DE102014114526A1

DE102014114526A1 - Hydraulisches Antriebssystem einer batterie-betriebenen mobilen Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102014114526A1
Application number: DE102014114526.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Magsaam
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem (1) einer batterie-betriebenen mobilen Arbeitsmaschine mit einem Hydraulikaggregat (4), das eine als Hydraulikpumpe und als Hydraulikmotor betreibbare hydraulische Maschine (5) und eine als Motor und als Generator betreibbare elektrische Maschine (6) umfasst, wobei das Hydraulikaggregat (4) im Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine (5) einen Hubantrieb (2) und mindestens einen weiteren Verbraucher (3) mit Druckmittel versorgt. Es ist eine elektronische Steuereinrichtung (26) vorgesehen, die einen Nutzsenkenbetrieb durchführt, bei dem im Senkenbetrieb des Hubantriebs (2) die hydraulische Maschine (5) als Hydraulikmotor betrieben wird, die von dem von dem Hubantrieb (2) abströmenden Druckmittel angetrieben wird. Es ist ein Senkenzweig (12) vorgesehen, mittels dem der Hubantrieb (2) mit einem Behälter (9) verbindbar ist und in dem ein Senkenventil (13) angeordnet ist. Parallel zum Senkenzweig (12) ist ein Nutzsenkenzweig (20) geschaltet, mittels dem der Hubantrieb (2) mit der hydraulischen Maschine (5) verbindbar ist. Der Senkenzweig (12) ist derart ausgelegt, dass über den Senkenzweig (12) die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb mit maximaler Senkengeschwindigkeit zum Behälter (9) abführbar ist. Der Nutzsenkenzweig (20) ist derart ausgelegt, dass über den Nutzsenkenzweig (20) die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb mit maximaler Senkengeschwindigkeit der als Hydraulikmotor betreibbaren hydraulischen Maschine (5) über die Ansaugleitung (8) zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem einer batterie-betriebenen mobilen Arbeitsmaschine mit einem Hydraulikaggregat, das eine als Hydraulikpumpe und als Hydraulikmotor betreibbare hydraulische Maschine und eine als Motor und als Generator betreibbare elektrische Maschine umfasst, wobei das Hydraulikaggregat im Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine einen Hubantrieb und mindestens einen weiteren Verbraucher mit Druckmittel versorgt, wobei die hydraulische Maschine im offenen Kreislauf betrieben ist, die an einer Einlassseite mittels einer Ansaugleitung mit einem Behälter in Verbindung steht und an der Auslassseite in eine Förderleitung fördert, wobei die hydraulische Maschine im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb gleiche Drehrichtung und gleiche Durchflussrichtung des Druckmittels aufweist, wobei eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen ist, die einen Nutzsenkenbetrieb durchführt, bei dem im Senkenbetrieb des Hubantriebs die hydraulische Maschine als Hydraulikmotor betrieben wird, die von dem von dem Hubantrieb abströmenden Druckmittel angetrieben wird, das der hydraulischen Maschine über die Ansaugleitung zugeführt wird.
Derartige Antriebssysteme werden in batterie-elektrisch betriebenen Arbeitsmaschinen, beispielsweise Flurförderzeugen, eingesetzt. Das Hydraulikaggregat dient im Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine zur Versorgung eines Hubantriebs und eines oder mehrerer weiterer hydraulischer Verbraucher der Arbeitsmaschine. Im Senkenbetrieb des Hubantriebs kann durch einen Motorbetrieb der hydraulischen Maschine und einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine, die von der als Hydraulikmotor arbeitenden hydraulischen Maschine angetrieben wird, ein Nutzsenkenbetrieb mit einer Energierückgewinnung erfolgen, bei dem die potentielle Energie der Last von der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine in elektrische Energie umgesetzt wird, die in eine Traktionsbatterie der Arbeitsmaschine eingespeist werden kann.
Aus der DE 10 2004 011 913 B4 ist ein hydraulisches Antriebssystem einer batteriebetriebenen Arbeitsmaschine bekannt, mit einem aus einer elektrische Maschine und einer hydraulischen Maschine bestehenden Pumpenaggregat, dessen hydraulische Maschine im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb die gleiche Drehrichtung und die gleiche Durchflusssrichtung des Druckmittels aufweist. Ein Senkenzweig, über den der Nutzsenkbetrieb erfolgt, ist hierzu an die Ansaugleitung der hydraulischen Maschine angeschlossen. Bei einem hohen Lastdruck im Senkenbetrieb des Hubantrieb kann durch den Motorbetrieb der hydraulischen Maschine und den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine eine Energierückgewinnung mit einer Rückspeisung von elektrischer Energie in eine Traktionsbatterie erfolgen bzw. im Senkenbetrieb und der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren hydraulischen Verbrauchers eine Energierückgewinnung dadurch erfolgen, dass der weitere hydraulischen Verbraucher mit dem aus dem Hubantrieb im Senkenbetrieb abströmenden Druckmittel versorgt wird. Bei dem Antriebssystem der DE 10 2004 011 913 B4 ist nur ein Senkenzweig vorhanden, der gleichzeitig einen Nutzsenkenbetrieb ermöglicht und an die Ansaugleitung der hydraulischen Maschine angeschlossen ist. Im Senkenbetrieb mit einem geringen Lastdruck, beispielsweise einem Senkenbetrieb ohne Last, kann es hierbei erforderlich werden, die hydraulische Maschine zu bestromen und als Elektromotor zu betreiben, um durch einen Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine Druckmittel aus dem Hubantrieb zu saugen und eine vorgegebene Senkengeschwindigkeit zu erzielen, so dass elektrische Energie für den Senkenbetrieb des Hubantriebs aufgewendet werden muss. Ein weitere Nachteil des aus der DE 10 2004 011 913 B4 bekannten Antriebssystems besteht darin, dass im Senkenbetrieb und der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers, der von dem Hydraulikaggregat mit Druckmittel versorgt wird, bei ungünstigen Betriebspunkten hohe Drosselverluste auftreten. Derartige Betriebspunkte sind beispielsweise der Nutzsenkenbetrieb mit einer hohen Senkengeschwindigkeit bei geringem Lastdruck des Hubantriebs und die zusätzliche Betätigung eines weiteren Verbrauchers mit geringer Druckmittelmenge bei hohem Druck, beispielsweise bei einem Flurförderzeug die zusätzliche Betätigung eines Neigeantriebs mit geringer Neigegeschwindigkeit. Die hydraulische Maschine arbeitet hierbei aufgrund der hohen Senkengeschwindigkeit mit einer hohen Drehzahl und aufgrund des hohen Druckes des weiteren Verbrauchers gegen den hohen Druck, so dass die überschüssig geförderte Menge der hydraulischen Maschine mit hohen Drosselverlusten an einer Druckwaage zu einem Behälter abgedrosselt wird. Hierdurch entstehen im Senkenbetrieb des Hubantriebs mit einem Nutzsenkenbetrieb und der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers energetisch ungünstige Betriebspunkt, die die Vorteile aus der Energierückgewinnung mit dem Nutzsenkenbetrieb aufzehren können.
Aus der DE 198 31 828 B4 ist ein hydraulisches Antriebssystem für eine batteriebetriebene Arbeitsmaschine bekannt, bei dem ein erstes Hydraulikaggregat mit einer rein als Pumpe arbeitenden hydraulischen Maschine den Hubantrieb bei niedrigen Nebengeschwindigkeiten und die weiteren Verbraucher mit Druckmittel versorgt und bei dem ein zweites Hydraulikaggregat eine als Pumpe und als Motor betreibbare hydraulische Maschine aufweist, die im Pumpenbetrieb eine zusätzliche Versorgung des Hubantriebs bei einer hohen Nebengeschwindigkeit ermöglicht und im Motorbetrieb einen Nutzsenkenbetrieb ermöglicht. Durch die Verwendung von zwei Hydraulikaggregaten ist im Nutzsenkenbetrieb des zweiten Hydraulikaggregats bei der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers die Versorgung des weiteren Verbrauchers durch das erste Hydraulikaggregat möglich. Aufgrund der beiden Hydraulikaggregate ergibt sich jedoch ein hoher Bauaufwand eines derartigen Antriebssystems. Bei der DE 198 31 828 B4 wird im Senkenbetrieb die gesamte von dem Hubantrieb abströmende Druckmittelmenge über das zweite Hydraulikaggregat geführt. Entsprechend des installierten Verdrängervolumens der hydraulischen Maschine des zweiten Hydraulikaggregats und der maximalen zulässigen Drehzahl des zweiten Hydraulikaggregats kann sich eine Beschränkung des Potentials für die Energierückgewinnung durch den Nutzsenkenbetrieb des zweiten Hydraulikaggregats ergeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das bei geringem Bauaufwand eine wirksame Energierückgewinnung der potentiellen Energie der Last des Hubantriebs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Senkenzweig vorgesehen ist, mittels dem der Hubantrieb mit einem Behälter verbindbar ist und in dem ein Senkenventil angeordnet ist, und ein parallel zum Senkenzweig geschalteter Nutzsenkenzweig vorgesehen ist, mittels dem der Hubantrieb mit der Ansaugleitung der hydraulischen Maschine verbindbar ist und in dem eine Ventileinrichtung angeordnet ist, mittels der der Nutzsenkenzweig geöffnet und abgesperrt werden kann, wobei der Senkenzweig derart ausgelegt ist, dass über den Senkenzweig die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb mit maximaler Senkengeschwindigkeit zum Behälter abführbar ist, und wobei der Nutzsenkenzweig derart ausgelegt ist, dass über den Nutzsenkenzweig die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb mit maximaler Senkengeschwindigkeit der als Hydraulikmotor betreibbaren hydraulischen Maschine über die Ansaugleitung zuführbar ist. Erfindungsgemäß wird somit ermöglicht, die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb des Hubantriebs mit maximaler Senkengeschwindigkeit wahlweise über den Nutzsenkenzweig abzuführen und somit einen Nutzsenkenbetrieb mit einer Energierückgewinnung auszuführen oder über den Senkenzweig und das Senkenventil zum Behälter auszuführen. Durch wahlweise Aktivierung des Nutzsenkenzweiges bzw. des Senkenzweiges kann bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem situationsabhängig und somit in Abhängigkeit von bestimmten Betriebspunkten entweder der Nutzsenkenbetrieb durchgeführt werden oder der Senkenbetrieb über den Senkenzweig durchgeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann im Senkenbetrieb bei der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers in energetisch ungünstigen Betriebspunkten der Nutzsenkenbetrieb beendet und der Senkenbetrieb über den Senkenzweig durchgeführt werden, so dass hohe Drosselverluste vermieden werden können und somit eine wirksame und energetisch sinnvolle Energierückgewinnung ermöglicht wird. Da die hydraulische Maschine im Motorbetrieb und im Pumpenbetrieb gleiche Drehrichtung aufweist, ergeben sich weitere Vorteile, da beim Beenden des Nutzsenkbetriebs infolge der Betätigung eines weiteren Verbrauchers die hydraulische Maschine innerhalb einer kurzen Zeitspanne von dem Motorbetrieb in den Pumpenbetrieb wechseln kann ohne die Drehrichtung reversieren zu müssen. Zudem wird es bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ermöglicht, mit nur einem einzigen Hydraulikaggregat und somit bei einem geringen Bauaufwand ein hohes Potential der Energierückgewinnung zu ermöglichen, da die maximale Senkenmenge für den Nutzsenkenbetrieb zur Verfügung steht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Senkenventil und die Ventileinrichtung von einer elektronischen Steuereinrichtung angesteuert und ist die elektronische Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit von dem Lastdruck des Hubantriebs der Senkenbetrieb zwischen dem Nutzsenkenzweig und dem Senkenzweig umschaltbar ist. Hierdurch wird es ermöglicht, den Nutzsenkenbetrieb über den Nutzsenkenzweig nur dann zu aktivieren, wenn ein ausreichender Lastdruck im Hubantrieb ansteht, und bei geringem Lastdruck des Hubantriebs den Senkenbetrieb über den Senkenzweig und das Senkenventil durchzuführen. Ein zusätzlicher Energieaufwand, der im Senkenbetrieb bei geringem Lastdruck aufzuwenden ist, um durch den Motorbetrieb der elektrischen Maschine und dem Pumpenbetrieb der von der elektrischen Maschine angetriebenen hydraulischen Maschine Druckmittel im Senkenbetrieb bei geringem Lastdruck zur Erzielung der vorgegebenen Senkengeschwindigkeit aus dem Hubantrieb absaugen zu können, kann somit auf einfache Weise vermieden werden.
Vorteilhafterweise ist gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung in der elektronischen Steuereinrichtung ein Mindestlastdruck hinterlegt und steht die Steuereinrichtung mit einer den Lastdruck des Hubantriebs erfassenden Drucksensoreinrichtung in Verbindung, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass im Senkenbetrieb mit einem Lastdruck unterhalb des Mindestlastdruckes der Nutzsenkenzweig abgesperrt ist und der Senkenbetrieb durch Ansteuerung des Senkenventils erfolgt. Bei einem geringen Lastdruck des Hubantriebs kann in energetisch günstiger Weise über den Senkenzweig und das Senkenventil der Senkenbetrieb des Hubantriebs durchgeführt werden, indem der Hubantrieb über das geöffnete Senkenventil mit dem Behälter verbunden wird, das bevorzugt als Proportionalventil ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung die elektronische Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass im Senkenbetrieb mit einem Lastdruck oberhalb des Mindestlastdruckes ein Nutzsenkenbetrieb erfolgt, in dem der Nutzsenkenzweig geöffnet wird, wenn zu dem Senkenbetrieb des Hubantriebs keine parallele Betätigung des weiteren Verbrauchers vorliegt oder wenn zu dem Senkenbetrieb des Hubantriebs eine parallele Betätigung des weiteren Verbrauchers mit einer geringen Druckanforderung vorliegt. Der Nutzsenkenbetrieb wird somit nur durchgeführt, wenn im Nutzsenkenbetrieb kein weiterer Verbraucher gleichzeitig zum Senkenbetrieb betätigt wird bzw. ein im Senkenbetrieb gleichzeitig betätigter Verbraucher einen niedrigen Druck anfordert, beispielsweise einen Druck unterhalb des Mindestlastdruckes oder unterhalb des Lastdruckes des Hubantriebs. Hierdurch ergeben sich besondere Vorteile, da im Senkenbetrieb und der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers in energetisch ungünstigen Betriebspunkten, beispielsweise einem Nutzsenkenbetrieb mit einer hohen Senkengeschwindigkeit bei niedrigem Lastdruck des Hubantriebs und der Betätigung eines weiteren Verbrauchers mit geringer Druckmittelmenge bei hohem Druck, kein Nutzsenkenbetrieb erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die elektronische Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass in Betriebszuständen, bei denen ein Nutzsenkenbetrieb durchgeführt wird und anschließend eine Betätigung des weiterer Verbrauchers erfolgt, die über den Nutzsenkenzweig vom Hubantrieb abströmende Druckmittelmenge auf Null verringert wird und gleichzeitig durch Ansteuerung des Senkenventils die von dem Hubantrieb über den Senkenzweig zu dem Behälter abströmende Druckmittelmenge erhöht wird. Im Nutzsenkenbetrieb und einer gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers wird somit von der elektronischen Steuereinrichtung die Druckmittelmenge über den Nutzsenkenzweig auf Null zurückgefahren und gleichzeitig im Gegenzug die Druckmittelmenge über den Senkenzweig durch Ansteuerung des Senkenventils erhöht, um die vorgegebene Senkengeschwindigkeit zu erzielen und aufrechtzuerhalten. Der Übergang des Senkenbetriebs des Hubantriebs von dem Nutzsenkenzweig auf den Senkenzweig erfolgt bevorzugt derart, dass keine Sprünge in der Senkengeschwindigkeit auftreten, und innerhalb einer derart kurzen Zeitspanne, dass der Übergang des Senkenbetriebs des Hubantriebs von dem Nutzsenkenzweig auf den Senkenzweig unmerklich für die Bedienperson abläuft.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die elektronische Steuereinrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung derart ausgebildet ist, dass zeitlich nach der Verringerung der über den Nutzsenkenzweig vom Hubantrieb abströmenden Druckmittelmenge auf Null die elektrische Maschine für den Motorbetrieb bestromt wird. Mit dem Motorbetrieb der elektrischen Maschine und dem Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine kann der weitere Verbraucher mit Druckmittel versorgt. Da bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem der Nutzsenkenzweig an die Ansaugleitung der hydraulischen Maschine geführt ist und somit die hydraulische Maschine im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb gleiche Drehrichtung aufweist, ist im Senkenbetrieb und einer gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers kein Reversieren und somit keine Drehrichtungsumkehr der elektrischen Maschine erforderlich, so dass bei der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers das Zurückfahren des Nutzsenkenbetriebs und somit die Änderung des Hydraulikaggregats vom Motorbetrieb in den Pumpenbetrieb in einer kurzen Zeitspanne durchgeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung führt die elektronische Steuereinrichtung eine Drehmomentregelung der als Generator betriebenen elektrischen Maschine zur Steuerung der Senkengeschwindigkeit im Nutzsenkenbetrieb durch. Mit einer Drehmomentregelung der als Generator betriebenen elektrischen Maschine kann auf einfache Weise im Nutzsenkenbetrieb eine vorgegebene Senkengeschwindigkeit des Hubantriebs eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Senkenzweig von dem Hubantrieb zu dem Behälter geführt und zweigt von dem Senkenzweig zwischen dem Hubantrieb und dem Senkenventil der Nutzsenkenzweig ab, der zu der Ansaugleitung der hydraulischen Maschine geführt ist. Hierdurch können auf einfache Weise ein Senkenzweig und ein parallel geschalteter Nutzsenkenzweig erzielt werden, um entweder einen Senkenbetrieb über den Nutzsenkenbetrieb oder über den Senkenbetrieb zu ermöglichen.
Zweckmäßigerweise ist in der Ansaugleitung der hydraulischen Maschine zwischen dem Anschluss des Nutzsenkenzweiges und dem Behälter ein in Richtung zum Behälter sperrendes Sperrventil angeordnet. Mit dem in der Ansaugleitung angeordneten Sperrventil wird auf einfache Weise erzielt, dass im Nutzsenkenbetrieb, wobei der hydraulischen Maschine über die Ansaugleitung Druckmittel zugeführt wird, das über den Nutzsenkenzweig der Ansaugleitung zugeführte Druckmittel ungenutzt zum Behälter abströmt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die in dem Nutzsenkenzweig angeordnete Ventileinrichtung als ein von der elektronischen Steuereinrichtung angesteuertes Zweistellungs-Wegeventil ausgebildet, das eine Sperrstellung und eine Durchflussstellung aufweist. Mit einem derartigen Zweistellungs-Wegeventil in dem Nutzsenkenzweig kann auf einfache Weise der Nutzsenkenbetrieb des Antriebssystems gesteuert werden.
Vorteilhafterweise ist das Zweistellungs-Wegeventil von einer Feder in die Sperrstellung und mittels einer elektronischen Betätigungseinrichtung in Richtung der Durchflussstellung betätigbar. Hierdurch werden besondere Vorteile erzielt, da bei einer Störung, beispielsweise einem Stromausfall, das Zweistellungs-Wegeventil in die Sperrstellung betätigt ist, so dass eine ungewollte Senkenbewegung des Hubantriebs im Störungsfall sicher vermieden werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften alternativen Weiterbildung der Erfindung ist die in dem Nutzsenkenzweig angeordnete Ventileinrichtung als in Richtung zur Ansaugleitung sperrendes Sperrventil, insbesondere Rückschlagventil, ausgebildet, das mittels eines von der elektronischen Steuereinrichtung angesteuerten Vorsteuerventils in eine Öffnungsstellung aufsteuerbar ist. Mit einem vorgesteuerten Sperrventil in dem Nutzsenkenzweig kann auf einfache Weise der Nutzsenkenbetrieb des Antriebssystems gesteuert werden.
Das Vorsteuerventil ist vorteilhafterweise an eine Vorsteuerleitung des Sperrventils angeschlossen und weist eine erste Steuerstellung auf, in der die Vorsteuerleitung zu einem Behälter entlastet ist, und eine zweite Steuerstellung auf, in der die Vorsteuerleitung von dem Lastdruck des Hubantriebs beaufschlagt ist. Hierdurch ergibt sich eine einfache Steuerung des Sperrventils in die Öffnungsstellung, da in der zweiten Steuerstellung des Vorsteuerventils das Sperrventil von dem am Hubantrieb anstehenden Lastdruck für den Nutzsenkenbetrieb in die Durchflussstellung beaufschlagt und somit aufgesteuert wird.
Vorteilhafterweise ist das Vorsteuerventil von einer Feder in die erste Steuerstellung und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung in die zweite Steuerstellung betätigbar. Hierdurch werden besondere Vorteile erzielt, da bei einer Störung, beispielsweise einem Stromausfall, das Vorsteuerventil in die erste Steuerstellung betätigt ist, in der die Vorsteuerleitung des Sperrventils zu einem Behälter entlastet ist und somit das Sperrventil in die Sperrstellung betätigt ist, so dass eine ungewollte Senkenbewegung des Hubantriebs im Störungsfall sicher vermieden werden kann.
Zweckmäßigerweise ist in dem Nutzsenkenzweig ein in Richtung zum Hubantrieb sperrendes Rückschlagventil angeordnet. Mit einem derartigen Sperrventil kann auf einfache Weise verhindert werden, dass Druckmittel von der Ansaugleitung über den Nutzsenkenzweig zum Hubantrieb strömen kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Förderleitung der hydraulischen Maschine eine die Förderleitung mit dem Behälter verbindende Umlaufeinrichtung zugeordnet. Mit einer derartigen Umlaufeinrichtung wird auf einfache Weise ermöglicht, dass im Nutzsenkenbetrieb die die hydraulische Maschine antreibende Druckmittelmenge aus dem Hubantrieb nach dem Durchströmen der hydraulischen Maschine von der Förderleitung zum Behälter abgeführt werden kann.
Die Umlaufeinrichtung kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung von einer Umlaufdruckwaage gebildet werden, die die Förderleitung der hydraulischen Maschine mit dem Behälter verbindet und die von dem Förderdruck der Pumpe entgegen der Kraft einer Feder, die den Öffnungsdruck der Umlaufdruckwaage bestimmt, in eine Durchflussstellung aufgesteuert werden kann, um den Förderstrom der Pumpe zum Behälter zu führen. Sofern die Umlaufeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von einem elektrisch betätigbaren Schaltventil gebildet ist, das in einer die Förderleitung der Pumpe mit dem Behälter verbindenden Leitung angeordnet ist und eine Sperrstellung und eine Öffnungsstellung aufweist, können die Umlaufverluste durch die Vermeidung des Öffnungsdruckes der Umlaufdruckwaage vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem ermöglicht insbesondere bei Antriebssystemen eine hohe Energierückgewinnung im Senkenbetrieb, bei denen ein kleiner Anteil von Betriebszuständen auftritt, in denen im Senkenbetrieb gleichzeitig ein weiterer Verbraucher betätigt wird. Bei einem Antriebssystem mit einer hydraulischen Lenkungseinrichtung der Arbeitsmaschine kann eine gleichzeitige Versorgung der Lenkungseinrichtung durch das Hydraulikaggregat im Senkenbetrieb des Hubantriebs vermieden werden und somit ein Nutzsenkenbetrieb durch das Hydraulikaggregat ermöglicht werden, wenn zur Versorgung der Lenkungseinrichtung mit Druckmittel ein Druckspeicher oder ein separates Hydraulikaggregat vorgesehen sind.
Bei einem Antriebssystem mit einer Lenkungseinrichtung der Arbeitsmaschine kann eine gleichzeitige Versorgung der Lenkungseinrichtung durch das Hydraulikaggregat im Senkenbetrieb des Hubantriebs ebenfalls vermieden werden und somit ein Nutzsenkenbetrieb durch das Hydraulikaggregat ermöglicht werden, wenn die Lenkungseinrichtung als elektrische Lenkungseinrichtung ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 den Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems und
2 den Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems.
In den 1 und 2 sind Hydraulikschaltpläne eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems 1 einer batterie-elektrisch betriebenen mobilen Arbeitsmaschine dargestellt, beispielsweise eines als Gabelstapler oder Schubmaststapler ausgebildeten Flurförderzeuges. Gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Das hydraulische Antriebssystem 1 umfasst als hydraulische Verbraucher eine Arbeitshydraulik mit einem Hubantrieb 2 und zumindest einem weiteren Verbraucher 3, beispielsweise einem Neigeantrieb eines Hubgerüstes, einem Schubantrieb des Hubgerüstes und gegebenenfalls vorhandene Zusatzverbraucher, beispielsweise einen Seitenschieber für ein Lastaufnahmemittel.
Das Antriebssystem 1 weist ein Hydraulikaggregat 4 auf, das eine als Hydraulikpumpe und als Hydraulikmotor betreibbare hydraulische Maschine 5 und eine als Motor und als Generator betreibbare elektrische Maschine 6 umfasst. Die elektrische Maschine 6 und die hydraulische Maschine 5 stehen mittels einer Antriebswelle 7 miteinander in Verbindung. Das Hydraulikaggregat 4 dient im Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine 5, wobei die als Hydraulikpumpe arbeitende hydraulische Maschine 5 von der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine 6 angetrieben ist, zur Versorgung des Hubantriebs 2 und des mindestens eines weiteren Verbrauchers 3 mit Druckmittel. Die hydraulische Maschine 5 ist im offenen Kreislauf betrieben, die an einer Einlassseite E mittels einer Ansaugleitung 8 mit einem Behälter 9 in Verbindung steht und an der Auslassseite A in eine Förderleitung 10 fördert. Das Hydraulikaggregat 4 dient im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 zur Energierückgewinnung durch einen Nutzsenkenbetrieb, bei dem die als Hydraulikmotor arbeitende hydraulische Maschine 5 von dem von dem Hubantrieb 2 abströmenden Druckmittel angetrieben wird und die als Generator arbeitenden elektrische Maschine 6 abtreibt, die elektrische Energie erzeugt und in eine Traktionsbatterie der Arbeitsmaschine einspeist.
Die hydraulische Maschine 5 weist im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb gleiche Drehrichtung und gleiche Durchflussrichtung des Druckmittels auf. Im Nutzsenkenbetrieb, in dem im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 die hydraulische Maschine 5 als Hydraulikmotor betrieben wird und von dem von dem Hubantrieb 2 abströmenden Druckmittel angetrieben wird, wird der hydraulischen Maschine 5 das von dem Hubantrieb 2 abströmende Druckmittel über die Ansaugleitung 8 zugeführt.
Die Förderleitung 10 der hydraulischen Maschine 5 ist an einen Anschluss P einer Steuerventileinrichtung 11 angeschlossen, in der die Steuerventile zur Steuerung der Verbraucher der Arbeitshydraulik angeordnet sind.
Zur Steuerung des Nebenbetriebs des Hubantriebs 2 ist ein nicht näher dargestelltes Nebenventil in der Steuerventileinrichtung 11 vorgesehen. Für den Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 ist von dem Hubantrieb 2 ein Senkenzweig 12 zu dem Behälter 9 geführt, in dem ein Senkenventil 13 angeordnet ist. Der Senkenzweig 12 umfasst eine Senkenleitung 15, die von dem Hubantrieb 2 zu einem Anschluss A1 der Steuerventileinrichtung 11 geführt ist und eine Ablaufleitung 16, die von einem Anschluss T der Steuerventileinrichtung 11 zu dem Behälter 9 geführt ist, wobei mittels des Senkenventils 13 die Verbindung der Senkenleitung 15 mit der Ablaufleitung 16 steuerbar ist. Das Senkenventil 13 ist bevorzugt als Proportionalventil ausgebildet.
In der Steuerventileinrichtung 11 ist zur Steuerung jedes weiteren Verbrauchers 3 ein Steuerventil 17 angeordnet.
Der Förderleitung 10 der hydraulischen Maschine 5 ist eine die Förderleitung 10 mit dem Behälter 9 verbindende Umlaufeinrichtung 18 zugeordnet. Die Umlaufeinrichtung 18 ist in einer die Förderleitung 10 mit dem Behälter 9 verbindenden Leitung angeordnet und kann von einer Umlaufdruckwaage gebildet werden, die von dem in der Förderleitung 10 anstehenden Förderdruck entgegen der Kraft einer Feder in eine Durchflussstellung aufsteuerbar ist, oder von einem elektrisch betätigbaren Schaltventil gebildet werden, das zwischen einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung betätigbar ist. Die Umlaufeinrichtung 18 kann in die Steuerventileinrichtung 11 eingebaut sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 zweigt von dem Senkenzweig 12 zwischen dem Hubantrieb 8 und dem Senkenventil 13 ein Nutzsenkenzweig 20 ab, der zu der Ansaugleitung 8 der hydraulischen Maschine 5 geführt ist und ermöglicht, den Hubantrieb 2 mit der Ansaugleitung 8 der hydraulischen Maschine 5 zu verbinden. Der Nutzsenkenzweig 15 umfasst eine Verbindungsleitung 21, die von der Senkenleitung 15 zu der Ansaugleitung 8 geführt ist. Der Nutzsenkenzweig 20 ist somit parallel zu Senkenzweig 12 geschaltet.
In der Ansaugleitung 8 der hydraulischen Maschine 5 ist zwischen dem Anschluss des Nutzsenkenzweiges 20 und dem Behälter 9 ein in Richtung zum Behälter 9 sperrendes Sperrventil 22 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 22 als in Richtung zum Behälter 9 sperrendes Rückschlagventil 22 ausgebildet.
In dem Nutzsenkenzweig 20 ist eine Ventileinrichtung 25 angeordnet, mittels der der Nutzsenkenzweig 20 geöffnet bzw. abgesperrt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 ist der Senkenzweig 12 mit dem darin angeordneten Senkenventil 13 derart ausgelegt, dass über den Senkenzweig 12 die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 mit maximaler Senkengeschwindigkeit zum Behälter 9 abgeführt werden kann. Der Nutzsenkenzweig 20 ist ebenfalls derart ausgelegt, dass über den Nutzsenkenzweig 20 die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 mit maximaler Senkengeschwindigkeit der als Hydraulikmotor betreibbaren hydraulischen Maschine 5 zugeführt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 ist eine elektronische Steuereinrichtung 26 vorgesehen, die das Senkenventil 13 des Senkenzweiges 12 und die Ventileinrichtung 25 des Nutzsenkenzweiges 20 ansteuert.
Die elektronische Steuereinrichtung 26 steht eingangsseitig mit einer Drucksensoreinrichtung 27 in Verbindung, mit der der Lastdruck des Hubantriebs 2 erfasst werden kann. Weiterhin steht die elektronische Steuereinrichtung 26 eingangsseitig mit einer Bedieneinrichtung 28, beispielsweise einem Joystick, in Verbindung, mit der eine Bedienperson den Nebenbetrieb und den Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 steuern kann und entsprechend der Betätigung der Bedieneinrichtung 28 eine Senkengeschwindigkeit vorgeben kann. Die elektronische Steuereinrichtung 26 steuert weiterhin die Steuerventile 17 der weiteren Verbraucher 3 an und steht hierzu mit weiteren nicht näher dargestellten Bedieneinrichtungen in Verbindung.
Die in dem Nutzsenkenzweig 20 angeordnete Ventileinrichtung 25 ist in dem Ausführungsbeispiel der 1 als ein von der elektronischen Steuereinrichtung 26 angesteuertes Zweistellungs-Wegeventil 30 ausgebildet, das eine Sperrstellung 30a und eine Durchflussstellung 30b aufweist. Das Zweistellungs-Wegeventil 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Feder 31 in die Sperrstellung 30a und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 32, beispielsweise einem Magnet, in die Durchflussstellung 30b betätigbar. Die Sperrstellung 30a des Zweistellungs-Wegeventil 30 ist in beiden Durchströmungsrichtungen leckagedicht und mit entsprechenden Sperrventilen 33, 34 versehen. Das Sperrventil 33 sperrt in Richtung zur Ansaugleitung 8. Das Sperrventil 34 sperrt in Richtung zum Hubantrieb 2. Die Betätigungseinrichtung 32 steht zur Ansteuerung ausgangsseitig mit der elektronischen Steuereinrichtung 26 in Verbindung.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist die in dem Nutzsenkenzweig 20 angeordnete Ventileinrichtung 25 als in Richtung zur Ansaugleitung 8 sperrendes Sperrventil 35, insbesondere Rückschlagventil, ausgebildet, das mittels eines von der elektronischen Steuereinrichtung 26 angesteuerten Vorsteuerventils 36 in eine Öffnungsstellung aufsteuerbar ist. Das Vorsteuerventil 36 ist an eine Vorsteuerleitung 37 des Sperrventils 35 angeschlossen und weist eine erste Steuerstellung 36a auf, in der die Vorsteuerleitung 37 zu dem Behälter 9 entlastet ist, und eine zweite Steuerstellung 36b auf, in der die Vorsteuerleitung 37 mit dem Lastdruck des Hubantriebs 2 verbunden ist, so dass das Sperrventil 36 von dem Lastdruck des Hubantriebs 2 in die Öffnungsstellung aufgesteuert wird. Das Vorsteuerventil 36 ist hierzu mittels einer Zweigleitung 38 mit dem Nutzsenkenzweig 20 und mittels einer Behälterleitung 39 mit dem Behälter 9 verbunden. Das Vorsteuerventil 36 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Feder 40 in die erste Steuerstellung 36a und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 41, beispielsweise einem Magnet, in die zweite Steuerstellung 36b betätigbar.
In dem Nutzsenkenzweig 20 ist weiterhin ein in Richtung zum Hubantrieb 2 sperrendes Rückschlagventil 34 angeordnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 kann durch Öffnen des Nutzsenkzweiges 20 durch Ansteuerung des Zweistellungs-Wegeventils 30 in die Durchflussstellung 30b der 1 bzw. durch Ansteuerung des Vorsteuerventils 36 der 2 in die Steuerstellung 36b und somit einer Betätigung des Sperrventils 35 in die Öffnungsstellung für den Nutzsenkenbetrieb ein proportional steuerbarer Senkenpfad des Hubantriebs über das Antriebsmoment der als Generator betrieben elektrischen Maschine 6 erzielt werden. Der Nutzsenkenzweig 20 ist vorteilhafterweise im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 und der gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers 3 wegschaltbar, in dem die Ventileinrichtung 25 von der elektronischen Steuereinrichtung in eine den Nutzsenkzweig 20 absperrende Stellung betätigt wird.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 der 1 und 2 arbeitet wie folgt.
Im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 erfasst die elektronische Steuereinrichtung 26 mittels der Drucksensoreinrichtung 27 den Lastdruck des Hubantriebs 2. Die elektronische Steuereinrichtung 26 ist derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit von dem erfassten Lastdruck des Hubantriebs 2 der Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 zwischen dem Nutzsenkenzweig 20 und dem Senkenzweig 12 umgeschaltet wird.
In der elektronischen Steuereinrichtung 26 ist hierzu ein Mindestlastdruck hinterlegt und die Steuereinrichtung 26 ist derart ausgebildet, dass im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 mit einem Lastdruck unterhalb des Mindestlastdruckes der Nutzsenkenzweig 20 abgesperrt ist und der Senkenbetrieb durch Ansteuerung des Senkenventils 13 und somit allein über den Senkenzweig 13 erfolgt. Das Senkenventil 13 wird hierzu von der elektronischen Steuereinrichtung 26 derart angesteuert, dass eine an der Bedieneinrichtung 28 vorgegebene Senkengeschwindigkeit erzielt wird.
Übersteigt im Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 der erfasste Lastdruck den Mindestlastdruck führt die elektronische Steuereinrichtung 26 einen Nutzsenkenbetrieb durch. Hierzu wird in der 1 von der elektronischen Steuereinrichtung 26 das Zweistellungs-Wegeventil 30 in die Durchflussstellung 30b betätigt bzw. in der 2 von der elektronischen Steuereinrichtung 26 das Vorsteuerventil 36 in die Schaltstellung 36b betätigt, um das Sperrventil 35 von dem anstehenden Lastdruck des Hubantriebs 2 in die Öffnungsstellung zu betätigen. Im Nutzsenkenbetrieb wird die hydraulische Maschine 4 als Hydraulikmotor betrieben, die von der über den Nutzsenkenzweig 20 vom Hubantrieb 2 abströmende Druckmittelmenge, die der hydraulischen Maschine 5 über die Ansaugleitung 8 zugeführt wird, angetrieben wird. Die als Hydraulikmotor arbeitende hydraulische Maschine 5 fördert über die Förderleitung 10 und die Umlaufeinrichtung 18 die vom Hubantrieb 2 abströmende Druckmittelmenge zu dem Behälter 9. Die als Hydraulikmotor betrieben hydraulische Maschine 5 treibt somit im Nutzsenkenbetrieb die elektrische Maschine 6 an, die als Generator betrieben wird und elektrische Energie in eine Traktionsbatterie der Arbeitsmaschine einspeist. Durch entsprechenden Betrieb der als Generator betriebenen elektrischen Maschine 6 kann die an der Bedieneinrichtung 28 vorgegebene Senkengeschwindigkeit erzielt werden. Die elektronische Steuereinrichtung 26 kann hierzu an der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine 6 eine Drehmomentregelung durchführen, um eine an der Bedieneinrichtung 28 vorgegebene Senkengeschwindigkeit einzustellen. Im Nutzsenkenbetrieb verhindert das Sperrventil 22 in der Ansaugleitung 8, dass das über den Nutzsenkenzweig 20 aus dem Hubantrieb 2 abströmende Druckmittel unter Umgehung der hydraulischen Maschine 5 in den Behälter 9 abströmen kann.
Der Nutzsenkbetrieb über den geöffneten Nutzsenkenzweig 20 wird von der elektronischen Steuereinrichtung 26 durchgeführt, wenn nur ein Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 vorliegt und somit keine gleichzeitige Betätigung eines weiteren Verbrauchers 3 erfolgt.
Erfolgt im Nutzsenkenbetrieb eine Betätigung eines weiteren Verbrauchers 3 wird von der elektronischen Steuereinrichtung 26 die Druckmittelmenge über den Nutzsenkenzweig 20 durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung 25 und/oder der elektrischen Maschine 6 auf Null verringert und gleichzeitig im Gegenzug die Druckmittelmenge über den Senkenzweig 12 durch entsprechende Ansteuerung des Senkenventils 13 erhöht, um die an der Bedieneinrichtung 28 vorgegebene Senkengeschwindigkeit zu erzielen. Dieser Übergang erfolgt bevorzugt derart, dass keine Geschwindigkeitssprünge in der Senkengeschwindigkeit des Hubantriebs 2 auftreten, und in einer derart kurzen Zeitspanne, dass dieser Übergang des Senkenbetriebs vom Nutzsenkenzweig 20 auf den Senkenzweig 12 unmerklich für die Bedienperson abläuft. Anschließend wird von der elektronischen Steuereinrichtung 26 die elektrische Maschine 6 bestromt, so dass diese als Motor arbeitet und die als Hydraulikpumpe 5 arbeitenden hydraulische Maschine 5 antreibt, so dass der weitere Verbraucher 3 mit der an einer Bedieneinrichtung vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit betrieben wird.
Von der elektronischen Steuereinrichtung 26 können hierbei bestimmte Ausnahmen zugelassen werden, in denen bei gleichzeitiger Betätigung eines weiteren Verbrauchers 3 der Nutzsenkenbetrieb mit dem Betrieb der hydraulischen Maschine 5 als Hydraulikmotor und der elektrischen Maschine 6 als Generator aufrechterhalten wird, beispielsweise in Betriebspunkten, in denen der weitere Verbraucher 3 eine geringe Druckanforderung aufweist. Bei einem Flurförderzeug können derartige Betriebspunkte davon gebildet werden, dass im Nutzsenkenbetrieb ein gleichzeitiger Ladebetrieb eines Druckspeichers mittels der hydraulischen Maschine 5 erfolgt, mit dem der Druckspeicher auf einen niedrigen Speicherladedruck aufgeladen wird. Derartige Betriebspunkte können in der elektronischen Steuereinrichtung 26 hinterlegt sein oder durch eine Erfassung des Lastdruckes des Hubantriebs 2 im Nutzsenkenbetriebs und Erfassung der Druckanforderung des gleichzeitig betätigten weiteren Verbrauchers 3 ermittelt werden.
Der Nutzsenkenbetrieb mit der Energierückgewinnung durch den Betrieb der hydraulischen Maschine 5 als Hydraulikmotor und der elektrischen Maschine 7 als Generator ist somit aktiv, wenn die folgenden Voraussetzungen kumulativ erfüllt sind:

• Ausreichend hoher Lastdruck im Senkenbetrieb, der den Mindestlastdruck übersteigt;
• Keine gleichzeitige Betätigung eines weiteren Verbrauchers 3 oder eine gleichzeitige Betätigung eines weiteren Verbrauchers 3 mit einer geringen Druckanforderung.

Das in dem Nutzsenkenzweig 20 angeordnete Sperrventil 34 verhindert, dass im Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine 5 im Nebenbetrieb des Hubantriebs 2 und/oder einer Versorgung eines weiteren Verbrauchers Druckmittel über den Nutzsenkenzweig 20 strömen kann.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Durch den Anschluss des Nutzsenkenzweiges 20 an die hydraulische Maschine 5 kann mit nur einem Hydraulikaggregat 4 und somit mit einem geringen Bauaufwand ein Nutzsenkenbetrieb ermöglicht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 kann im Nutzsenkenbetrieb die gesamte von dem Hubantrieb 2 abströmende Druckmittelmenge zur Energierückgewinnung durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 6 verwendet werden. Im Nutzsenkenbetrieb wird von dem Hubantrieb 2 abströmende Druckmittelmenge der hydraulischen Maschine 5 über die Ansaugleitung 8 zugeführt, so dass die hydraulische Maschine 5 im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb die gleiche Drehrichtung und die gleiche Durchströmungsrichtung des Druckmittels aufweist. Hierdurch ergeben sich Vorteile wenn im Nutzsenkenbetrieb ein weiterer Verbraucher 3 betätigt wird, da für den Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine 5 zur Versorgung des weiteren Verbrauchers kein Reversieren der hydraulischen Maschine 5 erforderlich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 kann im Nutzsenkenbetrieb bei einer gleichzeitigen Betätigung eines weiteren Verbrauchers 3 die Druckmittelmenge in dem Nutzsenkenzweig 20 verringert werden und somit die Energierückgewinnung verringert und beendet werden, wobei der Senkenbetrieb des Hubantriebs 2 über den parallelen Senkenzweig 12 mit dem Senkenventil 13 durchgeführt wird, wodurch in ungünstigen Betriebspunkten hohe Drosselverluste an der von der als Hydraulikpumpe arbeitenden hydraulischen Maschine 5 geförderten Fördermenge vermieden werden können.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 ist bevorzugt einsetzbar bei einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Schubmaststapler, mit einem hohen rekuperierbaren Energieanteil des Hubantriebs, beispielsweise aufgrund hoher Hubhöhen, und einem kleinen Anteil einer gleichzeitigen Betätigung mindestens eines weiteren Verbrauchers 3, der von dem Hydraulikaggregat 4 versorgt wird. Sofern als weiterer hydraulischer Verbraucher eine hydraulische Lenkungseinrichtung der Arbeitsmaschine vorgesehen ist, kann im Nutzsenkenbetrieb eine gleichzeitige Versorgung der Lenkungseinrichtung durch das Hydraulikaggregat 4 vermieden werden, wenn das Hydraulikaggregat 4 nicht zur Versorgung der Lenkungseinrichtung vorgesehen ist und die Lenkungseinrichtung von einer separaten Lenkpumpe oder von einem Druckspeicher mit Druckmittel versorgt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004011913 B4 [0003, 0003, 0003]
DE 19831828 B4 [0004, 0004]

Claims

Hydraulisches Antriebssystem (1) einer batterie-betriebenen mobilen Arbeitsmaschine mit einem Hydraulikaggregat (4), das eine als Hydraulikpumpe und als Hydraulikmotor betreibbare hydraulische Maschine (5) und eine als Motor und als Generator betreibbare elektrische Maschine (6) umfasst, wobei das Hydraulikaggregat (4) im Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine (5) einen Hubantrieb (2) und mindestens einen weiteren Verbraucher (3) mit Druckmittel versorgt, wobei die hydraulische Maschine (5) im offenen Kreislauf betrieben ist, die an einer Einlassseite (E) mittels einer Ansaugleitung (A) mit einem Behälter (9) in Verbindung steht und an der Auslassseite (A) in eine Förderleitung (10) fördert, wobei die hydraulische Maschine (5) im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb gleiche Drehrichtung und gleiche Durchflussrichtung des Druckmittels aufweist, wobei eine elektronische Steuereinrichtung (26) vorgesehen ist, die einen Nutzsenkenbetrieb durchführt, bei dem im Senkenbetrieb des Hubantriebs (2) die hydraulische Maschine (5) als Hydraulikmotor betrieben wird, die von dem von dem Hubantrieb (2) abströmenden Druckmittel angetrieben wird, das der hydraulischen Maschine (5) über die Ansaugleitung (8) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Senkenzweig (12) vorgesehen ist, mittels dem der Hubantrieb (2) mit einem Behälter (9) verbindbar ist und in dem ein Senkenventil (13) angeordnet ist, und ein parallel zum Senkenzweig (12) geschalteter Nutzsenkenzweig (20) vorgesehen ist, mittels dem der Hubantrieb (2) mit der Ansaugleitung (8) der hydraulischen Maschine (5) verbindbar ist und in dem eine Ventileinrichtung (25) angeordnet ist, mittels der der Nutzsenkenzweig (20) geöffnet und abgesperrt werden kann, wobei der Senkenzweig (12) derart ausgelegt ist, dass über den Senkenzweig (12) die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb mit maximaler Senkengeschwindigkeit zum Behälter (9) abführbar ist, und wobei der Nutzsenkenzweig (20) derart ausgelegt ist, dass über den Nutzsenkenzweig (20) die maximale Senkenmenge im Senkenbetrieb mit maximaler Senkengeschwindigkeit der als Hydraulikmotor betreibbaren hydraulischen Maschine (5) über die Ansaugleitung (8) zuführbar ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Senkenventil (13) und die Ventileinrichtung (25) von einer elektronischen Steuereinrichtung (26) angesteuert sind und die elektronische Steuereinrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von dem Lastdruck des Hubantriebs (2) der Senkenbetrieb zwischen dem Nutzsenkenzweig (20) und dem Senkenzweig (12) umschaltbar ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Steuereinrichtung (26) ein Mindestlastdruck hinterlegt ist und die Steuereinrichtung (26) mit einer den Lastdruck des Hubantriebs (2) erfassenden Drucksensoreinrichtung (27) in Verbindung steht, wobei die Steuereinrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass im Senkenbetrieb mit einem Lastdruck unterhalb des Mindestlastdruckes der Nutzsenkenzweig (20) abgesperrt ist und der Senkenbetrieb durch Ansteuerung des Senkenventils (13) erfolgt.
Hydraulisches Antriebssystem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass im Senkenbetrieb mit einem Lastdruck oberhalb des Mindestlastdruckes ein Nutzsenkenbetrieb erfolgt, in dem der Nutzsenkenzweig (20) geöffnet wird, wenn zu dem Senkenbetrieb des Hubantriebs (2) keine parallele Betätigung des weiteren Verbrauchers (3) vorliegt oder wenn zu dem Senkenbetrieb des Hubantriebs (2) eine parallele Betätigung des weiteren Verbrauchers (3) mit einer geringen Druckanforderung vorliegt.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass in Betriebszuständen, bei denen ein Nutzsenkenbetrieb durchgeführt wird und anschließend eine Betätigung des weiterer Verbrauchers (3) erfolgt, die über den Nutzsenkenzweig (20) vom Hubantrieb (2) abströmende Druckmittelmenge auf Null verringert wird und gleichzeitig durch Ansteuerung des Senkenventils (13) die von dem Hubantrieb (2) über den Senkenzweig (12) zu dem Behälter (9) abströmende Druckmittelmenge erhöht wird.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass zeitlich nach der Verringerung der über den Nutzsenkenzweig (20) vom Hubantrieb (2) abströmenden Druckmittelmenge auf Null die elektrische Maschine (6) für den Motorbetrieb bestromt wird.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (26) eine Drehmomentregelung der als Generator betriebenen elektrischen Maschine (6) zur Steuerung der Senkengeschwindigkeit durchführt.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Senkenzweig (12) von dem Hubantrieb (2) zu dem Behälter (9) geführt ist und von dem Senkenzweig (12) zwischen dem Hubantrieb (2) und dem Senkenventil (13) der Nutzsenkenzweig (20) abzweigt, der zu der Ansaugleitung (8) der hydraulischen Maschine (5) geführt ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ansaugleitung (8) der hydraulischen Maschine (5) zwischen dem Anschluss des Nutzsenkenzweiges (20) und dem Behälter (9) ein in Richtung zum Behälter (9) sperrendes Sperrventil (22) angeordnet ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Nutzsenkenzweig (20) angeordnete Ventileinrichtung (25) als ein von der elektrischen Steuereinrichtung (26) angesteuertes Zweistellungs-Wegeventil (30) ausgebildet ist, das eine Sperrstellung (30a) und eine Durchflussstellung (30b) aufweist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweistellungs-Wegeventil (30) von einer Feder (31) in die Sperrstellung (30a) und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung (32) in Richtung der Durchflussstellung (30b) betätigbar ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Nutzsenkenzweig (20) angeordnete Ventileinrichtung (30) als in Richtung zur Ansaugleitung (8) sperrendes Sperrventil (35), insbesondere Rückschlagventil, ausgebildet ist, das mittels eines von der elektronischen Steuereinrichtung (26) angesteuerten Vorsteuerventils (36) in eine Öffnungsstellung aufsteuerbar ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (36) an eine Vorsteuerleitung (37) des Sperrventils (35) angeschlossen ist und in einer ersten Steuerstellung (36a) die Vorsteuerleitung (37) zu einem Behälter (9) entlastet ist und in einer zweiten Steuerstellung (36b) die Vorsteuerleitung (37) von dem Lastdruck des Hubantriebs (2) beaufschlagt ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsteuerventil (36) von einer Feder (40) in die erste Steuerstellung (36a) und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung (41) in die zweite Steuerstellung (36b) betätigbar ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nutzsenkenzweig (20) ein in Richtung zum Hubantrieb (2) sperrendes Rückschlagventil (34) angeordnet ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderleitung (10) der hydraulischen Maschine (5) eine die Förderleitung (10) mit dem Behälter (9) verbindende Umlaufeinrichtung (18) zugeordnet ist.
Hydraulisches Antriebssystem Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufeinrichtung (18) von einer Umlaufdruckwaage gebildet ist, die die Förderleitung (10) der hydraulischen Maschine (5) mit dem Behälter (9) verbindet, oder von einem elektrisch betätigbaren Schaltventil gebildet ist, das in einer die Förderleitung (10) der hydraulischen Maschine (5) mit dem Behälter (9) verbindenden Leitung angeordnet.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Lenkungseinrichtung der Arbeitsmaschine vorgesehen ist zu deren Versorgung mit Druckmittel ein Druckspeicher oder ein separates Hydraulikaggregat vorgesehen sind.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Lenkungseinrichtung der Arbeitsmaschine vorgesehen ist.