DE102005043110B4 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Temperatur von Hydrauliköl - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Regelung der Temperatur von Hydrauliköl in einem in geschlossenem Regelkreis arbeitenden Hydrauliksystem eines Hydraulikbaggers, indem Schwankungen der vorgebbaren Betriebstemperatur des Hydrauliköls durch elektronische Überwachung der Einstellparameter ohne wesentliche Verzögerung ausgeglichen werden, dergestalt dass die elektronische Überwachung durch mindestens ein elektrohydraulisches Regelventil (8) durchgeführt wird und dass gleichzeitig die Ölmenge zum Antrieb (3) mindestens eines Lüfterflügels (4) des Hydraulikbaggers und die Ölmenge, die durch mindestens einen Ölkühler (6) fließt, geregelt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur von Hydrauliköl in einem in geschlossenem Regelkreis arbeitenden Hydrauliksystem eines Hydraulikbaggers.
  • Allgemein bekannt ist, dass im Bereich von Hydraulikbaggern folgende Ölkühlsysteme eingesetzt werden:
    • – direkte Rücklaufkühlung,
    • – kontinuierliche Umlaufkühlung.
  • Bei der direkten Rücklaufkühlung wird das von den Verbrauchern, z. B. Hydraulikmotoren, Hydraulikzylindern oder dergleichen zurückfließende aufgeheizte Öl durch einen Ölkühler zum Tank zurückgeleitet. Ein Lüfterflügel drückt oder zieht – je nach Anordnung – hierbei Kühlluft durch den Ölkühler. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass Hydrauliköl mit der höchsten Temperatur im Hydraulikölsystem direkt durch den Ölkühler geleitet wird. Ein Problem dieses Systems ist jedoch, dass sehr unterschiedliche Ölmengen je Zeiteinheit von den Verbrauchern zurück fließen. Dies kann zu unzulässig hohem Druck in dem jeweiligen Ölkühler führen. Hier hilft man sich bedarfsweise durch den Einsatz von Ventilen, deren Aufgabe es ist, die Rücklaufölmenge zum Ölkühler zu begrenzen.
  • Bei der kontinuierlichen Umlaufkühlung wird das von den Verbrauchern zurückfließende Öl zunächst in den Öltank zurückgeleitet. Eine Ölpumpe saugt kontinuierlich Hydrauliköl aus dem Öltank und fördert dieses durch einen Ölkühler. Eine spezielle Ausgestaltung dieses Verfahrens ist, das Öl zunächst zum Antrieb eines Ölmotors zu verwenden, der einen Lüfterflügel antreibt. Das Rücköl aus diesem Ölmotor wird dann durch den Ölkühler geleitet. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass auf separate Hydraulikpumpen zum Antrieb des oder der Lüfterflügel(s) verzichtet werden kann. Die Regelung der Lüfterdrehzahl und damit auch die Kühlölmenge je Zeiteinheit, die durch den Ölkühler geleitet wird, erfolgt hierbei üblicherweise über eine Drosselsteuerung, deren Regelelement ein Thermodehnstoffelement ist. Die Wirkungsweise dieses Elementes entspricht der eines sich bei Temperaturerhöhung ausfahrenden Zylinderkolbens. Kühlt der Dehnstoff ab, wird der Kolben eingezogen. Durch den aus- bzw. einfahrenden Kolben des durch das zu kühlende Öl umflossenen Thermodehnzylinders wird ein Ventil derart angesteuert, dass mehr oder weniger Öl zum Lüfterantriebsmotor geleitet wird. Derartige Thermodehnzylinder sind in der Regel so dimensioniert, dass sie in einem bestimmten Temperaturbereich, z. B. zwischen 50 und 58°C, ihre Hubbewegungen ausführen. Ein Problem dieser Thermodehnelemente ist, dass die Wirksamkeit einer durch Aus- oder Einfahren des Kolbens vorgenommenen Erhöhung oder Absenkung der Kühlleistung nur mit Verzögerung auf das Thermoelement einwirken. Zum Beispiel nach einer Erhöhung der Kühlleistung muss in einem geschlossenen Regelkreis zunächst die sich einstellende Tankmischtemperatur nach Höhe und Temperaturanstiegs-/Abfallsgeschwindigkeit gemessen und dann entsprechend die Kühlleistung nachgeregelt werden. Dies ist mit Thermodehnelementen nicht oder nur mit hohem Aufwand durchführbar.
  • Durch die DE 42 32 542 C1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kühlung des im Arbeitskreislauf einer Baumaschine, insbesondere eines Hydraulikbaggers, vorhandenen Hydrauliköls bekannt geworden, wobei das aus den Bereichen der Arbeitshydraulik zurückfließende, mit einem hohen Temperaturniveau versehene Hydrauliköl vor seinem Eintreten in den Hydraulikölbehälter zwischengespeichert, d. h. von dem restlichen Öl im Hydraulikbehälter räumlich getrennt und von hier über eine Pumpe angesaugt wird, die das mit der höchsten Temperatur versehene Hydrauliköl dem Ölkühler zuführt, ehe es mit entsprechend geringerer Temperatur in den Hydraulikölbehälter zurückfließt und dort mit dem vorhandenen, ein anderes Temperaturniveau aufweisenden Hydrauliköl gemischt wird.
  • Die Nachteile der bisher zum Einsatz gelangenden Lösungen ergeben sich wie folgt:
    • – Keine definierte Regelung des Lüftermotors, so dass keine konstante Betriebstemperatur des Hydrauliköls gegeben ist.
    • – Große Trägheit der Steuerelemente.
    • – Aufgrund nicht definierter Regelung ständiges Nachlaufen bzw. Nachregeln des entsprechenden Drosselventils durch ein Stellglied, wodurch sich dauernde Geräuschschwankungen (50 bis 85 db(A)) einstellen.
    • – Hohes Druckniveau (ca. 280 bar).
  • In der US 6,349,882 B1 wird eine Kontrolleinrichtung für eine hydraulisch betriebene Lüftereinrichtung für eine Baumaschine, wie eine Planierrraupe beschrieben. Zum Einsatz gelangt ein Hydromotor, über welchen das Lüfterrad antreibbar ist sowie Verstellpumpen, die zur Überwachung der Drehfrequenz des Hydromotors vorgesehen sind. Ferner kommen Sensoren zur Messung der Temperatur des Kühlwassers und des Hydrauliköls sowie der Drehzahl des Motors zum Einsatz.
  • Im Handbuch Dr. techn. H. Zoebl „Schaltpläne der Ölhydraulik”, 3. Auflage, Krausskopf-Verlag Wien, 1970, Seite 98 wird eine Drehzahlregelung durch Stromregler dargestellt und beschrieben. Hier wird die Drehzahlregelung eines Ölmotors im offenen Kreislauf durch einen 3-Wege-Stromregler wiedergegeben.
  • Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ausgehend von der DE 42 32 542 C1 ein alternatives Verfahren bereitzustellen, das die aufgezeigten Nachteile überwindet und bei welchem auf wesentlich geringerem Druckniveau durch kontinuierliche Umlaufkühlung eine optimale Regelung der Temperatur des im Hydrauliksystem eines Hydraulikbaggers befindlichen Hydrauliköls herbeigeführt werden kann, wobei eine zeitnahe Regelung möglich sein soll.
  • Des Weiteren ist es das Ziel des Erfindungsgegenstandes, die im Stand der Technik beschriebene Einrichtung zur Regelung der Temperatur des im Arbeitskreislauf eines Hydraulikbaggers vorhandenen Hydrauliköls so zu modifizieren, dass sie einfach im Aufbau ist und auf wesentlich geringerem Druckniveau eine zeitnahe Regelung der jeweiligen Ölmengen erlaubt.
  • Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zur Regelung der Temperatur von Hydrauliköl in einem in geschlossenem Regelkreis arbeitenden Hydrauliksystem eines Hydraulikbaggers, indem Schwankungen der vorgebbaren Betriebstemperatur des Hydrauliköls durch elektronische Überwachung der Einstellparameter ohne wesentliche Verzögerung ausgeglichen werden, dergestalt dass die elektronische Überwachung durch mindestens ein elektrohydraulisches Regelventil durchgeführt wird und dass gleichzeitig die Ölmenge zum Antrieb mindestens eines Lüfterflügels des Hydraulikbaggers und die Ölmenge, die durch mindestens einen Ölkühler fließt, geregelt werden.
  • Dieses Ziel wird ebenfalls erreicht durch eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur des im Arbeitskreislauf eines Hydraulikbaggers vorhandenen Hydrauliköls, wobei der Arbeitskreislauf zumindest eine, Hydrauliköl aus einem Öltank saugende, Kühlölpumpe, zumindest einen, einen Lüfterflügel antreibenden, Ölmotor sowie mindestens einen Ölkühler umfasst und die Regelung der Temperatur des in geschlossenem Regelkreis strömenden Hydrauliköls durch mindestens ein elektrohydraulisches Regelventil erfolgt, das mit einem im Bypass betreibbaren Mengenregelventil in Wirkverbindung steht, wobei die jeweilige Kühlölpumpe durch eine Zahnradpumpe gebildet und der jeweilige Ölmotor ein Ölkonstantmotor ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Mit den verfahrensgemäßen sowie den gegenständlichen Merkmalen des Erfindungsgegenstandes wird ein Regelschema bereitgestellt, mit welchem in einfacher Weise und ohne großen Bauaufwand eine zeitnahe Regelung von Temperaturschwankungen des im Hydrauliksystem eines Hydraulikbaggers, befindlichen Hydrauliköls herbeigeführt werden kann.
  • Das elektrohydraulische Regelventil kann, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, durch ein Elektro-Proportional- oder ein Servo-Druckregelventil gebildet werden.
  • Vorteilhafterweise kommt mindestens ein Elektro-Temperaturfühler zum Einsatz, der im Öltank positioniert ist und die dort gegebene Hydrauliköltemperatur kontinuierlich erfasst. Der Elektro-Temperaturfühler wirkt mit einer Regelelektronik zusammen, die wiederum über das elektrohydraulische Ventil, beispielsweise ein Elektro-, Proportionalregelventil, auf das Mengenregelventil einwirkt.
  • Dieses Mengenregelventil kann einfach bauen, indem innerhalb des Gehäuses des Mengenregelventils lediglich ein einzelner Kolben gegen die Kraft einer Feder arbeitet, wobei das elektrohydraulische Ventil, gesteuert durch die Regelelektronik, in öffnender/schließender Weise auf den Kolben einwirkt, wodurch im Bypass mehr oder weniger Hydrauliköl in den Öltank zugeführt und dadurch die Drehzahl des jeweiligen Lüfterflügels beeinflusst wird.
  • Die Drehzahl des jeweiligen Lüfterflügels und damit auch die durch den jeweiligen Ölkühler fließende Ölmenge (L/min) können somit im geschlossenen Regelkreis zeitnah geregelt werden. Nebeneffekte sind z. B., dass die elektronische Regelung weiterführende teure Modifikationen des Hydraulksystems für den Tieftemperaturbereich überflüssig macht.
  • Kühlerschäden durch zu hohen Druck im Hydraulikkreislauf können bedarfsweise durch einen preiswerten Drucksensor sicher vermieden werden.
  • Die jeweilige Kühlölpumpe wird vorteilhafterweise durch einen Zahnradpumpe gebildet. Gleiches gilt für den als Ölkonstantmotor ausgebildeten Ölmotor, der ebenfalls durch einen Zahnradmotor gebildet sein kann.
  • Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden wie folgt wiedergegeben:
    • – Wegfall eines separaten Kreislaufes zum Lüftermotor. Hierdurch sind weniger Bauteile gegeben (kostengünstiger).
    • – Konstant gehaltene voreingestellte Öltemperatur.
    • – Betreiben des Kühlkreislaufes auf einem geringen Druckniveau (etwa 60 bar).
    • – Direktes Steuern des Mengenregelventils über Temperaturfühler im Öltank und zwischengeschaltete Regelelektronik, wodurch keine zeitliche Verzögerung, beispielsweise durch Massenträgheit von Bauteilen gegeben ist.
    • – Reduzierung von Gerätestillstandszeiten durch geringere Ausfälle am Kühlaggregat.
    • – Reduzierung des aufzubringenden diesel-/elektromotorseitigen Leistungsanteils für die Kühlung.
  • Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt ein elektrohydraulisch geregeltes Kühlsystem für einen, in geschlossenem Regelkreis arbeitenden, Arbeitskreislauf eines nicht weiter dargestellten Hydraulikbaggers, insbesondere eines Hydraulikgroßbaggers, wie er beispielsweise in Minenbetrieben zum Einsatz gelangen kann. Der nur vereinfacht aufgebaute Arbeitskreislauf (ohne Verbraucher) des Hydraulikbaggers umfasst in diesem Beispiel folgende Komponenten:
    • – eine Kühlölpumpe 1,
    • – einen Öltank 2,
    • – einen Ölmotor 3,
    • – einen mit dem Ölmotor 3 in Wirkverbindung stehenden Lüfterflügel 4,
    • – eine Rückölleitung 5 aus dem Ölmotor 3,
    • – einen Ölkühler 6,
    • – ein Mengenregelventil 7,
    • – ein elektrohydraulisches Regelventil 8,
    • – einen Elektro-Temperaturfühler 9 sowie
    • – eine Regelelektronik 10.
  • Im Folgenden wird das erfindungsgemäße elektrohydraulisch geregelte Ölkühlsystem beschrieben.
  • Die als Konstantpumpe (Zahnradpumpe) ausgebildete Kühlölpumpe 1 saugt kontinuierlich Hydrauliköl aus dem Öltank 2 und treibt damit den als Ölkonstantmotor (Zahnradmotor) ausgebildeten Ölmotor 3 an, der zum Antrieb des Lüfterflügels 4 dient. Das Rücköl wird über die Rückölleitung 5 aus diesem Ölmotor 3 dann durch den Ölkühler 6 geleitet. Die Regelung der Lüfterdrehzahl und damit auch die Kühlölmenge, die durch den Ölkühler 6 fließt, erfolgt durch das Mengenregelventil 7, das im Bypass – Kühlölpumpe 1 – Ölmotor 3 – angeordnet ist. Durch Schließen oder öffnen dieses Mengenregelventils 7 wird mehr oder weniger des von der Kühlölpumpe 1 geförderten Hydrauliköls unmittelbar zum Öltank 2 zurückgeleitet. Bei vollständig geöffnetem Mengenregelventil 7 stellt sich eine minimale Lüfterdrehzahl ein. Die durch den Ölkühler 6 geleitete Hydraulikölmenge ist entsprechend gering. Eine rasche Erwärmung des Hydrauliköls im Öltank 2 auf Betriebstemperatur ist hierdurch gewährleistet. Im Öltank 2 befindet sich mindestens ein Elektro-Temperaturfühler 9, dessen Ausgangssignal über eine Regelelektronik 10 auf das elektrohydraulische Regelventil 8 einwirkt, das bedarfsweise ein Elektro-Proportional- oder ein Servo-Druckregelventil sein kann. Das elektrohydraulische Regelventil 8 regelt die Stellung eines im Mengenregelventil 7 vorhandenen Kolbens 11. Findet im Öltank 2 eine Temperaturerhöhung des dort vorhandenen Hydrauliköls statt, wird dies durch den Elektro-Temperaturfühler 9 erfasst und das Signal an die Regelelektronik 10 weitergeleitet. Die Regelelektronik 10 steuert das elektrohydraulische Regelventil 8 an, das wiederum den Kolben 11 des Mengenregelventils 7 in Schließrichtung des Mengenregelventils 7 bewegt. Nun wird mehr Hydrauliköl von der Kühlölpumpe 1 zum Ölmotor 3 geleitet. Der Lüfterflügel 4 dreht schneller, so dass auch mehr Hydrauliköl durch den Ölkühler 6 geleitet wird. Über das elektrohydraulische Regelventil 8 wird somit gleichzeitig die Ölmenge zum Ölmotor 3 zur Betätigung des Lüfterflügels 4 und die Ölmenge, die durch den Ölkühler 6 fließt, zeitnah geregelt. Nachteile, wie sie im Stand der Technik gegeben sind (z. B. Thermodehnzylinder), sind somit nicht mehr gegeben. Es wird somit ein einfach bauendes elektrohydraulisch geregeltes Ölkühlsystem bereitgestellt, das besonders vorteilhaft bei Hydraulikbaggern, insbesondere Hydraulikgroßbaggern, zum Einsatz gelangen kann.
  • Der Erfindungsgegenstand kann besonders vorteilhaft bei Hydraulikbaggern, insbesondere Hydraulikgroßbaggern, eingesetzt werden, die mit zwei oder mehr Ölkühlern und zwei oder mehr Lüfterflügeln ausgestattet sind.
    • 1
    Kühlölpumpe
    2
    Öltank
    3
    Ölmotor
    4
    Lüfterflügel
    5
    Rückölleitung
    6
    Ölkühler
    7
    Mengenregelventil
    8
    elektrohydraulisches Regelventil
    9
    Elektro-Temperaturfühler
    10
    Regelelektronik
    11
    Kolben
    12
    Feder

Claims (8)

  1. Verfahren zur Regelung der Temperatur von Hydrauliköl in einem in geschlossenem Regelkreis arbeitenden Hydrauliksystem eines Hydraulikbaggers, indem Schwankungen der vorgebbaren Betriebstemperatur des Hydrauliköls durch elektronische Überwachung der Einstellparameter ohne wesentliche Verzögerung ausgeglichen werden, dergestalt dass die elektronische Überwachung durch mindestens ein elektrohydraulisches Regelventil (8) durchgeführt wird und dass gleichzeitig die Ölmenge zum Antrieb (3) mindestens eines Lüfterflügels (4) des Hydraulikbaggers und die Ölmenge, die durch mindestens einen Ölkühler (6) fließt, geregelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Überwachung durch ein Elektro-Proportional- oder ein Servo-Druckregelventil durchgeführt wird.
  3. Einrichtung zur Regelung der Temperatur des im Arbeitskreislauf eines Hydraulikbaggers vorhandenen Hydrauliköls, wobei der Arbeitskreislauf zumindest eine, Hydrauliköl aus einem Öltank (2) saugende, Kühlölpumpe (1), zumindest einen, einen Lüfterflügel (4) antreibenden, Ölmotor (3) sowie mindestens einen Ölkühler (6) umfasst und die Regelung der Temperatur des in geschlossenem Regelkreis strömenden Hydrauliköls durch mindestens ein elektrohydraulisches Regelventil (8) erfolgt, das mit einem im Bypass betreibbaren Mengenregelventil (7) in Wirkverbindung steht, wobei die jeweilige Kühlölpumpe (1) durch eine Zahnradpumpe gebildet und der jeweilige Ölmotor (3) ein Ölkonstantmotor ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitskreislauf der Baumaschine, insbesondere des Hydraulikbaggers, mehrere elektrohydraulische Regelventile (8), mehrere Lüfterflügel (4) sowie mehrere Ölkühler (6) vorgesehen sind, wobei gleichzeitig die Ölmenge zum jeweiligen Ölmotor (3) des jeweiligen Lüfterflügels (4) und die Ölmenge, die durch den jeweiligen Ölkühler (6) fließt, über das jeweilige elektrohydraulisch betätigbare Mengenregelventil (7) regelbar ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Öltanks (2) mindestens ein mit einer Regelelektronik (10) in Wirkverbindung stehender Elektro-Temperatursensor (9) vorgesehen ist und in Abhängigkeit von der Temperatur des im Öltank (2) vorhandenen Hydrauliköls die Regelelektronik (10) über das elektrohydraulische Regelventil (8) in öffnender oder schließender Weise auf das Mengenregelventil (7) einwirkt.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei vollständig geöffnetem Mengenregelventil (7) die Drehzahl des jeweiligen Lüfterflügels (4) gering und die Drehzahl des jeweiligen Lüfterflügels (4) durch Schließen des Mengenregelventils (7) bis zu einer maximalen Drehzahl erhöhbar ist.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölmotor (3) durch einen Zahnradmotor gebildet ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrohydraulische Regelventil (8) durch ein Elektro-Proportional- oder ein Servo-Druckregelventil gebildet ist.
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