DE102011106715A1

DE102011106715A1 - Hydrostatisches Antriebssystem

Info

Publication number: DE102011106715A1
Application number: DE201110106715
Authority: DE
Inventors: Dr. Kraft Wolfgang
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-10
Also published as: CN102865261A; CN102865261B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit einem von einer Pumpe (1) im offenen Kreislauf betriebenen doppeltwirkenden Verbraucher (6), insbesondere einem Drehwerksmotor eines Drehwerksantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei zur Steuerung des Verbrauchers (6) ein Wegeventil (5) vorgesehen ist, das mit einer Förderleitung (4) der Pumpe (1), einer zu einem Behälter (7) geführten Behälterleitung (2) und zwei zu dem Verbraucher (6) geführten Verbraucherleitungen (8a, 8b) in Verbindung steht, wobei zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers (6) während einer Bremsphase des Verbrauchers (6) ein hydraulischer Speicher (19) vorgesehen ist. Die Aufgabe, ein derartiges Antriebssystem zur Verfügung zu stellen, das für die Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand aufweist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der hydraulischer Speicher (19) zum Laden mittels einer Rekuperationsventileinrichtung (20) mit der mit der Ablaufseite des Verbrauchers (6) in Verbindung stehenden Verbraucherleitungen (8b; 8a) in Verbindung bringbar ist und der hydraulische Speicher (19) zum Entladen während einer Beschleunigungsphase des Verbrauchers (6) an die zu dem Wegeventil (5) geführte Förderleitung (4) der Pumpe (1) angeschlossen ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Wegeventil (5) als in Zwischenstellungen drosselndes Steuerventil mit einer als Sperrstellung ausgebildeten Neutralstellung (5a) und einer ersten Steuerstellung (5b) für eine erste Bewegungsrichtung sowie einer zweite Steuerstellung (5c) für eine zweite Bewegungsrichtung des Verbrauchers (6) ausgebildet, wobei das Wegeventil (5) in den Steuerstellungen (5b; 5c) die Funktion eines Speicherentladeventils aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit einem von einer Pumpe im offenen Kreislauf betriebenen doppeltwirkenden Verbraucher, insbesondere einem Drehwerksmotor eines Drehwerksantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei zur Steuerung des Verbrauchers ein Wegeventil vorgesehen ist, das mit einer Förderleitung der Pumpe, einer zu einem Behälter geführten Behälterleitung und zwei zu dem Verbraucher geführten Verbraucherleitungen in Verbindung steht, wobei zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers während einer Bremsphase des Verbrauchers ein hydraulischer Speicher vorgesehen ist.
Derartige Antriebssysteme mit im offenen Kreislauf von einer Pumpe versorgten Verbrauchern werden in mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise Baggern, eingesetzt, bei denen die Pumpe von einer als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmaschine angetrieben wird. Zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und/oder zur Einhaltung von Abgasvorschriften der Arbeitsmaschine ist zunehmend eine Energierückgewinnung erforderlich, mit der Bewegungsenergie beim Abbremsen eines Verbrauchers in einem hydraulischen Speicher zurückgewonnen werden kann, um diese bei einem Beschleunigungsvorgang zum Antrieb des Verbrauchers zu verwenden.
Insbesondere bei einem Drehwerksmotor eines Drehwerksantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Baggers, mit dem ein Oberwagen, der eine zur Lasthandhabung dienende Arbeitsausrüstung der Arbeitsmaschine trägt, gegenüber einem mit einem Fahrwerk versehenen Unterwagen verschwenkt werden kann, dient der Drehwerksantrieb der in der Regel dazu, den Oberwagen mit der Arbeitsausrüstung um einen Drehwinkel zwischen 90° und 180° zu verschwenken. In etwa über die erste Hälfte des Drehwinkels erfolgt eine Beschleunigung des Oberwagens, in der aufgrund der hohen Massenträgheit des zu beschleunigenden Oberwagens eine hohe Energiemenge benötigt wird. Die zweite Hälfte des Drehwinkels bildet bereits eine Bremsphase, in der der Oberwagen abgebremst wird. in der Bremsphase wird das den Drehwerksmotor steuernde Wegeventil in eine als Sperrstellung ausgebildete Neutralstellung beaufschlagt, in der die Verbraucherleitungen abgesperrt sind. Aufgrund der Massenträgheit des Oberwagens wird der Drehwerksmotor in der Bremsphase weiter angetrieben, wodurch sich die Druckverhältnisse umkehren. In der Ablaufseite des Verbrauchers baut sich hierbei ein Bremsdruck auf, der an einer Druckbegrenzungsventileinrichtung abgesichert wird. Beim Ansprechen und Öffnen der Druckbegrenzungseinrichtung wird in der Bremsphase des Verbrauchers die Bremsenergie in Wärme umgewandelt, so dass eine hohe Energiemenge in der Bremsphase vernichtet wird.
Aus der WO 2009/108830 A1 ist ein gattungsgemäßes Antriebssystem für einen Drehwerkantrieb eines Baggers mit einer Energierückgewinnung durch einen hydraulischen Speicher bekannt. Bei der WO 2009/108830 A1 ist der hydraulische Speicher mittels eines von dem Druck in der Zulaufseite und dem Druck in der Ablaufseite des Drehwerkmotors gesteuerten Auswahlventils an den Drehwerksmotor angeschlossen, wobei weiterhin ein als Proportionalventil ausgebildetes, elektrisch in Abhängigkeit von dem mittels eines Sensors erfassten Speicherladedrucks des Speichers gesteuertes Druckregelventil und ein elektrisch angesteuertes Ladeventil erforderlich ist, das eine Ladestellung und eine Entladestellung für den Speicher aufweist. Die aus der WO 2009/108830 A1 bekannte Schaltung zur Energierückgewinnung weist aufgrund der drei zusätzlich erforderlichen Ventile und der den Speicherladedruck erforderlichen Sensoreinrichtung zur Steuerung des Ladens und des Entladens des Speichers einen hohe Bauaufwand auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das für die Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der hydraulischer Speicher zum Laden mittels einer Rekuperationsventileinrichtung mit der mit der Ablaufseite des Verbrauchers in Verbindung stehenden Verbraucherleitungen in Verbindung bringbar ist und der hydraulische Speicher zum Entladen während einer Beschleunigungsphase des Verbrauchers an die zu dem Wegeventil geführte Förderleitung der Pumpe angeschlossen ist. Der erfindungsgemäße Gedanke besteht somit darin, für den Ladebetrieb des Speichers in einer Bremsphase und für den Entladebetrieb des Speichers in einer Beschleunigungsphase des Verbrauchers getrennte Strömungspfade vorzusehen. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau der Rekuperationsventileinrichtung ermöglicht, da die Rekuperationsventileinrichtung lediglich den Ladebetrieb des Speichers in einer Bremsphase steuert. Durch den erfindungsgemäßen Anschluss des Speichers an die zu dem Wegeventil geführte Förderleitung wird auf einfache schaltungstechnische Weise ermöglicht, das Entladen des Speichers in einer Beschleunigungsphase des Verbrauchers ohne zusätzliche erforderliches Entladeventil zu steuern. Durch die strömungstechnische Trennung des Ladebetriebs und des Entladebetriebs des Speichers kann somit ein einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebssystems für die Energierückgewinnung in Verbindung mit einem hydraulischen Speicher erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wegeventil als in Zwischenstellungen drosselndes Steuerventil mit einer als Sperrstellung ausgebildeten Neutralstellung und einer ersten Steuerstellung für eine erste Bewegungsrichtung sowie einer zweiten Steuerstellung für eine zweite Bewegungsrichtung des Verbrauchers ausgebildet ist, wobei das Wegeventil in den Steuerstellungen die Funktion eines Speicherentladeventils aufweist. Mit einem derartigen Closed Center Wegeventil, das eine als Sperrstellung ausgebildete Neutralstellung aufweist, kann durch den erfindungsgemäßen Anschluss des Speichers an die zu dem Wegeventil geführte Förderleitung bei einer Betätigung des Wegeventils in Richtung einer Steuerstellung während einer Bescheunigungsphase des Verbrauchers ohne zusätzliches Endladeventil das Entladen des Speichers gesteuert werden. Derartige Wegeventile sind in den entsprechenden Steuerstellungen mit Steuerkanten und Feinsteuernuten versehen, die bei einer Betätigung des Wegeventils in Richtung der Steuerstellung die Verbindung der Förderleitung mit der entsprechenden Verbraucherleitung herstellen. Bei einer Betätigung des Wegeventils in Richtung einer Steuerstellung kann somit von den Feinsteuernuten und den Steuerkanten auf einfache Weise die Funktion eines Speicherentladeventils von dem Wegeventil übernommen werden, wobei automatisch das Entladen des Speichers bei einer Beschleunigung des Verbrauchers gesteuert wird. Hierdurch wird der Bauaufwand des erfindungsgemäßen Antriebssystems weiter verringert, das für das Entladen des Speichers in einer Beschleunigungsphase des Verbrauchers kein zusätzliches, gut steuerbares Speicherentladeventils bzw. eine Sensoreinrichtung oder eine zusätzliche Schaltlogik erforderlich ist, sondern diese Funktion ohne zusätzlichen Bauaufwand in das Wegeventil integriert ist.
Mit besonderem Vorteil ist in der Förderleitung zwischen der Pumpe und dem Anschluss des Speichers ein die Verbindung zur Pumpe sperrendes Sperrventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet. Mit einem derartigen Sperrventil kann auf einfache Weise beim Entladen des Speichers beim Beschleunigen des Verbrauchers und einer entsprechenden Betätigung des Wegeventils eine Strömung von dem Speicher zu der Zulaufseite des Verbrauchers sichergestellt werden.
Für die Ansteuerung der Rekuperationsventileinrichtung, die erfindungsgemäß lediglich das Laden des Speichers während einer Bremsphase des Verbrauchers steuert, sind mehrere hydraulische oder elektrische Ansteuerungen möglich. Die Rekuperationsventileinrichtung weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine die Ablaufseite des Verbrauchers mit dem Speicher verbindende Ladestellung und eine die Verbindung der Ablaufseite des Verbrauchers mit dem Speicher absperrende Sperrstellung auf und kann von dem ablaufseitigen Druck des Verbrauchers oder dem Lastdruck des Verbrauchers oder den Ansteuersignalen des Wegeventils oder in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Verbrauchers gesteuert sein. Eine derartige Rekuperationsventileinrichtung mit einer Sperrstellung und einer oder zwei Ladestellungen weist einen einfachen Aufbau bei geringem Bauaufwand auf. Durch den ablaufseitigen Druck des Verbrauchers kann auf einfache Weise eine Bremsphase des Verbrauchers erkannt und die Rekuperationsventileinrichtung zum Laden des Speichers gesteuert werden. Zudem kann eine eindeutige Steuerung der Rekuperationsventileinrichtung durch den Lastdruck des Verbrauchers erzielt werden. Der Lastdruck wird in der Regel an der Zulaufseite des Verbrauchers abgegriffen. Sofern ein Lastdruck vorhanden ist, befindet sich der Verbraucher in einer Antriebsphase. Gelangt der Verbraucher in eine Bremsphase, bricht der Lastdruck zusammen, so dass die Rekuperationsventileinrichtung in Abhängigkeit des Lastdrucks auf einfache Weise in einer Bremsphase zum Laden des Speichers gesteuert werden kann. Ebenfalls kann auf einfache Weise mittels des Ansteuersignals des Wegeventils eine Antriebsphase oder eine Bremsphase des Verbrauchers erkannt und zur Steuerung der Rekuperationsventileinrichtung verwendet werden. Zudem kann anhand der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Verbrauchers eine Bremsphase erkannt werden, um zum Laden des Speichers die Ablaufseite mittels der angesteuerten Rekuperationsventileinrichtung mit dem Speicher zu verbinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht die Rekuperationsventileinrichtung eingangsseitig mit den beiden Verbraucherleitungen in Verbindung und ist ausgangsseitig mittels mindestens einer Ladeleitung mit dem Speicher verbunden ist, wobei in den Verbindungsleitungen der Verbraucherleitungen mit der Rekuperationsventileinrichtung oder in der Ladeleitung ein in Richtung zum Speicher öffnendes Sperrventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist. Mit derartigen Sperrventilen kann beim Entladen des Speichers eine Rückströmung zu den Verbraucherleitungen oder während des Ladens des Speichers aus der Ablaufseite eine Kurzschlussverbindung der Ablaufseite mit der Zulaufseite des Verbrauchers auf einfache Weise verhindert werden.
Sofern die Ansteuersignale des Wegeventils als hydraulische Steuerdrücke ausgebildet sind, ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Rekuperationsventileinrichtung von dem Ansteuersignal in die Ladestellung angesteuert ist und die Ansteuerung der Rekuperationsventileinrichtung über mindestens ein Drosselrückschlagventil erfolgt. Mit derartigen Drosselrückschlagventilen kann bei einem Abbau des Steuerdrucks während einer Bremsphase des Verbrauchers ein verzögertes und verlangsamtes Schließen der Rekuperationsventileinrichtung in die Sperrstellung erzielt werden. Hierdurch kann auf einfache Weise erzielt werden, dass die Rekuperationsventileinrichtung erst dann in die Sperrstellung beaufschlagt wird und das Laden des Speichers beendet, wenn der Bremsvorgang des Verbrauchers abgeschlossen ist und gegebenenfalls ein anschließender Beschleunigungsvorgang des Verbrauchers noch nicht begonnen hat.
Bei einer Ansteuerung der Rekuperationsventileinrichtung durch den Steuerdruck ergeben sich besondere Vorteile, wenn bei einem das Wegeventil in Richtung der ersten Steuerstellung beaufschlagenden Ansteuersignal, in der die erste Verbraucherleitung mit der Förderleitung und die zweite Verbraucherleitung mit der Behälterleitung verbunden ist, die von dem Ansteuersignal angesteuerte Rekuperationsventileinrichtung die zweite Verbraucherleitung mit dem Speicher verbindet, und bei einem das Wegeventil in Richtung der zweiten Steuerstellung beaufschlagenden Ansteuersignal, in der die zweite Verbraucherleitung mit der Förderleitung und die erste Verbraucherleitung mit der Behälterleitung verbunden ist, die von dem Ansteuersignal angesteuerte Rekuperationsventileinrichtung die erste Verbraucherleitung mit dem Speicher verbindet. Hierdurch kann auf einfache Weise die jeweilige Ablaufseite des Verbrauchers durch entsprechende Betätigung der Rekuperationsventileinrichtung mit dem Speicher verbunden werden, um die Bremsenergie des Verbrauchers beim Abbremsen zurückzugewinnen.
Bei einer Ansteuerung der Rekuperationsventileinrichtung von dem Lastruck des Verbrauchers ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Rekuperationsventileinrichtung von dem Lastdruck in Richtung der Sperrstellung beaufschlagt ist. Der Lastdruck des Verbrauchers wird an dem Wegeventil bzw. der Zulaufseite des Verbrauchers abgegriffen. Während einer Beschleunigungsphase steht ein entsprechender Lastdruck zur Verfügung, der das Schaltventil in die Sperrstellung beaufschlagt. Während einer Bremsphase bricht der Lastdruck in der Zulaufseite des Verbrauchers infolge des stattfindenden Druckwechsels in den Verbraucherleitungen zusammen, so dass die Rekuperationsventileinrichtung automatisch und ohne zusätzliche Sensoreinrichtung bei fehlendem Lastdruck in die Ladestellung beaufschlagt werden kann, um den Speicher während einer Bremsphase aus der Ablaufseite und dem erzeugten Bremsdruck aufzuladen.
Mit besonderem Vorteil ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung den Verbraucherleitungen jeweils eine Druckbegrenzungsventileinrichtung zugeordnet, wobei die Druckbegrenzungsventileinrichtungen die Rekuperationsventileinrichtung bilden. Bei gattungsgemäßen Antriebssystemen ist zur Absicherung des Verbraucherdruckes den Verbraucherleitungen jeweils eine Druckbegrenzungsventileinrichtung zugeordnet. Sofern die Druckbegrenzungsventileinrichtungen die Funktion der Rekuperationsventileinrichtung aufweist und das der entsprechenden Ablaufseite des Verbrauchers zugeordnete Druckbegrenzungsventileinrichtung die Rekuperationsventileinrichtung bildet, um in der Bremsphase den Speicher zu laden, werden die bereits vorhandenen Druckbegrenzungsventileinrichtungen zur Steuerung des Ladens des Speichers verwendet, so dass keine zusätzlichen Ladeventile erforderlich sind. Hierdurch werden der schaltungstechnische Aufbau und der Bauaufwand für die erfindungsgemäße Energierückgewinnung durch die Verwendung der bereits vorhandenen Druckbegrenzungsventileinrichtungen als Rekuperationsventileinrichtung weiter vereinfacht.
Zweckmäßigerweise sind die Druckbegrenzungsventileinrichtungen ausgangsseitig an eine zu dem Speicher geführte Ladeleitung angeschlossen sind, wobei in der Ladeleitung das in Richtung zum Speicher öffnende Sperrventil, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist.
Die Druckbegrenzungsventileinrichtungen weisen hierzu jeweils eine Sperrstellung und eine Durchflussstellung auf und sind mittels einer Federeinrichtung in Richtung der Sperrstellung sowie dem in der zugeordneten Verbraucherleitung anstehenden Druck in Richtung der Durchflussstellung beaufschlagt. Sofern die Druckbegrenzungsventileinrichtungen in der Durchflussstellung einen Strömungszweig zu dem hydraulischen Speicher und einen Strömungszweig zu einem Überströmventil herstellen, kann über den Strömungszweig zu dem Speicher auf einfache Weise der Speicher in einer Bremsphase mit der Ablaufseite des Verbrauchers verbunden und geladen werden. Die der Ablaufseite zugeordnete Druckbegrenzungsventileinrichtung wird hierbei in einer Bremsphase von dem an der Ablaufseite des Verbrauchers anstehenden ablaufseitigen Druck in die die Ladestellung bildende Durchflussstellung beaufschlagt, so dass eine einfache Steuerung des Ladebetriebs des Speichers ohne zusätzliche Sensoren erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in dem Strömungszweig zu dem hydraulischen Speicher und/oder in dem Strömungszweig zu dem Überströmventil eine Drosseleinrichtung wirksam. Durch entsprechende Gestaltung und Wahl der Durchflussquerschnitte in den Strömungszweigen, beispielsweise durch entsprechende Wahl der Steuerkanten bzw. Steuerkantenüberdeckung der beiden Strömungskanäle, kann auf einfache Weise die Rekuperationsmenge und der dabei herrschende Druck für die Energierückgewinnung beim Laden des Speichers während einer Bremsphase des Verbrauchers variiert und eingestellt werden.
Das Überströmventil steht gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung mit der mit der Zulaufseite des Verbrauchers in Verbindung stehenden Verbraucherleitung in Verbindung steht und ist als Sperrventil, insbesondere als ein in Richtung zur Zulaufseite des Verbrauchers öffnendes Rückschlagventil, ausgebildet.
Die während einer Rekuperation überschüssige Ablaufmenge kann somit auf einfache Weise in einer Bremsphase über das geöffnete Sperrventil zur Zulaufseite des Verbrauchers strömen. Zudem kann durch die paarweise Anordnung der Druckbegrenzungsventileinrichtungen und der Überströmventile in einer Antriebsphase mittels des der Zulaufseite zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung der Druck in der Zulaufseite abgesichert werden, wobei bei geöffneter Druckbegrenzungsventileinrichtung das aus der Zulaufseite abströmende Druckmittel über das Überströmventil zur Ablaufseite des Verbrauchers abströmen kann.
Gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung kann das Überströmventil in einer Überströmleitung angeordnet werden, die von der der Ablaufseite des Verbrauchers zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung zu der mit der Zulaufseite des Verbrauchers in Verbindung stehenden Verbraucherleitung geführt ist. Die Überströmventile sind somit in Überströmleitungen angeordnet, die die entsprechende Druckbegrenzungsventileinrichtung umgehen, wodurch die die Funktion der Rekuperationsventileinrichtung aufweisenden Druckbegrenzungsventileinrichtungen von einfach aufgebauten Druckbegrenzungsventilen mit zwei Strömungszweigen in der Durchflussstellung gebildet werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Überströmventil in der der Zulaufseite des Verbrauchers zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung integriert. Mit der Integration der Überströmventile in die entsprechende Druckbegrenzungsventileinrichtung kann der Bauaufwand weiter verringert werden, da die die Funktion der Rekuperationsventileinrichtung aufweisenden Druckbegrenzungsventileinrichtungen von einfach aufgebauten kombinierten Druckbegrenzungs- und Nachsaugeventilen gebildet werden können.
Die Druckbegrenzungsventileinrichtungen sind hierbei mittels der Federeinrichtung in Richtung der Sperrstellung beaufschlagt und in der Funktion als Rekuperationsventileinrichtung von dem in der Ablaufseite des Verbrauchers anstehenden Druck in Richtung der Durchflussstellung zum Laden des Speichers angesteuert. Durch entsprechende Wahl und Auslegung der Federkennlinie und somit der Steifigkeit der Federeinrichtung kann auf einfache Weise die Rekuperationsmenge und der dabei herrschende Druck für die Energierückgewinnung beim Laden des Speichers während einer Bremsphase des Verbrauchers variiert und eingestellt werden.
Sofern gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Federeinrichtung von einem mindestens zwei Federn umfassenden Federpaket gebildet ist, wobei die Federn stufenweise an dem Druckbegrenzungsventileinrichtung wirksam werden, kann der Ansprechpunkt der Druckbegrenzungsventile in der Funktion als Rekuperationsventileinrichtung auf einfache Weise eingestellt und vorgegeben werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Förderleitung der Pumpe eine Druckabsicherungseinrichtung zugeordnet, wobei die Federeinrichtung der Druckbegrenzungsventileinrichtung derart ausgelegt ist, dass die Druckbegrenzungsventileinrichtung von einem unterhalb des Absicherungsdrucks der Druckabsicherungseinrichtung befindlichen zulaufseitigen Druck des Verbrauchers in Richtung der Durchflussstellung beaufschlagbar ist. Durch entsprechende Wahl des Ansprechpunkts der Druckbegrenzungsventileinrichtungen unterhalb des Absicherungsdruckes der der Förderleitung zugeordneten Druckabsicherungseinrichtung wird ein Laden des Speichers aus der Zulaufseite des Verbrauchers ermöglicht.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Rekuperationsventileinrichtung als Auswahlventil ausgebildet, das eingangsseitig mit den beiden Verbraucherleitungen in Verbindung steht und ausgangsseitig mittels der Ladeleitung an den Speicher angeschlossen ist. Mit einem derartigen Auswahlventil kann auf einfache Weise in der Bremsphase die Ablaufseite des Verbrauchers mit dem Speicher verbunden werden, um den Speicher zu laden.
Zweckmäßigerweise ist hierbei in einer von dem Auswahlventil zu dem Speicher geführten Ladeleitung das in Richtung zum Speicher öffnendes Sperrventil, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet. Mit einem derartigen Sperrventil kann auf einfache Weise beim Entladen des Speichers während einer Beschleunigungsphase des Verbrauchers die Strömung vom Speicher in die Förderleitung und somit an das Wegeventil sichergestellt werden.
Das Auswahlventil ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als Schaltventil ausgebildet, das in einer ersten Schaltstellung die erste Verbraucherleitung mit dem Speicher und in einer zweiten Schaltstellung die zweite Verbraucherleitung mit dem Speicher verbindet, wobei das Auswahlventil eine als Sperrstellung ausgebildete Neutralstellung aufweist. Ein derartiges, als Dreistellungs-Dreianschlussventil ausgebildetes Auswahlventil weist einen einfachen Aufbau auf und ermöglicht somit mit geringem Bauaufwand die Funktion der Rekuperationsventileinrichtung, um den Speicher in der Bremsphase aus der Ablaufseite des Verbrauchers zu befüllen.
Zweckmäßigerweise ist das Schaltventil mittels Federn in die Neutralstellung beaufschlagt ist und durch Ansteuersignale in die Schaltstellungen beaufschlagbar. Durch entsprechende hydraulische oder elektrische Ansteuersignale, bevorzugt die Ansteuersignale des Wegeventils, kann auf einfache Weise das Schaltventil in die die Ablaufseite des Verbrauchers mit dem Speicher verbindende Schaltstellung beaufschlagt werden, um in einer Bremsphase ein Laden des Speichers aus der Ablaufseite des Verbrauchers zu ermöglichen.
Hinsichtlich einer einfach aufgebauten Ansteuerung des Schaltventils ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Ansteuersignale von dem hydraulischen Steuerdruck des Wegeventils gebildet sind, wobei das Schaltventil von dem das Wegeventil in Richtung der ersten Steuerstellung beaufschlagenden Steuerdruck, in der das Wegeventil die erste Verbraucherleitung mit der Förderleitung und die zweite Verbraucherleitung mit der Behälterleitung verbindet, in die zweite Schaltstellung beaufschlagt ist und dem das Wegeventil in Richtung der zweiten Steuerstellung beaufschlagenden Steuerdruck, in der das Wegeventil die zweite Verbraucherleitung mit der Förderleitung und die erste Verbraucherleitung mit der Behälterleitung verbindet, in die erste Schaltstellung beaufschlagt ist. Hierdurch wird auf einfache Weise erzielt, dass bei entsprechend angesteuertem Wegeventil die jeweilige Ablaufseite des Verbrauchers durch das entsprechend angesteuerte Schaltventil mit dem Speicher verbunden ist, so dass in einer Bremsphase der Speicher automatisch und ohne zusätzliche Sensoreinrichtung aus der Ablaufseite und dem erzeugten Bremsdruck aufgeladen werden kann.
Besondere Vorteile ergeben sich hierbei, wenn in den den Steuerdruck des Schaltventils führenden Steuerdruckleitungen jeweils ein Drosselrückschlagventil angeordnet ist. Mit einem Drosselrückschlag in der jeweiligen Steuerdruckleitungen des Schaltventils, das von einem Rückschlagventil und einer parallel angeordneten Düse oder Blende als Drosseleinrichtung gebildet ist, wird auf einfache Weise bei einem von dem Steuerdruck des Wegeventils betätigten Schaltventil in Verbindung mit der Drosseleinrichtung des Drosselrückschlagventils ein verzögertes und verlangsamtes Schließen des Schaltventils in die Neutralstellung in einer Bremsphase durch eine Zurücknahme des Steuerdrucks erzielt. Mit der Drosseleinrichtung des Drosselrückschlagventils wird somit auf einfache Weise erzielt, dass das Schaltventil erst dann in die Neutralstellung beaufschlagt wird und das Laden des Speichers beendet, wenn der Bremsvorgang des Verbrauchers abgeschlossen ist und gegebenenfalls ein anschließender Beschleunigungsvorgang noch nicht begonnen hat.
Das Auswahlventil ist gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung als Schaltventil ausgebildet, das in einer Ladestellung die beiden Verbraucherleitungen mit dem Speicher verbindet und in einer Sperrstellung die Verbindung der beiden Verbraucherleitungen mit dem Speicher absperrt. Ein derartiges, als Zweistellungs-Dreianschlussventil ausgebildetes Auswahlventil weist einen einfachen Aufbau auf und ermöglicht somit mit geringem Bauaufwand die Funktion der Rekuperationsventileinrichtung, um den Speicher in der Bremsphase aus der Ablaufseite des Verbrauchers zu befüllen.
Zweckmäßigerweise steht das Schaltventil mittels einer ersten Verbindungsleitung mit der ersten Verbraucherleitung und mittels einer zweiten Verbindungsleitung mit der zweiten Verbraucherleitung in Verbindung, wobei in den Verbindungsleitungen jeweils ein in Richtung zu dem Schaltventil öffnendes Sperrventil, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist. Mit den in den Verbindungsleitungen angeordneten Sperrventilen kann in der Ladestellung des Schaltventils, in der beide Verbindungsleitungen mit dem Speicher verbunden sind, auf einfache Weise während einer Bremsphase das Laden des Speichers aus der Ablaufseite des Speichers sichergestellt und ein Kurzschluss der Ablaufseite mit der Zulaufseite des Verbrauchers während einer Bremsphase des Verbrauchers wirksam und auf einfache Weise vermieden werden.
Hinsichtlich einer einfach aufgebauten Ansteuerung des Schaltventils ergeben sich besondere Vorteile, wenn das Schaltventil mittels einer Federeinrichtung in Richtung der Ladestellung beaufschlagt ist und in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal in Richtung der Sperrstellung beaufschlagbar ist. In Abhängigkeit von einem fehlenden hydraulischen oder elektrischen Ansteuersignal kann auf einfache Weise das Schaltventil in die die Verbindungsleitungen und somit die entsprechende Ablaufseite des Verbrauchers mit dem Speicher verbindende Ladestellung beaufschlagt werden, um in einer Bremsphase ein Laden des Speichers aus der Ablaufseite des Verbrauchers zu ermöglichen. Durch das anstehende Ansteuersignal wird hierbei das Schaltventil in die Sperrstellung beaufschlagt, um bei einer Beschleunigung des Verbrauchers die Verbindung der Verbindungsleitungen zum Speicher abzusperren.
Besondere Vorteile hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich hierbei, wenn das Ansteuersignal von dem Lastdruck des Verbrauchers gebildet ist. Der Lastdruck des Verbrauchers wird an dem Wegeventil bzw. der Zulaufseite des Verbrauchers abgegriffen. Während einer Beschleunigungsphase steht ein entsprechender Lastdruck zur Verfügung, der das Schaltventil in die Sperrstellung beaufschlagt. Während einer Bremsphase bricht der Lastdruck in der Zulaufseite des Verbrauchers infolge des stattfindenden Druckwechsels in den Verbraucherleitungen zusammen, so dass das Schaltventil automatisch und ohne zusätzliche Sensoreinrichtung von der Federeinrichtung bei fehlendem Lastdruck in die Ladestellung beaufschlagt wird, um den Speicher während einer Bremsphase aus der Ablaufseite und dem erzeugten Bremsdruck aufzuladen.
Das Auswahlventil ist gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung von zwei Schaltventilen gebildet, die jeweils eine Sperrstellung und eine als Durchflussstellung ausgebildete Ladestellung aufweisen, wobei ein erstes Schaltventil die erste Verbraucherleitung mit dem Speicher verbindet und ein zweites Schaltventil die zweite Verbraucherleitung mit dem Speicher verbindet. Mit zwei derartigen, jeweils als Zweistellungs-Zweianschlussventilen ausgebildeten Schaltventilen kann mit einem einfachen Aufbau auf und mit geringem Bauaufwand ein die Funktion der Rekuperationsventileinrichtung aufweisendes Auswahlventil gebildet werden, um den Speicher in der Bremsphase aus der Ablaufseite des Verbrauchers zu befüllen.
Hinsichtlich einer einfach aufgebauten Ansteuerung der Schaltventile ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Schaltventile jeweils von einer Federeinrichtung in Richtung der Sperrstellung und mittels eines Ansteuersignals in Richtung der Durchflussstellung beaufschlagbar sind. Durch entsprechende Ansteuerung des der Ablaufseite zugeordneten Schaltventils in die die Ladestellung bildende Durchflussstellung kann auf einfache Weise das Laden des Speichers während einer Bremsphase des Verbrauchers aus der Ablaufseite des Verbrauchers erzielt werden.
Sofern die beiden Schaltventile mittels mindestens einer Ladeleitung an den Speicher angeschlossen sind, wobei in der Ladeleitung ein in Richtung zum Speicher öffnendes Sperrventil, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist, kann in der Beschleunigungsphase das Entleeren des Speichers zur Förderleitung sichergestellt werden und bei zwei Ladeleitungen, in denen jeweils ein Sperrventil angeordnet ist, auf einfache Weise während einer Bremsphase das Laden des Speichers aus der Ablaufseite des Speichers sichergestellt und ein Kurzschluss der Ablaufseite mit der Zulaufseite des Verbrauchers während einer Bremsphase des Verbrauchers wirksam und auf einfache Weise vermieden werden.
Besondere Vorteile hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich hierbei, wenn die Schaltventile elektrisch betätigbar sind, wobei eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Verbrauchers vorgesehen sind und die elektrische Ansteuerung der Schaltventile in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Verbrauchers erfolgt. Mit einer die Bewegungsgeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des Verbrauchers erfassenden Sensoreinrichtung kann auf einfache Weise über die Bewegungsrichtung die Ablaufseite des Verbrauchers erkannt und über die Bewegungsgeschwindigkeit eine Bremsphase des Verbrauchers erkannt werden, so dass in einer Bremsphase auf einfache Weise das der entsprechenden Ablaufseite des Verbrauchers zugeordnete Schaltventil in die die Ladestellung bildende Durchflussstellung angesteuert werden, um ein Laden des Speichers aus der Ablaufseite des Verbrauchers sicherzustellen.
Besondere Vorteile hinsichtlich eines einfachen Aufbaus werden ebenfalls erzielt, wenn die Schaltventile elektrisch betätigbar sind, wobei das Wegeventil elektrisch betätigbar ist und eine elektrische Ansteuersignale des Wegeventils erzeugende Vorgabeeinrichtung, insbesondere ein Joystick, vorgesehen ist, wobei die Schaltventile in Abhängigkeit von den von der Vorgabeeinrichtung erzeugten Ansteuersignalen des Wegeventils betätigt sind. Mit einer Betätigung der beiden Schaltventile in Abhängigkeit von den elektrischen Ansteuersignalen des Wegeventils kann auf einfache Weise erzielt werden, dass das der zweiter Verbraucherleitung zugeordnete Schaltventil von dem das Wegeventil in Richtung der ersten Steuerstellung beaufschlagenden Ansteuersignal, in der das Wegeventil die erste Verbraucherleitung mit der Förderleitung und die zweite Verbraucherleitung mit der Behälterleitung verbindet, in die Durchflussstellung angesteuert ist und das der ersten Verbraucherleitung zugeordnete Schaltventil von dem das Wegeventil in Richtung der zweiten Steuerstellung beaufschlagenden Ansteuersignal, in der das Wegeventil die zweite Verbraucherleitung mit der Förderleitung und die erste Verbraucherleitung mit der Behälterleitung verbindet, in Durchflussstellung beaufschlagt ist. Durch einen zeitverzögerten Abbau des Ansteuersignals des Steuerventils gegenüber dem Ansteuersignal des Wegeventils wird auf einfache Weise erzielt, dass bei entsprechender Betätigung des Wegeventils in die Neutralstellung während eines Bremsvorgangs die jeweilige Ablaufseite des Verbrauchers durch das entsprechend angesteuerte Schaltventil mit dem Speicher verbunden ist, so dass in einer Bremsphase der Speicher automatisch und ohne zusätzliche Sensoreinrichtung aus der Ablaufseite und dem erzeugten Bremsdruck aufgeladen werden kann.
Gemäß einer zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein weiterer von der Pumpe im offenen Kreislauf betriebener Verbraucher vorgesehen, wobei zur Steuerung des Verbrauchers ein Wegeventil vorgesehen ist, das an die Förderleitung der Pumpe stromab des Sperrventils angeschlossen ist. Durch den erfindungsgemäßen Anschluss des Speichers an die Förderleitung stromauf der Wegeventile der Verbraucher kann die in dem Speicher beim Abbremsen des Verbrauchers zurückgewonnene Energie einem weiteren Verbraucher zugeführt werden.
Sofern gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in einer von dem Speicher zu der Förderleitung geführten Endladeleitung ein in Richtung zur Förderleitung öffnendes Sperrventil, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist, kann in einer Beschleunigungsphase eine Strömung von der Förderleitung in Richtung des Speichers auf einfache Weise verhindert werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Bagger, mit einem hydrostatischen Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche. Durch die einfach aufgebaute Energierückgewinnung mittels des Speichers kann bei einer mobilen Arbeitsmaschine mit einer von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Pumpe des hydrostatischen Antriebssystems eine Kraftstoffreduzierung und eine Verringerung der Abgasemissionen mit geringem Bauaufwand erzielt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,
4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,
5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems und
6 eine Weiterbildung der Erfindung.
In der 1 ist ein Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Baggers, dargestellt.
Das Antriebssystem umfasst eine Pumpe 1, die im offenen Kreislauf betrieben ist und saugseitig mit einem Behälter 2 in Verbindung steht. Zum Antrieb der Pumpe 1 ist eine Antriebsmaschine 3 vorgesehen, der bevorzugt von einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Dieselmotor, gebildet ist. Die Pumpe 1 fördert in eine Förderleitung 4, an die ein Wegeventil 5 zur Steuerung eines im offenen Kreislauf betriebenen doppeltwirkenden Verbrauchers 6 angeschlossen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbraucher als Drehwerksmotor eines Drehwerksantriebs der mobilen Arbeitsmaschine ausgebildet.
Das Wegeventil 5 ist weiterhin an eine zu dem Behälter 2 geführte Behälterleitung 7 und zwei mit dem Verbraucher 6 in Verbindung stehenden Verbraucherleitungen 8a, 8b angeschlossen. Das Wegeventil 5 ist als in Zwischenstellungen drosselndes Closed-Center-Steuerventil mit einer als Sperrstellung ausgebildeten Neutralstellung 5a, einer ersten Steuerstellung 5b für eine erste Bewegungsrichtung des Verbrauchers 6 und einer zweiten Steuerstellung 5c für eine zweite Bewegungsrichtung des Verbrauchers 6 ausgebildet. In der Neutralstellung 5a sind die Förderleitung 4, die Behälterleitung 7 und die Verbraucherleitungen 8a, 8b abgesperrt. In der ersten Steuerstellung 5b ist die Förderleitung 4 an die Verbraucherleitung 8a und die Verbraucherleitung 8b an die Behälterleitung 7 angeschlossen. Die Verbraucherleitung 8a bildet somit die Zulaufseite des Verbrauchers 6 und die Verbraucherleitung 8b die Ablaufseite des Verbrauchers 6. In der zweiten Steuerstellung 5c ist die Förderleitung 4 an die Verbraucherleitung 8b und die Verbraucherleitung 8a an die Behälterleitung 7 angeschlossen. Die Verbraucherleitung 8b bildet somit die Zulaufseite des Verbrauchers 6 und die Verbraucherleitung 8a die Ablaufseite des Verbrauchers 6. Das Wegeventil 5 ist mittels Federeinrichtungen 9a, 9b in die Neutralstellung 5a beaufschlagt und kann mittels entsprechender Ansteuersignale, die in Ansteuerleitungen 10a, 10b geführt sind, in Richtung der Steuerstellungen 5b bzw. 5c betätigt werden.
Der Förderleitung 4 der Pumpe 1 ist eine Druckabsicherungseinrichtung 11 zugeordnet. Die Druckabsicherungseinrichtung 11 ist von einem Druckbegrenzungsventil gebildet, das von einer Federeinrichtung 12, die den Absicherungsdruck definiert, in eine Sperrstellung beaufschlagt ist und von dem in der Förderleitung 4 anstehenden Förderdruck der Pumpe 1 in eine Öffnungsstellung beaufschlagt ist, in der die Förderleitung 4 zum Behälter 2 entlastet ist.
Zur Absicherung des Verbrauchers 6 gegen eine Drucküberlastung ist den Verbraucherleitungen 8a, 8b jeweils eine Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a, 15b zugeordnet. Die Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b sind von zwei gegenseitig verschalteten Druckbegrenzungsventilen gebildet, die in einer die Verbraucherleitungen 8a, 8b verbindenden Verbindungsleitung 14 angeordnet sind.
Die Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a ist der Verbraucherleitung 8a zugeordnet und von einer Federeinrichtung 16a in eine die Verbindungsleitung 14 absperrende Sperrstellung beaufschlagt sowie von dem in der Verbraucherleitung 8a anstehenden Druck in eine die Verbindungsleitung 14 freigebende Öffnungsstellung beaufschlagt. Hierzu ist an eine entsprechende Steuerfläche der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a eine den Druck in der Verbraucherleitung 8a führende Steuerleitung 17a angeschlossen. Die Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a ist als kombiniertes Druckbegrenzungs- und Nachsaugeventil ausgebildet, das in der Sperrstellung mit einem ein in Richtung zu der Verbraucherleitung 8a öffnenden Überströmventil 18a, insbesondere einem als Rückschlagventil ausgebildeten Sperrventil, versehen ist, das in der geöffneten Stellung eine Strömung in der Verbindungsleitung 14 von der Verbraucherleitung 8b zur Verbraucherleitung 8a ermöglicht. Entsprechend ist die Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b der Verbraucherleitung 8b zugeordnet und von einer Federeinrichtung 16b in eine die Verbindungsleitung 14 absperrende Sperrstellung beaufschlagt sowie von dem in der Verbraucherleitung 8b anstehenden Druck in eine die Verbindungsleitung 14 freigebende Öffnungsstellung beaufschlagt. Hierzu ist an eine entsprechende Steuerfläche der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b eine den Druck in der Verbraucherleitung 8b führende Steuerleitung 17b angeschlossen. Die Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b ist ebenfalls als kombiniertes Druckbegrenzungs- und Nachsaugeventil ausgebildet, das in der Sperrstellung mit einem ein in Richtung zu der Verbraucherleitung 8b öffnenden Überströmventil 18b, insbesondere einem als Rückschlagventil ausgebildeten Sperrventil, versehen ist, das in der geöffneten Stellung eine Strömung in der Verbindungsleitung 14 von der Verbraucherleitung 8a zur Verbraucherleitung 8b ermöglicht. Übersteigt bei in der Steuerstellung 5b bzw. 5c betätigtem Wegeventil 5 der an der entsprechenden Zulaufseite (Verbraucherleitung 8a bzw. 8b) des Verbrauchers 6 anstehende Druck in der Verbraucherleitung 8a bzw. 8b den an der Federeinrichtung 16a bzw. 16b der der Zulaufseite zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15b eingestellten Ansprechdruck, öffnet die der Zulaufseite des Verbrauchers 6 zugeordnete Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15b, wobei Druckmittel aus der Zulaufseite über die Verbindungsleitung 14 und das geöffnete Überströmventil 18b bzw. 18a der der Ablaufseite zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b bzw. 15a in die Ablaufseite (Verbraucherleitung 8b bzw. 8a) strömen kann.
Erfindungsgemäß ist zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers 6 während einer Bremsphase des Verbrauchers 6 ein hydraulischer Speicher 19 vorgesehen, der zum Laden während der Bremsphase des Verbrauchers 6 mittels einer Rekuperationsventileinrichtung 20 mit der Ablaufseite (Verbraucherleitung 8b bzw. 8a) des Verbrauchers 6 verbindbar ist und der zum Entladen an die Förderleitung 4 stromauf des Wegeventils 5 angeschlossen ist. In der Förderleitung 4 ist hierbei zwischen der Pumpe 1 und dem Anschluss einer Entladeleitung 21 des Speichers 19 ein in Richtung von der Pumpe 1 zum Wegeventil 5 öffnendes Sperrventil 22, bevorzugt ein Rückschlagventil, angeordnet.
Gemäß der 1 weisen die Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b die Funktion der Rekuperationsventileinrichtung 20 auf, so dass die Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b mit der Rekuperationsventileinrichtung 20 zu einem Bauteil kombiniert sind. Die Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b sind hierzu ausgangsseitig an eine zu dem Speicher 19 geführte Ladeleitung 26 angeschlossen. Zur Steuerung des Ladens des Speichers 19 sind die Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b in der Durchflussstellung mit einem Strömungszweig 23a, 23b versehen, der eine Verbindung der ablaufseitigen Verbraucherleitung 8b bzw. 8a mit der zu dem Speicher 19 geführten Ladeleitung 26 herstellt. In der Durchflussstellung sind die Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b für die Funktion zur Absicherung des Verbrauchers 6 gegen eine Drucküberlastung mit einem Strömungszweig 24a, 24b versehen, der die Verbindungsleitung 14 öffnet und die Verbindung zu dem Überströmventil 18b, 18a der jeweils anderen Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b, 15a herstellt. in dem Strömungspfad 24a, 24b ist eine Drosseleinrichtung 25a, 25b, beispielsweise eine Blende, wirksam. In der Sperrstellung der Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b ist der Strömungszweig 23a, 23b und somit die Verbindung der Verbindungsleitung 14 zur Ladeleitung 26 abgesperrt.
In der 1 sind an den Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b zwei verschiedenen Varianten von Federeinrichtung 16a, 16b gezeigt. Die Federeinrichtung 16b der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b ist von einer einzelnen Feder gebildet, deren Kennlinie und Steifigkeit das Ansprechen der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b in die Durchflussstellung bestimmt. Die Federeinrichtung 16a der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a ist von einem mehrere parallel angeordnete Federn umfassenden Federpaket gebildet, deren Federn stufenweise an der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a wirksam werden.
In der zu dem Speicher 19 geführten Ladeleitung 26 ist ein in Richtung zum Speicher 19 öffnendes Sperrventil 27, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet.
Durch den erfindungsgemäßen Anschluss der Entladeleitung 21 des Speichers 19 an die Förderleitung 4 stromauf des Wegeventils 5 weist das Wegeventil 5 bei einer Ansteuerung in Richtung der Steuerstellung 5b bzw. 5c zum Beschleunigen des Verbrauchers 6 die Funktion eines Speicherentladeventils auf, mit dem das Entleeren des Speichers 19 zum Antrieb des Verbrauchers 6 durch das Druckmittel im Speicher 19 gesteuert wird.
Gelangt bei der 1 ausgehend von einem in Richtung der Steuerstellung 5b angesteuerten Wegeventil 5, wobei die Verbraucherleitung 8a die Zulaufseite und die Verbraucherleitung 8b die Ablaufseite des Verbrauchers 6 bildet, der Verbraucher 6 durch eine Ansteuerung des Wegeventils 5 in die Neutralstellung 5a in eine Bremsphase, baut sich in der ablaufseitigen Verbraucherleitung 8b ein Bremsdruck auf. Die der ablaufseitigen Verbraucherleitung 8b zugeordnete Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b bildet hierbei die Rekuperationsventileinrichtung 20, die über die Steuerleitung 17b von dem in der Ablaufseite des Verbrauchers 6 anstehenden Druck gesteuert ist. Übersteigt der Bremsdruck in der Ablaufseite des Verbrauchers 6 den Einstellwert der Federeinrichtung 16b, wird die Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b in die Öffnungsstellung beaufschlagt, in der über den Strömungszweig 23b die Ablaufseite des Verbrauchers 6 mit dem Speicher 19 verbunden ist und der Speicher 19 mit dem Druckmittel aus der Ablaufseite des Verbrauchers 6 zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers 6 geladen wird. Über die Einstellung und Kennlinie der Federeinrichtung 16b und die Querschnitte der Strömungszweige 23b, 24b, insbesondere die Wahl der Drosseleinrichtung 25b, die bevorzugt als Steuerkantenüberdeckung der die Strömungszweige 23b, 24b und somit die Öffnungsquerschnitte bildenden Steuerkanten gebildet ist, der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15b, kann die Rekuperationsmenge und der dabei herrschende Druck variiert und eingestellt werden.
Gelangt entsprechend bei der 1 ausgehend von einem in Richtung der Steuerstellung 5c angesteuerten Wegeventil 5, wobei die Verbraucherleitung 8b die Zulaufseite und die Verbraucherleitung 8a die Ablaufseite des Verbrauchers 6 bildet, der Verbraucher 6 durch eine Ansteuerung des Wegeventils 5 in die Neutralstellung 5a in eine Bremsphase, baut sich in der ablaufseitigen Verbraucherleitung 8a ein Bremsdruck auf. Die der ablaufseitigen Verbraucherleitung 8a zugeordnete Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bildet hierbei die Rekuperationsventileinrichtung 20, die über die Steuerleitung 17a von dem in der Ablaufseite des Verbrauchers 6 anstehenden Druck gesteuert ist und in die Öffnungsstellung über den Strömungszweig 23a die Ablaufseite des Verbrauchers 6 mit dem Speicher 19 zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers 6 verbindet.
Wird nach einem derartigen Bremsvorgang das Wegeventil 5 ausgehend von der Neutralstellung 5a in die Steuerstellung 5b bzw. 5c zum Beschleunigen des Verbrauchers 6 betätigt, steht die in dem Speicher 19 gespeicherte Energie über die Entladeleitung 21 zwischen dem Sperrventil 22 und dem Wegeventil 5 zur Verfügung. Sobald das Wegeventil 5 bei einer Betätigung in Richtung der Steuerstellung 5b bzw. 5c einen Zulaufquerschnitt zur Zulaufseite des Verbrauchers 8a, 8b freigibt, beispielsweise mittels entsprechender Feinsteuerkerben, wird der Speicher 19 entleert und der Verbraucher 6 durch das Druckmittel aus dem Speicher 19 beschleunigt, wobei das Wegeventil 5 die Funktion eines Speicherentladeventils aufweist.
Bei Verwendung eines mehrere Federn umfassenden Federpakets als Federeinrichtung 16a der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15 kann weiterhin das Ansprechverhalten und die Beaufschlagung der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15b in die Durchflussstellung derart ausgelegt werden, dass der Ansprechpunkt der Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15b unterhalb des von der Federeinrichtung 12 festgelegten Absicherungsdruckes der Druckabsicherungseinrichtung 11 liegt. Hierdurch wird ein Laden des Speichers 19 über das der zulaufseitigen Verbraucherleitung 8a bzw. 8b zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15 aus der Zulaufseite des Verbrauchers 6 ermöglicht.
Durch die Integration der Funktion des Rekuperationsventileinrichtung 20 in die der Ablaufseite des Verbrauchers 8 zugeordnete, bereits vorhandene Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15b und die Integration der Funktion eines Speicherentladeventils in das bereits vorhandene Wegeventil 5 ergibt sich bei der 1 ein einfacher Aufbau für die Energierückgewinnung über den Speicher 19 ohne zusätzliche Lade- und Entladeventile für den Speicher 19 unter Verwendung bereits vorhandener Bauteile, wobei weiterhin keine Sensoren und keine zusätzliche Schaltlogik für die Steuerung des Speichers 19 erforderlich sind. Für die Energierückgewinnung sind lediglich entsprechend angepasste Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a bzw. 15b erforderlich.
In der 2 ist eine Weiterbildung der 1 dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
Im Unterschied zur 1, bei der die Überströmventile 18a bzw. 18b in die entsprechende Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15b integriert sind, sind bei der 2 die als Sperrventile, insbesondere Rückschlagventile, ausgebildeten Überströmventile 18a, 18b separat angeordnet. Die Überströmventile 18a bzw. 18b sind in jeweils einer Überströmleitung 28a bzw. 28b angeordnet, die an die Verbindungsleitung 14 angeschlossen sind und als die entsprechende Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a bzw. 15b umgehende Umgehungsleitung ausgebildet sind.
In der 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Zur Absicherung des Verbrauchers 6 gegen eine Drucküberlastung ist den Verbraucherleitungen 8a, 8b jeweils die Druckbegrenzungsventileinrichtung 15a, 15b zugeordnet, die als in der Verbindungsleitung 14 angeordnete kombinierte Druckbegrenzung- und Nachsaugeventile mit integrierten Überströmventilen 18a bzw. 18b ausgebildet sind.
Die Rekuperationsventileinrichtung 20 der 3 ist von einem Auswahlventil 30 gebildet, das eingangseitig mittels einer Verbindungsleitung 31a mit der ersten Verbraucherleitung 8a und einer Verbindungsleitung 31b mit der zweiten Verbraucherleitung 8b in Verbindung steht und ausgangsseitig an die Ladeleitung 26 angeschlossen ist. In der Ladeleitung 26 ist analog zu den 1 und 2 das in Richtung zum Speicher 19 öffnende Sperrventil 27 angeordnet.
Das Auswahlventil 30 ist als Schaltventil ausgebildet, das eine als Sperrstellung ausgebildete Neutralstellung 30a aufweist, in der die Verbindung der Verbindungsleitungen 31a und 31b zu der Ladeleitung 26 abgesperrt ist. In einer ersten Schaltstellung 30b ist die Verbindungsleitung 31a und somit die erste Verbraucherleitung 8a an die Ladeleitung 26 und somit den Speicher 19 angeschlossen sowie die Verbindungsleitung 31b abgesperrt. In einer zweiten Schaltstellung 30c ist die Verbindungsleitung 31b und somit die zweite Verbraucherleitung 8b an die Ladeleitung 26 und somit den Speicher 19 angeschlossen sowie die Verbindungsleitung 31a abgesperrt.
Das als Dreistellungs-Dreianschlussventil ausgebildete Auswahlventil 30 ist mittels Federn 39a, 39b in die Neutralstellung 30a beaufschlagt und kann mittels entsprechender Ansteuersignal in die Schaltstellungen 30b bzw. 30c betätigt werden.
Bei der 3 sind die Ansteuersignale des Auswahlventils 30 von dem hydraulischen Steuerdruck des Wegeventils 5 gebildet. Das Auswahlventil 30 ist hierbei von dem das Wegeventil 5 in Richtung der ersten Steuerstellung 5a, in der Ansteuerleitung 10a geführten Steuerdruck in die zweite Schaltstellung 30c beaufschlagt. Hierzu zweigt von der Ansteuerleitung 10a eine Steuerdruckleitung 32a ab, die an eine in die zweite Schaltstellung 30c wirkende Steuerfläche des Auswahlventils 30 geführt ist. Entsprechend ist das Auswahlventil 30 von dem das Wegeventil 5 in Richtung der zweiten Steuerstellung 5b, in der Ansteuerleitung 10b geführten Steuerdruck in die erste Schaltstellung 30b beaufschlagt. Hierzu zweigt von der Ansteuerleitung 10b eine Steuerdruckleitung 32b ab, die an eine in die zweite Schaltstellung 30b wirkende Steuerfläche des Auswahlventils 30 geführt ist. In den den hydraulischen Steuerdruck des Auswahlventils 30 führenden Steuerdruckleitungen 32a, 32b ist jeweils ein Drosselrückschlagventil 33a, 33b angeordnet, das jeweils ein in Richtung zur Steuerfläche öffnendes Sperrventil 34a, 34b und eine parallel angeordnete Drosseleinrichtung 35a, 35, beispielsweise eine Düse, umfasst.
Bei einem in der Ansteuerleitung 10a anstehenden Steuerdruck wird das Wegeventil 5 in Richtung der ersten Steuerstellung 5b beaufschlagt, in der die Verbraucherleitung 8a die Zulaufseite und die Verbraucherleitung 8b die Ablaufseite des Verbrauchers 6 bildet. Durch den in der Ansteuerleitung 10a und somit der Steuerdruckleitung 32a anstehenden Steuerdruck wird weiterhin das Auswahlventil 30 in die zweite Schaltstellung 30c beaufschlagt, in der über die Verbindungsleitung 31b die die Ablaufseite des Verbrauchers 6 bildende Verbraucherleitung 8b mit der Ladeleitung 26 des Speichers 19 verbunden ist.
Gelangt bei der 3 ausgehend von einem in Richtung der Steuerstellung 5b angesteuerten Wegeventil 5 durch einen Abbau des Steuerdrucks in der Ansteuerleitung 10a und somit eine Beaufschlagung des Wegeventils 5 in die Neutralstellung 5a der Verbraucher 6 in eine Bremsphase, wird über die Drosseleinrichtung 35a des Drosselrückschlagventils 33a ein verlangsamtes Schließen des Auswahlventils 30 von der zweiten Schaltstellung 30c in die Neutralstellung 30a erzielt. Hierdurch wird erzielt, dass während des Bremsvorgangs des Verbrauchers 6 der Speicher 19 mit Druckmittel aus der Ablaufseite des Verbrauchers 6 zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers 6 geladen wird. Durch entsprechende Wahl des Querschnitts der Drosseleinrichtung 35a kann hierbei erzielt werden, dass das Auswahlventil 30 erst am Ende des Bremsvorgangs und somit bei abgeschlossenem Bremsvorgang des Verbrauchers 6 in die Neutralstellung 30a gelangt.
Entsprechend wird bei einem in der Ansteuerleitung 10b anstehenden Steuerdruck das Wegeventil 5 in Richtung der zweiten Steuerstellung 5c beaufschlagt, in der die Verbraucherleitung 8b die Zulaufseite und die Verbraucherleitung 8a die Ablaufseite des Verbrauchers 6 bildet, wobei durch den in der Ansteuerleitung 10b und somit der Steuerdruckleitung 32b anstehenden Steuerdruck das Auswahlventil 30 in die erste Schaltstellung 30b beaufschlagt wird, in der über die Verbindungsleitung 31a die die Ablaufseite des Verbrauchers 6 bildende Verbraucherleitung 8a mit der Ladeleitung 26 des Speichers 19 verbunden ist. Beim Abbau des Steuerdrucks in der Ansteuerleitung 10b zum Abbremsen des Verbrauchers 6 wird über die Drosseleinrichtung 35b des Drosselrückschlagventils 33b ein verlangsamtes Schließen des Auswahlventils 30 von der ersten Schaltstellung 30b in die Neutralstellung 30a erzielt, so dass während des Bremsvorgangs des Verbrauchers 6 der Speicher 19 mit Druckmittel aus der Ablaufseite des Verbrauchers 6 zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers 6 geladen wird.
In der 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Bei der 4 ist das die Rekuperationsventileinrichtung 20 bildende Auswahlventil 30 als Schaltventil 40 ausgebildet, das mit einer Ladestellung 40a versehen ist, in der die mit der Verbraucherleitung 8a verbundene Verbindungsleitung 31a und die mit der Verbraucherleitung 8b verbundene Verbindungsleitung 31b mit der Ladeleitung 26 des Speichers 19 in Verbindung stehen, und mit einer Sperrstellung 40b versehen ist, in der die Verbindung der Verbindungsleitungen 31a, 31b mit der Ladeleitung 26 abgesperrt ist. In den von den Verbraucherleitungen 8a, 8b zu dem Auswahlventil 40 geführten Verbindungsleitungen 31a, 31b ist jeweils ein in Richtung zu dem Speicher 19 öffnenden Sperrventil 27a, 27b, beispielsweise ein Rückschlagventil, angeordnet.
Das als Zweistellungs-Dreianschlussventil ausgebildete Auswahlventil 30 der 4 ist mittels einer Feder 41 in die Ladestellung 40a und durch ein in einer Steuerleitung 42 anstehende Ansteuersignal in die Sperrstellung 40b beaufschlagt.
Das Ansteuersignal ist von dem Lastdruck des Verbrauchers 6 gebildet, wodurch das Auswahlventil 40 in Abhängigkeit von dem Lastdruck des Verbrauchers 6 gesteuert ist. Der Abgriff des Lastdruckes erfolgt beispielsweise an dem Wegeventil 5 stromab von Drosseleinrichtungen 43a, 43b in den Steuerstellungen 5b, 5c. Der von der Zulaufseite des Verbrauchers 6 abgegriffene Lastdruck kann bei einer Ausbildung des Antriebssystems als Load-Sensing-System weiterhin zur Steuerung der Fördermenge der Pumpe 1 verwendet werden.
Bei einem in der Ansteuerleitung 10a bzw. 10b des Wegeventils 5 anstehenden Ansteuersignal steht in der Steuerleitung 42 der von der Zulaufseite des Verbrauchers 6 abgegriffene Lastdruck des Verbrauchers 6 an, sofern eine Arbeitsbewegung durchgeführt wird und sich der Verbraucher 6 in einem Beschleunigungsphase befindet, wobei der Lastdruck des Verbrauchers 6 das Auswahlventil 30 in die Sperrstellung 40b beaufschlagt. Gelangt der Verbraucher 6 durch ein Zurücknahme des Ansteuersignals des Wegeventils 5 in eine Bremsphase oder greift an dem Verbraucher 6 eine negative, ziehende Last an, bricht aufgrund des in den Verbraucherleitungen 8a, 8b stattfindenden Druckwechsels der Lastdruck zusammen, so dass das Auswahlventil 30 von der Feder 41 in die Ladestellung 40b beaufschlagt wird. Über die mit der Ablaufseite des Verbrauchers 6 in Verbindung stehende Verbindungsleitung 31a bzw. 31b und das geöffnete Sperrventil 27a bzw. 27b kann hierbei der Speicher 19 mit Druckmittel aus der Ablaufseite des Verbrauchers 6 zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers 6 geladen. Das in der mit der Zulaufseite des Verbrauchers 6 in Verbindung stehenden Verbindungsleitung 31b bzw. 31a angeordnete Sperrventil 27b bzw. 27a befindet sich in der Sperrstellung und verhindert einen Kurzschluss der Ablaufseite mit der Zulaufseite des Verbrauchers 6. Durch entsprechende Einstellung der Feder 41 kann auf einfache Weise der Öffnungs- und der Schließpunkt des Auswahlventils 30 und somit der Rekuperationsventileinrichtung 20 auf den gewünschten Lastdruck des Verbrauchers 6 abgestimmt werden.
In der 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 5 ist das die Rekuperationsventileinrichtung 20 bildende Auswahlventil 30 von zwei Schaltventilen 50, 51 gebildet, wobei das Schaltventil 50 in der die Verbraucherleitung 8a mit dem Speicher 19 verbindenden Verbindungsleitung 31a und das Schaltventil 51 in der die Verbraucherleitung 8b mit dem Speicher 19 verbindenden Verbindungsleitung 31b angeordnet ist. Jedes Schaltventil 50, 51 weist eine die entsprechende Verbindungsleitung 31a, 31b absperrende Schaltstellung 50a, 51a auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Sperrventil sitzdicht ausgeführt ist. Weiterhin weist jedes Schaltventil 50, 51 eine als Durchflussstellung ausgebildete Ladestellung 50b, 51b auf, in der die mittels der Verbraucherleitung 31a bzw. 31b die entsprechende Verbraucherleitung 8a bzw. 8b an den Speicher 19 angeschlossen ist.
In den von den Schaltventilen 50, 51 zu dem Speicher 19 geführten Ladeleitungen 26a, 26b ist jeweils ein in Richtung zum Speicher 19 öffnendes Sperrventil 27a, 27b, bevorzugt ein Rückschlagventil, angeordnet.
Die Schaltventile 50, 51 sind jeweils mittels einer Federeinrichtung 52, 53 in die Sperrstellung 50a, 51a und mittels eines Ansteuersignals in die Ladestellung 50b, 51b beaufschlagt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schaltventile 50, 51 elektrisch ansteuerbar, wozu entsprechende elektrisch ansteuerbare Betätigungseinrichtungen 54, 55, beispielsweise Schaltmagnete, vorgesehen sind.
Die elektrische Betätigung der Schaltventile 50, 51 kann in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung und der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers 6 erfolgen, wobei eine entsprechende Sensoreinrichtung 56 vorgesehen ist, mit der die Drehrichtung und die Drehzahl des als Drehwerksmotors ausgebildeten Verbrauchers 6 vorgesehen ist.
Alternativ kann bei einer elektrischen oder elektro-hydraulischen Betätigung des Wegeventils 5, wobei eine elektrische Ansteuersignale des Wegeventils 5 erzeugende Vorgabeeinrichtung 57, beispielsweise ein Joystick, vorgesehen ist, die Ansteuerung der Schaltventile 50, 51 durch die von der Vorgabeeinrichtung 57 erzeugten elektrischen Ansteuersignale des Wegeventils 5 erfolgen.
Mit der elektrischen Ansteuerung der Schaltventile 50, 51 kann auf einfache Weise in einer Bremsphase des Verbrauchers 6 das über die Verbindungsleitung 31a, 31b mit der der Ablaufseite des Verbrauchers 6 in Verbindung stehende Schaltventil 50, 51 in die Ladestellung 50b, 51b betätigt werden, um den Speicher 19 während des Bremsvorgangs des Verbrauchers 6 mit Druckmittel aus der Ablaufseite des Verbrauchers 6 zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers 6 zu laden. Mit den Sperrventilen 27a, 27b kann auf einfache Weise beim Laden des Speichers 19 ein Kurzschluss der Ablaufseite mit der Zulaufseite des Verbrauchers 6 vermieden werden.
In der 6 ist eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt, bei der das Antriebssystem mindestens einen weiteren, im offenen Kreislauf betriebenen Verbraucher 70 umfasst, der mittels eines entsprechenden Wegeventils 80 steuerbar ist. Das Wegeventil 80 ist mittels einer Zweigleitung 81 an die Förderleitung 4 zwischen dem Sperrventil 22 und dem Wegeventil 5 angeschlossen. In der Entladeleitung 21 des Speichers 19 ist ein in Richtung zur Förderleitung 4 öffnendes Sperrventil 82, beispielsweise ein Rückschlagventil, angeordnet. Über die Entladeleitung 21 kann der in der Bremsphase des Verbrauchers 6 mit der Bremsenergie aufgeladene Speicher 19 zum Antrieb des weiteren Verbrauchers 70 bei einer entsprechenden Betätigung des Wegeventils 80 genutzt werden, so dass die in dem Speicher 19 zurückgewonnen Bremsenergie des Verbrauchers 6 einem weiteren Verbraucher 70 zugeführt werden kann. Das Sperrventil 82 verhindert bei einer Betätigung des weiteren Verbrauchers 70 eine Strömung von der Pumpe 1 über die Entladeleitung 21 in den Speicher 19.
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Mit den in den 1 bis 6 dargestellten Schaltungen kann bei geringem Bauaufwand der Speicher 19 zur Energierückgewinnung beim Abbremsen des Verbrauchers 6 genutzt werden. Über den Anschluss der Entladeleitung 21 an die Förderleitung 4 kann in Verbindung mit dem das Entladen des Speichers 19 steuernden, bereits vorhandenen Wegeventil 5 bzw. 80 die im Speicher 19 gespeicherte Energie auf einfache Weise in einer Beschleunigungsphase an den Verbraucher 6 bzw. 70 abgegeben werden. Durch das Wegeventil 5, das die Funktion eines das Entladen des Speichers 19 steuernden Entladeventils aufweist, kann bei einem Beschleunigungsvorgangs des Verbrauchers 6 bzw. 70 ein automatischen Entleeren des Speichers 19 ohne Sensoreinrichtungen bzw. eine Schaltlogik erzielt werden.
Bei einem Antriebssystem mit als Closed-Center-Ventilen ausgebildeten Wegeventilen 5, 80 kann die erfindungsgemäße Schaltung zur Energierückgewinnung auf einfache Weise ergänzt bzw. nachgerüstet werden.
Bei den in den 1, 2 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen werden durch die Integration der Funktion der Rekuperationsventileinrichtung 20 in die bereits vorhandene Druckbegrenzungsventileinrichtungen 15a, 15b vorhandene Bauteile für die Rekuperation der Bremsenergie genutzt. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 3 bis 5 sind als Rekuperationsventileinrichtung 20 lediglich einfach aufgebaute und kostengünstige Auswahlventile 30 als zusätzliche Bauteile für die Rekuperation der Bremsenergie erforderlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/108830 A1 [0004, 0004, 0004]

Claims

Hydrostatisches Antriebssystem mit einem von einer Pumpe im offenen Kreislauf betriebenen doppeltwirkenden Verbraucher, insbesondere einem Drehwerksmotor eines Drehwerksantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei zur Steuerung des Verbrauchers ein Wegeventil vorgesehen ist, das mit einer Förderleitung der Pumpe, einer zu einem Behälter geführten Behälterleitung und zwei zu dem Verbraucher geführten Verbraucherleitungen in Verbindung steht, wobei zur Rückgewinnung der Bremsenergie des Verbrauchers während einer Bremsphase des Verbrauchers ein hydraulischer Speicher vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulischer Speicher (19) zum Laden mittels einer Rekuperationsventileinrichtung (20) mit der mit der Ablaufseite des Verbrauchers (6) in Verbindung stehenden Verbraucherleitungen (8b; 8a) in Verbindung bringbar ist und der hydraulische Speicher (19) zum Entladen während einer Beschleunigungsphase des Verbrauchers (6) an die zu dem Wegeventil (5) geführte Förderleitung (4) der Pumpe (1) angeschlossen ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (5) als in Zwischenstellungen drosselndes Steuerventil mit einer als Sperrstellung ausgebildeten Neutralstellung (5a) und einer ersten Steuerstellung (5b) für eine erste Bewegungsrichtung sowie einer zweiten Steuerstellung (5c) für eine zweite Bewegungsrichtung des Verbrauchers (6) ausgebildet ist, wobei das Wegeventil (5) in den Steuerstellungen (5b; 5c) die Funktion eines Speicherentladeventils aufweist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Förderleitung (4) zwischen der Pumpe (1) und dem Anschluss des Speichers (19) ein die Verbindung zur Pumpe (1) sperrendes Sperrventil (22), insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekuperationsventileinrichtung (20) mindestens eine die Ablaufseite des Verbrauchers (6) mit dem Speicher (19) verbindende Ladestellung und eine die Verbindung der Ablaufseite des Verbrauchers (6) mit dem Speicher (19) absperrende Sperrstellung aufweist und von dem ablaufseitigen Druck des Verbrauchers (6) oder dem Lastdruck des Verbrauchers (6) oder den Ansteuersignalen des Wegeventils (5) oder in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Verbrauchers (6) gesteuert ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekuperationsventileinrichtung (20) eingangsseitig mit den beiden Verbraucherleitungen (8a, 8b) in Verbindung steht und ausgangsseitig mittels mindestens einer Ladeleitung (26; 26a, 26b) mit dem Speicher (19) verbunden ist, wobei in den Verbindungsleitungen der Verbraucherleitungen (8a, 8b) mit der Rekuperationsventileinrichtung (20) oder in der Ladeleitung (26; 26a, 26b) ein in Richtung zum Speicher (19) öffnendes Sperrventil (27; 27a, 27b), insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuersignale des Wegeventils (5) als hydraulische Steuerdrücke ausgebildet sind, wobei die Rekuperationsventileinrichtung (20) von dem Ansteuersignal in die Ladestellung angesteuert ist und die Ansteuerung der Rekuperationsventileinrichtung (20) über mindestens ein Drosselrückschlagventil (33a; 33b) erfolgt.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem das Wegeventil (5) in Richtung der ersten Steuerstellung (5b) beaufschlagenden Ansteuersignal, in der die erste Verbraucherleitung (8a) mit der Förderleitung (4) und die zweite Verbraucherleitung (8b) mit der Behälterleitung (7) verbunden ist, die von dem Ansteuersignal angesteuerte Rekuperationsventileinrichtung (20) die zweite Verbraucherleitung (8b) mit dem Speicher (19) verbindet, und bei einem das Wegeventil (5) in Richtung der zweiten Steuerstellung (5c) beaufschlagenden Ansteuersignal, in der die zweite Verbraucherleitung (8b) mit der Förderleitung (4) und die erste Verbraucherleitung (8a) mit der Behälterleitung (7) verbunden ist, die von dem Ansteuersignal angesteuerte Rekuperationsventileinrichtung (20) die erste Verbraucherleitung (20) mit dem Speicher (19) verbindet.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekuperationsventileinrichtung (20) von dem Lastruck des Verbrauchers (6) in Richtung der Sperrstellung beaufschlagt ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Verbraucherleitungen (8a; 8b) jeweils eine Druckbegrenzungsventileinrichtung (15a; 15b) zugeordnet ist, wobei die Druckbegrenzungsventileinrichtungen (15a; 15b) die Rekuperationsventileinrichtung (20) bilden.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungsventileinrichtungen (15a; 15b) ausgangsseitig an die zu dem Speicher (19) geführte Ladeleitung (26) angeschlossen sind, wobei in der Ladeleitung (26) das in Richtung zum Speicher (19) öffnende Sperrventil (27), insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungsventileinrichtungen (15a; 15b) jeweils eine Sperrstellung und eine Durchflussstellung aufweisen und mittels einer Federeinrichtung (16a; 16b) in Richtung der Sperrstellung sowie dem in der zugeordneten Verbraucherleitung (8a; 8b) anstehenden Druck in Richtung der Durchflussstellung beaufschlagt sind, wobei in der Durchflussstellung ein Strömungszweig (23a; 23b) zu dem hydraulischen Speicher (19) und ein Strömungszweig (24a; 24b) zu einem Überströmventil (18a; 18b) herstellbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungszweig (23a; 24b) zu dem hydraulischen Speicher (19) und/oder in dem Strömungszweig (24a; 24b) zu dem Überströmventil (18a; 18b) eine Drosseleinrichtung (25a; 25b) wirksam ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (18a; 18b) mit der mit der Zulaufseite des Verbrauchers (8) in Verbindung stehenden Verbraucherleitung (8a; 8b) in Verbindung steht und als Sperrventil, insbesondere als ein in Richtung zur Zulaufseite des Verbrauchers (8) öffnendes Rückschlagventil, ausgebildet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (18a; 18b) in einer Überströmleitung (28a; 28b) angeordnet ist, die von der der Ablaufseite des Verbrauchers (8) zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung (15b; 15a) zu der mit der Zulaufseite des Verbrauchers (8) in Verbindung stehenden Verbraucherleitung (8a; 8b) geführt ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (18a; 18b) in der der Zulaufseite des Verbrauchers (8) zugeordneten Druckbegrenzungsventileinrichtung (15a; 15b) integriert ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (16a; 16b) von einem mindestens zwei Federn umfassenden Federpaket gebildet ist, wobei die Federn stufenweise an dem Druckbegrenzungsventileinrichtung (15a; 15b) wirksam werden.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderleitung (4) der Pumpe (1) eine Druckabsicherungseinrichtung (11) zugeordnet ist, wobei die Federeinrichtung (16a; 16b) der Druckbegrenzungsventileinrichtung (15a; 15b) derart ausgelegt ist, dass die Druckbegrenzungsventileinrichtung (15a; 15b) von einem unterhalb des Absicherungsdrucks der Druckabsicherungseinrichtung (11) befindlichen zulaufseitigen Druck des Verbrauchers (8) in Richtung der Durchflussstellung beaufschlagbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekuperationsventileinrichtung (20) als Auswahlventil (30) ausgebildet ist, des eingangsseitig mit den beiden Verbraucherleitungen (8a, 8b) in Verbindung steht und ausgangsseitig mittels der Ladeleitung (26; 26a, 26b) an den Speicher (19) angeschlossen ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladeleitung (26; 26a, 26b) das in Richtung zum Speicher (19) öffnende Sperrventil (27; 27a, 27b), insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlventil (30) als Schaltventil ausgebildet ist, das in einer ersten Schaltstellung (30b) die erste Verbraucherleitung (8a) mit dem Speicher (19) und in einer zweiten Schaltstellung (30c) die zweite Verbraucherleitung (8b) mit dem Speicher (19) verbindet, wobei das Auswahlventil (30) eine als Sperrstellung ausgebildete Neutralstellung (30a) aufweist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil mittels Federn (39a, 39b) in die Neutralstellung (30a) beaufschlagt ist und durch Ansteuersignale in die Schaltstellungen (30b, 30c) beaufschlagbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuersignale von dem hydraulischen Steuerdruck des Wegeventils (5) gebildet sind, wobei das Schaltventil von dem das Wegeventil (5) in Richtung der ersten Steuerstellung (5b) beaufschlagenden Steuerdruck, in der die erste Verbraucherleitung (8a) mit der Förderleitung (4) und die zweite Verbraucherleitung (8b) mit der Behälterleitung (7) verbunden ist, in die zweite Schaltstellung (30c) beaufschlagt ist und dem das Wegeventil (5) in Richtung der zweiten Steuerstellung (5c) beaufschlagenden Steuerdruck, in der die zweite Verbraucherleitung (8b) mit der Förderleitung (4) und die erste Verbraucherleitung (8a) mit der Behälterleitung (7) verbunden ist, in die erste Schaltstellung (30b) beaufschlagt ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in den den Steuerdruck des Schaltventils führenden Steuerdruckleitungen (32a; 32b) jeweils ein Drosselrückschlagventil (33a; 33b) angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlventil (30) als Schaltventil (40) ausgebildet ist, das in einer Ladestellung (40a) die beiden Verbraucherleitungen (8a, 8b) mit dem Speicher (19) verbindet und in einer Sperrstellung (40b) die Verbindung der beiden Verbraucherleitungen (8a, 8b) mit dem Speicher (19) absperrt.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (40) mittels einer ersten Verbindungsleitung (31a) mit der ersten Verbraucherleitung (8a) und mittels einer zweiten Verbindungsleitung (31b) mit der zweiten Verbraucherleitung (8b) in Verbindung steht, wobei in den Verbindungsleitungen (31a, 31b) jeweils ein in Richtung zu dem Schaltventil (40) öffnendes Sperrventil (27a, 27b), insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (40) mittels einer Federeinrichtung (41) in Richtung der Ladestellung (40a) beaufschlagt ist und in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal in Richtung der Sperrstellung (40b) beaufschlagbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal von dem Lastdruck des Verbrauchers (8) gebildet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlventil (30) von zwei Schaltventilen (50, 51) gebildet ist, die jeweils eine Sperrstellung (50a, 51a) und eine als Durchflussstellung ausgebildete Ladestellung (50b, 51b) aufweisen, wobei das erstes Schaltventil (50) die erste Verbraucherleitung (8a) mit dem Speicher (19) verbindet und das zweites Schaltventil (51) die zweite Verbraucherleitung (8b) mit dem Speicher (19) verbindet
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (50, 51) jeweils von einer Federeinrichtung (52, 53) in Richtung der Sperrstellung (50a, 51a) und mittels eines Ansteuersignals in Richtung der Durchflussstellung (50b, 51b) beaufschlagbar sind.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schaltventile (50, 51) mittels mindestens einer Ladeleitung (26a, 26b) an den Speicher (19) angeschlossen sind, wobei in der Ladeleitung (26a, 26b) das in Richtung zum Speicher (19) öffnende Sperrventil (27a, 27b), insbesondere Rückschlagventil, angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (50, 51) elektrisch betätigbar sind, wobei eine Sensoreinrichtung (56) zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Verbrauchers (6) vorgesehen sind und die elektrische Ansteuerung der Schaltventile (50, 51) in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Verbrauchers (6) erfolgt.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (50, 51) elektrisch betätigbar sind, wobei das Wegeventil (5) elektrisch betätigbar ist und eine elektrische Ansteuersignale des Wegeventils (5) erzeugende Vorgabeeinrichtung (57), insbesondere ein Joystick, vorgesehen ist, wobei die Schaltventile (50, 51) in Abhängigkeit von den von der Vorgabeeinrichtung (57) erzeugten Ansteuersignalen des Wegeventils (5) betätigt sind.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer von der Pumpe (1) im offenen Kreislauf betriebener Verbraucher (70) vorgesehen ist, wobei zur Steuerung des Verbrauchers (70) ein Wegeventil (80) vorgesehen ist, das an die Förderleitung (4) der Pumpe (1) stromab des Sperrventils (22) angeschlossen ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass in einer von dem Speicher (19) zu der Förderleitung (4) geführten Endladeleitung (21) ein in Richtung zur Förderleitung (4) öffnendes Sperrventil (82), insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist.
Mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Bagger, mit einem hydrostatischen Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche.