DE102010020132A1 - Drive system with at least one hydraulic actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit zumindest einem hydraulischen Aktuator (2), der mittels zumindest einer Druckmittelpumpe (3) mit Druckmittel (4) versorgt ist. Dadurch, dass die Druckmittelpumpe (3) eine drehzahlgeregelte Druckmittelpumpe ist, die von einem Motor (5) mit variabler Drehzahl und geregeltem Drehmoment angetrieben ist, ist ein Antriebssystem geschaffen, das nur bei Bedarf und adaptiv an die gewünschte Stellbewegung Druckmittel von einem Druckmittelbehälter zu dem jeweiligen hydraulischen Aktuator fördert und umgekehrt.The invention relates to a drive system with at least one hydraulic actuator (2) which is supplied with pressure medium (4) by means of at least one pressure medium pump (3). The fact that the pressure medium pump (3) is a speed-controlled pressure medium pump which is driven by a motor (5) with variable speed and controlled torque, a drive system is created that only when required and adaptively to the desired actuating movement pressure medium from a pressure medium container to the respective hydraulic actuator promotes and vice versa.
Description
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit zumindest einem hydraulischen Aktuator, der mittels zumindest einer Druckmittelpumpe mit Druckmittel versorgt ist.The invention relates to a drive system with at least one hydraulic actuator, which is supplied by means of at least one pressure medium pump with pressure medium.
Antriebssysteme hydraulischer Art mit ein oder mehreren Aktuatoren, die auch sequentiell verschiedene Arbeitsbewegungen ausführen können, werden häufig mittels einer Regelventil-Schaltung, die von einer oder mehreren Druckmittelpumpen konstanter Drehzahl angetrieben wird, mit hydraulischer Energie versorgt. Der technische Nachteil solcher Antriebssysteme ist ein schlechter Wirkungsgrad, da die Regelventile prinzipbedingt hydraulische Energie in Wärmeenergie umsetzen.Hydraulic drive systems with one or more actuators that can also sequentially perform various work motions are often supplied with hydraulic energy by means of a control valve circuit driven by one or more constant speed pressure medium pumps. The technical disadvantage of such drive systems is a poor efficiency, since the control valves inherently implement hydraulic energy into heat energy.
Derartige Antriebssysteme sind auch bei Fahrwerken für Kraftfahrzeuge bekannt. So beschreibt die
Bei einem zweiachsigen Personenkraftwagen ist in der Regel sowohl eine Niveauregulierung an der Vorderachse als auch an der Hinterachse möglich, wobei die Niveauregulierung an den Fahrzeugachsen unabhängig voneinander vorgenommen werden kann.In a two-axle passenger car usually both a level control on the front and on the rear axle is possible, the level control on the vehicle axles can be made independently.
Die
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Antriebssystem zu schaffen, das konstruktiv einfach aufbaut, gute Regeleigenschaften aufweist und dabei prinzipbedingte Drosselverluste von Regelventilen vermeidet, so dass insoweit ein sehr guter Wirkungsgrad erreicht ist.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a hydraulic drive system that is structurally simple, has good control characteristics and thereby avoiding principle throttling losses of control valves, so that in this respect a very good efficiency is achieved.
Diese Aufgabe wird mit einem Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.This object is achieved with a drive system with the features of
Dadurch, dass die Druckmittelpumpe, die den hydraulischen Aktuator mit Druckmittel versorgt, bevorzugt als bi-direktional drehzahlgeregelte Pumpe, vorzugsweise ohne Regelventil und damit äußerst verlustarm, im Zwei- oder Vierquadrantenbetrieb betrieben ist, und von einem Motor mit variabler Drehzahl und geregeltem Drehmoment angetrieben ist, ist ein Antriebssystem geschaffen, das nur bei Bedarf und adaptiv an die gewünschte Stellbewegung Druckmittel von einem Druckmittelbehälter zu dem jeweiligen hydraulischen Aktuator fördert und umgekehrt.Characterized in that the pressure medium pump, which supplies the hydraulic actuator with pressure medium, preferably as bi-directional speed-controlled pump, preferably without control valve and thus extremely low loss, is operated in two- or four-quadrant operation, and is driven by a motor with variable speed and controlled torque , a drive system is provided which promotes pressure medium from a pressure medium container to the respective hydraulic actuator only when needed and adaptively to the desired adjusting movement and vice versa.
Ist der hydraulische Aktuator beispielsweise ein doppeltwirkender Zylinder, so sind beide Anschlüsse der Druckmittelpumpe an jeweils einen Arbeitsraum des Zylinders angeschlossen, sodass bei einer Drehrichtung oder Förderrichtung der Druckmittelpumpe in die eine Richtung beispielsweise der Stangenraum befüllt und der kolbenbodenseitige Arbeitsraum entleert wird und umgekehrt. Dadurch ergibt sich in Abhängigkeit der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit der Druckmittelpumpe eine exakte Steuerung und Verfahrbewegung des Stellelementes des hydraulischen Aktuators. Der die Druckmittelpumpe antreibende Motor, vorzugsweise ein Elektromotor, ist drehmomentgeregelt und in Abhängigkeit von Sensorsignalen einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung angesteuert, die die Bedarfsanforderung des hydraulischen Aktuators ermittelt. Der Motor kann insoweit beispielsweise ein pulsweiten-modulierter Elektromotor sein.If the hydraulic actuator is, for example, a double-acting cylinder, then both ports of the pressure medium pump are connected to a respective working space of the cylinder, so that in a direction of rotation or conveying direction of the pressure medium pump in one direction, for example, filled the rod space and the piston bottom side working space is emptied and vice versa. This results in a function of the direction of rotation and rotational speed of the pressure medium pump exact control and traversing movement of the actuating element of the hydraulic actuator. The motor driving the pressure medium pump, preferably an electric motor, is torque-controlled and controlled as a function of sensor signals of a control and / or regulating device which determines the demand requirement of the hydraulic actuator. The motor can be so far, for example, a pulse width modulated electric motor.
Um Leckageverluste in dem hydraulischen Kreislauf zwischen hydraulischem Aktuator und der Druckmittelpumpe auszugleichen, ist es vorteilhaft, das aus der Druckmittelpumpe entweichende Leckagefluid mit Hilfe einer fluidführenden Verbindung zu dem von ihr generierten Druckmittelstrom über ein Rückschlagventil abzuführen. Durch den Einsatz eines Rückschlagventils kann zum einen der Leckage-Fluidstrom angesteuert werden und das Leckageöl im Gesamt-Druckmittelstrom in Umlauf mit der sonstigen Fluidmenge gehalten werden.In order to compensate for leakage losses in the hydraulic circuit between the hydraulic actuator and the pressure medium pump, it is advantageous to remove the leakage fluid escaping from the pressure medium pump by means of a fluid-conducting connection to the pressure medium flow generated by it via a check valve. By using a check valve, on the one hand, the leakage fluid flow can be controlled and the leakage oil in the total pressure medium flow can be kept in circulation with the other fluid quantity.
Von der Druckmittelpumpe können verschiedenste Bauarten von hydraulischen Aktuatoren angetrieben werden, so etwa ein doppeltwirkender Stellzylinder oder ein Hydromotor, die auch zur Betätigung von Stabilisatoren eines Wankstabilisierungssystems eines Fahrzeuges angewandt werden können. From the pressure medium pump of various types of hydraulic actuators can be driven, such as a double-acting actuator cylinder or a hydraulic motor, which can also be used to actuate stabilizers of a roll stabilization system of a vehicle.
Es ist ferner vorteilhaft, einen Druckspeicher mit Druckmittel zu beaufschlagen, der zum Volumenausgleich des Druckmittels auf der Verbraucherseite oder auch auf der Saugseite der Druckmittelpumpe dienen kann. Der Druckspeicher kann auch zur direkten Beaufschlagung eines Arbeitsraumes eines hydraulischen Aktuators dienen. Wird die Saugseite der Druckmittelpumpe von dem Druckspeicher beaufschlagt, so wird durch diese Maßnahme der Systemvorspannung Kavitation in dem Antriebssystem vermieden.It is also advantageous to pressurize a pressure accumulator with pressure medium, which can serve to equalize the volume of the pressure medium on the consumer side or on the suction side of the pressure medium pump. The accumulator can also be used for direct loading of a working space of a hydraulic actuator. If the suction side of the pressure medium pump is acted upon by the pressure accumulator, the system bias cavitation in the drive system is avoided by this measure.
Die Druckmittelpumpe hat ein konstantes Verdrängungsvolumen, wobei in Kombination mit dem drehmomentgeregelten, drehzahlvariablen Antrieb der Druckmittelpumpe variable Fördermengen ermöglicht sind. Es bedarf somit keiner Ventile zur Regelung der Fördermenge und Förderrichtung der Druckmittelpumpe. Zur Funktion des Antriebssystems sind Rückschlagventile, die auf den Leckagefluidabfluß einwirken, ausreichend. Dennoch kann es vorteilhaft sein, schnellschaltende Wegeventile zwischen die Druckmittelpumpe und den hydraulischen Aktuator oder zwischen eine Mehrzahl an hydraulischen Aktuatoren zu schalten.The pressure medium pump has a constant displacement volume, wherein in combination with the torque-controlled, variable-speed drive of the pressure medium pump variable flow rates are possible. Thus, it requires no valves to control the flow rate and conveying direction of the pressure medium pump. For the operation of the drive system check valves, which act on the Leckagefluidabfluß sufficient. Nevertheless, it may be advantageous to switch fast-switching directional control valves between the pressure medium pump and the hydraulic actuator or between a plurality of hydraulic actuators.
Es ist ferner vorteilhaft, das Leckagefluid an einen Niederdruckanschluss der Druckmittelpumpe abzuführen oder der Niederdruckseite des dahingehenden Druckmittelstromes der Druckmittelpumpe zuzuführen. Es ist ferner vorteilhaft, den Leckage-Fluidstrom einem Hochdruckanschluss der Druckmittelpumpe zuzuführen, wobei das Rückschlagventil oder die beiden Rückschlagventile, die in Abhängigkeit von der Förderrichtung der Druckmittelpumpe den Leckage-Fluidstrom vorspannen, verhindern, dass Druckmittel unter hohem Druck in den entsprechenden Gehäuse-Innenraum der Druckmittelpumpe gelangen kann. Insoweit ist vorgesehen, dass die Rückschlagventile zueinander gegenseitige Öffnungsrichtungen aufweisen. Jeder der Leckagefluid abführenden fluidführenden Verbindungen ist mit einem Hochdruckanschluss der Druckmittelpumpe verbunden, so dass insgesamt eine Parallelschaltung der fluidführenden Verbindungsleitungen zu den Hochdruckfluidleitungen zu den von der Druckmittelpumpe versorgten Verbrauchern oder hydraulischen Aktuatoren gegeben ist. Die Leckagerückführung erfolgt insoweit über die jeweilige Niederdruckfluidleitung, die in Form der Hochdruckfluidleitung ausgebildet, gerade nicht für die Hochdruckführung benötigt wird.It is also advantageous to discharge the leakage fluid to a low pressure port of the pressure medium pump or to supply the low pressure side of the pertinent pressure medium flow of the pressure medium pump. It is also advantageous to supply the leakage fluid flow to a high pressure port of the pressure medium pump, wherein the check valve or the two check valves, which bias the leakage fluid flow depending on the conveying direction of the pressure medium pump, prevent pressure medium under high pressure in the corresponding housing interior the pressure medium pump can get. In that regard, it is provided that the non-return valves have mutually mutual opening directions. Each of the leakage fluid dissipating fluid-carrying connections is connected to a high-pressure port of the pressure medium pump, so that a total of parallel connection of the fluid-carrying connection lines is given to the high-pressure fluid lines to the powered by the pressure medium pump consumers or hydraulic actuators. The leakage return is so far on the respective low pressure fluid line formed in the form of high pressure fluid line, just not needed for the high pressure guide.
Um den Funktionen der Wankstabilisierung eine Niveauregulierungsfunktion zu überlagern, ist es vorteilhaft, jedem dem Antriebssystem zugehörigen hydraulischen Aktuator ein Ventil zuzuordnen, mit Hilfe dessen ein Arbeitsraum des betreffenden hydraulischen Aktuators entleert oder befüllt werden kann, so dass beispielsweise die absolute Position eines Kolbens eines Stellzylinders verschoben werden kann.In order to superimpose a level control function on the functions of the roll stabilization, it is advantageous to associate with each hydraulic actuator associated with the drive system a valve with the aid of which a working space of the relevant hydraulic actuator can be emptied or filled so that, for example, the absolute position of a piston of an actuating cylinder is displaced can be.
So lassen sich beispielsweise die absolute Position von Rädern eines Kraftfahrzeuges relativ zu einem Chassis in ihrer Höhe verändern und ein Wagenoberbau eines Kraftfahrzeuges absenken oder anheben.Thus, for example, the absolute position of wheels of a motor vehicle relative to a chassis change in height and lower or raise a car superstructure of a motor vehicle.
Hydraulische Aktuatoren etwa in der Art von Stellzylindern lassen sich auch dahingehend koppeln, dass eine Folgesteuerung oder eine gegenläufige Kopplung bewirkt ist. Beispielsweise läßt sich derart ein kurveninneres Rad eines Fahrzeuges anheben und ein kurvenäußeres Rad des Fahrzeuges absenken.Hydraulic actuators such as in the form of actuating cylinders can also be coupled to effect a sequence control or an opposite coupling. For example, it is possible to lift a wheel of a vehicle on the inside of a curve and to lower a wheel on the outside of the vehicle.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description in which several embodiments are described with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination.
In der
In dem Ausführungsbeispiel nach der
Ein Druckspeicher
Die fluidführende Verbindung
Die
Bei einer Ruheposition der Druckmittelpumpe ist somit auch die Lage des Flügels und die Drehlage des Rotors fixiert. Der Rotor kann an Stabilisatorstäbe eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeuges fest angeschlossen sein und derart die Position eines Rades relativ zu einem Fahrzeugoberbau anheben oder absenken.At a rest position of the pressure medium pump is thus also the position of the wing and the rotational position fixed to the rotor. The rotor may be fixedly connected to stabilizer bars of a chassis of a motor vehicle and thus raise or lower the position of a wheel relative to a vehicle superstructure.
Um dahingehende Stellaufgaben verlustarm mit einem Antriebssystem
Der elektrische Motor kann auch elektronisch kommutiert sein, wodurch eine Verbesserung des Wirkungsgrades nebst einer Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Betriebssicherheit sich ergibt. Zudem bauen solche elektronisch kommutierten Motoren konstruktiv weniger aufwendig auf. Siehe hierzu auch den Offenbarungsgehalt der
Gemäß den Ausführungsbeispielen nach den
In den in den
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der
In dem in
Die Ventile
Für die Funktion sind allein die jeweils eingesetzten Rückschlagventile ausreichend. In der Praxis sollte es sich dabei um Rückschlagventile mit einem sog. minimalen ΔP handeln. Alternativ könnte man Wegeventile mit einer sehr schnellen Ansteuerung vorsehen. Auch sind Kombinationen aus einem Wegeventil und einem Rückschlagventil (siehe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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