DE102015116764A1

DE102015116764A1 - Hydraulisches Konstantdrucksystem für eine mobile Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102015116764A1
Application number: DE102015116764.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schmitz
Original assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-04-06
Also published as: CN107061386B; CN107061386A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Konstantdrucksystem (1) für eine mobile Arbeitsmaschine, das zumindest zwei Konstantdruckniveaus (PH; PM; PN) mit unterschiedlichen Druckniveaus (P1; P2; P3) aufweist, aus denen zumindest ein Verbraucherantrieb (VA) mit Druckmittel versorgt wird, wobei ein von einem Antriebsmotor (AM), insbesondere einem Verbrennungsmotor, angetriebenes Pumpenmodul (PUM) vorgesehen ist, das die zumindest zwei Konstantdruckniveaus (PH; PM; PN) mit Druckmittel versorgt, wobei die Konstantdruckniveaus (PH; PM; PN) jeweils eine Versorgungsleitung (LH; LM; LN) aufweisen, die mit einem Druckmittelspeichermodul (DM) in Verbindung stehen. Das Pumpenmodul (PUM) umfasst erfindungsgemäß eine einzige als Verstellpumpe ausgebildete Pumpe (PU), die von dem Antriebsmotor (AM) angetrieben ist und in eines der Konstantdruckniveaus (PM) fördert. Für jedes weitere Konstantdruckniveau (PH; PN) ist ein Lineartransformator (T1; T2) vorgesehen, der das von der Pumpe (PU) geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau des weiteren Konstantdrucksystems (PH; PN) übersetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Konstantdrucksystem für eine mobile Arbeitsmaschine, das zumindest zwei Konstantdruckniveaus mit unterschiedlichen Druckniveaus aufweist, aus denen zumindest ein Verbraucherantrieb mit Druckmittel versorgt wird, wobei ein von einem Antriebsmotor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, angetriebenes Pumpenmodul vorgesehen ist, das die zumindest zwei Konstantdruckniveaus mit Druckmittel versorgt, wobei die Konstantdruckniveaus jeweils eine Versorgungsleitung aufweisen, die mit einem Druckmittelspeichermodul in Verbindung stehen.
Mobile Arbeitsmaschinen, beispielsweise Bagger, stellen hohe Anforderungen an das dynamische Verhalten der Verbraucherantriebe und gleichzeitig an die Energieeffizienz des hydraulischen Antriebssystems.
Bekannte hydraulische Antriebssysteme, beispielsweise ein Load-Sensing-Antriebssystem, von mobilen Arbeitsmaschinen rufen immer die aktuell von den Verbraucherantrieben benötigte Leistung von dem Antriebsmotor ab, in der Regel einem Verbrennungsmotor. Zudem ist die Speicherung und Rückgewinnung von Energie in einem Load-Sensing-Antriebssystem aufwändig. Dies hat zur Folge, dass bei einem Load-Sensing-Antriebssystem der Antriebsmotor konstant bei einer hohen Drehzahl betrieben werden muss, um kurzzeitig auf schwankende Leistungsanforderungen der Verbraucherantriebe reagieren zu können. Dies führt jedoch dazu, dass der mögliche Wirkungsgrad des Antriebsmotors um ca. 25% reduziert wird. Bei Load-Sensing-Antriebssystemen gibt es bereits Ansätze, potentielle oder kinetische Energie aus der Bewegung der Verbraucherantriebe der mobilen Arbeitsmaschine zurückzugewinnen und in einem Druckmittelspeicher zu speichern. Aufgrund des sehr stark schwankenden Systemdrucks bei Load-Sensing-Antriebssystemen ist jedoch eine Nutzung der in einem Druckmittelspeicher zurückgewonnenen und gespeicherten Energie oft ineffizient.
Bekannte hydraulische Antriebssysteme, beispielsweise ein Load-Sensing-Antriebssystem, weisen somit folgende Nachteile auf.
Alle Komponenten des hydraulischen Antriebssystems von dem Antriebsmotor bis zu den Verbraucherantrieben müssen auf die maximale Leistung ausgelegt werden. Im Betrieb der mobilen Arbeitsmaschine arbeiten in weiten Teilen der Betriebspunkte die Komponenten des hydraulischen Antriebssystems in einem wirkungsgradungünstigen Teillastbereich. Sofern bei einer negativen Last an einem Verbraucherantrieb eine Energierückgewinnung erfolgt, kann diese zurückgewonnene Energie aufgrund des variablen Systemdruckes in dem Load-Sensing-Antriebssystem oft nur ineffizient wieder in das Antriebssystem eingespeist werden.
Es ist bereits bekannt, bei mobilen Arbeitsmaschinen ein hydraulisches Konstantdrucksystem mit verschiedenen Druckniveaus als hydraulisches Antriebssystem einzusetzen. Ein derartiges Konstantdrucksystem weist zumindest zwei Konstantdruckniveaus mit unterschiedlichen Druckniveaus auf, aus denen zumindest ein Verbraucherantrieb des Antriebssystems mit Druckmittel versorgt wird. Ein Pumpenmodul, das von einem Antriebsmotor, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, angetrieben ist, versorgt die zumindest zwei Konstantdruckniveaus mit Druckmittel. Die zumindest zwei Konstantdruckniveaus weisen jeweils eine Versorgungsleitung auf, die mit einem Druckmittelspeichermodul in Verbindung stehen.
Bei einem derartigen Konstantdrucksystem, das zumindest zwei Konstantdruckniveaus mit unterschiedlichen Druckniveaus aufweist, kann der das Pumpenmodul antreibende Antriebsmotor konstant in einem energetisch günstigen und somit effizienten Arbeitspunkt betrieben werden. Das von dem Antriebsmotor angetriebene Pumpenmodul dient dazu, das Druckmittelspeichermodul mit Druckmittel aufzuladen. Bei der Betätigung eines Verbraucherantriebs erfolgt die Anpassung des Lastdruckes des Verbrauchers an den Speicherdruck des Druckmittelspeichermoduls mittels einer entsprechenden Ventilsteuerung. Bei einem gattungsgemäßen Konstantdrucksystem ist eine wesentliche Eigenschaft der konstante Betrieb des Antriebsmotors in bestimmten Arbeitspunkten. Entweder wird das Druckmittelspeichermodul geladen oder der Antriebsmotor läuft in einem Stand-By-Betrieb, beispielsweise im unteren Leerlauf. Da somit der Antriebsmotor bei geladenem Druckmittelspeichermodul in einem Stand-By-Betrieb mit niedriger Drehzahl, beispielsweise im unteren Leerlauf, betrieben werden kann und zum Laden der Druckmittelspeichermodul in einem energetisch günstigen und somit effizienten Arbeitspunkt betrieben wird, ergibt sich ein Betrieb des Antriebsmotors mit einem hohen Wirkungsgrad. Zudem ist es möglich, ein Downsizing des Antriebsmotors vorzusehen, da die Eckleistung der Verbraucherantriebe von dem Druckmittelspeichermodul bereitgestellt wird. Zudem wird durch das Druckmittelspeichermodul eine Energierückgewinnung ermöglicht.
Gegenüber einem Load-Sensing-Antriebssystem weist ein hydraulisches Konstantdrucksystem mit verschiedenen Druckniveaus folgende Vorteile auf.
Der Antriebsmotor und das Pumpenmodul kann auf die mittlere Leistung ausgelegt werden. Der Antriebsmotor und das Pumpenmodul können konstant in energetisch günstigen und somit effizienten Arbeitspunkten betrieben werden. Bei einer negativen Last an einem Verbraucherantrieb kann Energie in das Druckmittelspeichermodul zurückgeführt werden und somit eine Energierückgewinnung erfolgen. Diese Energie steht direkt wieder zur Versorgung von Verbraucherantrieben zur Verfügung.
Es ergibt sich somit eine Verbesserung der Energieeffizienz durch eine Energierückgewinnung und bessere Arbeitspunkte des Antriebsmotors sowie des Pumpenmoduls. Das Druckmittelspeichermodul ermöglicht es, kurzfristig höhere Leistungen bereit zu stellen.
Ein hydraulisches Konstantdrucksystem mit zumindest zwei verschiedenen Druckniveaus weist somit gegenüber einem Load-Sensing-System einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad des hydraulischen Antriebsystems auf.
Das Druckmittelspeichermodul eines gattungsgemäßen Konstantdrucksystems weist für jedes Konstantdruckniveau einen Druckmittelspeicher auf.
Das Pumpenmodul eines gattungsgemäßen Konstantdrucksystems dient dazu, die Druckmittelspeicher der Druckmittelspeichereinrichtung zu laden, um den Verbraucherantrieben alle Druckniveaus des Konstantdrucksystems zur Verfügung stellen zu können.
Das Pumpenmodul kann für jedes Konstantdruckniveau jeweils eine als Verstellpumpe ausgebildete Pumpe aufweisen, die jeweils von dem Antriebsmotor angetrieben ist.
Eine Steuerung kann hierbei die Summe der Drehmomente aller Pumpen regeln. Sofern zumindest eine der als Verstellpumpen ausgebildeten Pumpen sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbar ist, kann durch den Motorbetrieb der Pumpe Druckmittel aus einem Konstantdruckniveau in ein anderes Konstantdruckniveau des Konstantdrucksystems übersetzt werden. Bei einem derartigen Pumpenmodul ergibt sich eine der Anzahl der verschiedenen Konstantdruckniveaus entsprechende Anzahl von Verstellpumpen, was zu einem hohen Bauaufwand für das Pumpenmodul führt. Bei einem Konstantdrucksystem mit beispielsweise drei verschiedenen Konstantdruckniveaus sind entsprechend drei Verstellpumpen notwendig, um die einzelnen Konstantdruckniveaus mit Druckmittel versorgen zu können.
Um den Bauaufwand für mehrere als Verstellpumpen ausgebildeten Pumpen zu vermeiden, kann ein Pumpenmodul vorgesehen werden, das nur eine einzige als Verstellpumpe ausgebildete Pumpe umfasst, die von dem Antriebsmotor angetrieben ist und den Druckspeicher eines Druckniveaus des Konstantdrucksystems lädt, und über rotatorische Transformatoren das von der Pumpe geförderte Druckmittel auf die anderen Konstantdruckniveaus mit niedrigerem bzw. höheren Druckniveau übersetzt wird. Nachteilig an einem derartigen Pumpenmodul ist jedoch, dass die rotatorischen Transformatoren, die in der Regel von zwei miteinander gekoppelten Verdrängermaschinen gebildet sind, einen hohen zusätzlichen Bauaufwand erfordern und sich durch den Wirkungsgrad der rotatorischen Transformatoren ein schlechter Wirkungsgrad beim Fördern von Druckmittel in die niedrigen und höheren Druckniveaus des Konstantdrucksystems ergibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konstantdrucksystem mit zumindest zwei unterschiedlichen Druckniveaus der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei dem das Pumpenmodul einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand aufweist und eine Versorgung der unterschiedlichen Konstantdruckniveaus mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Pumpenmodul eine einzige als Verstellpumpe ausgebildete Pumpe umfasst, die von dem Antriebsmotor angetrieben ist und in eines der Konstantdruckniveaus fördert, wobei für jedes weitere Konstantdruckniveau ein Lineartransformator vorgesehen ist, der das von der Pumpe geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau des weiteren Konstantdrucksystems übersetzt. Lineartransformatoren weisen einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand auf. Zudem weisen Lineartransformatoren ein konstantes Übersetzungsverhältnis auf und gewährleisten, dass sich das Verhältnis der Druckniveaus des Konstantdrucksystems zueinander nicht verändert. Weiterhin weisen Lineartransformatoren gegenüber rotatorischen Transformatoren einen höheren Wirkungsgrad auf, so dass ein hoher Wirkungsgrad beim Fördern von Druckmittel in die niedrigen und höheren Druckniveaus des Konstantdrucksystems ergibt. Bei dem erfindungsgemäßen Pumpenmodul kann die Verstellpumpe in einem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden, was sich weiter günstig auf einen hohen Wirkungsgrad bei der Versorgung der unterschiedlichen Konstantdruckniveaus auswirkt. Zudem weisen Lineartransformatoren gegenüber rotatorischen Transformatoren einen einfacheren Aufbau mit geringerem Bauaufwand auf, so dass das erfindungsgemäße Pumpenmodul, das aus einer einzigen Verstellpumpe und jeweils einem Lineartransformator für jedes weitere Konstantdruckniveau des Konstantdrucksystems besteht, einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Druckmittelspeichermodul für jedes Konstantdruckniveau einen Druckmittelspeicher auf, der jeweils als ein unter einer Gasvorspannung stehender Druckspeicher, insbesondere Blasenspeicher, ausgebildet ist. Für jedes Konstantdruckniveau ist somit jeweils ein unter einer Gasvorspannung stehender Druckspeicher, beispielsweise ein Blasenspeicher, vorgesehen, d.h. es ist für jedes Druckniveau des Konstantdrucksystems ein unabhängiger unter einer Gasvorspannung stehender Druckspeicher, beispielsweise ein Blasenspeicher, vorgesehen. Diese Druckmittelspeicher werden von dem Pumpenmodul mit Druckmittel aufgeladen. Mit einem derartigen Druckmittelspeichermodul kann auf einfache Weise eine Versorgung der Verbraucherantriebe mit Druckmittel aus dem passenden Konstantdrucksystem sichergestellt werden.
Der Lineartransformator kann als Einkolbentransformator ausgeführt sein, der eine in einem Gehäuse längsverschiebbare Kolbeneinrichtung aufweist, die einen Kolben mit einer einseitigen Kolbenstange umfasst, wobei der Kolben in dem Gehäuse einen kolbenseitigen Druckraum und einen kolbenstangenseitigen Druckraum bildet. Derartige Einkolbentransformatoren weisen einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand auf und ermöglichen einen Betrieb mit einem hohen Wirkungsgrad.
Derartige Einkolbentransformatoren sind einfachwirkend und fördern Druckmittel in einer Bewegungsrichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Lineartransformator als Doppelkolbentransformator ausgebildet, der eine in einem Gehäuse längsverschiebbare Kolbeneinrichtung aufweist, wobei die Kolbeneinrichtung einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben aufweist, die mittels einer Kolbenstange verbunden sind, wobei der erste Kolben in dem Gehäuse einen ersten kolbenseitigen Druckraum und einen ersten kolbenstangenseitigen Druckraum bildet und der zweite Kolben in dem Gehäuse einen zweiten kolbenseitigen Druckraum und einen zweiten kolbenstangenseitigen Druckraum bildet. Derartige Doppelkolbentransformatoren weisen einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand auf und ermöglichen einen Betrieb mit einem hohen Wirkungsgrad. Zudem können derartige Doppelkolbentransformatoren doppeltwirkend ausgebildet werden und Druckmittel in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung fördern.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung übersetzt der Lineartransformator das von der Pumpe geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau eines höheren Konstantdruckniveaus, wobei der kolbenseitige Druckraum mit dem Konstantdruckniveau verbindbar ist, in das die Pumpe fördert, und der kolbenstangenseitige Druckraum mit dem höheren Konstantdruckniveau verbindbar ist. Mit einer derartigen Beaufschlagung des kolbenseitigen Druckraums und des kolbenstangenseitigen Druckraums kann auf einfache Weise von dem Lineartransformator das Druckniveau der Verstellpumpe auf ein höheres Druckniveau eines weiteren Konstantdruckniveaus übersetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung übersetzt der Lineartransformator das von der Pumpe geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau eines niedrigeren Konstantdruckniveaus, wobei der kolbenstangenseitige Druckraum mit dem Konstantdruckniveau verbindbar ist, in das die Pumpe fördert, und der kolbenseitige Druckraum mit dem niedrigeren Konstantdruckniveau verbindbar ist. Mit einer derartigen Beaufschlagung des kolbenseitigen Druckraums und des kolbenstangenseitigen Druckraums kann auf einfache Weise von dem Lineartransformator das Druckniveau der Verstellpumpe auf ein niedrigeres Druckniveau eines weiteren Konstantdruckniveaus übersetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Konstantdrucksystem eine vorgespannte Tankleitung auf. Die vorgespannte Tankleitung steht unter einer bestimmten Vorspannung und führt einen vorgespannten Tankdruck.
An die Tankleitung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein unter einer Gasvorspannung stehender Druckspeicher, insbesondere ein Blasenspeicher, angeschlossen. Ein derartiger Druckspeicher ermöglicht es auf einfache Weise, aus der Tankleitung für den Betrieb der Lineartransformatoren Druckmittel zu entnehmen.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die einen reziproken Betrieb des Lineartransformators ermöglicht. Mit einer derartigen Ventileinrichtung kann auf einfache Weise erzielt werden, dass der Doppelkolbentransformator in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung eine Versorgung des höheren bzw. niedrigeren Druckniveaus mit Druckmittel ermöglicht.
Hinsichtlich eines geringen Bauaufwands ergeben sich Vorteile, wenn die Ventileinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Schaltventileinrichtung ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltventileinrichtung ein erstes Schaltventil auf, mittels dem der erste kolbenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert, ein zweites Schaltventil auf, mittels dem der erste kolbenstangenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des höheren Konstantdruckniveaus verbunden ist, ein drittes Schaltventil auf, mittels dem der zweite kolbenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert, und ein viertes Schaltventil auf, mittels dem der zweite kolbenstangenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des höheren Konstantdruckniveaus verbunden ist. Mit einer derartigen von vier einfachen Schaltventilen, die jeweils die Beaufschlagung eines Druckraums des Doppelkolbentransformators steuern, gebildeten Schaltventileinrichtung kann auf einfache Weise bei einem Doppelkolbentransformator, der das Druckniveau der Verstellpumpe auf ein höheres Druckniveau eines weiteren Konstantdruckniveaus übersetzt, ein reziproker Betrieb in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltventileinrichtung ein erstes Schaltventil auf, mittels dem der erste kolbenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des niedrigeren Konstantdruckniveaus verbunden ist, ein zweites Schaltventil auf, mittels dem der erste kolbenstangenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert, ein drittes Schaltventil auf, mittels dem der zweite kolbenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des niedrigeren Konstantdruckniveaus verbunden ist, und ein viertes Schaltventil auf, mittels dem der zweite kolbenstangenseitige Druckraum in einer ersten Schaltstellung mit der Tankleitung verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert. Mit einer derartigen von vier einfachen Schaltventilen, die jeweils die Beaufschlagung eines Druckraums des Doppelkolbentransformators steuern, gebildeten Schaltventileinrichtung kann auf einfache Weise bei einem Doppelkolbentransformator, der das Druckniveau der Verstellpumpe auf ein niedrigeres Druckniveau eines weiteren Konstantdruckniveaus übersetzt, ein reziproker Betrieb in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung erzielt werden.
Gemäß einer alternativen und ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltventileinrichtung ein Schaltventil auf, das eine erste Schaltstellung aufweist, in der der erste kolbenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert, der erste kolbenstangenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des höheren Konstantdruckniveaus verbunden ist, sowie der zweite kolbenseitige Druckraum und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum mit der Tankleitung verbunden sind, und das eine zweite Schaltstellung aufweist, in der der zweite kolbenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert, der zweite kolbenstangenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des höheren Konstantdruckniveaus verbunden ist, sowie der erste kolbenseitige Druckraum und der erste kolbenstangenseitige Druckraum mit der Tankleitung verbunden sind. Mit einer derartigen Schaltventileinrichtung, die ein einziges Schaltventil aufweist, das die Beaufschlagung aller Druckräume des Doppelkolbentransformators steuert, kann auf einfache Weise bei einem Doppelkolbentransformator, der das Druckniveau der Verstellpumpe auf ein höheres Druckniveau eines weiteren Konstantdruckniveaus übersetzt, ein reziproker Betrieb in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung erzielt werden.
Gemäß einer alternativen und ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltventileinrichtung ein Schaltventil auf, das eine erste Schaltstellung aufweist, in der der erste kolbenstangenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert, der erste kolbenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des niedrigeren Konstantdruckniveaus verbunden ist, sowie der zweite kolbenseitige Druckraum und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum mit der Tankleitung verbunden sind, und das eine zweite Schaltstellung aufweist, in der der zweite kolbenstangenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des Konstantdruckniveaus verbunden ist, in das die Pumpe fördert, der zweite kolbenseitige Druckraum mit der Versorgungsleitung des niedrigeren Konstantdruckniveaus verbunden ist, sowie der erste kolbenstangenseitige Druckraum und der erste kolbenseitige Druckraum mit der Tankleitung verbunden sind. Mit einer derartigen Schaltventileinrichtung, die ein einziges Schaltventil aufweist, das die Beaufschlagung aller Druckräume des Doppelkolbentransformators steuert, kann auf einfache Weise bei einem Doppelkolbentransformator, der das Druckniveau der Verstellpumpe auf ein niedrigeres Druckniveau eines weiteren Konstantdruckniveaus übersetzt, ein reziproker Betrieb in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung erzielt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Konstantdrucksystem in einer schematische Darstellung,
2 den Schaltplan eines erfindungsgemäßen Konstantdrucksystems mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pumpenmoduls und
3 den Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pumpenmoduls.
In der 1 ist ein als erfindungsgemäßes hydraulisches Konstantdrucksystem 1 ausgebildetes Antriebssystem für eine mobile Arbeitsmaschine, beispielsweise einen Bagger, in einer schematischen Darstellung dargestellt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Konstantdrucksystem 1 drei Konstantdruckniveaus PH, PM, PN mit jeweils unterschiedlichen Druckniveaus auf.
Das Konstantdruckniveau PM ist als mittleres Druckniveau mit einem Druck P2 ausgebildet und weist eine Versorgungsleitung LM auf. Das Konstantdruckniveau PH ist als hohes Druckniveau mit einem Druck P1 ausgebildet und weist eine Versorgungsleitung LH auf. Das Konstantdruckniveau PN ist als niederes Druckniveau mit einem Druck P3 ausgebildet und weist eine Versorgungsleitung LN auf.
Das Konstantdrucksystem 1 weist weiterhin eine vorgespannte Tankleitung TL auf, die zu einem Behälter geführt ist und unter einer Tankvorspannung TV steht.
Bei dem erfindungsgemäßen Konstantdrucksystem 1 gilt für den Druck P1 des hohen Druckniveaus PH, den Druck P2 des mittleren Druckniveaus PM, den Druck P3 des niedrigen Druckniveaus PN und den Druck T in der vorgespannten Tankleitung TL folgender Zusammenhang: P1 > P2 > P3 > T
Der Druck P1 des erfindungsgemäßen Konstantdrucksystems 1 beträgt beispielswiese 350 bar, der Druck P2 beispielsweise 250 bar und der Druck P3 beispielsweise 150 bar.
Das erfindungsgemäße Konstantdrucksystem 1 weist ein Pumpenmodul PUM auf, das von einem Antriebsmotor AM, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, angetrieben ist und die Druckniveaus PH, PM, PN mit Druckmittel versorgt.
Das erfindungsgemäße Konstantdrucksystem 1 weist weiterhin ein Druckmittelspeichermodul DM auf, das an die Versorgungsleitungen LH, LM, LN der Druckniveaus PH, PM, PN angeschlossen ist. Das Druckmittelspeichermodul DM ist weiterhin an die Tankleitung TL angeschlossen.
Das erfindungsgemäße Konstantdrucksystem 1 weist zumindest einen Verbraucherantrieb VA des Antriebssystems auf, beispielsweise einen Hydraulikzylinder oder Hydraulikmotor. Der Verbraucherantrieb VA ist mittels eines Steuerungsmoduls SM und eines Auswahlmoduls AM an die Versorgungsleitungen LH, LM, LN und die Tankleitung TL angeschlossen.
Das Steuerungsmodul SM weist – wie in der 2 näher dargestellt ist – ein Steuerventil 10 auf, mittels dem die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbraucherantriebs VA vorgegeben werden kann.
Das Auswahlmodul AM weist – wie in der 2 näher dargestellt ist – ein der Zulaufseite 11 des Steuerventil 10 zugeordnetes Zulaufventil 15 und ein der Ablaufseite 12 des Steuerventil 10 zugeordnetes Ablaufventil 16 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zulaufventil 15 als Zulaufdruckwaage und das Ablaufventil 16 als Ablaufdruckwaage ausgebildet. Das Zulaufventil 15 und das Ablaufventil 16 dienen dazu, dem Steuerventil 10 an der Zulaufseite 11 und an der Ablaufseite 12 das passende Druckniveau PH, PM, PN zur Verfügung zu stellen. Das Ablaufventil 16 dient weiterhin zur Energierückgewinnung bei negativen Lasten an dem Verbraucherantrieb VA.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Steuerungsmodul SM noch ein Zusatzventil 20, das in Abhängigkeit von dem Lastdruck des Verbraucherantriebs VA die Druckdifferenz an dem als Zulaufdruckwaage ausgebildeten Zulaufventil 15 und an dem als Ablaufdruckwaage ausgebildeten Ablaufventil 15 steuert.
Die Tankleitung TL ist – wie aus der 2 ersichtlich ist – über ein federbelastetes Vorspannventil 25, das bevorzugt als Rückschlagventil ausgebildet ist, mit dem Behälter 26 verbunden. Die Federvorspannung des Vorspannventils 25 definiert die Tankvorspannung TV der vorgespannten Tankleitung TL.
Das Druckmittelspeichermodul DM weist – wie in der 2 näher dargestellt ist – für jedes Konstantdruckniveau PH, PM, PN einen unabhängigen Druckmittelspeicher D1, D2, D3 auf. Die Druckmittelspeicher D1, D2, D3 sind jeweils als ein unter einer Gasvorspannung, beispielsweise Stickstoff, stehender Druckspeicher, beispielsweise Blasenspeicher BS, ausgebildet.
Der Druckmittelspeicher D1 ist dem hohen Konstantdruckniveau PH zugeordnet und an einer Fluidseite mit der Versorgungsleitung LH verbunden. Der Druckmittelspeicher D2 ist dem mittleren Konstantdruckniveau PM zugeordnet und an einer Fluidseite mit der Versorgungsleitung LM verbunden. Der Druckmittelspeicher D3 ist dem niedrigen Konstantdruckniveau PN zugeordnet und an einer Fluidseite mit der Versorgungsleitung LN verbunden.
Das Druckmittelspeichermodul DM weist weiterhin noch einen unabhängigen Druckmittelspeicher D4 auf, der der vorgespannten Tankleitung TL zugeordnet ist. Der Druckmittelspeicher D4 ist als ein unter einer Gasvorspannung, beispielsweise Stickstoff, stehender Druckspeicher, beispielsweise Blasenspeicher BS, ausgebildet. Der Druckmittelspeicher D4 ist an einer Fluidseite mit der Tankleitung TL verbunden.
Das erfindungsgemäße Pumpenmodul PUM des erfindungsgemäßen Konstantdrucksystems 1 weist – wie in den 2 und 3 näher dargestellt ist – eine einzelne Pumpe PU auf, die als im Fördervolumen verstellbare Verstellpumpe ausgebildet ist und die von dem Antriebsmotor AM angetrieben ist. Die Pumpe PU fördert in eines der Konstantdruckniveaus PH bzw. PM bzw. PN. Für jedes weitere Konstantdruckniveau ist ein Lineartransformator T1, T2 vorgesehen, der das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau des weiteren Konstantdrucksystems übersetzt.
Die Pumpe PU ist im offenen Kreislauf betrieben und saugt Druckmittel über eine Ansaugleitung 30 aus dem Behälter 26 an. Die Pumpe PU fördert in eine Förderleitung 31, die unter Zwischenschaltung eines in Richtung zur Pumpe PU sperrenden Rückschlagventils 32 an eine der Versorgungsleitungen LH bzw. LM bzw. LN des Konstantdrucksystems 1 angeschlossen ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel fördert die Pumpe PU in die Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM mit dem mittleren Druckniveau P2 und lädt somit den Druckmittelspeicher D2.
Der Lineartransformator T1 dient dazu, das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf die Versorgungsleitung LH des Konstantdruckniveaus PH mit dem höheren Druckniveau P1 zu übersetzen und somit den Druckmittelspeicher D1 zu laden. Der Lineartransformator T2 dient dazu, das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf die Versorgungsleitung LN des Konstantdruckniveaus PN mit dem niedrigeren Druckniveau P3 zu übersetzen und somit den Druckmittelspeicher D3 zu laden.
Bei dem erfindungsgemäßen Pumpenmodul PUM wird somit von der Pumpe PU eine Versorgungsleitung des Konstantdrucksystems 1, im dargestellten Ausführungsbeispiel die Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM mit dem mittleren Druckniveau P2, geladen und die Lineartransformatoren T1, T2 verteilen die Leistung auf die anderen Versorgungsleitungen des Konstantdrucksystems 1, im dargestellten Ausführungsbeispiel der Lineartransformator T1 auf die Versorgungsleitung LH des Konstantdruckniveaus PH mit dem höheren Druckniveau P1 und der Lineartransformator T2 auf die Versorgungsleitung LN des Konstantdruckniveaus PN mit dem niedrigeren Druckniveau P3.
Die Lineartransformatoren T1, T2 sind jeweils – wie aus den 2 und 3 näher ersichtlich ist – als Doppelkolbentransformator 40 ausgebildet. Jeder Doppelkolbentransformator 40 weist eine in einem Gehäuse 41 längsverschiebbare Kolbeneinrichtung 42 aufweist. Die Kolbeneinrichtung 42 weist jeweils einen ersten Kolben K1 und einen zweiten Kolben K2 auf. Die beiden Kolben K1, K2 der Kolbeneinrichtung 42 sind mit einer Kolbenstange KST verbunden und somit bewegungsgekoppelt. Der erste Kolben K1 bildet in dem Gehäuse 41 einen ersten kolbenseitigen Druckraum KS1 und einen ersten kolbenstangenseitigen Druckraum KST1. Der zweite Kolben K2 bildet in dem Gehäuse 41 einen zweiten kolbenseitigen Druckraum KS2 und einen zweiten kolbenstangenseitigen Druckraum KST2. Die beiden kolbenstangenseitigen Druckräume KST1, KST2 sind durch eine Gehäusewand 43 getrennt, durch die die Kolbenstange KST hindurchgeführt ist.
Bei dem Lineartransformator T1, der das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf das Druckniveau P1 des höheren Konstantdruckniveaus PH übersetzt, sind die kolbenseitigen Druckräume KS1, KS2 mit dem Konstantdruckniveau PM verbindbar, in das die Pumpe PU fördert, und die kolbenstangenseitigen Druckräume KST1, KST2 mit dem höheren Konstantdruckniveau PH verbindbar.
Bei dem Lineartransformator T2, der das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau P3 des niedrigeren Konstantdruckniveaus PN übersetzt, sind die kolbenstangenseitigen Druckräume KST1, KST2 mit dem Konstantdruckniveau PM verbindbar, in das die Pumpe PU fördert, und die kolbenseitigen Druckräume KS1, KS2 mit dem niedrigeren Konstantdruckniveau PN verbindbar.
Um einen reziproken Betrieb der als Doppelkolbentransformatoren 40 ausgebildeten Lineartransformators T1, T2 zu ermöglichen, ist für jeden Lineartransformators T1, T2 eine Ventileinrichtung 50 vorgesehen. Die Ventileinrichtung 50 ist in den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils als Schaltventileinrichtung 51 ausgebildet.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist die Schaltventileinrichtung 51 für jeden Lineartransformator T1, T2 von einem einzelnen Schaltventil 52, 53 gebildet, das die Beaufschlagung sowohl der beiden kolbenseitigen Druckräume KS1, KS2 als auch der beiden kolbenstangenseitigen Druckräume KST1, KST2 des Lineartransformators T1, T2 mit Druckmittel steuert.
Bei dem Lineartransformator T1, der das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf das Druckniveau P1 des höheren Konstantdruckniveaus PH übersetzt, ist das Schaltventil 52 mittels entsprechender Leitungen an die beiden kolbenseitigen Druckräume KS1, KS2 und die beiden kolbenstangenseitigen Druckräume KST1, KST2 des Lineartransformators T1 angeschlossen. Weiterhin steht das Schaltventil 52 mittels einer Leitung mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM mit dem mittleren Druckniveau P2, mittels einer Leitung mit der Versorgungsleitung LH des Konstantdruckniveaus PH mit dem höheren Druckniveau P1 und mittels einer Leitung mit der Tankleitung TL in Verbindung.
Das Schaltventil 52 des Lineartransformators T1 weist eine erste Schaltstellung 52a auf, in der der erste kolbenseitige Druckraum KS1 des Lineartransformators T1 mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert, und der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 des Lineartransformators T1 mit der Versorgungsleitung LH des höheren Konstantdruckniveaus PH verbunden. In der ersten Schaltstellung 52a sind weiterhin der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T1 und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 des Lineartransformators T1 mit der Tankleitung TL verbunden. Das Schaltventil 52 des Lineartransformators T1 weist eine zweite Schaltstellung 52b auf, in der der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T1 mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert, und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 des Lineartransformators T1 mit der Versorgungsleitung LH des höheren Konstantdruckniveaus PH verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung 52b sind weiterhin der erste kolbenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T1 und der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 des Lineartransformators T1 mit der Tankleitung TK verbunden.
Das Schaltventil 52 des Lineartransformators T1 ist elektrisch zwischen den Schaltstellungen 52a, 52b betätigbar.
Befindet sich das Schaltventil 52 des Lineartransformators T1 in der Schaltstellung 52a ist der erste kolbenseitige Druckraum KS1 des Lineartransformators T1 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 rechts bewegt und somit Druckmittel aus dem ersten kolbenstangenseitigen Druckraum KST1 in die Versorgungsleitung LH gefördert wird. Der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 rechts der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt.
Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine rechte Endstellung wird das Schaltventil 52 in die zweite Schaltstellung 52b betätigt. In der Schaltstellung 52b ist der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T1 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 links bewegt und somit Druckmittel aus dem zweiten kolbenstangenseitigen Druckraum KST2 in die Versorgungsleitung LH gefördert wird. Der erste kolbenseitige Druckraum KS1 und der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 links der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt. Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine linke Endstellung kann das Schaltventil 52 wieder in die erste Schaltstellung 52a betätigt werden. Mit dem Schaltventil 52 wird somit ein reziproker Betrieb des Lineartransformators T1 erzielt, bei dem in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung 42 Druckmittel in die Versorgungsleitung LH gefördert und somit umgesetzt wird.
Bei dem Lineartransformator T2, der das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau P3 des niedrigeren Konstantdruckniveaus PN übersetzt, ist das Schaltventil 53 mittels entsprechender Leitungen an die beiden kolbenseitigen Druckräume KS1, KS2 und die beiden kolbenstangenseitigen Druckräume KST1, KST2 des Lineartransformators T2 angeschlossen. Weiterhin steht das Schaltventil 53 mittels einer Leitung mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM mit dem mittleren Druckniveau P2, mittels einer Leitung mit der Versorgungsleitung LN des Konstantdruckniveaus PN mit dem niedrigeren Druckniveau P3 und mittels einer Leitung mit der Tankleitung TL in Verbindung.
Das Schaltventil 53 des Lineartransformators T2 weist eine erste Schaltstellung 53a auf, in der der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 des Lineartransformators T2 mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert, und der erste kolbenseitige Druckraum KS1 des Lineartransformators T2 mit der Versorgungsleitung LN des niedrigeren Konstantdruckniveaus PN verbunden ist. In der ersten Schaltstellung 53a sind weiterhin der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T2 und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 des Lineartransformators T2 mit der Tankleitung TL verbunden. Das Schaltventil 53 des Lineartransformators T2 weist eine zweite Schaltstellung 53b auf, in der der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T2 mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert, und der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T2 mit der Versorgungsleitung LN des niedrigeren Konstantdruckniveaus PN verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung 53b sind weiterhin der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 des Lineartransformators T2 und der erste kolbenseitige Druckraum KS1 des Lineartransformators T2 mit der Tankleitung TL verbunden.
Das Schaltventil 53 des Lineartransformators T2 ist elektrisch zwischen den Schaltstellungen 53a, 53b betätigbar.
Befindet sich das Schaltventil 53 des Lineartransformators T2 in der Schaltstellung 53a ist der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 des Lineartransformators T2 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 links bewegt und somit Druckmittel aus dem ersten kolbenseitigen Druckraum KS1 in die Versorgungsleitung LN gefördert wird. Der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 links der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt. Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine linke Endstellung wird das Schaltventil 53 in die zweite Schaltstellung 53b betätigt. In der Schaltstellung 53b ist der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 des Lineartransformators T2 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 rechts bewegt und somit Druckmittel aus dem zweiten kolbenseitigen Druckraum KS2 in die Versorgungsleitung LN gefördert wird. Der erste kolbenseitige Druckraum KS1 und der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 rechts der erste kolbenseitige Druckraum KS1 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt. Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine rechte Endstellung kann das Schaltventil 53 wieder in die erste Schaltstellung 53a betätigt werden. Mit dem Schaltventil 53 wird somit ein reziproker Betrieb des Lineartransformators T2 erzielt, bei dem in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung 42 Druckmittel in die Versorgungsleitung LN gefördert und somit umgesetzt wird.
In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist eine alternative Ausführungsform der Schaltventileinrichtung 51 dargestellt, bei der die Schaltventileinrichtung 51 für jeden Lineartransformator T1, T2 von jeweils vier Schaltventil 60–63, 70–73 gebildet ist, wobei jedes Schaltventil 60–63, 70–73 jeweils nur die Beaufschlagung eines der beiden kolbenseitigen Druckräume KS1, KS2 und eines der beiden kolbenstangenseitigen Druckräume KST1, KST2 des Lineartransformators T1, T2 mit Druckmittel steuert.
Bei dem Lineartransformator T1, der das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf das Druckniveau P1 des höheren Konstantdruckniveaus PH übersetzt, weist die Schaltventileinrichtung 51 ein erstes Schaltventil 60 auf, mittels dem der erste kolbenseitige Druckraum KS1 des Lineartransformator T1 in einer ersten Schaltstellung 60a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 60b mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert. Die Schaltventileinrichtung 51 weist ein zweites Schaltventil 61 auf, mittels dem der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 in einer ersten Schaltstellung 61a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 61b mit der Versorgungsleitung LH des höheren Konstantdruckniveaus PH verbunden ist. Die Schaltventileinrichtung 51 weist ein drittes Schaltventil 62, mittels dem der zweite kolbenseitige Druckraum KS in einer ersten Schaltstellung 62a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 62b mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert. Die Schaltventileinrichtung 51 weist ein viertes Schaltventil 63 auf, mittels dem der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 in einer ersten Schaltstellung 63a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 63b mit der Versorgungsleitung LH des höheren Konstantdruckniveaus PH verbunden ist.
Die Schaltventile 60–63 des Lineartransformators T1 sind jeweils elektrisch zwischen den Schaltstellungen 60a, 60b, 61a, 61b, 62a, 62b, 63a, 63b betätigbar.
Sind das Schaltventil 60 in die zweite Schaltstellung 60b, das Schaltventil 61 in die zweite Schaltstellung 61b, das dritte Schaltventil 62 in die erste Schaltstellung 62a und das vierte Schaltventil 63 in die erste Schaltstellung 63a betätigt, ist der erste kolbenseitige Druckraum KS1 des Lineartransformators T1 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 3 rechts bewegt und somit Druckmittel aus dem ersten kolbenstangenseitigen Druckraum KST1 in die Versorgungsleitung LH gefördert wird. Der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 rechts der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt. Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine rechte Endstellung werden das Schaltventil 60 in die erste Schaltstellung 60a, das Schaltventil 61 in die erste Schaltstellung 61a, das dritte Schaltventil 62 in die zweite Schaltstellung 62b und das vierte Schaltventil 63 in die zweite Schaltstellung 63b betätigt. In diesen Schaltstellungen der Schaltventile 60–63 ist der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 des Lineartransformators T1 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 3 links bewegt und somit Druckmittel aus dem zweiten kolbenstangenseitigen Druckraum KST2 in die Versorgungsleitung LH gefördert wird. Der erste kolbenseitige Druckraum KS1 und der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 3 links der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt. Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine linke Endstellung können das Schaltventil 60 wieder in die zweite Schaltstellung 60b, das Schaltventil 61 in die zweite Schaltstellung 61b, das dritte Schaltventil 62 in die erste Schaltstellung 62a und das vierte Schaltventil 63 in die erste Schaltstellung 63a betätigt werden. Mit den Schaltventilen 60–63 wird somit ein reziproker Betrieb des Lineartransformators T1 erzielt, bei dem in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung 42 Druckmittel in die Versorgungsleitung LH gefördert und somit umgesetzt wird.
Bei dem Lineartransformator T2, der das von der Pumpe PU geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau P3 des niedrigeren Konstantdruckniveaus PN übersetzt, weist die Schaltventileinrichtung 51 ein erstes Schaltventil 70 auf, mittels dem der erste kolbenseitige Druckraum KS1 in einer ersten Schaltstellung 70a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 70b mit der Versorgungsleitung LN des niedrigeren Konstantdruckniveaus PN verbunden ist. Die Schaltventileinrichtung 51 weist ein zweites Schaltventil 71 auf, mittels dem der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 in einer ersten Schaltstellung 71a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 71b mit der Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert. Die Schaltventileinrichtung 51 weist ein drittes Schaltventil 72 auf, mittels dem der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 in einer ersten Schaltstellung 72a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 72b mit der Versorgungsleitung LN des niedrigeren Konstantdruckniveaus PN verbunden ist. Die Schaltventileinrichtung 51 weist ein viertes Schaltventil 73 auf, mittels dem der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 in einer ersten Schaltstellung 73a mit der Tankleitung TL verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung 73b mit der Versorgungsleitung LN des Konstantdruckniveaus PN verbunden ist, in das die Pumpe PU fördert.
Die Schaltventile 70–73 des Lineartransformators T2 sind jeweils elektrisch zwischen den Schaltstellungen 70a, 70b, 71a, 71b, 72a, 72b, 73a, 73b betätigbar.
Sind das Schaltventil 70 in die zweite Schaltstellung 70b, das Schaltventil 71 in die zweite Schaltstellung 71b, das dritte Schaltventil 72 in die erste Schaltstellung 72a und das vierte Schaltventil 73 in die erste Schaltstellung 73a betätigt, ist der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 des Lineartransformators T2 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 3 links bewegt und somit Druckmittel aus dem ersten kolbenseitigen Druckraum KS1 in die Versorgungsleitung LN gefördert wird. Der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 2 links der zweite kolbenseitige Druckraum KS2 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt. Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine linke Endstellung werden das Schaltventil 70 in die erste Schaltstellung 70a, das Schaltventil 71 in die erste Schaltstellung 71a, das dritte Schaltventil 72 in die zweite Schaltstellung 72b und das vierte Schaltventil 73 in die zweite Schaltstellung 73b betätigt. In diesen Schaltstellungen ist der zweite kolbenstangenseitige Druckraum KST2 des Lineartransformators T2 von dem Druck in der Versorgungsleitung LM beaufschlagt, so dass sich die Kolbeneinrichtung 42 nach in der 3 rechts bewegt und somit Druckmittel aus dem zweiten kolbenseitigen Druckraum KS2 in die Versorgungsleitung LN gefördert wird. Der erste kolbenseitige Druckraum KS1 und der erste kolbenstangenseitige Druckraum KST1 sind mit der Tankleitung TL verbunden, so dass sich bei der Bewegung der Kolbeneinrichtung 42 nach in der 3 rechts der erste kolbenseitige Druckraum KS1 mit Druckmittel aus der Tankleitung TL füllt. Erreicht die Kolbeneinrichtung 42 eine rechte Endstellung können das Schaltventil 70 wieder in die zweite Schaltstellung 70b, das Schaltventil 71 in die zweite Schaltstellung 71b, das dritte Schaltventil 72 in die erste Schaltstellung 72a und das vierte Schaltventil 73 in die erste Schaltstellung 73a betätigt werden. Mit den Schaltventilen 70–73 wird somit ein reziproker Betrieb des Lineartransformators T2 erzielt, bei dem in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbeneinrichtung 42 Druckmittel in die Versorgungsleitung LN gefördert und somit umgesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Pumpenmodul PUM, das nur eine Pumpe PU umfasst, die in die Versorgungsleitung LM des Konstantdruckniveaus PM fördert und bei dem für jedes weitere Konstantdruckniveau PM ein Lineartransformator T1, T2 vorgesehen ist, weist einen geringen Bauaufwand auf. Die Pumpe PU kann in einem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Die Lineartransformatoren T1, T2 weisen einen hohen Wirkungsgrad auf. Die Versorgung der unterschiedlichen Konstantdruckniveaus PH, PM, PN des Konstantdrucksystems 1 kann somit mit hohem Wirkungsgrad erzielt werden.

Claims

Hydraulisches Konstantdrucksystem (1) für eine mobile Arbeitsmaschine, das zumindest zwei Konstantdruckniveaus (PH; PM; PN) mit unterschiedlichen Druckniveaus (P1; P2; P3) aufweist, aus denen zumindest ein Verbraucherantrieb (VA) mit Druckmittel versorgt wird, wobei ein von einem Antriebsmotor (AM), insbesondere einem Verbrennungsmotor, angetriebenes Pumpenmodul (PUM) vorgesehen ist, das die zumindest zwei Konstantdruckniveaus (PH; PM; PN) mit Druckmittel versorgt, wobei die Konstantdruckniveaus (PH; PM; PN) jeweils eine Versorgungsleitung (LH; LM; LN) aufweisen, die mit einem Druckmittelspeichermodul (DM) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenmodul (PUM) eine einzige als Verstellpumpe ausgebildete Pumpe (PU) umfasst, die von dem Antriebsmotor (AM) angetrieben ist und in eines der Konstantdruckniveaus (PM) fördert, wobei für jedes weitere Konstantdruckniveau (PH; PN) ein Lineartransformator (T1; T2) vorgesehen ist, der das von der Pumpe (PU) geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau des weiteren Konstantdrucksystems (PH; PN) übersetzt.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittelspeichermodul (DM) für jedes Konstantdruckniveau (PH; PM; PN) einen Druckmittelspeicher (D1; D2; D3) aufweist, der jeweils als ein unter einer Gasvorspannung stehender Druckspeicher, insbesondere Blasenspeicher (BS), ausgebildet ist.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lineartransformator (T1; T2) als Einkolbentransformator ausgebildet ist, der eine in einem Gehäuse längsverschiebbare Kolbeneinrichtung aufweist, die einen Kolben mit einer einseitigen Kolbenstange umfasst, wobei der Kolben in dem Gehäuse einen kolbenseitigen Druckraum und einen kolbenstangenseitigen Druckraum bildet.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lineartransformator (T1; T2) als Doppelkolbentransformator (40) ausgebildet ist, der eine in einem Gehäuse (41) längsverschiebbare Kolbeneinrichtung (42) aufweist, wobei die Kolbeneinrichtung einen ersten Kolben (K1) und einen zweiten Kolben (K2) aufweist, die mittels einer Kolbenstange (KST) verbunden sind, wobei der erste Kolben (K1) in dem Gehäuse (41) einen ersten kolbenseitigen Druckraum (KS1) und einen ersten kolbenstangenseitigen Druckraum (KST1) bildet und der zweite Kolben (K2) in dem Gehäuse (41) einen zweiten kolbenseitigen Druckraum (KS2) und einen zweiten kolbenstangenseitigen Druckraum (KST2) bildet.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lineartransformator (T1) das von der Pumpe (PU) geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau (P1) eines höheren Konstantdruckniveaus (PH) übersetzt, wobei der kolbenseitige Druckraum (KS1; KS2) mit dem Konstantdruckniveau (PM) verbindbar ist, in das die Pumpe (PU) fördert, und der kolbenstangenseitige Druckraum (KST1; KST2) mit dem höheren Konstantdruckniveau (PH) verbindbar ist.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lineartransformator (L2) das von der Pumpe (PU) geförderte Druckmittel auf ein Druckniveau (P3) eines niedrigeren Konstantdruckniveaus (PN) übersetzt, wobei der kolbenstangenseitige Druckraum (KST1; KST2) mit dem Konstantdruckniveau (PM) verbindbar ist, in das die Pumpe (PU) fördert, und der kolbenseitige Druckraum (KS1; KS2) mit dem niedrigeren Konstantdruckniveau (PN) verbindbar ist.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Konstantdrucksystem (1) eine vorgespannte Tankleitung (TL) aufweist.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Tankleitung ein unter einer Gasvorspannung stehender Druckspeicher (D4), insbesondere ein Blasenspeicher (BS), angeschlossen ist.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung (50) vorgesehen ist, die einen reziproken Betrieb des Lineartransformators (T1; T2) ermöglicht.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (50) als Schaltventileinrichtung (51) ausgebildet ist.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventileinrichtung (51) ein erstes Schaltventil (60) aufweist, mittels dem der erste kolbenseitige Druckraum (KS1) in einer ersten Schaltstellung (60a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (60b) mit der Versorgungsleitung (LM) des Konstantdruckniveaus (PM) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert, ein zweites Schaltventil (61) aufweist, mittels dem der erste kolbenstangenseitige Druckraum (KST1) in einer ersten Schaltstellung (61a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (62a) mit der Versorgungsleitung (LH) des höheren Konstantdruckniveaus (PH) verbunden ist, ein drittes Schaltventil (62) aufweist, mittels dem der zweite kolbenseitige Druckraum (KS2) in einer ersten Schaltstellung (62a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (62b) mit der Versorgungsleitung (LM) des Konstantdruckniveaus (PM) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert, und ein viertes Schaltventil (63) aufweist, mittels dem der zweite kolbenstangenseitige Druckraum (KST2) in einer ersten Schaltstellung (63a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (63b) mit der Versorgungsleitung (LH) des höheren Konstantdruckniveaus (PH) verbunden ist.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventileinrichtung (51) ein erstes Schaltventil (70) aufweist, mittels dem der erste kolbenseitige Druckraum (KS1) in einer ersten Schaltstellung (70a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (70b) mit der Versorgungsleitung (LN) des niedrigeren Konstantdruckniveaus (PN) verbunden ist, ein zweites Schaltventil (71) aufweist, mittels dem der erste kolbenstangenseitige Druckraum (KST1) in einer ersten Schaltstellung (71a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (71b) mit der Versorgungsleitung (LM) des Konstantdruckniveaus (PM) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert, ein drittes Schaltventil (72) aufweist, mittels dem der zweite kolbenseitige Druckraum (KS2) in einer ersten Schaltstellung (72a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (72b) mit der Versorgungsleitung (LN) des niedrigeren Konstantdruckniveaus (PN) verbunden ist, und ein viertes Schaltventil (73) aufweist, mittels dem der zweite kolbenstangenseitige Druckraum (KST2) in einer ersten Schaltstellung (73a) mit der Tankleitung (TL) verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung (73b) mit der Versorgungsleitung (LM) des Konstantdruckniveaus (PM) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventileinrichtung (51) ein Schaltventil (52) aufweist, das eine erste Schaltstellung (52a) aufweist, in der der erste kolbenseitige Druckraum (KS1) mit der Versorgungsleitung (LM) des Konstantdruckniveaus (PM) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert, der erste kolbenstangenseitige Druckraum (KST1) mit der Versorgungsleitung (LH) des höheren Konstantdruckniveaus (PH) verbunden ist, sowie der zweite kolbenseitige Druckraum (KS2) und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum (KST2) mit der Tankleitung (TL) verbunden sind, und das eine zweite Schaltstellung (52b) aufweist, in der der zweite kolbenseitige Druckraum (KS2) mit der Versorgungsleitung (LM) des Konstantdruckniveaus (PM) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert, der zweite kolbenstangenseitige Druckraum (KST2) mit der Versorgungsleitung (LH) des höheren Konstantdruckniveaus (PH) verbunden ist, sowie der erste kolbenseitige Druckraum (KS1) und der erste kolbenstangenseitige Druckraum (KST1) mit der Tankleitung (TL) verbunden sind.
Hydraulisches Konstantdrucksystem nach Anspruch 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventileinrichtung (51) ein Schaltventil (53) aufweist, das eine erste Schaltstellung (53a) aufweist, in der der erste kolbenstangenseitige Druckraum (KST1) mit der Versorgungsleitung (LM) des Konstantdruckniveaus (PM) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert, der erste kolbenseitige Druckraum (KS1) mit der Versorgungsleitung (LN) des niedrigeren Konstantdruckniveaus (PN) verbunden ist, sowie der zweite kolbenseitige Druckraum (KS2) und der zweite kolbenstangenseitige Druckraum (KST2) mit der Tankleitung (TL) verbunden sind, und das eine zweite Schaltstellung (53b) aufweist, in der der zweite kolbenstangenseitige Druckraum (KST2) mit der Versorgungsleitung (LN) des Konstantdruckniveaus (PN) verbunden ist, in das die Pumpe (PU) fördert, der zweite kolbenseitige Druckraum (KS2) mit der Versorgungsleitung (LN) des niedrigeren Konstantdruckniveaus (PN) verbunden ist, sowie der erste kolbenstangenseitige Druckraum (KST1) und der erste kolbenseitige Druckraum (KS1) mit der Tankleitung (TL) verbunden sind.