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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung mit einem Druckspeicher, der mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe über ein Speicherladeventil gefüllt wird, das zwischen die Pumpe und den Druckspeicher geschaltet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Hydrauliksystem mit einer derartigen hydraulischen Steuerung.
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Die hydraulische Steuerung kann auch als Speicherladesystem bezeichnet werden. Das Speicherladeventil kann als Rückschlagventil ausgeführt sein, das ein unerwünschtes Rückströmen von Hydraulikmedium aus dem Druckspeicher zur Pumpe beziehungsweise in einen Tank mit Hydraulikmedium verhindert. Bei elektrisch angetriebenen Pumpen muss der zum Antrieb der Pumpe verwendete Elektromotor beim Einschalten, also beim Anlaufen der Pumpe, nicht nur die in Ruhe befindliche Massen beschleunigen, sondern auch eine hydraulische Last überwinden, die sich im Wesentlichen aus einem Speicherrestdruck und einem dadurch bedingten Öffnungsdruck des Speicherladeventils ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im Hinblick auf die Herstellkosten und/oder die Energieaufnahme im Betrieb der Pumpe, insbesondere beim Anlaufen der Pumpe, zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einer hydraulischen Steuerung mit einem Druckspeicher, der mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe über ein Speicherladeventil gefüllt wird, das zwischen die Pumpe und den Druckspeicher geschaltet ist, dadurch gelöst, dass der Pumpe eine hydraulische Entlastungseinrichtung nachgeschaltet ist, welche die Pumpe beim Anlaufen hydraulisch entlastet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass das resultierende Lastmoment der Pumpe gegenüber dem Anlaufmoment aus der Massenträgheit nicht vernachlässigbar ist. Das resultierende Lastmoment kann beim Anlaufen der Pumpe hohe Motorströme erforderlich machen und das Anlaufen der Pumpe beeinträchtigen. Durch die erfindungsgemäße Entlastungseinrichtung kann die beim Anlaufen der Pumpe durch den Elektromotor zu überwindende hydraulische Last deutlich reduziert werden. Der Elektromotor zum Antreiben der Pumpe kann kleiner ausgelegt werden als bei herkömmlichen hydraulischen Steuerungen. Darüber hinaus ergeben sich Vorteile in der Stromaufnahme, ohne dass die Dynamik der hydraulischen Steuerung beeinträchtigt wird. Die erfindungsgemäße hydraulische Steuerung dient vorzugsweise zum Ansteuern eines Getriebes.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Entlastungseinrichtung so ausgelegt ist, dass die Pumpe bei mindestens einer Anlaufumdrehung entlastet wird. Die hydraulische Entlastungseinrichtung ist vorzugsweise nur während einer sehr kurzen Zeitdauer beim Anlaufen der Pumpe wirksam. Nach wenigen Anlaufumdrehungen der Pumpe kann die Wirkung der hydraulischen Entlastungseinrichtung wegfallen oder abgeschaltet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Entlastungseinrichtung so ausgelegt ist, dass die Pumpe beim Anlaufen gegen einen Anlaufdruck fördert, der deutlich geringer als der Druck, insbesondere der normale Betriebsdruck, in dem Druckspeicher ist. Dadurch kann das Anlaufverhalten der Elektromaschine beim Betreiben der Pumpe, insbesondere im Hinblick auf die Stromaufnahme und die Dynamik, deutlich verbessert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Entlastungseinrichtung eine hydraulische Anlaufkapazität umfasst, die zwischen das Speicherladeventil und den Druckspeicher geschaltet ist. Als hydraulische Kapazität wird ein Hydraulikvolumen bezeichnet, das, zum Beispiel durch Verschieben eines Kolbens, veränderbar ist. Genauer ausgedrückt handelt es sich bei der hydraulischen Kapazität um einen Proportionalitätsfaktor, der sich aus dem Verhältnis zwischen einem Kompressionsflüssigkeitsstrom zu einer Druckänderungsgeschwindigkeit ergibt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Anlaufkapazität einen federbelasteten Kolben, einen Niederdruckspeicher, eine Membran, eine Tellerfeder oder/und einen Dehnschlauch umfasst. Die hydraulische Anlaufkapazität kann zum Beispiel durch einen mit Hydraulikmedium gefüllten Zylinder dargestellt werden, dessen Volumen durch den federbelasteten Kolben, die Membran beziehungsweise den Dehnschlauch begrenzt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Entlastungseinrichtung ein Anlaufventil umfasst, das zwischen die Pumpe und den Druckspeicher geschaltet ist. Durch das Anlaufventil kann die Pumpe beim Anlaufen kurzzeitig drucklos oder über einen geringen hydraulischen Widerstand mit dem Tank verbunden werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anlaufventil mit dem Speicherladeventil in einer Anlauf-Speicherladeventileinrichtung kombiniert ist. Die erfindungsgemäße Anlauf-Speicherladeventileinrichtung erfüllt einerseits die Funktion des herkömmlichen Speicherladenventils. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Anlauf-Speicherladeventileinrichtung ein Anlaufen der Pumpe gegen einen Anlaufdruck, der deutlich geringer als der jeweilige Speicherdruck in dem Druckspeicher ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauf-Speicherladeventileinrichtung als 3/2-Wegeventil mit einem Anschluss für die Pumpe, einem Anschluss für den Druckspeicher und einem Anschluss für einen Tank für Hydraulikmedium ausgeführt ist. In einer ersten Schaltstellung des 3/2-Wegeventils ist die Verbindung zwischen der Pumpe und dem Druckspeicher unterbrochen sowie eine Verbindung zwischen der Pumpe und dem Tank freigegeben, so dass die Pumpe praktisch drucklos fördert. In einer zweiten Schaltstellung des 3/2-Wegeventils ist die Pumpe mit dem Druckspeicher verbunden und die Verbindung zwischen der Pumpe und dem Tank unterbrochen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Entlastungseinrichtung als differenzdruckgesteuertes Bypassventil ausgeführt ist. Das Bypassventil ermöglicht einen geringen Volumenstrom ohne Druckverlust beziehungsweise mit einem geringen Druckverlust über eine Messblende.
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Die Erfindung betrifft auch ein Hydrauliksystem mit einer derartigen hydraulischen Steuerung zum Ansteuern eines Getriebes, das vorzugsweise als stufenlos verstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgeführt ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Ansteuern eines derartigen Getriebes.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 ein Hydrauliksystem mit einer hydraulischen Steuerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen hydraulischen Kapazität;
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2 ein ähnliches Hydrauliksystem wie in 1 mit einer Anlauf-Speicherladeventileinrichtung, die als Wegeventil ausgeführt ist und
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3 ein ähnliches Hydrauliksystem wie in 2, wobei die Anlauf-Speicherladeventileinrichtung als differenzdruckgesteuertes Bypassventil ausgeführt ist.
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In den 1 bis 3 ist ein Hydrauliksystem 1; 21; 31 mit einer hydraulischen Steuerung 2; 22; 32 gemäß drei verschiedenen Ausführungsbeispielen jeweils in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Die hydraulische Steuerung 2; 22; 32 umfasst einen Druckspeicher 4, an den ein Verbraucher 5 angeschlossen ist. Bei dem Verbraucher 5 handelt es sich zum Beispiel um mindestens einen Verstellzylinder eines stufenlos verstellbaren Kegelscheibenumschlingungsgetriebes.
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Der Druckspeicher 4 wird über eine Verbindungsleitung 8 mit Hilfe einer Pumpe 10, die durch eine Elektromaschine, insbesondere einem Elektromotor 12, angetrieben ist, aus einem Tank 14 mit Hydraulikmedium gefüllt. Bei dem Hydraulikmedium handelt es sich zum Beispiel um Hydrauliköl, das in dem Tank 14 mit Umgebungsdruck beaufschlagt oder drucklos ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein als Rückschlagventil ausgeführtes Speicherladeventil 16 zwischen die Pumpe 10 und den Druckspeicher 4 geschaltet. Das Speicherladeventil 16 kann nur in einer Strömungsrichtung durchströmt werden und verhindert ein unerwünschtes Rückströmen von Hydraulikmedium aus dem Druckspeicher 4 beziehungsweise vom Verbraucher 5 zum Ausgang der Pumpe 10.
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Zwischen den Ausgang der Pumpe 10 und das Speicherladeventil 16 ist gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung eine hydraulische Entlastungseinrichtung 18 geschaltet, die bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als hydraulische Anlaufkapazität 19 ausgeführt ist. Die hydraulische Anlaufkapazität 19 umfasst ein zusätzliches Hydraulikmediumvolumen, das zum Beispiel durch einen federbelasteten Kolben, eine Membran, eine Tellerfeder oder einen Dehnschlauch begrenzt ist. Die hydraulische Anlaufkapazität 19 kann auch als Niederdruckspeicher, das heißt als Gasdruckspeicher mit Kolben oder Blase, ausgeführt sein.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Anlauf-Speicherladeventil 26 zwischen die Pumpe 10 und den Druckspeicher 4 geschaltet. Das Anlauf-Speicherladeventil 26 ist als 3/2-Wegeventil 27 mit drei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen ausgeführt. Das 3/2-Wegeventil 27 umfasst einen ersten Anschluss für die Pumpe 10, einen zweiten Anschluss für den Druckspeicher 4 und einen dritten Anschluss für den Tank 14. Die Ansteuerung des 3/2-Wegeventils 27 erfolgt vorzugsweise elektromagnetisch.
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In der in 2 dargestellten Schaltstellung des 3/2-Wegeventils 27 steht die Pumpe 10 über eine zusätzliche Entlastungsleitung 29 mit dem Tank 14 in Verbindung. Durch das 3/2-Wegeventil 27 und die zusätzliche Entlastungsleitung 29 wird eine hydraulische Entlastungseinrichtung 28 geschaffen, die ein nahezu druckloses beziehungsweise druckloses Anlaufen der Pumpe 10 ermöglicht. Nach dem Anlaufen der Pumpe 10 wird das 3/2-Wegeventil 27 in seine zweite, nicht dargestellte Schaltstellung umgeschaltet, in welcher der Ausgang der Pumpe 10 mit dem Druckspeicher 4 in Verbindung steht.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine hydraulische Entlastungseinrichtung 38 zwischen den Ausgang der Pumpe 10 und das Speicherladeventil 16 geschaltet. Die hydraulische Entlastungseinrichtung 38 umfasst ein Bypassventil 39, das über eine Bypassleitung 40 mit dem Tank 14 in Verbindung steht. Das Bypassventil 39 wird über eine Steuerleitung 41 angesteuert. Dem Bypassventil 39 ist eine Messblende 42 vorgeschaltet, die einen sehr geringen Volumenstrom mit einem geringen Druckverlust von der Pumpe 10 in den Tank 14 zulässt, wodurch das Anlaufverhalten der Pumpe 10 deutlich verbessert wird.
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Im Betrieb der hydraulischen Steuerung 32 kann ein sehr geringer Volumenstrom ohne beziehungsweise mit einem geringen Druckverlust über die Messblende 42 des Bypassventils 39 fließen, ohne dass der Druck vor der Messblende 42 das Bypassventil 39 dicht verschließt, wobei der von der Pumpe 10 geförderte Volumenstrom in Richtung des Speicherladeventils 16 gefördert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrauliksystem
- 2
- hydraulische Steuerung
- 4
- Druckspeicher
- 5
- Verbraucher
- 8
- Verbindungsleitung
- 10
- Pumpe
- 12
- Elektromotor
- 14
- Tank
- 16
- Speicherladeventil
- 18
- hydraulische Entlastungseinrichtung
- 19
- hydraulische Anlaufkapazität
- 21
- Hydrauliksystem
- 22
- hydraulische Steuerung
- 26
- Anlauf-Speicherladeventil
- 27
- 3/2-Wegeventil
- 28
- hydraulische Entlastungseinrichtung
- 29
- Entlastungsleitung
- 31
- Hydrauliksystem
- 32
- hydraulische Steuerung
- 38
- hydraulische Entlastungseinrichtung
- 39
- Bypassventil
- 40
- Bypassleitung
- 41
- Steuerleitung
- 42
- Messblende
