ggf. bereits regenerativ im Speicher 2 gespeicherten Bremsenergie über die Hochdruckleitung 150 bezieht. Das Absperrventil 34 wird dazu über die Steuereinrichtung 36 geschlossen, das 2/2-Wege Absperrventil 154 wird entsprechend geöffnet. Der Hydraulikmotor 152 entspannt dann das ihm über die Leitung 150 zuströmende Druckmittel über eine hydraulische Niederdruckleitung 156 in einen Tank 20.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines hydraulischen Schaltplanes eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrantriebes mit einer alternativen Verdichtereinheit. Ein Druckübersetzer 270 ersetzt hierbei die in den vorherigen

Ausführungsbeispielen gezeigte Pumpe 24 (vgl. Fig. 1 und 2), um das Gas auf einen erforderlichen Druck p zu verdichten. Die Verdichtung des Gases erfolgt analog zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 mit Hilfe der im Druckmittel des Speichers 2 gespeicherten hydraulischen Energie und somit auf regenerative Weise.

Der Druckübersetzer 270 hat einen Hydraulikraum 272, der über eine

Hydraulikleitung 274 an ein 3/2-Wegeventil 276 angeschlossen ist, das die

Hydraulikleitung 274 entweder mit einer hydraulischen Hochdruckleitung 208 oder mit einem Tank 280 verbinden kann. Der Druckübersetzer 270 hat zudem einen Gasraum 273, der über eine Pneumatikleitung 275 an ein 3/2-Wegeventil 277 angeschlossen ist, das die Pneumatikleitung 275 entweder mit einer pneumatischen Hochdruckleitung 222 oder mit einem Gastank 281 verbinden kann. Der Hydraulikraum 272 ist vom Gasraum 273 über einen Stufenkolben 282 getrennt. Dessen Kolbenfläche am Hydraulikraum 272 ist dabei größer als dessen Kolbenfläche am Gasraum 273.

Eine Ventilstellung des 3/2-Wegeventils 277 ist über eine Signalleitung 284 an die Ventilstellung des 3/2-Wegeventils 276 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 36 ist über eine Signalleitung 286 mit dem 3/2 -Wegeventil 276 verbunden. Soll das Gas im Gasraum 4 des Speichers 2 verdichtet und dessen Druck p erhöht werden, muss zunächst der Gasraum 273 mit Gas gefüllt und der Hydraulikraum

272 geleert werden. Dazu steuert die Steuereinrichtung 36 das Wegeventil 276 über die Signalleitung 286 so an, dass das Ventil 276 die Hydraulikleitung 274 mit dem Tank 280 verbindet. Über die Signalleitung 284 wird die Ventilstellung des 3/2-Wegeventils 277 so gesteuert, dass dabei die pneumatische Leitung 275 mit dem Gastank 281 verbunden wird. Der Gastank 281 weist eine geeignete Vorspannung auf, sodass der im Gasraum

273 wirkende Druck den Stufenkolben 282 in Figur 3 von rechts nach links verschiebt. Der Gasraum 273 wird so befüllt. Gleichzeitig schiebt der Stufenkolben 282 dabei im Hydraulikraum befindliches Druckmittel in den drucklosen Tank 280.

Zur Verdichtung des Gases steuert die Steuereinrichtung 36 das Wegeventil 276 über die Signalleitung 286 so an, dass das Ventil 276 die Hydraulikleitung 274 mit der hydraulischen Hochdruckleitung 208 und das Ventil 277 die Pneumatikleitung 275 mit der pneumatischen Hochdruckleitung 222 verbindet. So strömt einerseits Druckmittel unter hohem Druck aus dem Druckmittelraum 6 des Speichers 2 in den Hydraulikraum 272 und schiebt dabei den Stufenkolben 282 (in Fig. 3) von links nach rechts und andererseits wird Gas aus dem sich verkleinernden Gasraum 273 verdrängt und in den Gasraum 4 des Speichers 2 gefördert.

Die Verdichtung des Gases und die Befüllung des Speichers 2 erfolgt so in beschriebener zyklischer Arbeit des Stufenkolbens 282, bis der geforderte Druck p im Speicher 2 erreicht ist. Im Anschluss steuert die Steuereinrichtung 36 die Ventile 276 und 277 in die in Figur 3 gezeigte Stellung.

Offenbart ist ein Antrieb mit einem hydrostatischen Energiespeicher, der zum Wandeln kinetischer Energie in hydraulische Energie über eine Hydromaschine aufladbar ist, wobei der Antrieb eine Steuereinrichtung hat, über die eine Vorbelastung des Speichers in Abhängigkeit von einem Betriebszustand einer vom Antrieb

angetriebenen Einrichtung steuerbar ist. Weiterhin offenbart ist ein hydrostatischer Energiespeicher für einen Antrieb einer Einrichtung, insbesondere für einen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, wobei der Speicher eine Hydromaschine aufweist, die kinetische Energie in hydraulische Energie wandelt und über die der Speicher aufladbar ist, und wobei der Speicher eine

Steuereinrichtung aufweist, über die eine Vorbelastung des Speichers in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Einrichtung veränderbar ist.

Weiterhin offenbart ist ein Verfahren zur Anpassung einer Vorbelastung eines hydrostatischen Energiespeichers eines Antriebes einer Einrichtung, insbesondere eines Fahrantriebes eines Fahrzeugs, dass die Schritte Bestimmung eines

Betriebszustandes der Einrichtung; Ermittlung der optimalen Vorbelastung in

Abhängigkeit vom bestimmten Betriebszustand; Einstellung der Vorbelastung aufweist, wobei zumindest der Schritt Einstellung von einer Steuereinrichtung gesteuert wird.