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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb einer mobilen Arbeitsmaschine gemäß dem Patentanspruch 1.
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Dieser Antrieb ist als so genannter Hybridantrieb ausgeführt. Darunter wird eine Kombination verschiedener Antriebsprinzipien oder verschiedener Energiequellen für eine Antriebsaufgabe innerhalb einer Anwendung, beispielsweise eines Fahrzeugs bezeichnet. In Abhängigkeit von der Anordnung und der mechanischen Verbindung der Antriebsmaschine wird zwischen einem Seriell-Hybridantrieb und einem Parallel-Hybridantrieb unterschieden, wobei diese wiederum als elektrischer oder hydraulischer Hybrid ausgeführt sein können.
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Bei einem Seriell-Hybrid wird die gesamte Leistung einer Verbrennungskraftmaschine über einen elektrischen Generator oder eine hydraulische Pumpe in elektrische beziehungsweise hydraulische Energie umgewandelt und der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt ausschließlich durch einen Elektro- oder Hydromotor. Nachteilig hierbei ist, dass dieser Antrieb bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und niedrigen Lasten einen schlechten Wirkungsgrad aufweist.
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Bei einem Parallel-Hybrid stehen zwei Antriebsmaschinen, beispielsweise ein Elektromotor oder Hydromotor und ein Verbrennungsmotor mit einem Achsantrieb in Verbindung, so dass das betreffende Fahrzeug bei entsprechender Ausbildung und Anordnung des Antriebsstrangs separat vom Elektromotor oder Hydromotor oder von der Verbrennungskraftmaschine oder gemeinsam von beiden Arbeitsmaschinen angetrieben werden kann.
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Bei hydraulischen mobilen Arbeitsmaschinen erfolgt die Druckmittelversorgung der Verbraucher über eine Pumpe der Arbeitshydraulik, wobei die Pumpe über den Antriebsmotor angetrieben wird. Bei Hybridsystemen ist diese Pumpe als Hydromaschine ausgeführt, so dass beispielsweise im Schubbetrieb die Hydromaschine als Hydromotor wirkt und somit kinetische Energie in hydraulische Energie umgewandelt wird, die dann beispielsweise in den Antriebsstrang eingespeist werden kann.
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Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der
DE 10 2006 058 003 A1 gezeigt. Bei dieser bekannten Lösung wird über die Hydromaschine im Schubbetrieb ein Hydrospeicher aufgeladen, wobei die gespeicherte Energie dann beispielsweise zum Beschleunigen des Fahrzeugs abgerufen wird, so dass der Primärantrieb mit geringerer Leistung betrieben werden kann. Es handelt sich somit um einen Parallel-Hybridantrieb im Sinne der oben erwähnten Definitionen.
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Bei dieser bekannten Lösung wird die im Hydrospeicher gespeicherte hydraulische Energie zur Unterstützung des Primärantriebs abgerufen. Eine Druckmittelversorgung der Arbeitshydraulik aus dem Hydrospeicher ist nicht vorgesehen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb einer mobilen Arbeitsmaschine zu schaffen, der eine energieoptimierte Versorgung hydraulischer Verbraucher gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß hat die mobile Arbeitsmaschine eine Arbeitshydraulik mit zumindest einem hydraulischen Verbraucher, der mit einer Hydromaschine in Druckmittelverbindung steht. Diese Hydromaschine kann über einen Antriebsstrang eines Primärantriebs angetrieben werden. Die Arbeitshydraulik ist mit einem Hydrospeicher versehen, der über die Hydromaschine aufladbar ist. D. h. der Hydrospeicher ist im Prinzip an die ohnehin vorhandene Arbeitshydraulik angekoppelt und kann während der Schubphasen des Fahrzeugs geladen werden, wobei dann die Hydromaschine über den Antriebsstrang angetrieben wird und als Pumpe wirkt. Die im Hydrospeicher gespeicherte hydraulische Energie kann durch geeignete Verschaltung wahlweise zur Unterstützung des primären Antriebs im Motorbetrieb oder zur Druckmittelversorgung der Verbraucher abgerufen werden, wobei dann die Hydromaschine als Pumpe wirkt.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems bestehen zum einen in einer Energieeinsparung durch die Speicherung und Rekuperation der Schubenergie im Hydrospeicher. Zum anderen ist dieses Hybridkonzept mit minimalen Investitionen realisierbar, da im Wesentlichen bereits installierte Komponenten der Arbeitshydraulik mitbenutzt werden, die lediglich geringfügig an das Hybridkonzept angepasst werden müssen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der hydraulische Antrieb mit einer Niederdruckeinspeiseleitung (bezogen auf die Funktion der Hydromaschine als Pumpe) ausgeführt, die den Hydrospeicher mit einer Niederdruckseite (Pumpenmodus) der Hydromaschine verbindet und in der eine Speicherentladeventileinheit angeordnet ist, die zum Antreiben der Hydromaschine in eine Öffnungsstellung bringbar ist.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer zum Hydrospeicher führenden Speicherleitung eine veränderliche Messblende vorgesehen, über die der in den Hydrospeicher strömende Druckmittelvolumenstrom eingestellt werden kann.
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Bei einer Variante kann der hydraulische Antrieb mit einem Speicherisolierventil ausgeführt sein, das in einer Position eine Druckmittelverbindung zum Hydrospeicher öffnet und in einer anderen Position sperrt, so dass der Hydrospeicher von der Arbeitshydraulik getrennt ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, in einer zum Hydrospeicher führenden Speicherleitung ein als Vorspannventil wirkendes verstellbares Druckbegrenzungsventil anzuordnen, das in seiner Öffnungsstellung zum Hydrospeicher hin öffnet – auf diese Weise wird der Hydrospeicher erst bei Überschreiten eines am Druckbegrenzungsventil einstellbaren Minimaldrucks aufgeladen.
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Die Arbeitshydraulik kann in einem gemeinsamen Zulauf zu dem oder den Verbrauchern der Arbeitshydraulik und zu dem Hydrospeicher eine verstellbare Messblende aufweisen, die den Druckmittelvolumenstrom in Richtung der Verbraucher und des Hydrospeichers bestimmt.
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Dieser Messblende kann eine Druckwaage zugeordnet sein, die beispielsweise in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck der Arbeitshydraulik und in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der Messblende beaufschlagt ist – in diesem Fall handelt es sich um ein LUDV-System mit lastdruckunabhängigem Durchflussverhalten. Prinzipiell kann die Druckwaage in Schließrichtung auch mit dem jeweils individuellen Lastdruck beaufschlagt sein.
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Der hydraulische Antrieb kann mit einem stromaufwärts einer Messblende bzw. eines Speicherisolierventils in einer Speicherleitung angeordneten Neutralumlaufventil ausgeführt sein, das in einer Öffnungsstellung die Speicherleitung mit Niederdruck verbindet.
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Stromabwärts einer Messblende bzw. eines Speicherisolierventils kann ein Speicherentladeventil vorgesehen sein, über das der Speicher entladen werden kann.
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Die Hydromaschine wird vorzugsweise in Abhängigkeit vom Lastdruck verstellt (LS-Regelung). Alternativ kann die Hydromaschine auch nach dem EFM-Prinzip (Electronic Flow Matching) elektronisch verstellbar ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der Antrieb mit einer Steuereinheit ausgeführt ist, über die die oben genannten Ventileinheiten der Arbeitshydraulik oder die Hydromaschine elektrisch oder elektrohydraulisch verstellt werden können, wobei diese Verstellung in Abhängigkeit vom Druckmittelbedarf oder vom Lastdruck erfolgt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Antriebs einer mobilen Arbeitsmaschine mit einem mit der Hydromaschine der Arbeitshydraulik in Druckmittelverbindung stehenden Hydrospeicher,
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2 den hydraulischen Antrieb gemäß 1 in einem ersten Betriebszustand der mobilen Arbeitsmaschine,
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3 den hydraulischen Antrieb gemäß 1 in einem zweiten Betriebszustand der mobilen Arbeitsmaschine,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Antriebs einer mobilen Arbeitsmaschine mit Niederdruckseiteneinspeisung für die Hydromaschine,
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5 den hydraulischen Antrieb aus 4 in einem ersten Betriebszustand der mobilen Arbeitsmaschine,
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6 den hydraulischen Antrieb aus 4 in einem zweiten Betriebszustand der mobilen Arbeitsmaschine,
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7 eine konkrete Lösung eines hydraulischen Antriebs eines Gabelstaplers,
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8 den hydraulischen Antrieb gemäß 7 in einem ersten Betriebszustand des Gabelstaplers und
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9 den hydraulischen Antrieb gemäß 7 in einem, zweiten Betriebszustand des Gabelstaplers.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines hydraulischen Antriebs eines Gabelstaplers erläutert. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Konzept auch bei anderen Arbeitsmaschinen anwendbar.
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1 zeigt das Grundschema eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 1 mit einer verstellbaren Hydromaschine 2, die einen Hydrospeicher 4 und hydraulische Verbraucher 6 einer Arbeitshydraulik mit Druckmittel versorgt. Die beispielsweise als Axial- oder Radialkolbenmaschine ausgeführte Hydromaschine 2 ist mit dem Antriebsstrang eines Primärantriebs verbunden, der beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor gebildet ist, dessen Antriebswelle 8 mit der Hydromaschine 2 gekoppelt oder koppelbar ist. Die Verstellung der mit Drehrichtungsumkehr ausgeführten Hydromaschine 2 erfolgt über ein elektrisches Stellglied 10, das das Förder-/Schluckvolumen der Hydromaschine 2 in Abhängigkeit vom Druckmittelbedarf (EFM) einstellt. Prinzipiell kann die Hydromaschine 2 auch nach dem LS (Load Sensing)-Prinzip angesteuert werden, wobei die Verstellung dann in Abhängigkeit vom individuellen oder maximalen Lastdruck der Verbraucher der Arbeitshydraulik erfolgt.
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Ein tankseitiger Niederdruckanschluss der Hydromaschine 2 ist über eine Tankleitung 12 mit einem Tank T verbunden. Ein Hochdruckanschluss der Hydromaschine 2 mündet in eine Zulaufleitung 14, die sich zu dem Verbraucher 6 hin verzweigt, der bei diesem Ausführungsbeispiel durch zwei Hydraulikzylinder 6a, 6b gebildet ist, die in Parallelschaltung betrieben werden. In jedem Zweig 14a, 14b der Zulaufleitung 14 ist jeweils eine elektrisch verstellbare Messblende 16a, 16b angeordnet, über die der Druckmittelvolumenstrom zu den Hydrozylindern 6a, 6b einstellbar ist. Die Verstellung dieser Messblenden 16 erfolgt wiederum elektronisch, wobei die Steuersignale Von der erwähnten Steuereinheit generiert werden.
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Der Lastdruck der Verbraucher 6 wird über einen Druckaufnehmer 18 abgegriffen und zur Steuereinheit gemeldet.
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Von der Zulaufleitung 14 zweigt eine Speicherleitung 20 ab, an die der Hydrospeicher 4 angeschlossen ist. In der Speicherleitung 20 ist ein Speicherisolierventil 22 vorgesehen, das in einer federvorgespannten Grundposition eine Druckmittelströmung zum Speicher 4 hin zulässt und in Gegenrichtung leckagefrei absperrt. Das als Schaltventil ausgeführte Speicherisolierventil 22 lässt sich elektrisch in eine Durchgangsstellung umschalten, in der eine Druckmittelströmung in beiden Richtungen zugelassen wird. Stromabwärts (in Druckaufbaurichtung gesehen) des Speicherisolierventils 22 ist in der Speicherleitung 20 eine weitere elektrisch verstellbare Messblende 24 vorgesehen, über die der Druckmittelvolumenstrom zum Speicher 4 und von diesem einstellbar ist. Die Drücke stromaufwärts (Druckaufbaurichtung) des Speicherisolierventils 22 und stromabwärts der Messblende 24 werden wiederum über Druckaufnehmer 26, 28 erfasst. Der Maximaldruck in der Speicherleitung kann beim dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Druckbegrenzungsventil 30 begrenzt werden, das bei Überschreiten des Maximaldrucks eine Verbindung zum Tank T öffnet.
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Der maximale Druck am Hochdruckanschluss der Hydromaschine 2 wird über ein weiteres Druckbegrenzungsventil 32 begrenzt. Bei Überschreiten dieses Maximaldrucks wird eine Druckmittelverbindung zum Tank T hin aufgesteuert. Parallel zu diesem Druckbegrenzungsventil 32 ist ein Nachsaugventil 34 vorgesehen, über das im Fall einer ziehenden Last Druckmittel aus dem Tank T in die Zulaufleitung 14 nachgesaugt werden kann.
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1 zeigt einen Betriebszustand des Antriebs, bei dem der Speicher 4 geladen wird und ggf. der Verbraucher 6 mit Druckmittel versorgt ist. Dementsprechend ist das Speicherisolierventil 22 in seine Grundstellung vorgespannt, in der eine Druckmittelströmung zum Speicher 4 ermöglicht ist. Die Messblenden 16a, 16b sind nach dem Druckmittelbedarf des Verbrauchers 6, genauer gesagt der Hydrozylinder 6a, 6b eingestellt. Entsprechend ist auch der Schwenkwinkel der Hydromaschine 2 über das Stellglied 10 in Abhängigkeit vom Druckmittelbedarf (EFM) eingestellt. Dieses Laden des Hydrospeichers 4 kann beispielsweise dann erfolgen, wenn die Arbeitsmaschine im Schubbetrieb (beispielsweise Bergabfahrt, ziehende Last, ...) betrieben ist und somit die als Pumpe wirkende Hydromaschine 2 über den Antriebsstrang von der Welle 8 angetrieben wird, ohne dass zusätzliche Energie vom Primärantrieb her eingetragen werden muss. Die Anpassung der unterschiedlichen Druckniveaus zwischen den einzelnen Verbrauchern (6a, 6b, 4) wird über die bewährten Steuerungsprinzipien (LS, EFM, ...) ausgeglichen.
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2 zeigt den hydraulischen Antrieb 1 gemäß 1 bei einer Möglichkeit der Rekuperation der gespeicherten Energie in die Arbeitshydraulik. Hierzu wird das Speicherisolierventil 22 in seine Öffnungsstellung umgestellt, so dass Druckmittel vom Hydrospeicher 4 in Richtung zur Zulaufleitung 14 strömen kann. Die Messblende 24 in der Speicherleitung 20 ist entsprechend eingestellt. Die beiden Messblenden 16a, 16b in den Leitungsabschnitten 14a, 14b sind entsprechend des Druckmittelbedarfs des Verbrauchers 6 eingestellt, so dass das Druckmittel vom Speicher 4 in Richtung zum Verbraucher 6 strömt und diese mit Druckmittel versorgt. Solange der Druck im Hydrospeicher 4 größer ist als der Lastdruck der Verbraucher 6, muss über die Hydromaschine 2 in ihrer Pumpenfunktion kein Druckmittel gefördert werden. Sobald der Speicherdruck 4 unter den Druckbedarf der Arbeitshydraulik (Lastdruck des Verbrauchers 6) abfällt, wird die zuvor auf Null verschwenkte Hydromaschine 2 ausgeschwenkt, so dass der Druckmittelbedarf des Verbrauchers 6 dann über die als Pumpe wirkende Hydromaschine 2 gedeckt wird. Der entladene Hydrospeicher 4 wird dann in der vorbeschriebenen Weise (1) wieder im Schubbetrieb der mobilen Arbeitsmaschine oder durch Ansteuerung der Hydromaschine 2 im Pumpenbetrieb aufgeladen.
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3 zeigt eine Möglichkeit der Rekuperation der gespeicherten Energie, wobei diese in Antriebsleistung für die Welle 8 umgewandelt wird. In diesem Betriebszustand sind die beiden dem Verbraucher 6 zugeordneten Messblenden 16a, 16b geschlossen, so dass der Verbraucher 6 nicht mit Druckmittel versorgt wird. Das Speicherisolierventil 22 ist in seine Durchgangsstellung umgeschaltet und die Messblende 24 in Abhängigkeit von dem jeweils bestehenden Anforderungen (Drehmoment) eingestellt. Die Hydromaschine 2 wirkt dann als Hydromotor, wobei diese durchschwenkt und somit unter Beibehaltung der Drehrichtung im Motorbetrieb von dem vom Hydrospeicher 4 abströmenden Druckmittel angetrieben wird. Die im Hydrospeicher 4 gespeicherte hydraulische Energie wird somit in kinetische Energie in Form eines auf die Welle 8 wirkenden Antriebsmomentes umgewandelt. Die Steuerung dieses zusätzlichen Antriebsmomentes erfolgt über die Verstellung des Schwenkwinkels der Hydromaschine 2 und in Abhängigkeit vom Speicherdruck. Die Druckverhältnisse können über die beschriebenen Druckaufnehmer und der Schwenkwinkel der Hydromaschine 2 über einen entsprechenden Schwenkwinkelsensor erfasst und zur Steuereinheit gemeldet werden. Wie in 3 mit den beiden Pfeilen angedeutet, addiert sich das über den Hydrospeicher 4 zur Verfügung gestellte Antriebsmoment zu dem über dem Primärantrieb bereit gestellten Antriebsmoment, so dass zusätzliche Verbraucher mechanisch betätigt werden können oder der primäre Antrieb bspw. bei der Beschleunigung des Fahrzeugs unterstützt wird. Nach dem Entladen des Hydrospeichers 4 steht dann nur noch das vom Primärantrieb bereitgestellte Antriebsmoment für diese Verbraucher zur Verfügung.
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4 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs, bei der von der Speicherleitung 20 eine Niederdruckeinspeiseleitung 38 abzweigt, die ihrerseits in die Tankleitung 12 einmündet, wobei zwischen diesem Einmündungsbereich und dem Tank T ein Rückschlagventil 40 angeordnet ist, das eine Druckmittelströmung zum Tank T hin verhindert, ein Ansaugen von Druckmittel aus dem Tank T jedoch ermöglicht. Das Druckbegrenzungsventil 30 ist in der Niederdruckspeiseleitung 38 angeordnet und begrenzt somit den Speicherdruck, wobei bei Überschreiten des Maximaldrucks eine Druckmittelverbindung zum Tank T geöffnet wird.
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In der Niederdruckspeiseleitung 38 ist des Weiteren ein Speicherentladeventil 42 angeordnet, das als Schaltventil ausgeführt ist und in einer federvorgespannten Grundposition die Niederdruckspeiseleitung 38 zum Tank T hin absperrt und in einer Schaltstellung öffnet.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel zweigt des Weiteren von der Zulaufleitung 14 ein Tankkanal 44 ab, in dem ein Neutralumlaufventil 46 angeordnet ist, das elektrisch oder elektrohydraulisch über die Steuereinheit verstellbar ist. Dieses Neutralumlaufventil 46 wird aufgesteuert, um die Hydromaschine 2 in drucklosem Umlauf zu betreiben.
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Die Lastdrücke der Verbraucher 6 der Arbeitshydraulik werden über LS-Leitungen 48 abgegriffen und zu einem LS-Logikventilkaskade 50 geführt, über die zwischen den einzelnen LS-Signalen der Verbraucher umgeschaltet werden kann, um den Schwenkwinkel der Hydromaschine 2 in gewünschter Weise zu verstellen und so den Druckmittelbedarf zu decken. Über das Rückschlagventil 40 ist der Niederdruckanschluss der Hydromaschine 2 sozusagen druckfest ausgeführt, da das Rückschlagventil 40 (Saugventil) ein Abströmen zum Tank T hin verhindert.
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Im Schubbetrieb der Arbeitsmaschine wird die Hydromaschine 2 über die Welle 8 angetrieben, so dass sie als Pumpe wirkt und Druckmittel aus dem Tank T ansaugt und in den Speicher 4 fördert, wobei die Messblende 24 in geeigneter Weise eingestellt ist und das Speicherladeventil 42 in seiner Grundstellung die Niederdruckspeiseleitung 38 absperrt. Prinzipiell können in diesem Schubbetrieb auch – wie gestrichelt angedeutet – die Verbraucher der Arbeitshydraulik mit Druckmittel versorgt werden.
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Im Schubbetrieb der Arbeitsmaschine wird der Antrieb zusätzlich durch das Bremsmoment abgebremst, das sich aus dem Druckmittelvolumenstrom zum Speicher 4 hin ergibt. Im Übrigen entspricht das dargestellte Ausführungsbeispiel dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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5 zeigt den Betriebszustand des hydraulischen Antriebs bei der Rekuperation, wobei die im Hydrospeicher 4 gespeicherte hydraulische Energie der Arbeitshydraulik zugeführt wird. In diesem Betriebszustand ist die Messblende 24 geschlossen und die beiden dem Verbraucher 6 zugeordneten Messblenden 16a, 16b entsprechend des Druckmittelbedarfs geöffnet. Das Speicherentladeventil 42 ist in seine Durchgangsstellung umgeschaltet, so dass das Druckmittel vom Hydrospeicher 4 über die Niederdruckspeiseleitung 38 zum Niederdruckanschluss der Hydromaschine 2 strömt. Solange der Druck im Hydrospeicher 4 größer als der Lastdruck der Verbraucher 6 ist, braucht die Hydromaschine 2 im Pumpbetrieb keinen weiteren Druck aufzubauen und leitet den Volumenstrom aus dem Hydrospeicher 4 zur Arbeitshydraulik ab. Der Schwenkwinkel ist dabei auf Null eingestellt. Ein eventueller Drucküberschuss kann entweder an der Pumpe im Schubbetrieb oder an den Messblenden 16a, 16b abgebaut. werden. Des Weiteren ist es möglich, den überschüssigen Druck über das Speicherentladeventil 42 abzubauen.
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Sobald der Speicherdruck unter den Lastdruck absinkt, schwenkt die Hydromaschine 2 aus, so dass der Druckmittelbedarf des Verbrauchers 6 über die Hydromaschine 2 gedeckt wird, deren Schwenkwinkel dann in Abhängigkeit vom Lastdruck über das Logikventil 50 eingestellt wird.
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6 zeigt eine alternative Möglichkeit der Rekuperation der im Hydrospeicher 4 gespeicherten Energie. Bei dieser Variante bleiben die beiden Messblenden 16a, 16b und die Messblende 24 geschlossen. Das Speicherentladeventil 42 ist in seine Durchgangsstellung umgeschaltet, so dass das Druckmittel vom Hydrospeicher 4 zum Niederdruckanschluss der Hydromaschine 2 strömt. Das Neutralumlaufventil 46 ist in diesem Betriebszustand geöffnet, so dass das Druckmittel vom hydrospeicherseitigen Anschluss zum Tank T hin abströmen kann. Die Hydromaschine 2 wirkt somit als Hydromotor, der ein zusätzliches Antriebsmoment auf die Welle 8 überträgt. Die Steuerung dieses Antriebsmomentes erfolgt über die Einstellung des Volumenstroms über die Hydromaschine 2 in Abhängigkeit vom Druck im Hydrospeicher 4. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Neutralumlaufventils 46 vorzugsweise auch über den Lastdruck. In Abhängigkeit von diesem Lastdruck wird – wie erwähnt – auch der Schwenkwinkel der Hydromaschine 2 eingestellt.
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7 zeigt ein Applikation des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß den 4 bis 6 auf das Beispiel eines Gabelstaplers mit LS-Steuerungstechnik.
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Die prinzipielle Schaltung eines derartigen Stapler-Antriebs ist bereits aus der
DE 10 2007 028 864 A1 der Anmelderin bekannt, so dass im Folgenden lediglich einige Bauelemente der Schaltung erläutert werden und im Übrigen auf die Offenbarung dieser Druckschrift verwiesen wird. Die Arbeitshydraulik eines derartigen Staplers hat einen Verschiebezylinder
53, eine Neigezylinderanordnung
55 sowie eine Heben-/Senkenzylinderanordnung
57. Zur Arbeitshydraulik gehört auch der Hydrospeicher
4. Die Druckmittelversorgung der Verbraucher
53,
55,
57 erfolgt über die Hydromaschine
2, die von einem Primärantrieb
54, beispielsweise einem Verbrennungsmotor antreibbar ist.
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Den beiden Zylindern 53, 55 ist jeweils ein Wegeventil 56 bzw. 58 zugeordnet. Ein Eingangsanschluss dieses Wegeventils 56, 58 ist jeweils an einen Zulaufkanal 60 angeschlossen. Ein Tankanschluss der Wegeventile 56, 58 ist jeweils an die Tankleitung 12 angeschlossen. Zwei Arbeitsanschlüsse der Wegeventile 56, 58 sind jeweils an Arbeitsleitungen 62, 64 bzw. 66, 68 angeschlossen, die ihrerseits mit einem in Einfahrrichtung oder in Ausfahrrichtung wirksamen Druckanschluss des jeweiligen Zylinders 53, 55 verbunden sind, so dass diese zur Steuerung des Gabelstaplers aus- bzw. einfahrbar sind.
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In den beiden Arbeitsleitungen 66, 68 der Neigezylinderanordnung 55 ist jeweils ein Senkbremsventil 70, 72 bekannter Bauart vorgesehen, über das der Druckmittelvolumenstrom beim Absenken der Neigezylinderanordnung zur Vermeidung von Kavitationserscheinungen angedrosselt werden kann.
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Der Grundaufbau der jeweiligen Schaltungen ist bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Die Heben-/Senkenzylinderanordnung 57 wird über eine einzige Arbeitsleitung 70 mit Druckmittel versorgt. Die Arbeitsleitung 70 ist an den Ausgangsanschluss einer Heben-LUDV-Druckwaage 72 angeschlossen, die in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck aller Verbraucher der Arbeitshydraulik beaufschlagt ist. Dieser liegt in der LS-Leitung 48 an. Der Eingang der Heben-Druckwaage 72 ist mit dem Ausgang einer Heben-Zumessblende 74 verbunden, die elektrisch, in Abhängigkeit vom Druckmittelströmungsbedarf verstellbar ist. Durch diese Anordnung mit Zumessblende 74 und nachgeschalteter Druckwaage 72 wird der Druckmittelvolumenstrom zur Heben-/Senkenzylinderanordnung 57 lastdruckunabhängig konstant gehalten. Der Eingangsanschluss der Zumessblende 74 ist an die Zulaufleitung 14 angeschlossen.
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Im Bereich des Eingangsanschlusses der Heben-Druckwaage 74 zweigt von der Zulaufleitung 14 ein Kanal 76 ab, der zum Eingang einer Zumessblende 78 führt, deren Ausgang mit dem Eingang einer Druckwaage 80 verbunden ist, die ebenfalls in Schließrichtung durch den Lastdruck in der LS-Leitung 48 und in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der Zumessblende 78 beaufschlagt ist. Durch diese Zumessblende 78 und die nachgeschaltete LUDV-Druckwaage 80 wird somit ebenfalls der Druckmittelvolumenstrom zu den beiden anderen Verbrauchern 53, 55 und zum Hydrospeicher 4 lastdruckunabhängig konstant gehalten (LUDV).
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Die anhand der 4 bis 6 erläuterte Hydrospeichereinheit ist an den Zulaufkanal 60 angeschlossen, wobei die Speicherleitung 20 vom Zulaufkanal 60 abzweigt. In der Speicherleitung 20 ist anstelle der Messblende 24 beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 das Speicherisolierventil 22 angeordnet, über das die Druckmittelverbindung zum Hydrospeicher 4 abgesperrt werden kann. Stromabwärts (in Druckaufbaurichtung gesehen) des Speicherisolierventils 22 zweigt die Niederdruckspeiseleitung 38 ab, die zwischen den tankseitigen Anschluss der Hydromaschine 2 und dem Rückschlagventil 40 in eine Tankleitung einmündet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Niederdruckspeiseleitung 38 ein weiteres Rückschlagventil 82 vorgesehen, das ein Druckmittelströmung zur Hydromaschine 2 zulässt und in Gegenrichtung sperrt. In der Niederdruckspeiseleitung 38 ist das Speicherentladeventil 42 vorgesehen. Der Druck in der Niederdruckspeiseleitung 38 wird über das Druckbegrenzungsventil 30 begrenzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Bereich zwischen der Abzweigung der Niederdruckspeiseleitung 38 und dem Hydrospeicher 4 ein Vorspannventil vorgesehen, das eine Erhöhung des Bremsmomentes an der Welle 8 der Hydromaschine durch Erhöhung des Pumpendrucks über den Vorfülldruck des Hydrospeichers 4 bewirkt. Dieses Vorspann-Druckbegrenzungsventil 84 ist jedoch nur optional vorgesehen.
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Bei der Schaltung gemäß 7 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 zwischen der Speicherleitung 20 und der Tankleitung 12 das Neutralumlaufventil 46 vorgesehen, das bei dieser Variante nicht als verstellbare Messblende sondern als Schaltventil mit Nachsaugfunktion ausgeführt ist und das sich aus einer federvorgespannten Grundposition durch Bestromen eines Elektromagneten in eine Durchgangsstellung bringen lässt, um den Neutralumlauf einzustellen.
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Der Druck in der Speicherleitung 20 und in der Arbeitsleitung 70 wird jeweils über einen Druckaufnehmer 28 bzw. 86 erfasst und an die Steuereinheit gemeldet.
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8 zeigt die Ventilstellungen beim Aufladen des Hydrospeichers 4 während eines Bremsvorgangs der Arbeitsmaschine, wobei gleichzeitig die Heben-/Senkenzylinderanordnung 57 in Richtung Ausfahren betätigt wird (Hubfunktion). Dabei ist die Heben-Zumessblende 74 entsprechend des Druckmittelbedarfs aufgesteuert, die Hydromaschine 2 wird im Schub-/Bremsbetrieb über die Welle 8 angetrieben und wirkt somit als Pumpe, so dass Druckmittel aus dem Tank T über die geöffnete Heben-Zumessblende 74 und die nachgeschaltete Heben-Druckwaage 72 zur Heben-/Senkenzylinderanordnung 57 geführt wird. Ein Teilstrom wird über die Zumessblende 78 und die Druckwaage 80 in die Speicherleitung 20 gefördert, wobei das Speicherisolierventil 22 geöffnet ist, so dass der Hydrospeicher 4 aufgeladen wird. Die Druckmittelverbindung zu den anderen Verbrauchern ist abgesperrt. Wie bereits erwähnt, kann über das Vorspann-Druckbegrenzungsventil 84 der Pumpendruck über den Vorfülldruck des Hydrospeichers 4 hinaus erhöht werden.
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9 zeigt die Ventilstellungen bei der Rekuperation der im Hydrospeicher 4 gespeicherten hydraulischen Energie, die dann zur Erzeugung eines zusätzlichen Antriebsmomentes für die Welle 8 verwendet wird. Bei der Rekuperation wird das Speicherentladeventil 42 aufgesteuert und das Speicherisolierventil 22 geschlossen, so dass das Druckmittel vom Hydrospeicher 4 über das Speicherentladeventil 42 und die Niederdruckspeiseleitung 38 zum tankseitigen Anschluss der Hydromaschine 2 abströmt. Diese wirkt dann als Hydromotor, dessen Antriebsmoment auf die Welle 8 übertragen wird, so dass sich das Antriebsmoment des Hydromotors 2 zu demjenigen des Primärantriebs 54 summiert. Das Druckmittel strömt dann über die im Ablauf liegende Zulaufleitung 14, die geöffnete Zumessblende 78, die nachgeschaltete Druckwaage 80 und das in seine Öffnungsstellung umgeschaltete Neutralumlaufventil 46 und die Tankleitung 12 zum Tank T ab.
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In entsprechender Weise kann auch das Antriebskonzept gemäß den 1 bis 3 in einem derartigen hydraulischen Antrieb integriert werden.
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Offenbart ist ein hydraulischer Antrieb einer mobilen Arbeitsmaschine, die zumindest einen hydraulischen Verbraucher hat, der mit einer Hydromaschine in Druckmittelverbindung steht. Der Antrieb hat des Weiteren einen Hydrospeicher, der über die Hydromaschine aufladbar ist und dessen gespeicherte hydraulische Energie wahlweise zum Antrieb der Hydromaschine oder zur Versorgung des Verbrauchers entladbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006058003 A1 [0006]
- DE 102007028864 A1 [0052]
