DE102016224401A1 - Work hydraulic system and vehicle with the working hydraulic system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Arbeitshydrauliksystem (8) für ein Fahrzeug. Das Arbeitshydrauliksystem (8) umfasst einen hydraulischen Aktuator (11), eine Hydraulikpumpe (9) zum Antrieb des hydraulischen Aktuators (11), ein Antriebsaggregat zum Antrieb der Hydraulikpumpe (9) und einen Druckspeicher (37), wobei das Arbeitshydrauliksystem (8) dazu eingerichtet ist, den Druck innerhalb des Druckspeichers (37) zu erhöhen und den Druck innerhalb des Druckspeichers (37) zum Antrieb des hydraulischen Aktuators (11) zu nutzen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem Arbeitshydrauliksystem (8).The invention relates to a working hydraulic system (8) for a vehicle. The working hydraulic system (8) comprises a hydraulic actuator (11), a hydraulic pump (9) for driving the hydraulic actuator (11), a drive unit for driving the hydraulic pump (9) and a pressure accumulator (37), wherein the working hydraulic system (8) is set to increase the pressure within the pressure accumulator (37) and to use the pressure within the pressure accumulator (37) for driving the hydraulic actuator (11). Furthermore, the invention relates to a vehicle with the working hydraulic system (8).
Description
Die Erfindung betrifft ein Arbeitshydrauliksystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Off-Highway-Fahrzeug. Ein weiterer Anspruch ist auf ein Fahrzeug, insbesondere ein Off-Highway-Fahrzeug, mit dem Arbeitshydrauliksystem gerichtet.The invention relates to a working hydraulic system for a vehicle, in particular an off-highway vehicle. Another claim is directed to a vehicle, in particular an off-highway vehicle, with the working hydraulic system.
Verschärfte Abgasnormen für Off Highway Fahrzeuge führen dazu, dass Antriebsaggregate für entsprechende Fahrantriebe und Arbeitshydrauliksysteme kleiner dimensioniert werden („Downsizing“). Dies hat zur Folge, dass die Dynamik der Antriebsaggregate beim Momentenaufbau träger wird, was zu einem trägeren Verhalten der Arbeitshydraulik bzw. des Fahrantriebs führt. Ein Maß zur Beurteilung der Dynamik ist die sogenannte „T90“-Zeit, welche die Zeit angibt, die das Antriebsaggregat benötigt, um von 0 Nm auf 90 % des jeweiligen maximalen Drehmoments des Antriebsaggregats zu stellen. Die T90-Zeit erhöht sich mit kleiner dimensionierten Antriebsaggregaten und gleichbleibenden Momentabnahmen durch Fahrantrieb und Arbeitshydrauliksystem.Stricter emission standards for off-highway vehicles mean that drive units for corresponding travel drives and industrial hydraulics systems are dimensioned smaller ("downsizing"). This has the consequence that the dynamics of the drive units becomes sluggish during torque build-up, which leads to a sluggish behavior of the working hydraulics or the traction drive. One measure for assessing the dynamics is the so-called "T90" time, which indicates the time required by the power plant to set from 0 Nm to 90% of the respective maximum torque of the drive unit. The T90 time increases with smaller sized drive units and constant torque decreases by drive and hydraulic system.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann daher darin bestehen, ein Arbeitshydrauliksystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, welches bei gleichbleibenden Momentabnahmen durch Fahrantrieb und Arbeitshydrauliksystem und einem relativ kleinen Antriebsaggregat eine verbesserte Dynamik aufweist.An object of the present invention may therefore be to provide a working hydraulic system for a vehicle, which has improved dynamics with constant torque decreases by travel drive and working hydraulic system and a relatively small drive unit.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are subject of the dependent claims, the following description and the figures.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, wird ein Arbeitshydrauliksystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Off-Highway-Fahrzeug, bereitgestellt. Bei dem Off-Highway-Fahrzeug kann es sich - ohne darauf beschränkt zu sein - beispielsweise um eine Baumaschine handeln, insbesondere um einen Radlader. Das erfindungsgemäße Arbeitshydrauliksystem eignet sich jedoch auch prinzipiell für jedes andere Off-Highway-Fahrzeug mit einer Arbeitshydraulik.According to a first aspect of the invention, a working hydraulic system for a vehicle, in particular an off-highway vehicle, is provided. The off-highway vehicle may be, but is not limited to, a construction machine, in particular a wheel loader. However, the working hydraulic system according to the invention is also suitable in principle for any other off-highway vehicle with a working hydraulics.
Das erfindungsgemäße Arbeitshydrauliksystem umfasst einen hydraulischen Aktuator, z.B. einen Hydraulikzylinder zum Heben und Senken einer Schaufel eines Radladers. Weiterhin umfasst das Arbeitshydrauliksystem eine Hydraulikpumpe zum Antrieb des hydraulischen Aktuators und ein Antriebsaggregat zum Antrieb der Hydraulikpumpe.The working hydraulic system according to the invention comprises a hydraulic actuator, e.g. a hydraulic cylinder for raising and lowering a bucket of a wheel loader. Furthermore, the working hydraulic system comprises a hydraulic pump for driving the hydraulic actuator and a drive unit for driving the hydraulic pump.
Die Hydraulikpumpe kann hydraulische Energie erzeugen, welche insbesondere über Steuerblöcke an den hydraulischen Aktuator weitergegeben werden kann, um Arbeit zu verrichten. Bei der Hydraulikpumpe kann es sich insbesondere um eine Load-Sensing-Pumpe handeln bzw. bei dem Arbeitshydrauliksystem kann es sich um ein Load-Sensing-System mit dafür notwendigen Elementen sowie einer dafür eingerichteten Hydraulikpumpe handeln. Elektrisch geregelte Hydraulikpumpen sind für das Arbeitshydrauliksystem besonders gut geeignet, da das Fördervolumen solcher Hydraulikpumpen frei einstellbar ist.The hydraulic pump can generate hydraulic energy, which can be passed on in particular via control blocks to the hydraulic actuator to do work. The hydraulic pump may in particular be a load-sensing pump or the working hydraulic system may be a load-sensing system with elements necessary therefor and a hydraulic pump arranged therefor. Electrically controlled hydraulic pumps are particularly suitable for the working hydraulic system, as the delivery volume of such hydraulic pumps is freely adjustable.
Das Antriebsaggregat kann beispielsweise einen Verbrennungskraftmotor umfassen, welcher direkt oder über ein Getriebe zumindest eine Ausgangswelle antreiben kann. Die Ausgangswelle wird auch als Zapfwelle oder Power Take Off (PTO) bezeichnet und kann mit der Hydraulikpumpe gekoppelt werden, um diese anzutreiben. Weiterhin umfasst das Arbeitshydrauliksystem einen Druckspeicher, insbesondere einen hydropneumatischen Druckspeicher, wobei das Arbeitshydrauliksystem dazu eingerichtet ist, den Druck innerhalb des Druckspeichers zu erhöhen und den Druck innerhalb des Druckspeichers zum Antrieb des hydraulischen Aktuators zu nutzen.The drive unit may comprise, for example, an internal combustion engine which can drive at least one output shaft directly or via a transmission. The output shaft is also referred to as PTO or Power Take Off (PTO) and can be coupled to the hydraulic pump to drive it. Furthermore, the working hydraulic system comprises a pressure accumulator, in particular a hydropneumatic accumulator, wherein the working hydraulic system is adapted to increase the pressure within the pressure accumulator and to use the pressure within the pressure accumulator to drive the hydraulic actuator.
Ein Kern der Erfindung liegt insbesondere darin, in Situationen, in welchen das Arbeitshydrauliksystem bzw. dessen Antriebsaggregat ausreichend Leistungsreserven aufweist, Energie in dem Druckspeicher zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder in das Arbeitshydrauliksystem einzuspeisen. Dies kann beispielsweise bei Verzögerungsvorgängen über die Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems erfolgen, was insbesondere bei hohen Verzögerungen mit anschließenden Richtungswechsel den Vorteil hat, dass zum Bereitstellen der Verzögerungsenergie kein zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt werden muss und in einem Wandler sowie in einer Kupplung in Wärme umgewandelt werden muss. Folglich kann Kraftstoff eingespart werden.A core of the invention is, in particular, in situations in which the working hydraulic system or its drive unit has sufficient power reserves to store energy in the pressure accumulator and feed it back into the working hydraulic system at a later time. This can be done, for example, during deceleration processes via the hydraulic pump of the working hydraulic system, which has the advantage, in particular at high delays with subsequent change of direction, that no additional fuel has to be injected to provide the deceleration energy and must be converted into heat in a converter and in a clutch. Consequently, fuel can be saved.
Sofern es sich bei dem hydraulischen Aktuator beispielsweise um einen Hydraulikzylinder zur Betätigung einer Schaufel eines Radladers handelt, kann bei einem Senken der Schaufel über den Hydraulikzylinder potentielle Energie in dem bevorzugt hydropneumatischen Druckspeicher gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt wieder in das Arbeitshydrauliksystem eingespeist werden.If the hydraulic actuator is a hydraulic cylinder for actuating a blade of a wheel loader, for example, potential energy can be stored in the preferably hydropneumatic pressure accumulator when the blade is lowered via the hydraulic cylinder and fed back into the working hydraulic system at a later point in time.
Beim Auftreten von Lastspitzen, welche die Leistung des Antriebsaggregats überschreiten, kann weiterhin durch den Druckspeicher zusätzliche Energie bereitgestellt werden. Lastspitzen treten vor allem dann auf, wenn ein Fahrantrieb und der hydraulische Aktuator gleichzeitig Leistung von dem Antriebsaggregat benötigen. Die Lastspitzen bestimmen daher bei der Auslegung die Größe des Antriebsaggregats. Das erfindungsgemäße Arbeitshydrauliksystem ermöglicht eine Glättung der Lastspitzen und eine Reduzierung der benötigten Spitzenleistung bzw. des benötigten Spitzenmoments des Antriebsaggregats.In the event of load peaks that exceed the power of the drive unit, additional energy can still be provided by the pressure accumulator. Load peaks occur especially when a travel drive and the hydraulic actuator simultaneously require power from the drive unit. The load peaks therefore determine the size of the drive unit in the design. The working hydraulic system according to the invention enables a smoothing of the load peaks and a reduction of the required peak power or the required peak torque of the drive unit.
Ferner weisen mechanisch-hydraulisch leistungsverzweigte Getriebe durch ihre Bauart eine deutlich trägere Verzögerung auf wie vergleichbare Wandlergetriebe. Bei Verzögerungsvorgängen aus höheren Geschwindigkeiten, insbesondere bei Geschwindigkeiten oberhalb von 4 km/h, kann bei mechanisch-hydraulisch leistungsverzweigten Getrieben die Verzögerung ausschließlich über das Schleppmoment des Rotors bzw. des Antriebsaggregats und bei Belastung der Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems erfolgen (beispielsweise durch ein Heben einer Schaufel eines Radladers mittels des hydraulischen Aktuators). In dieser Situation ermöglicht das erfindungsgemäße Arbeitshydrauliksystem die Bereitstellung eines zusätzlichen Moments über die Hydraulikpumpe, in dem die Hydraulikpumpe den Druckspeicher befüllt. Dadurch wird ein höheres Verzögerungsmoment erzeugt, wodurch ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Arbeitshydrauliksystem, insbesondere ein Radlader, schneller ohne Bremseingriff wenden bzw. halten kann.Furthermore, mechanically-hydraulically power-split transmissions have a significantly slower delay due to their construction than comparable transducers. In deceleration operations from higher speeds, especially at speeds above 4 km / h, in mechanical-hydraulic power-split transmissions, the deceleration can be done exclusively via the drag torque of the rotor or the drive unit and load the hydraulic pump of the working hydraulic system (for example, by lifting a blade a wheel loader by means of the hydraulic actuator). In this situation, the working hydraulic system according to the invention enables the provision of an additional torque via the hydraulic pump, in which the hydraulic pump fills the pressure accumulator. As a result, a higher deceleration torque is generated, as a result of which a vehicle with the working hydraulic system according to the invention, in particular a wheel loader, can turn or hold faster without braking intervention.
Das Laden des Druckspeichers kann somit bei einer Verzögerung eines Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Arbeitshydrauliksystem erfolgen, indem zum Schleppmoment des Antriebsaggregats ein zusätzliches Moment durch das Arbeitshydrauliksystem aufgebaut wird. Das Arbeitshydrauliksystem bzw. dessen Hydraulikpumpe füllt auf diese Weise den Druckspeicher und das Fahrzeug wird verzögert. Weiterhin kann Energie in dem Druckspeicher in Situationen gespeichert werden, in welchen nur ein Bruchteil des Motormoments bzw. des Moments des Antriebsaggregats abgerufen wird und in denen das Arbeitshydrauliksystem keine Leistung abnimmt. Dies führt zwar kurzfristig zu einem Mehrverbrauch, allerdings kann die Befüllung des Druckspeichers auch derart angewendet werden, dass das Motorkennfeld des Antriebsaggregats in effizientere Bereiche verschoben wird.The loading of the pressure accumulator can thus take place in a deceleration of a vehicle with the working hydraulic system according to the invention by an additional torque is built up by the working hydraulic system for drag torque of the drive unit. The working hydraulic system or its hydraulic pump fills in this way the accumulator and the vehicle is decelerated. Furthermore, energy can be stored in the accumulator in situations in which only a fraction of the engine torque or the moment of the drive unit is retrieved and in which the working hydraulic system does not decrease power. Although this leads in the short term to an increase in consumption, however, the filling of the pressure accumulator can also be applied in such a way that the engine map of the drive unit is moved into more efficient areas.
Das Entladen des Druckspeichers und die damit verbundene Speisung des Arbeitshydrauliksystems mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher („Boosten“) kann dazu benutzt werden, Dynamiknachteile zu kompensieren, welche dadurch entstehen, dass zur Einhaltung verschärfter Abgasnormen relativ kleine Antriebsaggregate eingesetzt werden. Der Druckspeicher kann das Arbeitshydrauliksystem mit hydraulischen Energie versorgen, wodurch das Antriebsaggregat lediglich die Energie für einen Antriebsstrang (Fahrenergie) aufbringen muss. Da das Antriebsaggregat vor allem dann sein maximales Drehmoment zur Verfügung stellen muss, wenn der Fahrantrieb und das Arbeitshydrauliksystem gleichzeitig Energie benötigen, kann das maximal benötigte Drehmoment gesenkt werden. Das Antriebsaggregat muss daher lediglich ein Anfahrmoment zur Verfügung stellen, welches sich aus der Differenz zwischen dem Moment des Fahrantriebs und der Arbeitshydraulik, zumindest aber dem Moment der Arbeitshydraulik abzüglich des „zugeboosteten“ Moments des Hybridsystems ergibt.The unloading of the pressure accumulator and the associated supply of hydraulic power from the pressure accumulator hydraulic system ("Boosten") can be used to compensate for dynamics disadvantages, which arise from the fact that are used to comply with more stringent emission standards relatively small drive units. The pressure accumulator can supply the working hydraulic system with hydraulic energy, whereby the drive unit only has to apply the energy for a drive train (driving energy). Since the drive unit has to provide its maximum torque, especially when the traction drive and the working hydraulic system require energy at the same time, the maximum torque required can be reduced. The drive unit must therefore provide only a starting torque available, which results from the difference between the moment of the drive and the working hydraulics, but at least the moment of the working hydraulics minus the "zugeboosteten" moment of the hybrid system.
Die Hydraulikflüssigkeit muss während des Entladens des Druckspeichers („Boosten“) nicht zwingend in einen Tank des Arbeitshydrauliksystems fließen. Ebenfalls muss die Hydraulikflüssigkeit während des Ladens des Druckspeichers nicht zwingend aus dem Tank entnommen werden. Alternativ zu dem Tank kann wenigstens ein entsprechender zusätzlicher Niederdruckspeichervorgesehen sein.The hydraulic fluid does not necessarily have to flow into a tank of the working hydraulic system during unloading of the pressure accumulator ("boosting"). Likewise, the hydraulic fluid does not necessarily have to be removed from the tank during charging of the pressure accumulator. As an alternative to the tank, at least one corresponding additional low-pressure accumulator may be provided.
Das erfindungsgemäße Arbeitshydrauliksystem ermöglicht insbesondere, dass für eine ausreichende Speisung des hydraulischen Aktuators keine zusätzliche Hydraulikpumpe oder kein zusätzlicher Hydraulikmotor benötigt wird, sondern vorhandene Komponenten genutzt werden können. Weiterhin ist es nicht notwendig, Energie zu wandeln, wodurch Wandelverluste vermieden werden können. Dies bedeutet, dass hydraulische Energie nicht erst in einem Hydraulikmotor in mechanische Energie umgewandelt werden muss, sondern direkt aus dem Druckspeicher in entsprechende Abschnitte des Arbeitshydrauliksystems eingespeist werden kann.The working hydraulic system according to the invention makes it possible, in particular, that no additional hydraulic pump or additional hydraulic motor is required for a sufficient supply of the hydraulic actuator, but that existing components can be used. Furthermore, it is not necessary to convert energy, whereby conversion losses can be avoided. This means that hydraulic energy does not first have to be converted into mechanical energy in a hydraulic motor, but can be fed directly from the pressure accumulator into corresponding sections of the working hydraulic system.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann das Arbeitshydrauliksystem dazu eingerichtet sein, den Druck innerhalb des Druckspeichers mittels der Hydraulikpumpe zu erhöhen. Die Hydraulikpumpe kann beispielsweise über einen PTO des Antriebsaggregats angetrieben werden. Die Hydraulikpumpe erzeugt Energie, welche zum Verrichten der Arbeiten des hydraulischen Aktuators benötigt wird. Zwischen der Hydraulikpumpe und dem hydraulischen Aktuator kann ein Steuerventil angeordnet sein, welches durch einen Bediener des Arbeitshydrauliksystems betätigt werden kann. Sofern es sich bei dem Arbeitshydrauliksystem um ein Load-Sensing-System mit dafür notwendigen Elementen und einer dafür eingerichteten Hydraulikpumpe handelt, kann die Hydraulikpumpe erkennen, dass das Steuerventil betätigt worden ist, und ein durch die Hydraulikpumpe erzeugter Volumenstrom und Druck kann erhöht werden. In diesem Fall steigt die Aufnahmeleistung der Hydraulikpumpe und der hydraulische Aktuator wird betätigt bzw. bewegt sich, wodurch beispielsweise eine Schaufel eines Radladers nach oben bewegt wird. Sofern eine gewünschte Position erreicht ist, kann das Steuerventil durch den Benutzer wieder geschlossen werden, wodurch der Volumenstrom der Hydraulikpumpe durch das Load-Sensing-System reduziert wird. Der Druckspeicher kann beispielsweise hydraulisch parallel zu dem hydraulischen Aktuator bzw. zu einer Zulaufleitung, welche von der Hydraulikpumpe zu dem hydraulischen Aktuator führt, angeordnet sein, wobei sowohl der hydraulische Aktuator als auch der Druckspeicher durch die Hydraulikpumpe gespeist werden können.According to a first embodiment, the working hydraulic system may be configured to increase the pressure within the pressure accumulator by means of the hydraulic pump. The hydraulic pump can be driven for example via a PTO of the drive unit. The hydraulic pump generates energy needed to perform the work of the hydraulic actuator. Between the hydraulic pump and the hydraulic actuator, a control valve can be arranged, which can be actuated by an operator of the working hydraulic system. If the working hydraulic system is a load-sensing system with necessary elements and a hydraulic pump arranged therefor, the hydraulic pump can recognize that the control valve has been actuated, and a volumetric flow and pressure generated by the hydraulic pump can be increased. In this case, the pickup power of the hydraulic pump increases, and the hydraulic actuator is operated to move, for example, a bucket of a wheel loader upward. If a desired position is reached, the control valve can be closed again by the user, whereby the volume flow of the hydraulic pump is reduced by the load-sensing system. The accumulator, for example, hydraulically be arranged parallel to the hydraulic actuator or to a supply line which leads from the hydraulic pump to the hydraulic actuator, wherein both the hydraulic actuator and the pressure accumulator can be fed by the hydraulic pump.
Zum Speichern von hydraulischer Energie in dem Druckspeicher kann der Druck der Hydraulikpumpe erhöht werden. Beim Einsatz eines Load-Sensing-Systems könnte dieses beispielsweise dadurch manipuliert werden, dass über ein Ventil der Druck im Druckspeicher auf einen Druckvergleich des Load-Sensing-Systems wirkt, wodurch der Volumenstrom und der Druck der Hydraulikpumpe gesteigert werden können. Sobald der Druck außerhalb des Druckspeichers höher ist als der Druck innerhalb des Druckspeichers, kann der Druckspeicher befüllt werden, z.B. durch Öffnen eines Ventils, welches vor dem Druckspeicher angeordnet ist. Hydraulikflüssigkeit kann dann in den Druckspeicher strömen und insbesondere eine Glasblase eines hydropneumatischen Druckspeichers verdichten. Mit andauernder Befüllung steigt der Druck innerhalb des Druckspeichers. Zum beabsichtigten Beenden eines Ladevorgangs des Druckspeichers (insbesondere wenn ein zulässiger maximaler Druck innerhalb des Druckspeichers erreicht ist) oder bei Abbruch der Befüllung des Druckspeichers (insbesondere wenn der hydraulische Aktuator betätigt werden soll) kann das vor dem Druckspeicher angeordnete Ventil geschlossen werden.For storing hydraulic energy in the pressure accumulator, the pressure of the hydraulic pump can be increased. When using a load-sensing system, this could be manipulated, for example, by acting via a valve, the pressure in the accumulator to a pressure comparison of the load-sensing system, whereby the flow and the pressure of the hydraulic pump can be increased. Once the pressure outside the accumulator is higher than the pressure within the accumulator, the accumulator can be filled, e.g. by opening a valve, which is arranged in front of the pressure accumulator. Hydraulic fluid can then flow into the pressure accumulator and in particular compress a glass bubble of a hydropneumatic pressure accumulator. With continuous filling, the pressure within the accumulator increases. For the intended termination of a charging process of the pressure accumulator (in particular when a permissible maximum pressure is reached within the pressure accumulator) or at the termination of the filling of the pressure accumulator (in particular when the hydraulic actuator is to be actuated), the valve arranged in front of the pressure accumulator can be closed.
Um das Arbeitshydrauliksystem mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher zu speisen, kann beispielsweise ein vor dem Druckspeicher angeordnetes Ventil geöffnet werden. Bei Einsatz eines Load-Sensing-Systems wird der Volumenstrom der Hydraulikpumpe reduziert, wodurch die Leistungsaufnahme der Hydraulikpumpe sinkt und das Antriebsaggregat entlastet wird.To feed the working hydraulic system with pressurized hydraulic fluid from the accumulator, for example, a valve arranged in front of the accumulator valve can be opened. When using a load-sensing system, the volume flow of the hydraulic pump is reduced, whereby the power consumption of the hydraulic pump decreases and the drive unit is relieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Arbeitshydrauliksystem dazu eingerichtet sein, den Druck innerhalb des Druckspeichers mittels des hydraulischen Aktuators zu erhöhen. Insbesondere wenn der hydraulische Aktuator dazu dient, eine Last anzuheben, z.B. eine Schaufel eines Radladers zu betätigen, kann durch ein Senken der Last freigesetzte potentielle Energie in dem Druckspeicher beispielsweise über eine Rückleitung bzw. einen Rücklauf innerhalb des Arbeitshydrauliksystems gespeichert werden. Zu einem späteren Zeitpunkt kann in dem Druckspeicher gespeicherte potentielle Energie wieder in entsprechende Abschnitte des Arbeitshydrauliksystems eingespeist werden. Weiterhin können der hydraulische Aktuator und die Hydraulikpumpe auch derart hydraulisch mit dem Druckspeicher gekoppelt werden, dass der Druckspeicher durch den hydraulischen Aktuator und die Hydraulikpumpe gleichzeitig befüllt wird.According to a further embodiment, the working hydraulic system may be configured to increase the pressure within the pressure accumulator by means of the hydraulic actuator. In particular, when the hydraulic actuator serves to lift a load, e.g. To operate a bucket of a wheel loader, potential energy released by lowering the load can be stored in the accumulator, for example, via a return line within the working hydraulic system. At a later time stored in the pressure accumulator potential energy can be fed back into corresponding sections of the hydraulic system work. Furthermore, the hydraulic actuator and the hydraulic pump can also be hydraulically coupled to the pressure accumulator such that the pressure accumulator is filled by the hydraulic actuator and the hydraulic pump at the same time.
Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass der hydraulische Aktuator umgekehrt angesteuert wird, was jedoch lediglich bei elektrisch ansteuerbaren Hydraulikpumpen möglich ist. Unter „umgekehrt angesteuert“ kann in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass Hydraulikflüssigkeit des Arbeitshydrauliksystems beim Senken einer Last, z.B. einer Schaufel eines Radladers, und damit korrespondierende Bewegung bzw. Betätigung des hydraulischen Aktuators in den Druckspeicher fließt, bei Vorsehen eines Load-Sensing-Systems insbesondere über ein Wechselventil und über eine Druckwaage. In diesem Falle wird eine Rücklaufleitung bzw. ein Rücklauf zu einem Vorlauf bzw. zu einer Vorlaufleitung und umgekehrt, wobei über den Rücklauf Hydraulikflüssigkeit aus einem entsprechenden Tank des Arbeitshydrauliksystems angesaugt werden kann.This can be done in particular by the fact that the hydraulic actuator is reversely controlled, but this is only possible with electrically controllable hydraulic pumps. In this context, "reversely actuated" can be understood in particular to mean that hydraulic fluid of the working hydraulic system is lowered when a load, e.g. a blade of a wheel loader, and thus corresponding movement or actuation of the hydraulic actuator flows into the pressure accumulator, in providing a load-sensing system, in particular via a shuttle valve and a pressure compensator. In this case, a return line or a return to a flow or to a flow line and vice versa, via the return hydraulic fluid can be sucked from a corresponding tank of the working hydraulic system.
Das Arbeitshydrauliksystem kann weiterhin einen Drucksensor innerhalb einer Rückleitung zwischen dem hydraulischen Aktuator und einem Tank des Arbeitshydrauliksystems umfassen, wobei das Arbeitshydrauliksystem dazu eingerichtet ist, die Rückleitung mit dem Druckspeicher zu verbinden, sofern der Druck innerhalb der Rückleitung einen festgelegten Grenzwert überschreitet. Der Volumenstrom innerhalb der Rückleitung kann dabei insbesondere derart gesteuert werden, dass ein Benutzer des Arbeitshydrauliksystems kein trägeres Absenkverhalten einer mechanischen Last, z.B. einer Schaufel eines Radladers, durch den hydraulischen Aktuator bemerkt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Teil des Volumenstroms innerhalb der Rückleitung in einen Öltank des Arbeitshydrauliksystems abgelassen wird, z.B. über eine Steuerblende.The working hydraulic system may further include a pressure sensor within a return line between the hydraulic actuator and a tank of the working hydraulic system, wherein the working hydraulic system is adapted to connect the return line to the accumulator, if the pressure within the return line exceeds a predetermined limit. In particular, the volume flow within the return line can be controlled in such a way that a user of the working hydraulic system does not experience a slowdown of a mechanical load, e.g. a bucket of a wheel loader, noticed by the hydraulic actuator. This can be done, for example, by venting part of the volume flow within the return line into an oil tank of the working hydraulic system, e.g. via a control panel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Arbeitshydrauliksystem weiterhin einen Steuerungsblock, wobei der Steuerungsblock dazu eingerichtet ist, eine Druckerhöhung innerhalb des Druckspeichers zu steuern. Der Steuerungsblock kann insbesondere ein steuerbares Wegeventil umfassen. Beispielsweise kann der Steuerungsblock wenigstens ein Wegeventil und eine Steuerungseinheit zur Verstellung einer Schaltstellung des Wegeventils umfassen, wobei das Wegeventil mit der Hydraulikpumpe einerseits und mit dem bevorzugt hydropneumatischen Druckspeicher andererseits verbunden ist. Unter „verbunden“ kann im Folgenden insbesondere verstanden werden, dass entsprechende Elemente hydraulisch derart miteinander verbunden sind, dass Hydraulikflüssigkeit von einem Element zu dem anderen Element strömen kann. In einer besonders einfachen Ausführung kann z.B. ein 2/2-Wegeventil zum Einsatz kommen, wobei das 2/2-Wegeventil durch die Steuerungseinheit steuerbar ist und wobei ein Eingang mit der Hydraulikpumpe sowie ein Ausgang mit dem Druckspeicher verbunden ist. In einer ersten Schaltstellung können der Eingang und der Ausgang abgesperrt sein, und in einer zweiten Schaltstellung können der Eingang und der Ausgang miteinander verbunden sein. Das 2/2-Wegeventil kann z.B. in der ersten Stellung federvorgespannt sein und entgegen der Vorspannung mittels eines ansteuerbaren Elektromagnets in die zweite Stellung gebracht werden, wobei die Steuerungseinheit den Elektromagneten entsprechend ansteuern kann. Der Steuerungsblock ermöglicht eine bedarfsgerechte und einfache Steuerung bzw. Regelung des Befüllens bzw. Entleeren des Druckspeichers mittels Hydraulikflüssigkeit des Arbeitshydrauliksystems.According to a further embodiment, the working hydraulic system further comprises a control block, wherein the control block is adapted to control a pressure increase within the pressure accumulator. The control block may in particular comprise a controllable directional control valve. For example, the control block may comprise at least one directional control valve and a control unit for adjusting a switching position of the directional control valve, wherein the directional control valve is connected to the hydraulic pump on the one hand and with the preferred hydropneumatic pressure accumulator on the other hand. In the following, "connected" can be understood in particular to mean that corresponding elements are hydraulically connected to one another such that hydraulic fluid can flow from one element to the other element. In a particularly simple embodiment, for example, a 2/2-way valve can be used, wherein the 2/2-way valve controlled by the control unit is and wherein an input to the hydraulic pump and an output connected to the pressure accumulator. In a first switching position, the input and the output can be shut off, and in a second switching position, the input and the output can be connected to each other. The 2/2-way valve may, for example, be spring-biased in the first position and be brought against the bias by means of a controllable electromagnet in the second position, wherein the control unit can control the solenoid accordingly. The control block allows demand-driven and simple control or regulation of the filling or emptying of the pressure accumulator by means of hydraulic fluid of the working hydraulic system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Arbeitshydrauliksystem weiterhin einen Hydraulikmotor, wobei das Arbeitshydrauliksystem dazu eingerichtet ist, den Hydraulikmotor mittels des Druckspeichers anzutreiben, und wobei der Hydraulikmotor dazu eingerichtet ist, die Hydraulikpumpe und/oder das Antriebsaggregat anzutreiben. Mittels des zusätzlichen Hydraulikmotors, welcher insbesondere von einem PTO des Antriebsaggregats angetrieben werden kann, kann in dem Druckspeicher gespeicherte Energie wieder in mechanische Energie umgewandelt werden und in das Gesamtsystem zurück gespeist werden. Daraus ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass auch ein Fahrantrieb eines mit dem erfindungsgemäßen Arbeitshydrauliksystem ausgestatteten Fahrzeugs bzw. das den Fahrantrieb antreibende Antriebsaggregat in jeder Situation unterstützt werden kann. Außerdem kann der Druckspeicher besonders klein dimensioniert werden, da eine nutzbare Druckdifferenz des Druckspeichers insbesondere zwischen 110 und 330 bar liegen kann, was einer Druckdifferenz zwischen dem Druckspeicher und einem Tank des Arbeitshydrauliksystems entspricht anstatt einer Druckdifferenz zwischen dem Druckspeicher und einem Druck innerhalb des Arbeitshydrauliksystems. Weiterhin kann die Druckdifferenz auch problemlos über 400 bar liegen. Der zusätzliche Hydraulikmotor kann in Reihe mit der Hydraulikpumpe an ein und demselben PTO angeordnet sein. Der zusätzlich Hydraulikmotor und die Hydraulikpumpe können weiterhin parallel zueinander angeordnet sein und von unterschiedlichen PTOs angetrieben werden. Ferner kann der zusätzliche Hydraulikmotor zwischen dem Antriebsaggregat und einem Getriebe angeordnet sein, welches durch das Antriebsaggregat angetrieben wird.According to a further embodiment, the working hydraulic system further comprises a hydraulic motor, wherein the working hydraulic system is adapted to drive the hydraulic motor by means of the pressure accumulator, and wherein the hydraulic motor is adapted to drive the hydraulic pump and / or the drive unit. By means of the additional hydraulic motor, which can be driven in particular by a PTO of the drive unit, energy stored in the pressure accumulator can be converted back into mechanical energy and fed back into the overall system. This results in particular the advantage that a drive of a vehicle equipped with the working hydraulic system according to the invention or the vehicle driving the drive unit can be supported in any situation. In addition, the accumulator can be particularly small dimensions, since a usable pressure difference of the pressure accumulator can be between 110 and 330 bar, which corresponds to a pressure difference between the pressure accumulator and a tank of the working hydraulic system instead of a pressure difference between the pressure accumulator and a pressure within the working hydraulic system. Furthermore, the pressure difference can easily be above 400 bar. The additional hydraulic motor may be arranged in series with the hydraulic pump on one and the same PTO. The additional hydraulic motor and the hydraulic pump can continue to be arranged parallel to each other and driven by different PTOs. Furthermore, the additional hydraulic motor between the drive unit and a transmission may be arranged, which is driven by the drive unit.
Weiterhin kann der Druckspeicher als lastgesteuerter Verbraucher in das Arbeitshydrauliksystem integriert sein. Dies bietet sich insbesondere im Zusammenhang mit der im vorigen Absatz beschriebenen Ausführungsform an, sofern diese als Load-Sensing-System ausgeführt ist, wie dies bei modernen Baumaschinen typischerweise der Fall ist.Furthermore, the pressure accumulator can be integrated as a load-controlled consumer in the working hydraulic system. This is particularly appropriate in connection with the embodiment described in the previous paragraph, if this is designed as a load-sensing system, as is typically the case in modern construction equipment.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Arbeitshydrauliksystem weiterhin eine verstellbare (kombinierte) Hydraulikpumpen-/Motoreinheit, wobei das Arbeitshydrauliksystem dazu eingerichtet ist, den Druck innerhalb des Druckspeichers mittels der Hydraulikpumpen-/Motoreinheit zu erhöhen. Weiterhin kann durch die Motorfunktion der Hydraulikpumpen-/Motoreinheit das Antriebsaggregat und/oder die Hydraulikpumpe unterstützt werden. Die verstellbare Hydraulikpumpen-/Motoreinheit kann in Reihe mit der Hydraulikpumpe an ein und demselben PTO angeordnet sein. Die verstellbare Hydraulikpumpen-/Motoreinheit und die Hydraulikpumpe können weiterhin parallel zueinander angeordnet sein und von unterschiedlichen PTOs angetrieben werden. Ferner kann die verstellbare Hydraulikpumpen-/Motoreinheit zwischen dem Antriebsaggregat und einem Getriebe angeordnet sein, welches durch das Antriebsaggregat angetrieben wird.According to another embodiment, the working hydraulic system further comprises an adjustable (combined) hydraulic pump / motor unit, wherein the working hydraulic system is adapted to increase the pressure within the accumulator by means of the hydraulic pump / motor unit. Furthermore, by the engine function of the hydraulic pump / motor unit, the drive unit and / or the hydraulic pump can be supported. The adjustable hydraulic pump / motor unit may be arranged in series with the hydraulic pump on one and the same PTO. The adjustable hydraulic pump / motor unit and the hydraulic pump may further be arranged parallel to each other and driven by different PTOs. Furthermore, the adjustable hydraulic pump / motor unit may be arranged between the drive unit and a transmission which is driven by the drive unit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Arbeitshydrauliksystem weiterhin eine verstellbare weitere Hydraulikpumpe und einen verstellbaren Hydraulikmotor, wobei das Arbeitshydrauliksystem dazu eingerichtet ist, den Druck innerhalb des Druckspeichers mittels der weiteren Hydraulikpumpe zu erhöhen und den Hydraulikmotor mittels des Druckspeichers anzutreiben, und wobei der Hydraulikmotor dazu eingerichtet ist, die Hydraulikpumpe und/oder das Antriebsaggregat anzutreiben. Die weitere Hydraulikpumpe oder der Hydraulikmotor kann in Reihe mit der Hydraulikpumpe an ein und demselben PTO angeordnet sein, wobei der nicht mit der Hydraulikpumpe in Reihe geschaltete Hydrostat von einem anderen PTO des Antriebsaggregats angetrieben werden kann. Weiterhin kann die weitere Hydraulikpumpe in Reihe mit dem Hydraulikmotor an ein und demselben PTO angeordnet sein, wobei die Hydraulikpumpe von einem anderen PTO des Antriebsaggregats angetrieben werden kann. Ferner können die weitere Hydraulikpumpe und der Hydraulikmotor zwischen dem Antriebsaggregat und einem Getriebe angeordnet sein, welches durch das Antriebsaggregat angetrieben wird. Ferner können die weitere Hydraulikpumpe und der Hydraulikmotor auch ohne eine Hydraulikpumpe des Arbeitshydrauliksystems angebunden sein.According to a further embodiment, the working hydraulic system further comprises an adjustable further hydraulic pump and an adjustable hydraulic motor, wherein the working hydraulic system is adapted to increase the pressure within the pressure accumulator by means of the further hydraulic pump and to drive the hydraulic motor by means of the pressure accumulator, and wherein the hydraulic motor is arranged to drive the hydraulic pump and / or the drive unit. The further hydraulic pump or the hydraulic motor may be arranged in series with the hydraulic pump on one and the same PTO, wherein the not connected to the hydraulic pump in series hydrostat can be driven by another PTO of the drive unit. Furthermore, the further hydraulic pump can be arranged in series with the hydraulic motor on one and the same PTO, wherein the hydraulic pump can be driven by another PTO of the drive unit. Further, the further hydraulic pump and the hydraulic motor between the drive unit and a transmission may be arranged, which is driven by the drive unit. Furthermore, the further hydraulic pump and the hydraulic motor may be connected without a hydraulic pump of the working hydraulic system.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, insbesondere ein Off-Highway-Fahrzeug, welches ein Arbeitshydrauliksystem nach dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst.According to a second aspect of the invention there is provided a vehicle, in particular an off-highway vehicle, which comprises a working hydraulic system according to the first aspect of the invention.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
-
1 eine Draufsicht auf einen Antrieb eines Off-Highway-Fahrzeugs, -
2 einen Hydraulikschaltplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Arbeitshydrauliksystems mit einem Druckspeicher fürdas Fahrzeug nach 1 , -
3 das Arbeitshydrauliksystem nach 2 in alternativer Konfiguration, -
4 das Arbeitshydrauliksystem nach 2 in weiterer alternativer Konfiguration, -
5 das Arbeitshydrauliksystem nach 2 in weiterer alternativer Konfiguration mit einem Hydraulikmotor, -
6 das Arbeitshydrauliksystem nach 2 in weiterer alternativer Konfiguration mit einem als lastgesteuerter Verbraucher integrierten Druckspeicher, -
7 das Arbeitshydrauliksystem nach 2 in weiterer alternativer Konfiguration mit einer verstellbaren Hydraulikpumpen-/Motoreinheit an einem PTO und -
8 das Arbeitshydrauliksystem nach 7 in weiterer alternativer Konfiguration mit einer verstellbaren Pumpe und einem verstellbarem Motor an einem PTO.
-
1 a top view of a drive of an off-highway vehicle, -
2 a hydraulic circuit diagram of an embodiment of a working hydraulic system according to the invention with a pressure accumulator for the vehicle after1 . -
3 the working hydraulic system after2 in an alternative configuration, -
4 the working hydraulic system after2 in a further alternative configuration, -
5 the working hydraulic system after2 in a further alternative configuration with a hydraulic motor, -
6 the working hydraulic system after2 in a further alternative configuration with an accumulator integrated as load-controlled consumer, -
7 the working hydraulic system after2 in another alternative configuration with an adjustable hydraulic pump / motor unit on a PTO and -
8th the working hydraulic system after7 in another alternative configuration with an adjustable pump and an adjustable motor on a PTO.
Das Getriebe
Die Vorlaufleitung
Vor dem Hydraulikzylinder
Das Wechselventil
Die Hydraulikpumpe
Das Arbeitshydrauliksystem
Der Steuerblock
In dem durch
Zum Speichern der Energie kann der Druck der Hydraulikpumpe
Zum Entleeren des Druckspeichers
Bei einer Verzögerung bzw. bei einem Abbremsen des Fahrzeugs
Bei dem Wegeventil
Das Wegeventil
Der Volumenstrom Hydraulikflüssigkeit, welcher aus der Rücklaufleitung
Das Wegeventil
Bei dem durch
Das durch
Sofern das Wegeventil
In dem durch
Um den Druckspeicher
In dem durch
In der durch
In dem durch
Das durch
In der durch
Das durch
Bezugszeichen
- PTO
- Power-Take-Off
- T
- Tank
- 1
- Antriebsaggregat
- 2
- Off-Highway-Fahrzeug
- 3
- Getriebe
- 4
- Ausgangswelle
- 5
- Ausgangswelle
- 6
- Vorderachse
- 7
- Hinterachse
- 8
- Arbeitshydrauliksystem
- 9
- Hydraulikpumpe
- 10
- Zulaufleitung
- 10.1
- erster Zweig
- 10.2
- zweiter Zweig
- 11
- Hydraulikzylinder
- 12
- weiterer Verbraucher
- 13
- Rückschlagventil
- 14
- Steuerblende
- 14.1
- Steuerblende
- 15
- Druckwaage
- 16
- Steuerleitung
- 17
- Steuerleitung
- 18
- Steuerleitung
- 19
- Steuerleitung
- 20
- Steuerleitung
- 21
- Steuerleitung
- 22
- Druckvergleichsventil
- 23
- Hydraulikzylinder
- 24
- erster eingangsseitiger Anschluss
- 25
- zweiter eingangsseitiger Anschluss
- 26
- Rücklaufleitung
- 27
- erster ausgangsseitiger Anschluss
- 28
- zweiter ausgangsseitiger Anschluss
- 29
- dritter ausgangsseitiger Anschluss
- 30
- erste Verbindungsleitung
- 31
- erster Arbeitsraum
- 32
- zweite Verbindungsleitung
- 33
- zweiter Arbeitsraum
- 34
- Kolben
- 35
- Kolbenstange
- 36
- Zylinderbuchse
- 37
- Druckspeicher
- 38
- Steuerblock
- 39
- Wegeventil
- 40
- Steuerungseinheit
- 41
- eingangsseitiger Anschluss
- 42
- ausgangsseitiger Anschluss
- 43
- Elektromagnet
- 44
- Drucksensor
- 45
- erste eingangsseitiger Anschluss
- 46
- zweiter eingangsseitiger Anschluss
- 47
- ausgangsseitiger Anschluss
- 48
- Hydraulikmotor
- 49
- Wegeventil
- 50
- Versorgungsleitung
- 51
- Zweig der Versorgungsleitung
- 52
- Hydraulikpumpen-/Motoreinheit
- 53
- verstellbare Pumpe
- 54
- verstellbarer Motor
- PTO
- Power-Take-Off
- T
- tank
- 1
- power unit
- 2
- Off-highway vehicle
- 3
- transmission
- 4
- output shaft
- 5
- output shaft
- 6
- Front
- 7
- rear axle
- 8th
- Working hydraulic system
- 9
- hydraulic pump
- 10
- supply line
- 10.1
- first branch
- 10.2
- second branch
- 11
- hydraulic cylinders
- 12
- other consumers
- 13
- check valve
- 14
- control panel
- 14.1
- control panel
- 15
- pressure compensator
- 16
- control line
- 17
- control line
- 18
- control line
- 19
- control line
- 20
- control line
- 21
- control line
- 22
- Pressure comparison valve
- 23
- hydraulic cylinders
- 24
- first input-side connection
- 25
- second input-side connection
- 26
- Return line
- 27
- first output side connection
- 28
- second output side connection
- 29
- third output side connection
- 30
- first connection line
- 31
- first working space
- 32
- second connection line
- 33
- second workspace
- 34
- piston
- 35
- piston rod
- 36
- cylinder liner
- 37
- accumulator
- 38
- control block
- 39
- way valve
- 40
- control unit
- 41
- input side connection
- 42
- output side connection
- 43
- electromagnet
- 44
- pressure sensor
- 45
- first input side connection
- 46
- second input-side connection
- 47
- output side connection
- 48
- hydraulic motor
- 49
- way valve
- 50
- supply line
- 51
- Branch of supply line
- 52
- Hydraulic pump / motor unit
- 53
- adjustable pump
- 54
- adjustable engine
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102016224401.9A DE102016224401A1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Work hydraulic system and vehicle with the working hydraulic system |
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Publications (1)
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---|---|
DE102016224401A1 true DE102016224401A1 (en) | 2018-06-07 |
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ID=62164020
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DE102016224401.9A Withdrawn DE102016224401A1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Work hydraulic system and vehicle with the working hydraulic system |
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DE (1) | DE102016224401A1 (en) |
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