DE102016217541A1 - Hydraulic drive system with several supply lines - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Hydraulisches Antriebssystem (10) mit einer ersten und wenigstens einer zweiten Zulaufleitung (31; 32) und einer Rücklaufleitung (30), wobei zumindest ein Aktuator vorgesehen ist, welcher über eine zugeordnete Ventilbaugruppe wahlweise mit zumindest einer der genannten Zulaufleitungen (31; 32) und/oder der Rücklaufleitung (30) in Fluidaustauschverbindung bringbar ist, wobei die erste Zulaufleitung (31) an eine erste Pumpe (21) angeschlossen ist, wobei jede zweite Zulaufleitung (32) jeweils an eine zugeordnete zweite Pumpe (22) angeschlossen ist, wobei die Rücklaufleitung (30) an einen Tank (12) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist eine Antriebsvorrichtung (40) vorgesehen, welche mehrere Ausgangswellen (51; 52) aufweist, die jeweils mit einer zugeordneten ersten oder zweiten Pumpe (21; 22) in Drehantriebsverbindung stehen, wobei die Antriebsvorrichtung (40; 41) so eingerichtet ist, dass Energie zwischen den Ausgangswellen (51; 52) über die Antriebsvorrichtung (40; 40') austauschbar ist.The invention relates to a hydraulic drive system (10) having a first and at least one second supply line (31; 32) and a return line (30), wherein at least one actuator is provided, which can be connected via an associated valve assembly optionally with at least one of said feed lines (31 32) and / or the return line (30) can be brought into fluid communication, wherein the first supply line (31) to a first pump (21) is connected, each second supply line (32) each connected to an associated second pump (22) is, wherein the return line (30) to a tank (12) is connected. According to the invention, a drive device (40) is provided, which has a plurality of output shafts (51; 52) each in rotational drive connection with an associated first or second pump (21; 22), the drive device (40; 41) being arranged such that Energy between the output shafts (51, 52) via the drive device (40, 40 ') is interchangeable.
Description
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a hydraulic drive system according to the preamble of claim 1.
Aus der
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems besteht darin, dass es besonders energieeffizient ist. Dies gilt insbesondere für einen Betriebszustand, in dem eine ziehende Last an einem der Aktuatoren angreift. Weiter können die verschiedenen Zulaufleitungen auf einfache Weise mit einem unterschiedlichen Druckniveau betrieben werden, so dass sich auch hierdurch die Energieeffizienz verbessert. An advantage of the hydraulic drive system according to the invention is that it is particularly energy efficient. This applies in particular to an operating state in which a pulling load acts on one of the actuators. Further, the various supply lines can be operated in a simple manner with a different pressure level, so that this also improves the energy efficiency.
Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, welche mehrere Ausgangswellen aufweist, die jeweils mit einer zugeordneten ersten oder zweiten Pumpe in Drehantriebsverbindung stehen, wobei die Antriebsvorrichtung so eingerichtet ist, dass Energie zwischen den Ausgangswellen über die Antriebsvorrichtung austauschbar ist. In einem Betriebszustand, in dem eine der Pumpen motorisch arbeitet, kann somit die von dieser Pumpe bereitgestellte Energie über die Antriebsvorrichtung zur anderen Pumpe geleitet werden. Dies geschieht ohne nennenswerte Verluste in Form von Abwärme. According to the independent claim it is proposed that a drive device is provided, which has a plurality of output shafts, which are respectively in rotary drive connection with an associated first or second pump, wherein the drive device is arranged so that energy is exchangeable between the output shafts via the drive device. In an operating state in which one of the pumps operates by motor, the energy provided by this pump can thus be conducted via the drive device to the other pump. This happens without appreciable losses in the form of waste heat.
Das hydraulische Antriebssystem wird vorzugsweise mit einem Druckfluid betrieben, bei dem es sich höchst vorzugsweise um eine Flüssigkeit, insbesondere um Hydrauliköl, handelt. Soweit im Rahmen der vorliegenden Anmeldung von einer Pumpe die Rede ist, soll hiermit zum Ausdruck kommen, dass zeitlich überwiegend ein Pumpbetrieb vorgesehen ist, wobei vorzugsweise ein motorischer Betrieb ebenfalls möglich ist. The hydraulic drive system is preferably operated with a pressurized fluid, which is most preferably a liquid, in particular hydraulic oil. As far as in the context of the present application of a pump is to be hereby express that time predominantly a pumping operation is provided, preferably a motor operation is also possible.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben. In the dependent claims advantageous refinements and improvements of the invention are given.
Es kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung wenigstens einen Elektromotor umfasst, welcher jeweils an eine zugeordnete Drehzahlstellvorrichtung angeschlossen ist, so dass dessen Drehzahl verstellbar ist. Bei der
Es kann vorgesehen sein, dass die Ausgangswellen Bestandteil eines mechanischen Verteilgetriebes sind, wobei das Verteilgetriebe so viele Drehfreiheitsgrade aufweist wie Ausgangswellen vorhanden sind. Über das Verteilgetriebe kann auf mechanische Weise Energie zwischen den Antriebswellen ausgetauscht werden. Dabei kann ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht werden, so dass die Energieverluste gering sind. Weiter kann auf die Druckregelung der wenigstens einen zweiten Zulaufleitung verzichtet werden. Der dortige Druck ist entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Verteilgetriebes an den Druck in der ersten Zulaufleitung gekoppelt. Bei dem Verteilgetriebe handelt es sich beispielsweise um ein Planetengetriebe. Dieses hat typischerweise zwei Drehfreiheitsgrade. Es können mehrere Planetengetriebe miteinander kombiniert werden, um mehr als zwei Drehfreiheitsgrade zu erreichen. It can be provided that the output shafts are part of a mechanical transfer gear, wherein the transfer gear has as many rotational degrees of freedom as output shafts are available. Energy can be exchanged between the drive shafts in a mechanical way via the transfer gearbox. In this case, a very high efficiency can be achieved, so that the energy losses are low. Next can be dispensed with the pressure control of the at least one second supply line. The local pressure is coupled according to the transmission ratio of the transfer gear to the pressure in the first supply line. The distribution gear is, for example, a planetary gear. This typically has two rotational degrees of freedom. Multiple planetary gears can be combined to achieve more than two rotational degrees of freedom.
Es kann vorgesehen sein, dass das Verteilgetriebe eine einzige Eingangswelle aufweist, welche in Drehantriebsverbindung mit einem zugeordneten ersten Elektromotor steht. Wegen des Verteilgetriebes ist neben dem ersten Elektromotor kein weiterer Elektromotor notwendig, um die wenigstens zwei Pumpen anzutreiben. It can be provided that the distribution gear has a single input shaft, which is in rotary drive connection with an associated first electric motor. Because of the transfer gear, in addition to the first electric motor, no further electric motor is necessary to drive the at least two pumps.
Es kann vorgesehen sein, dass die Ausgangswellen mit einem jeweils zugeordneten Elektromotor in Drehantriebsverbindung stehen, wobei die Elektromotoren an ein gemeinsames elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen sind, wobei über das elektrische Versorgungsnetz Energie zwischen den Elektromotoren zumindest mittelbar austauschbar ist. Die Drehzahlen der verschiedenen Elektromotoren können damit unabhängig voneinander verstellt werden, so dass die Drücke in den verschiedenen Zulaufleitungen weitgehend unabhängig voneinander gewählt werden können. Das elektrische Versorgungsnetz kann an eine wiederaufladbare Batterie angeschlossen sein, wobei der genannte Energieaustausch mittelbar über die Batterie erfolgt. It can be provided that the output shafts are in rotary drive connection with a respective associated electric motor, wherein the electric motors are connected to a common electrical supply network, wherein via the electrical supply network energy between the electric motors is at least indirectly interchangeable. The speeds of the various electric motors can thus be adjusted independently of each other, so that the pressures in the various supply lines can be largely selected independently. The electrical supply network may be connected to a rechargeable battery, said energy exchange being effected indirectly via the battery.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste und die wenigstens eine zweite Pumpe zwischen der ersten Zulaufleitung und der Rücklaufleitung in Reihe geschaltet sind, wobei die wenigstens eine zweite Zulaufleitung jeweils zwischen zwei der genannten Pumpen angeschlossen ist. An den einzelnen Pumpen tritt damit nur ein geringes Druckgefälle auf, das kleiner als der höchste Druck in der ersten Zulaufleitung ist. Dementsprechend sind die Antriebsdrehmomente gering. Insbesondere in Verbindung mit einem Verteilgetriebe ergeben sich Drehmomentverhältnisse, welche sich mit einfachen Verteilgetrieben realisieren lassen. It can be provided that the first and the at least one second pump between the first supply line and the return line are connected in series, wherein the at least one second supply line is connected in each case between two of said pumps. Thus, only a slight pressure gradient occurs at the individual pumps, which is smaller than the highest pressure in the first supply line. Accordingly, the driving torques are low. In particular, in conjunction with a distribution gear torque ratios arise, which can be realized with simple distribution gears.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Pumpe ein konstantes oder ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweist, wobei die wenigstens eine zweite Pumpe ein konstantes Verdrängungsvolumen aufweist. Bei einem besonders kostengünstigen hydraulischen Antriebssystem haben alle Pumpen ein konstantes Verdrängungsvolumen, wobei sie beispielsweise als Außenzahnradpumpen ausgebildet sind. Die erste Pumpe, mit welcher die druckhöchste erste Zulaufleitung versorgt wird, kann ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweisen, wobei sie beispielsweise als Axialkolbenpumpe ausgebildet ist. Durch Verstellung des betreffenden Verdrängungsvolumens kann das Verhältnis der Drücke in der ersten und der zweiten Zulaufleitung eingestellt werden, insbesondere, wenn das oben angesprochene Verteilgetriebe zum Einsatz kommt. It can be provided that the first pump has a constant or an adjustable displacement volume, wherein the at least one second pump has a constant displacement volume. In a particularly cost-effective hydraulic drive system, all pumps have a constant displacement volume, for example, they are designed as external gear pumps. The first pump, with which the highest-pressure first supply line is supplied, may have an adjustable displacement volume, wherein it is designed for example as an axial piston pump. By adjusting the respective displacement volume, the ratio of the pressures in the first and the second supply line can be adjusted, in particular when the above-mentioned distribution gear is used.
Es kann vorgesehen sein, dass eine erste Zulaufleitung an einen ersten Drucksensor angeschlossen ist, wobei der erste Drucksensor und die wenigstens eine Drehzahlstellvorrichtung an eine Steuervorrichtung angeschlossen sind, wobei die Steuervorrichtung so eingerichtet ist, dass der mittels des ersten Drucksensors messbare Druck in der ersten Zulaufleitung durch Verstellung der Drehzahl des wenigstens einen Elektromotors auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Sollwert einregelbar ist. Dementsprechend findet eine elektronische Regelung des Drucks in der ersten Zulaufleitung statt, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders kostengünstig ist. Vorzugsweise kommt eine Steuervorrichtung zum Einsatz, welche einen programmierbaren Digitalrechner umfasst. Diese kann problemlos für weitere Steuerungsaufgaben im Rahmen des hydraulischen Antriebssystems eingesetzt werden. It may be provided that a first supply line is connected to a first pressure sensor, wherein the first pressure sensor and the at least one speed control device are connected to a control device, wherein the control device is arranged so that the measurable by means of the first pressure sensor pressure in the first supply line can be adjusted by adjusting the speed of the at least one electric motor to a predetermined or predetermined desired value. Accordingly, an electronic control of the pressure in the first supply line takes place, which is particularly cost-effective in the context of the present invention. Preferably, a control device is used which comprises a programmable digital computer. This can easily be used for further control tasks in the context of the hydraulic drive system.
Es kann ein erster Druckregler mit einer verstellbaren ersten Regelblende vorgesehen sein, wobei die erste Zulaufleitung über die erste Regelblende mit dem Tank verbunden ist, wobei der erste Druckregler so eingerichtet ist, dass der Druck in der ersten Zulaufleitung durch Verstellung der ersten Regelblende auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Sollwert einregelbar ist. Hierdurch kann der Druck in der ersten Zulaufleitung schneller verstellt werden. Es kann ein Stellungssensor vorgesehen sein, mittels dem die Stellung der ersten Regelblende messbar ist, wobei der Stellungssensor zur Übertragung des entsprechenden Stellungswerts an die Steuervorrichtung angeschlossen ist. Sofern der wenigstens einen zweiten Zulaufleitung jeweils ein gesonderter Elektromotor zugeordnet ist, kann auch die wenigstens eine zweite Zulaufleitung an einen jeweils zugeordneten zweiten Drucksensor angeschlossen sein, wobei die Druckregelung analog zur ersten Zulaufleitung durchgeführt wird. It can be provided with an adjustable first control orifice, the first supply line via the first control orifice is connected to the tank, wherein the first pressure regulator is arranged so that the pressure in the first supply line by adjusting the first control orifice to a predetermined or specifiable setpoint is einregelbar. As a result, the pressure in the first supply line can be adjusted faster. A position sensor may be provided by means of which the position of the first control diaphragm can be measured, the position sensor being connected to the control device for transmitting the corresponding position value. If the at least one second supply line is in each case assigned a separate electric motor, the at least one second supply line can also be connected to a respectively assigned second pressure sensor, wherein the pressure control is carried out analogously to the first supply line.
Es kann vorgesehen sein, dass ein zweiter Druckregler mit einer verstellbaren zweiten Regelblende vorgesehen ist, wobei die Rücklaufleitung über die zweite Regelblende mit dem Tank verbunden ist, wobei der zweite Druckregler so eingerichtet ist, dass der Druck in der Rücklaufleitung durch Verstellung der zweiten Regelblende auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Sollwert einregelbar ist. Durch geeignete Verstellung des Drucksollwerts des zweiten Druckreglers, kann die Energie, welche in dem in der Rücklaufleitung zurückströmenden Druckfluid enthalten ist, genutzt werden, um insbesondere den Antrieb der zweiten Pumpe zu entlasten. Hierdurch wird Energie eingespart. It can be provided that a second pressure regulator is provided with an adjustable second control orifice, wherein the return line is connected via the second control orifice with the tank, wherein the second pressure regulator is arranged so that the pressure in the return line by adjusting the second control orifice on a predetermined or predetermined setpoint is einregelbar. By suitable adjustment of the pressure setpoint of the second pressure regulator, the energy which is contained in the pressure fluid flowing back into the return line can be used, in particular to relieve the drive of the second pump. This saves energy.
Es kann vorgesehen sein, dass zwischen die Rücklaufleitung und den Tank ein Rückschlagventil geschaltet ist, welches ausschließlich einen Fluidstrom vom Tank zur Rücklaufleitung zulässt. Hierdurch kann Kavitation in der Rücklaufleitung vermieden werden. It can be provided that a check valve is connected between the return line and the tank, which allows only a fluid flow from the tank to the return line. As a result, cavitation in the return line can be avoided.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Das hydraulische Antriebssystem
Zusätzlich ist es denkbar, dass das vom Aktuator
Hinzuweisen ist noch auf die dritten Drucksensoren
Anzumerken ist noch, dass die Drücke in den Leitungen
Die erste und die zweite Pumpe
Die Antriebsvorrichtung
Anzumerken ist, dass die Drehzahlen der Eingangswelle
Der erste Elektromotor
Weiter ist auf den ersten Drucksensor
Hinzuweisen ist noch auf den zweiten Druckregler
Wenn die Steuervorrichtung
Bei der zweiten Ausführungsform wurde auf den zweiten Druckregler und das Rückschlagventil (Nr.
Weiter wurde die elektronische Regelung des Drucks in der ersten Zulaufleitung
Die Einstellung der ersten Regelblende
Bei der zweiten Ausführungsform wurde auf den zweiten Druckregler und das Rückschlagventil (Nr.
Anstelle des Verteilgetriebes (Nr.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist die erste Zulaufleitung
In analoger Weise ist die zweite Zulaufleitung
Sofern eine der Pumpen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- hydraulisches Antriebssystem (erste Ausführungsform) hydraulic drive system (first embodiment)
- 10' 10 '
- hydraulisches Antriebssystem (zweite Ausführungsform) hydraulic drive system (second embodiment)
- 10'' 10 ''
- hydraulisches Antriebssystem (dritte Ausführungsform) hydraulic drive system (third embodiment)
- 11 11
- Aktuator actuator
- 12 12
- Tank tank
- 13 13
- dritter Drucksensor third pressure sensor
- 20 20
- Steuervorrichtung control device
- 21 21
- erste Pumpe first pump
- 22 22
- zweite Pumpe second pump
- 30 30
- Rücklaufleitung Return line
- 31 31
- erste Zulaufleitung first supply line
- 32 32
- zweite Zulaufleitung second supply line
- 33 33
- erster Drucksensor first pressure sensor
- 34 34
- zweiter Drucksensor second pressure sensor
- 40 40
- Antriebsvorrichtung (erste Ausführungsform) Drive device (first embodiment)
- 40' 40 '
- Antriebsvorrichtung (zweite Ausführungsform) Drive device (second embodiment)
- 41 41
- erster Elektromotor first electric motor
- 42 42
- zweiter Elektromotor second electric motor
- 43 43
- erste Drehzahlstellvorrichtung first speed setting device
- 44 44
- zweite Drehzahlstellvorrichtung second speed control device
- 45 45
- elektrisches Versorgungsnetz electrical supply network
- 46 46
- Batterie battery
- 50 50
- Verteilgetriebe distribution gear
- 51 51
- erste Ausgangswelle first output shaft
- 52 52
- zweite Ausgangswelle second output shaft
- 53 53
- Eingangswelle input shaft
- 60 60
- Ventilbaugruppe valve assembly
- 61 61
- erstes Wegeventil first way valve
- 62 62
- zweites Wegeventil second way valve
- 63 63
- drittes Wegeventil third directional valve
- 70 70
- erster Druckregler first pressure regulator
- 71 71
- erste Regelblende first control panel
- 72 72
- Stellungssensor position sensor
- 73 73
- Sollwert-Stellvorrichtung Setpoint adjustment device
- 80 80
- zweiter Druckregler second pressure regulator
- 81 81
- zweite Regelblende second control panel
- 83 83
- Rückschlagventil check valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 791754 B1 [0002, 0007] EP 791754 B1 [0002, 0007]
- DE 10340993 A1 [0026] DE 10340993 A1 [0026]
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