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Die Erfindung betrifft eine Fluidarbeitsmaschinenanordnung, welche eine künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine, die zumindest eine Arbeitskammer mit zumindest einem gesteuerten Ventil aufweist, wobei das zumindest eine gesteuerte Ventil mit einer Fluidverbindungsleitung fluidisch in Verbindung steht. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Entlüftung einer künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine.
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Hydrauliksysteme werden bei einer großen Zahl unterschiedlicher technologischer Gebiete verwendet. Sie werden sowohl für stationäre Vorrichtungen, als auch für mobile Anwendungsfälle (einschließlich Schiffe, Landfahrzeuge und Luftfahrzeuge) verwendet.
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Aufgrund des breiten Bereichs unterschiedlicher Anwendungsfälle wurde zwischenzeitlich eine entsprechend große Anzahl unterschiedlicher Bauweisen für Hydraulikpumpen, Hydraulikmotoren und Hydraulikfluidarbeitsmaschinen (welche wahlweise sowohl als Motor, als auch als Pumpe verwendet werden können) vorgeschlagen. Alle diese unterschiedlichen Hydraulikpumpen/Hydraulikmotoren/Hydraulikfluidarbeitsmaschinen weisen ihnen immanente Vorteile und Nachteile auf, so das in Abhängigkeit der Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls unterschiedliche Bauweisen die ihnen immanenten Vorteile ausspielen können (weshalb diese entsprechend ausgewählt werden), wohingegen andere Bauweisen aufgrund der ihnen immanenten Nachteile als nachteilig bewertet werden, oder sogar ausgeschlossen werden.
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Es besteht ein Wunsch dahingehend, die immanenten Nachteile, die eine bestimmte Bauform einer Pumpe/eines Motors nach sich zieht, zu vermeiden, sodass die betreffende Bauweise universeller verwendet werden kann, und die betreffende Vorrichtung, in der der Motor/die Pumpe verwendet wird, verbessert werden kann.
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Eine besondere Bauform für Fluidpumpen / Fluidmotoren / Fluidarbeitsmaschinen ist die Bauweise der sogenannten künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine (synthetically commutated fluid working machine), die auch als „digital displacement pump“ ® oder DDP ® bekannt ist. Im Falle einer künstlich kommutierten Hydraulikpumpe wird das normalerweise verwendete passive Eingangsventil durch ein gesteuertes Ventil, typischerweise ein elektrisch gesteuertes Ventil, ersetzt. Während des Ansaugzyklusses, wenn in eine Pumpkammer mit zyklisch variablem Volumen ein Fluid eingesaugt wird, öffnet sich das gesteuerte Ventil typischerweise passiv aufgrund der zwischen dem Fluideingangskanal und dem Inneren der Pumpe entstehenden Druckdifferenz. Dementsprechend wird Fluid in die Pumpkammer eingesaugt. Sobald der Kolben der Pumpkammer seinen unteren Totpunkt erreicht hat, kehrt sich der Druckunterschied am Fluideingangsventil um. Im Unterschied zu konventionellen Pumpenbauweisen verbleibt das Eingangsventil in seiner geöffneten Stellung, sofern nicht von einer Steuerung ein (elektrisches) Signal zum Schließen des Eingangventils angelegt wird. Falls das Eingangsventil in der geöffneten Stellung verbleibt, wird das Fluid, das sich in der Pumpkammer befindet, zurück in die Eingangsleitung gedrückt. Sobald sich jedoch das Eingangsventil schließt, baut sich in der Pumpkammer ein Druck auf, und das Fluid wird über ein (üblicherweise passives) Ausgangsventil in eine Hochdruckleitung ausgestoßen. Auf diese Weise kann das Ausgabeverhalten der Pumpe von einem Pumpzyklus zum nächsten beliebig zwischen allen möglichen Pumpbruchteilen verändert werden. Darüber hinaus ist die Bauform der künstlich kommutierten Hydraulikpumpe sehr energieeffizient, da die Pumpe nur sehr wenig Energie benötigt, wenn das Fluid einfach zurück in die Fluideingangsleitung gedrückt wird (und nicht den hohen Druck in der Hochdruckleitung überwinden muss).
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Falls auch die Fluidausgangsventile durch aktive Ventile ersetzt werden, kann ein Motor oder eine kombinierte Motor-/Pumpen-Bauweise realisiert werden, bei der die unterschiedlichen Eingangs- und Ausgangsventile geeignet angesteuert werden.
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Ein besonderes Problem bei der Bauform einer künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine liegt im Anfahrverhalten von künstlich kommutierten Pumpen, insbesondere dann, wenn sie in offenen Hydraulikkreisläufen verwendet werden. Das Problem tritt auf, wenn die Pumpkammer und/oder der Fluideingangskanal (noch) nicht mit dem „korrekten Hydraulikfluid“ befüllt ist. Normalerweise handelt es sich bei dem „korrekten Hydraulikfluid“ um eine Flüssigkeit. Beim Anfahren kann sich im Eingangskanal und/oder in der Pumpkammer Umgebungsluft befinden. Am wahrscheinlichsten kommt es bei Verwendung offener Hydraulikkreisläufe zu Anfahrproblemen, insbesondere dann, wenn sich der Fluidstand des Fluidreservoirs unterhalb des Fluideingangskanals der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine befindet. In einem solchen Fall ist es der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine üblicherweise nicht möglich, selbsttätig mit dem Pumpen zu beginnen.
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Dies stellt bei derzeitigen Bauweisen, die künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschinen verwenden, ein reales Problem dar. Die bislang im Stand der Technik genutzte Lösung bestand darin, das Kurbelwellengehäuse der Fluidarbeitsmaschine unter Verwendung einer Ölzufuhrleitung manuell zu befüllen, indem man einen Spalt öffnet, Öl mittels Schwerkraft durch die Ölzufuhrleitung hindurchfließen lässt, und auf diese Weise so viel Luft wie möglich entfernt. Eine derartige Lösung kann selbstverständlich dann nicht genutzt werden, wenn sich das Hydraulikfluidreservoir unterhalb des Fluideingangskanals der künstlich kommutierten Fluidpumpe befindet, so wie dies vorab beschrieben wurde.
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Dies ist jedoch bei den meisten mobilen Anwendungsfällen der Fall, wo der Fluidvorratstank standardmäßig so angeordnet wird, dass er sich unterhalb der Fluidarbeitsmaschine befindet. Denn es ist erwünscht, dass jegliches Hydraulikfluid (einschließlich Leckageöl, jedoch nicht hierauf beschränkt) mittels der Schwerkraft auf besonders einfache Weise in den Fluidvorratstank zurückgeführt werden kann. In der beschriebenen Situation kann es passieren, dass die Fluidarbeitsmaschine überhaupt nicht starten kann, oder lediglich mit Schwierigkeiten starten kann, und dies gegebenenfalls nur aufgrund mehrerer umständlicher per Hand durchzuführender Bedienungsschritte.
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Die Ausgangslage eines Anfahrvorgangs mit einer erheblichen Menge an Luft in der Fluideingangsleitung / in der Pumpkammer einer künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine kann nicht nur nach dem erstmaligen Zusammenbau der Vorrichtung auftreten, sondern auch nach einer einigermaßen langen Abschaltphase der Vorrichtung, da aufgrund von kleinen Spalten Luft in die betreffenden Fluidleitungen eintreten kann. Ein Wochenende kann durchaus ausreichend lang sein, sodass die beschriebenen Probleme beim Anfahrvorgang auftreten können.
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Es sind daher Lösungen erwünscht, wie mit den vorab beschriebenen Problemen umgegangen werden kann, insbesondere auf eine weniger umständliche Weise.
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EP 2 907 386 A1 beschreibt eine Feldspritze mit einer Kreiselpumpe, einer selbstansaugenden Pumpe zum Entlüften der Kreiselpumpe, einem Leitungsnetz mit einem Klarwasser-Sauganschluss, betätigbaren Ventilen, einem Brühetank, Sprühdüsen und einer Brühenzusatz-Einspülschleuse. Mit Betrieb der selbstansaugenden Pumpe kann eine Kreiselpumpen-Entlüftungsfunktion ausgeführt werden.
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DE 33 39 679 A1 beschreibt eine Evakuierungsvorrichtung für Kreiselpumpen, bei der in der Anfangsphase, also bis die Kreiselpumpe in einem selbstansaugenden Zustand arbeitet, der Saugraum mittels einer Verdrängerpumpe evakuiert wird.
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JP 2006 - 158 625 A stellt eine Feuerlöschpumpe zur Verfügung, die bei einem ersten Wasseraustritt stabil und sicher Wasser abgibt, ohne Restluft zu mischen, indem die durch den Saugvorgang einer Vakuumpumpe unvollständig abgesaugte Restluft und die mit dem Wasserpumpen eintretende Restluft vollständig von einer Wasserauslassseite entfernt werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Fluidarbeitsmaschinenanordnung vorzuschlagen, die eine künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine aufweist, und die gegenüber Fluidarbeitsmaschinenanordnungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Entlüftung einer künstlich kommutierten vorzuschlagen, welches gegenüber im Stand der Technik bekannter Verfahren zur Entlüftung künstlich kommutierter Fluidarbeitsmaschinen verbessert ist.
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Der vorliegende Vorschlag löst diese Aufgaben.
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Es wird daher vorgeschlagen, eine Fluidarbeitsmaschinenanordnung, welche eine künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine aufweist, die zumindest eine Arbeitskammer mit zumindest einem gesteuerten Ventil hat, wobei das zumindest eine gesteuerte Ventil mit einer Fluidverbindungsleitung fluidisch in Verbindung steht, derart auzubilden, dass die Fluidverbindungsleitung zumindest eine Entlüftungseinrichtung aufweist, die mit einer Fluideinsaugeinrichtung fluidisch verbunden ist. Die zumindest eine Entlüftungseinrichtung steht mit einem innenliegenden Volumen und/oder einem innenliegenden Teil der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine, der zur Ansammlung von Luft neigt, in Verbindung. Bei der Fluidarbeitsmaschinenanordnung kann eine einzelne künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine („synthetically commutated hyraulic machine“; auch unter dem Begriff „digital displacement pump“ ® oder „DDP“ ® bekannt, insbesondere dann, wenn es sich um eine künstlich kommutierte Hydraulikfluidpumpe handelt), oder eine Mehrzahl von künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschinen verwendet werden. Obgleich eine, mehrere oder (im Wesentlichen) alle der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschinen eine Mehrzahl von Arbeitskammern aufweist/aufweisen. Auf diese Weise kann ein höherer oder gleichmäßigerer Fluiddurchsatz erzielt werden Bei der Arbeitskammer handelt es sich typischerweise um einen Hohlraum, in dem sich ein Kolben oder eine kolbenartige Einrichtung in wechselseitige Richtungen bewegt (vor und zurück/hoch und runter), sodass sich das vom zylindrischen Hohlraum und dem Kolbenbauteil eingeschlossene innere Volumen der Arbeitskammer zyklisch verändert. Dieses Volumen kann zur Durchführung eines Pumpvorgangs, eines Antriebsvorgangs, oder für beides verwendet werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Funktionsprinzip einer künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine für den Fall eines „Aufbaus ausschließlich als Pumpe“ zumindest ein gesteuertes Ventil erfordert (wobei die Steuerung typischerweise unter Verwendung elektrischer Mittel erfolgt, das heißt ein elektrisch gesteuertes Ventil vorhanden ist). Falls ein Fluidmotor und/oder eine Kombination aus Fluidmotor und Fluidpumpe vorgesehen werden soll, müssen die betreffenden Pumpkammern zumindest zwei gesteuerte Ventile aufweisen, und zwar jeweils eins zur Verbindung mit der Niederdruckseite und eins zur Verbindung mit der Hochdruckseite. Es ist dementsprechend darauf hinzuweisen, dass sich der Begriff einer „künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine auf künstlich kommutierte Hydraulikfluidpumpen „lediglich“ mit Pumpfunktion, auf künstlich kommutierte Hydraulikfluidmotoren „lediglich“ mit Antriebsfunktion, und Vorrichtungen, die wechselweise als künstlich kommutierte Hydraulikfluidpumpe, als auch als künstlich kommutierter Hydraulikfluidmotor betrieben werden können, beziehen kann. Es sollte erwähnt werden, dass es auch möglich ist, dass eine künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine eine Mehrzahl von Arbeitskammern aufweisen kann, wobei ein Teil der Arbeitskammern „reine Pumpkammern“ sind (wobei diese normalerweise nur ein einziges gesteuertes Ventil aufweisen), wohingegen andere Arbeitskammern zwei gesteuerte Ventile aufweisen, die mit unterschiedlichen Fluidleitungen verbunden sind. Ein derartiger Aufbau kann dann vorteilhaft sein, wenn die zu pumpende Fluidströmung gegenüber einer Fluidschluckmenge (wenn ein Betrieb in einer Antriebsbetriebsart / als Motor vorliegt) regelmäßig deutlich höher ist. Weiterhin kann der Antriebsbereich einer solchen künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine dazu verwendet werden den Pumpteil der betreffenden künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine teilweise anzutreiben. Es sollte erwähnt werden, dass (elektrisch) gesteuerte Ventile, die für die Verwendung in künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschinen geeignet sind, reproduzierbar und präzise (insbesondere hinsichtlich ihres Timings) angesteuert werden können müssen, und sie darüber hinaus große Ventilköpfe schalten können müssen, selbst wenn eine erhebliche Fluidströmung durch die Ventilöffnung hindurch vorhanden ist. Aus diesem Grund sind derartige Ventile in der Regel recht kompliziert und daher kostenintensiv in der Herstellung, sodass selbst eine teilweise Verringerung der Anzahl der erforderlichen gesteuerten Ventile üblicherweise von Vorteil ist. Eine Arbeitskammer kann natürlich im Falle eines „reinen Motorbetriebs“ auch als „Antriebskammer“ bezeichnet werden, während diese im Falle eines „reinen Pumpbetriebs“ diese auch als „Pumpkammer“ bezeichnet werden kann.
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Wie bereits vorab beschrieben liegt bei künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschinen ein besonderes Problem dahingehend vor, dass diese Probleme aufweisen, wenn die „aktuelle“ Fluideingangsleitung einen zu hohen Gasanteil aufweist, insbesondere im zu pumpenden Hydraulikfluid / im für den Antrieb benutzten Hydraulikfluid der betreffenden Fluidarbeitsmaschine (insbesondere einer Hydraulikpumpe). In einem solchen Fall ist es der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine oftmals nicht möglich, überhaupt zu starten. Dieses Problem kann eine, mehrere oder (im Wesentlichen) alle der jeweiligen Arbeitskammern betreffen. Die Idee besteht darin, eine Entlüftungseinrichtung zu nutzen, sodass aus der entsprechenden Fluidleitung und/oder aus der betreffenden Arbeitskammer das unerwünschte Gas (typischerweise Umgebungsluft) (aktiv und/oder passiv) entfernt werden kann. Es ist möglich, dass für die betreffende Fluidverbindungsleitung eine Entlüftungseinrichtung ausreichend ist, wobei die Fluidverbindungsleitung eine, mehrere oder (im Wesentlichen) alle der Arbeitskammern beliefern kann. Es ist jedoch ebenso möglich, dass das für eine Fluidverbindungsleitungen zwei, drei, vier oder sogar noch mehr Entlüftungseinrichtung verwendet werden (wobei die Anzahl der Entlüftungseinrichtungen von einer Fluidverbindungsleitung zur anderen variieren kann). In diesem Kontext sollte darauf hingewiesen werden, dass ein Erfordernis für ein Entlüften üblicherweise nur ab und zu vorliegt. In der Regel tritt eine derartige Situation nur beim erstmaligen Anfahren der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine auf, nachdem diese zusammengebaut wurde, oder nach einer umfangreichen Wartung derselben, sowie manchmal nach einer vergleichsweise langen Abschaltphase (nach einem Wochenende, nach einer Ferienpause von einer Woche oder länger, oder Ähnlichem). Dementsprechend treten nachteilige Anfahrbedingungen üblicherweise nur selten auf, wie beispielsweise einmal pro Woche oder dergleichen. Ein einmal pro Woche auftretender „rauer Anfahrvorgang“ ist typischerweise nicht allzu problematisch, sodass typischerweise eine einzelne Entlüftungseinrichtung (pro Fluidverbindungsleitung) ausreichend ist. Weiterhin müssen eine, mehrere oder (im Wesentlichen) alle Entlüftungseinrichtung(en) nicht vergleichsweise groß dimensioniert werden, da ein „raues Anfahrverhalten“ auch für mehrere Minuten akzeptabel sein kann. Es sollte außerdem darauf hingewiesen werden, dass die Durchführung eines Entlüftungsvorgangs nicht notwendigerweise bedeutet, dass die Entlüftungseinrichtung den Gehalt an unerwünschtem Gas auf ein sehr niedriges Niveau (einschließlich im Wesentlichen null, jedoch nicht hierauf beschränkt) verringert. Vielmehr erweist sich die Wirkung eines Entlüftungsvorgangs bereits als ausreichend, wenn die Entlüftungseinrichtung die Menge an unerwünschtem Gas soweit verringert, dass die Arbeitskammer(n) der betreffenden künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine mit einem „echten Pumpverhalten“ beginnen kann/können. Sobald ein derartiges „echtes Pumpverhalten“ eingesetzt hat, verringert sich aufgrund der Pumpaktivität die verbleibende Menge an Restgas im Hydraulikfluid immer weiter. Bei dem unerwünschten Gas handelt es sich üblicherweise um das Gas, das um die künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine herum anzutreffen ist, wobei es sich typischerweise um Luft handelt. Das verwendete Hydraulikfluid ist typischerweise ein Hydrauliköl, gegebenenfalls auch Wasser oder auch eine andere Flüssigkeit. Grundsätzlich können jedoch alle Arten von Flüssigkeiten als Hydraulikflüssigkeit genutzt werden, beispielsweise ein überkritisches Fluid (bei dem eine Unterscheidung zwischen Flüssigkeit und Gas nicht mehr getroffen werden kann), Gase mit einer sehr hohen Dichte, Flüssigkeiten mit einem gewissen Gasanteil und/oder Feststoffpartikelanteil, und dergleichen. Unabhängig vom genauen Aufbau ist es der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine (und damit der Fluidarbeitsmaschinenanordnung) dank der vorgeschlagenen Verwendung einer Entlüftungseinrichtung üblicherweise möglich, ohne Benutzereingriff starten zu können, zumindest unter normalen Betriebsbedingungen. Wie bereits erwähnt, schließt es ein automatischer Anfahrvorgang nicht aus, dass während des Anfahrvorgangs eine gewisse Zeitverzögerung auftritt, bis schlussendlich ein Pumpverhalten erzielt wird und/oder dass eine Zeitspanne auftritt, während derer noch nicht das schlussendliche Pumpverhalten erreicht wurde (was das Auftreten von Geräuschen, verringerte Fluidausgangsströmung und dergleichen umfasst).
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Weiterhin ist es von Vorteil, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass die künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine eine Mehrzahl von Arbeitskammern aufweist. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Arbeitskammern mit einer gemeinsamen Fluidverbindungsleitung verbunden. Auf diese Weise kann eine höhere Pumpleistung /Antriebsleistung der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine, und damit der Fluidarbeitsmaschinenanordnung, erzielt werden. Weiterhin ist es nicht unbedingt zwingend, die Größe des gesteuerten Ventils / der gesteuerten Ventile übermäßig zu vergrößern, was sich als problematisch erweisen kann. Ein weiterer Vorteil bei der Bereitstellung einer Mehrzahl von Arbeitskammern besteht darin, dass in der Regel durch Überlagerung der Fluidströmungen der einzelnen Arbeitskammern eine gleichmäßigere Fluidströmung erzielt werden kann, insbesondere wenn eine gemeinsame Fluidleitung, wie beispielsweise ein sogenannter Sammler, verwendet wird. Obgleich eine Bauausführung möglich ist, bei der eine, mehrere oder (im Wesentlichen) alle Arbeitskammern auf zumindest einer Seite (üblicherweise der Hochdruckseite; es kann sich jedoch auch um die Niederdruckseite handeln, insbesondere dann, wenn mehrere und/oder einzelne Verbraucher versorgt werden müssen) jeweils mit einer eigenen Fluidleitung in Verbindung stehen, ist es üblicherweise bevorzugt, wenn zumindest einige oder (im Wesentlichen) alle der Arbeitskammern auf zumindest einer Seite (typischerweise die Niederdruckseite; zusätzlich oder alternativ kann es sich jedoch auch um die Hochdruckseite handeln) mit einer gemeinsamen Fluidleitung (einem sogenannten Sammler) verbunden sind. Es ist auch möglich, dass Fluidschalter (eine bestimmte Art von Ventil) verwendet werden, um die einzelnen Arbeitskammern wechselweise mit unterschiedlichen (gemeinsamen) Fluidleitungen zu verbinden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass bei zumindest einer der Arbeitskammern das gesteuerte Ventil / die gesteuerten Ventile mit einer gemeinsamen Fluidleitung verbunden sind und/oder die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass zumindest ein Teil der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine als künstlich kommutierte Hydraulikfluidpumpe ausgebildet ist. Wenn die künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine derart ausgebildet ist, ist diese besonders anfällig für Anlaufschwierigkeiten aufgrund eines hohen Gasgehalts (oder anderer nachteiliger Gasansammlungen) in der Fluideingangsleitung. Dadurch kann die vorliegend vorgeschlagene Verwendung von zumindest einer Entlüftungseinrichtung ein Anlaufen auch unter vergleichsweise nachteiligen Bedingungen ermöglichen, insbesondere auch ohne Benutzereingriff. Weiterhin ist zu erwähnen, dass bei der vorliegenden Bauweise einer Pumpe nach dem künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschinen-Prinzip in der Regel kein anderer sinnvoller Weg zur Bereitstellung eines selbsttätigen Anlaufs einer solchen Hydraulikfluidmaschine gegeben ist. Dagegen ist es in einem Fall, in dem die Fluidarbeitsmaschine auch in einem Antriebsmodus betrieben werden kann, möglich, die Fluideingangsleitung (bezüglich des Pumpmodus gesehen) mittels eines für eine bestimmte Zeit erfolgenden Betriebs in einem Antriebsmodus zu Entlüften, wodurch die Fluideingangsleitung mit Hydraulikfluid befüllt wird (zumindest in einem Ausmaß, das ausreichend ist, um anschließend einen „echten“ Pumpbetriebsmodus der Fluidarbeitsmaschine bereitzustellen). Dies ist nicht möglich, wenn ein „Aufbau als reine Pumpe“ vorhanden ist. Der erwähnte Antriebsmodus kann jedoch aus den im Folgenden genannten Gründen gegebenenfalls nicht möglich sein. Aus diesem Grund sind die Vorteile der vorliegend vorgeschlagenen Erfindung besonders ausgeprägt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass die künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine zumindest eine Arbeitskammer mit zumindest zwei gesteuerten Ventilen aufweist, wobei die zumindest zwei gesteuerten Ventile vorzugsweise mit unterschiedlichen Fluidverbindungsleitungen in Verbindung stehen. Bei Verwendung eines solchen Aufbaus kann die künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine (zumindest zeitweise) in einem Antriebsmodus betrieben werden, was zu einer universelleren Verwendbarkeit der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine, und damit schlussendlich auch der Fluidarbeitsmaschinenanordnung, führt. Weiterhin kann abgesehen von der bereits vorgeschlagenen Entlüftungseinrichtung zusätzlich oder alternativ eine weitere Möglichkeit zur Entlüftung der Eingangsleitung genutzt werden, indem die künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine für einen gewissen Zeitraum in einem Antriebsmodus betrieben wird, wodurch die Fluideingangsleitung (bezüglich eines Pumpmodus gesehen) wie vorab beschrieben befüllt wird. Dennoch ist das Bereitstellen von zumindest einer Entlüftungseinrichtung nach wie vor sinnvoll, da es nicht unüblich ist, dass während einer Anlaufphase ein derart umgekehrter Betrieb (also der Betrieb einer künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine in einem Antriebsmodus) aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich ist (beispielsweise weil es an einer ausreichenden Menge an Hydraulikfluid in der Hochdruckleitung fehlt, o. ä.). Die unterschiedlichen Fluidverbindungsleitungen beim vorliegend vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel sind insbesondere als Hochdruckfluidleitung und Niederdruckfluidleitung aufzufassen. Die Fluidverbindungsleitungen können natürlich auch mit unterschiedlichen Arbeitskammern in fluidischer Verbindung sein, und eine Fluidsammelleitung bilden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass bei zumindest zwei unterschiedlichen Fluidverbindungsleitungen jede der Fluidleitungen eine Entlüftungseinrichtung aufweist, wobei vorzugsweise Fluidschalter verwendet werden, um die Entlüftungseinrichtungen gezielt mit der Fluideinsaugeinrichtung zu verbinden. Auf diese Weise ist es möglich, dass die betreffende künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine in jede Richtung betrieben werden kann, und dennoch eine Entlüftung der jeweiligen aktuellen Fluideingangsleitung möglich ist, da eine solche Entlüftungseinrichtung auf beiden Seiten der Vorrichtung angeordnet ist. Bei dem Fluidschalter (eine Art von Ventil) handelt es sich vorzugsweise um ein gesteuertes Ventil, bei dem die die Ansteuerung auf Druckunterschieden beruhen kann und/oder auf einem Steuersignal beruhen kann, welches in Form eines elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Signals, oder eines Signals von einem anderweitigen Typ, von einer Steuerschaltung bereitgestellt werden kann. Falls zwei oder mehr unterschiedliche Signale genutzt werden, kann eine Kombination aus Signalen eines (teilweise) gleichartigen Typs oder von Signalen eines (teilweise) unterschiedlichen Typs genutzt werden. Darüber hinaus können absolute Signale, aber auch Differenzsignale genutzt werden. Bevorzugt ist jedoch ein (zumindest teilweise) elektrisch gesteuerter Fluidschalter, da ein derartiger Fluidschalter und/oder die Erzeugung eines geeigneten / nutzbaren Steuersignals besonders einfach und zuverlässig sein kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass zumindest eine Entlüftungseinrichtung zumindest teilweise als Fluiddurchgangseinrichtung und/oder als Rückschlagventileinrichtung und/oder als Einrichtungsfluiddurchgangseinrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Einrichtung verwendet werden. Weiterhin kann normalerweise jegliche Fehlansteuerung vermieden werden, da derartige Einrichtungen mittels eines sehr zuverlässigen Eingangssignals (beispielsweise mittels der Druckdifferenz an der Entlüftungseinrichtung selbst, wenn ein Aufbau vom Rückschlagventiltyp verwendet wird) gesteuert werden kann. Es ist sogar möglich, dass abgesehen von derartigen besonders einfachen Entlüftungseinrichtungen (im Wesentlichen) keine zusätzlichen Einrichtungen benutzt werden müssen. Dennoch können derartige Einrichtungen in Kombination mit den Betriebscharakteristika einer künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine für eine ausreichende Entlüftung der Fluideingangsleitung ausreichend sein. Insbesondere dann, wenn die künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine in einem Leerlaufbetrieb (Fluideingangsventil während des Arbeitszyklusses der betreffenden Arbeitskammer sowohl während der Fluideinsaugphase, als auch während der Fluidausgabephase in der offenen Stellung) oder in einem Teilhubmodus (bei dem das Fluideingangsventil während der Fluidausgabephase (Kontraktionsphase der Arbeitskammer) bei einer gewissen Position geschlossen wird), betrieben wird, wird Fluid und/oder Gas zurück in den Fluideingangskanal gedrückt, was zumindest zu einer gewissen Druckerhöhung führt (die auch lediglich aufgrund von dynamischen Kräften auftreten kann). Dies kann sich als ausreichend erweisen, um in Kombination mit der Entlüftungseinrichtung den Anteil an unerwünschtem Gas sukzessive zu verringern, sodass nach einer gewissen Zeitspanne in Bezug auf das betreffende Hydraulikfluid ein echtes Pumpverhalten erzielt werden kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass zumindest eine Fluideinsaugeinrichtung als aktive Fluideinsaugeinrichtung ausgebildet ist, welche bevorzugt der Gruppe entnommen ist, welche Fluidarbeitsmaschinen, Fluidarbeitsmaschinen mit festem Arbeitsvolumen, Fluidarbeitsmaschinen mit variablem Arbeitsvolumen, Zahnrad-Fluidarbeitsmaschinen, Fluidarbeitsmaschinen vom Kolbentyp, Fluidarbeitsmaschinen mit passiven Ventilen, nicht-künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschinen, Fluidarbeitsmaschinen vom Scroll-Typ, Fluidarbeitsmaschinen vom Gerotortyp, Fluidpumpen, Fluidpumpen mit festem Arbeitsvolumen, Fluidpumpen mit variablem Arbeitsvolumen, Zahnrad-Fluidpumpen, Kolben-Fluidpumpen, Fluidpumpen mit passiven Ventilen, nicht-künstlich kommutierte Fluidpumpen, Fluidpumpe vom Scroll-Typ und Fluidpumpen vom Gerotortyp, umfasst. Bei Verwendung eines derartigen Ausführungsbeispiels ist es üblicherweise möglich auch unter vergleichsweise nachteiligen Betriebsbedingungen und/oder vergleichsweise schnell und/oder in einem hohen Ausmaß eine Entlüftung der Eingangsleitung (Eingangsleitungen) der Fluidarbeitsmaschinenanordnung zu erzielen. Dies kann dazu führen, dass unerwünschte Zeitverzögerungen, bis die Fluidarbeitsmaschinenanordnung im Wesentlichen betriebsbereit ist, besonders kurz ausfallen können. Weiterhin können störende Geräusche, ein erhöhter Maschinenverschleiß und dergleichen, verringert werden, möglicherweise auch mit nur geringem zusätzlichem Aufwand und/oder ohne Verursachung zu großer Energieverluste. Es ist zu erwähnen, dass bei bestimmten Anwendungsgebieten ohnehin zusätzliche Pumpen (zusätzlich zur Hauptpumpe) erforderlich sind, beispielsweise um sehr große Fluiddrücke zu erzeugen, eine Hydraulikfluidströmung für besonders kritische Hydraulikverbraucher bereitzustellen, eine Fluidströmung für unterschiedliche Kreisläufe (beispielsweise für einen unterschiedlichen Typ von Hydraulikkreislauf, wie beispielsweise für einen geschlossenen Fluidkreislauf) bereitzustellen. Wenn eine solche zusätzliche Pumpe verwendet wird, kann diese Pumpe aber auch als aktive Fluideinsaugeinrichtung für die künstlich kommutierte Hydraulikfluidmaschine genutzt werden. Dies kann sich als besonders einfache und effiziente Bauweise erweisen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass die künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine zur Verwendung in einem offenen Hydraulikfluidkreislauf ausgebildet und eingerichtet ist und/oder derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass zumindest eine künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine entweder direkt und/oder indirekt mit zumindest einem Fluidreservoir fluidisch in Verbindung steht. Es ist zu erwähnen, dass, wenn sich in der Fluidansaugleitung der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine ein zu hoher Luftanteil befindet, bei derartigen Bauweisen Probleme hinsichtlich eines rauen Anlaufverhaltens üblicherweise besonders ausgeprägt sind und/oder vergleichsweise häufig auftreten. Aus diesem Grund können die immanenten Eigenschaften der vorab vorgeschlagenen Bauweise besonders vorteilhaft sein.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass die zumindest eine Fluideinsaugeinrichtung zur Verwendung in einem offenen Hydraulikfluidkreislauf ausgebildet und eingerichtet ist und/oder derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie mit der zumindest einen Entlüftungseinrichtung und/oder mit zumindest einer alternativen Fluidquelle, insbesondere mit einem Fluidreservoir, in Verbindung steht. Auf diese Weise ist es üblicherweise möglich, dass die Fluideinsaugeinrichtung ihre Aufgabe hinsichtlich der Entlüftung der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine ohne eine zu große nachteilige Beeinflussung ihres eigenen Verhaltens durchführen kann. Es ist sowohl möglich, dass die Fluideinsaugeinrichtung den größeren Anteil oder das meiste ihrer Fluideingangsströmung direkt aus der alternativen Fluidquelle (wie beispielsweise einem Fluidreservoir) bezieht, während lediglich ein geringer Anteil von der zumindest einen Entlüftungseinrichtung stammt. Es ist jedoch ebenso möglich, dass der größere Anteil oder sogar die (im Wesentlichen) gesamte Fluideingangsströmung in die Fluideinsaugeinrichtung von der Entlüftungseinrichtung stammt. Dies entspricht in gewisser Weise dem Fall, bei dem eine gemeinsame Fluideingangsleitung sowohl für die Fluideinsaugeinrichtung als auch für die künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschine verwendet wird, und die beispielsweise von einem Fluidreservoir kommt, wobei die gemeinsame Fluideingangsleitung an einem bestimmten Verzweigungspunkt in zwei Teilleitungen aufgespalten wird.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass die zumindest eine Entlüftungseinrichtung und/oder die Fluidverbindung zwischen der zumindest einen Entlüftungseinrichtung und der Fluideinsaugeinrichtung zumindest ein Fluiddurchgangsbeschränkungsmittel aufweist und/oder derart ausgebildet ist, dass sie zumindest teilweise als Fluiddurchgangsbeschränkungsmittel ausgebildet ist. Bei Verwendung eines derartigen Aufbaus entstammt der größere Anteil der in die Fluideinsaugeinrichtung einströmenden Fluidströmung einer alternativen Fluidquelle. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn die Fluideinsaugeinrichtung als Zusatzpumpe für einen unterschiedlichen Hydraulikkreislaufteil dient, um beispielsweise eine minimale Fluidströmung sicherzustellen. Bei Verwendung dieses Vorschlags erfordert die Entlüftung der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine üblicherweise ein wenig mehr Zeit, jedoch kann das Gesamtverhalten der gesamten Fluidarbeitsmaschinenanordnung, insbesondere Effizienzverluste derselben, verbessert werden. Das genannte Fluiddurchgangsbeschränkungsmittel ist vorzugsweise ein festes und/oder ein verstellbares Fluiddurchgangsbeschränkungsmittel. Falls zwei (oder auch mehr) Fluiddurchgangsbeschränkungsmittel verwendet werden (die parallel zueinander und/oder in Serie zueinander angeordnet sein können), kann sich eine Kombination aus festem und verstellbarem Fluiddurchgangsbeschränkungsmittel als besonders vorteilhaft erweisen, beispielsweise durch Sicherstellung einer minimalen Fluiddurchgangsströmung und/oder einer minimalen Fluiddurchgangsbehinderung.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Fluidarbeitsmaschinenanordnung derart auszubilden, dass zumindest eine Entlüftungseinrichtung zumindest benachbart zum lokal höchsten Punkt der betreffenden Fluidverbindungsleitung angeordnet ist. Bei Verwendung einer derartigen Bauweise erfolgt das Entfernen des nachteiligen Gasanteils typischerweise an dem Punkt, an dem sich aufgrund der Schwerkraft Gastaschen mit dem nachteiligen Gas am wahrscheinlichsten befinden. Dadurch ist der Entlüftungsprozess typischerweise besonders effizient und/oder der Entlüftungsprozess kann bis zu einem Punkt durchgeführt werden, bei dem lediglich eine vergleichsweise kleine Restmenge an nachteiligem Gas in der Fluidarbeitsmaschinenanordnung verbleibt.
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Wie erwähnt, steht zumindest eine Entlüftungseinrichtung mit einem innenliegenden Volumen und/oder einem innenliegenden Teil der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine, der zur Ansammlung von Luft neigt, in Verbindung. Die Fluidverbindung kann (im Wesentlichen) exklusiv ausgeführt sein (d. h., dass im Wesentlichen die gesamte Fluideingangsströmung einer Zusatzpumpe von einer künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine herrührt), kann jedoch auch als Zusatzfluidverbindung ausgeführt sein, d. h., dass zumindest zeitweise / bei bestimmten Betriebsmodi lediglich ein - typischerweise geringer - Anteil der Fluideingangsströmung in die Zusatzfluidpumpe von der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine herrührt, wohingegen ein verbleibender Teil - typischerweise der Hauptteil - von einer alternativen Fluidquelle, wie beispielsweise einem Hydraulikfluidreservoir, herrührt). Bei Verwendung einer derartigen Bauweise kann eine besonders effektive Entlüftung der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine realisiert werden. Die Fluidentnahmestelle innerhalb der künstlich kommutierten Hydraulikfluidpumpe kann bei einem Kurbelwellengehäuse (vorzugsweise bei einem in vertikaler Richtung höher gelegenen Teil des Kurbelwellengehäuses) und/oder bei einem beliebigen Volumenbereich der künstlich kommutierten Hydraulikfluidpumpe vorgesehen werden, der zur Ansammlung von Luft neigt (selbstverständlich ist auch eine Mehrzahl an Fluidentnahmestellen möglich).
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Es ist zu erwähnen, dass die vorliegend vorgeschlagene Bauweise besonders vorteilhaft ist, wenn das Fluidreservoir in einer Höhe angeordnet ist, die niedriger ist als die Höhe der künstlich kommutierten Hydraulikfluidmaschine, insbesondere von deren Fluidzuführleitung.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Entlüftung einer künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine vorgeschlagen, bei dem zumindest eine der Fluidverbindungsleitungen, die die zumindest eine künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine mit einer unterschiedlichen Hydraulikeinrichtung verbinden, während eines Betriebszeitraums der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine zumindest zeitweise unter Verwendung einer Fluideinsaugeinrichtung entlüftet wird. Die Entlüftung erfolgt aus einem innenliegenden Volumen und/oder einem innenliegenden Teil der künstlich kommutierten Hydraulikfluidarbeitsmaschine, der zur Ansammlung von Luft neigt, heraus. Vorzugsweise erfolgt die Entlüftung zumindest zum Beginn eines Betriebszeitraums der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine. Bei Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens können ähnliche Vorteile, wie vorab beschrieben, zumindest in Analogie realisiert werden. Insbesondere können die im Zusammenhang mit der Fluidarbeitsmaschinenanordnung beschriebenen Eigenschaften und Abwandlungen zumindest in Analogie auch bei dem vorliegend vorgeschlagenen Verfahren angewendet werden. Bei Verwendung eines derartigen Verfahrens ist es möglich, künstlich kommutierte Hydraulikfluidarbeitsmaschinen für einen größeren Anwendungsbereich und/oder mit weniger Benutzerhandgriffen und/oder mit weniger nachteiligen Effekten durchzuführen. Dies ist typischerweise von Vorteil.
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Insbesondere ist es möglich, das vorliegend vorgeschlagene Verfahren bei einer Fluidarbeitsmaschinenanordnung vom vorab erwähnten und vorab beschriebenen Typ anzuwenden.
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Weitere Vorteile, Eigenschaften und Aufgabenstellungen der Erfindung werden mit der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen verdeutlicht, wobei die Zeichnungen zeigen:
- 1: ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel einer Fluidpumpenanordnung in einer schematischen Ansicht;
- 2: ein zweites mögliches Ausführungsbeispiel einer Fluidpumpenanordnung in einer schematischen Ansicht;
- 3: ein drittes mögliches Ausführungsbeispiel einer Fluidpumpenanordnung in einer schematischen Ansicht;
- 4: ein viertes mögliches Ausführungsbeispiel einer Fluidarbeitsmaschinenanordnung in einer schematischen Ansicht;
- 5: ein fünftes mögliches Ausführungsbeispiel einer Fluidarbeitsmaschinenanordnung in einer schematischen Ansicht.
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In 1 ist eine Fluidpumpenanordnung 1 in einer schematischen Ansicht gezeigt. Die Fluidpumpenanordnung 1 weist eine künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 („synthetically commutated hydraulic pump“, auch als digital displacement pump ® oder DDP ® bekannt) und eine nicht-künstlich kommutierte Fluidpumpe, vorliegend eine Konstantpumpe 3 (Pumpe mit festem Pumpvolumen) auf.
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Die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 weist eine durch eine zylindrische Kavität 5 und einen Kolben 6 gebildete Pumpkammer 4 auf, wobei sich der Kolben 6 in der zylindrischen Kavität 5 auf und ab bewegt. Somit weist die Pumpkammer 4 ein sich wiederholt änderndes Volumen auf, das dazu genutzt wird, Hydraulikfluid aus einem Fluidreservoir 7 über eine Niederdruckleitung 8 in eine Hochdruckleitung 9 zu pumpen. Das Fluidreservoir 7 befindet sich im Wesentlichen auf Umgebungsdruck, sodass die Fluidpumpenanordnung 1 als sogenannte offene Hydraulikkreislaufanordnung fungiert.
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Die Bauform einer künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 ist als solche im Stand der Technik bekannt. Ein elektrisch gesteuertes Niederdruckventil 10 verbindet die Niederdruckleitung 8 und die Pumpkammer 4 wahlweise miteinander, und trennt diese voneinander. Wenn sich der Kolben 6 nach unten bewegt, erhöht sich das Volumen der Pumpkammer 4 und das Niederdruckventil 10 öffnet sich aufgrund der entstehenden Druckdifferenzen. Wenn der Kolben 6 den unteren Totpunkt erreicht hat, beginnt sich der Kolben 6 wieder nach oben zu bewegen, das Volumen der Pumpkammer 4 verringert sich, und Fluid wird aus der Pumpkammer 4 herausgedrückt.
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Wird das elektrisch gesteuerte Niederdruckventil 10 durch ein entsprechendes Steuersignal geschlossen, baut sich in der Pumpkammer 4 ein Druck auf und Fluid wird unter Druck gesetzt und durch das Rückschlagventil 11 in die Hochdruckleitung 9 ausgestoßen. Wird jedoch kein Schließsignal angelegt, verbleibt das Niederdruckventil 10 in der offenen Stellung und das Fluid in der Pumpkammer 4 wird einfach in die Niederdruckleitung 8 und das Fluidreservoir 7 zurückgedrückt. Da keine nennenswerte Druckdifferenz überwunden werden muss, wird in dieser Betriebsart nur wenig mechanische Energie verbraucht.
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Wie ersichtlich ist, kann die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 von einem Pumpzyklus zum nächsten zwischen einem Vollhubbetriebsmodus (das Niederdruckventil 10 wird am unteren Totpunkt des Kolbens 6 geschlossen) und einem Leerlaufbetriebsmodus (Niederdruckventil 10 verbleibt in der offenen Stellung) geändert werden.
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Weiterhin ist es möglich, das elektrisch gesteuerte Niederdruckventil 10 während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 6 und der Verringerung des Volumens der Pumpkammer 4 zu schließen. Auf diese Weise kann ein bestimmtes Volumen, welches einem bestimmten Anteil des Gesamtvolumens der Pumpkammer 4 entspricht, in die Hochdruckleitung 9 gepumpt werden (Teilhubbetriebsmodus).
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Die beschriebene Situation ergibt sich, wenn die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 effektiv pumpt, insbesondere wenn die Niederdruckleitung 8 vollständig mit Hydrauliköl (oder einem anderen Typ von Hydraulikfluid) befüllt ist.
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Insbesondere bei der vorliegend dargestellten geometrischen Anordnung der unterschiedlichen Baugruppen der Fluidpumpenanordnung 1, bei der das Fluidreservoir 7 unterhalb der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 angeordnet ist, kann sich jedoch auch eine hiervon abweichende Situation ergeben. Bei dieser ist die Niederdruckleitung 8 und/oder die Pumpkammer 4 nach dem ersten Aufbau der Fluidpumpenanordnung 1 oder nach einer ausgiebigen Wartung der Fluidpumpenanordnung 1 zumindest in einem gewissen Ausmaß mit eingeschlossener Luft gefüllt. Eine ähnliche oder sogar die gleiche Situation kann sich nach einer einigermaßen langen Abschaltzeitdauer der Fluidpumpenanordnung 1 ergeben. Ein Wochenende oder eine einwöchige Urlaubspause kann ausreichen, dass diese Situation auftritt (um ein Beispiel zu nennen). Dies rührt daher, dass bei der Fluidanordnung 1 kleine Spalten vorhanden sein können, sodass in die unterschiedlichen Baugruppen Luft eintreten kann und das Hydrauliköl schlussendlich in das Fluidreservoir 7 abfließt. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass alle Vorrichtungen (insbesondere die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 und die Konstantpumpe 3) eine gewisse Fluidleckage aufweisen können, wobei das Leckageöl üblicherweise über Leckageölleitungen (nicht dargestellt) in das Fluidreservoir 7 zurückgeführt wird. Dies umfasst üblicherweise die unterschiedlichen Hydraulikverbraucher (nicht dargestellt), die über die Hochdruckleitung 9 der künstlich kommutierten Hydraulikpumpe 2 und/oder der Konstantpumpe 3 versorgt werden.
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Wenn in der Niederdruckleitung 8 und/oder der Pumpkammer 4 Luft eingeschlossen ist, kann eine künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 normalerweise nicht selbsttätig Hydrauliköl zu pumpen beginnen. Stattdessen wird in der Niederdruckleitung 8 und/oder der Pumpkammer 4 eingeschlossene Luft einfach komprimiert und dekomprimiert. Insbesondere dann, wenn der Luftanteil oberhalb einer bestimmten kritischen Grenze liegt, kann eine mit der Zeit erfolgende sukzessive Befüllung der Niederdruckleitung 8 und/oder der Pumpkammer 4 (noch) nicht erfolgen. Sobald diese kritische Grenze überschritten ist, wird üblicherweise ein Zustand erreicht, bei dem die verbleibende Restluft über mehrere Pumpzyklen hinweg sukzessive in die Hochdruckleitung 9 gepumpt wird (es wird eine Art von Hydraulikölschaum gepumpt).
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Die Konstantpumpe 3 ist parallel zur künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 angeordnet. Insbesondere ist es möglich, dass beide Pumpen 2, 3 von der gleichen Energiequelle angetrieben werden (beispielsweise einem Verbrennungsmotor, einem elektrischer Motor und dergleichen; vorliegend nicht dargestellt). Es sind selbstverständlich auch hiervon abweichende Energiequellen möglich.
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Die Konstantpumpe 3 saugt weiterhin über die Niederdruckleitung 12 Öl aus dem Fluidreservoir 7 an und stößt unter Druck gesetztes Fluid in ihre Hochdruckleitung 13 aus. Obgleich es möglich ist, dass die Hochdruckleitung 9 der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 und die Hochdruckleitung 13 der Konstantpumpe 3 miteinander kombiniert werden, um den gleichen Hydraulikverbraucher zu versorgen, ist dies normalerweise nicht der Fall. Stattdessen versorgt die Hochdruckleitung 13 der Konstantpumpe 3 üblicherweise einen unterschiedlichen Verbraucher. Normalerweise wird ein kritischer Hydraulikverbraucher versorgt, der eine kritische Sicherheitsfunktion erfüllt. Beispiele hierfür sind eine hydraulische Lenkung, hydraulische Bremsen, oder ähnliche Funktionen eines Gabelstaplers.
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Im Wesentlichen kann ein beliebiger Typ von Konstantpumpe 3 verwendet werden. Beispielsweise könnte sich um eine Zahnradpumpe, eine Gerotorpumpe, eine übliche Kolben- und Zylinder-Pumpe und dergleichen handeln. Darüber hinaus kann die Konstantpumpe 3 auch eine Bauweise mit einer variablen Pumpleistung aufweisen (im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht dargestellt). Beispielsweise kann es sich um eine Taumelscheibenpumpe oder eine Schrägscheibenpumpe handeln.
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Die Konstantpumpe 3 weist einen Aufbau auf, derart, dass sie einen automatischen Anfahrvorgang durchführen kann, d. h. sie kann auch Luft pumpen. Falls also Luft in der Niederdruckleitung 12 und/oder der Konstantpumpe 3 eingeschlossen ist, wird im Fluidreservoir 7 befindliches Hydrauliköl sukzessive angesaugt, sodass dieses schließlich die in der Niederdruckleitung 12 und/oder der Konstantpumpe 3 eingeschlossene Luft ersetzt. Dies kann leicht mehrere Sekunden oder mehrere Dekasekunden (zehn Sekunden) erfordern (um ein Beispiel zu nennen). Selbst wenn der Anfahrvorgang eine Minute oder länger dauert, stellt dies üblicherweise kein Problem dar, da eine solche Anfahrphase typischerweise lediglich nach vergleichsweise langen Abschaltdauern der Anordnung 1 auftritt. Wenn beispielsweise ein derartiger Anfahrvorgang nach einem Wochenende erforderlich ist, tritt ein solcher Anfahrvorgang lediglich einmal pro Woche auf. Daher ist auch ein Anfahrvorgang mit einer Zeitdauer in der Größenordnung von Minuten vernachlässigbar.
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Gemäß dem vorliegenden Vorschlag wird die Fähigkeit der Konstantpumpe 3, selbsttätig einen Anfahrvorgang durchführen zu können, für die künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine 2 genutzt.
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Dies wird durch eine Fluiddrossel 14 realisiert (wobei es sich bei der Fluiddrossel 14 um eine Bauform mit einer festen Größe der Düse handeln kann, aber ebenso um eine Bauform mit einer veränderlichen Größe der Düse, wobei die Größe der Düse mithilfe eines geeigneten Aktuators verändert werden kann). Die Fluiddrossel 14 bildet einen Teil der Entlüftungsleitung 20, die die Niederdruckleitung 12 der Konstantpumpe 3 mit der Niederdruckleitung 8 der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 verbindet. Die Querschnittsgröße der Fluiddrossel 14 ist erheblich kleiner als die Querschnittsbereiche der beiden Niederdruckleitungen 8, 12.
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Beim Anfahren der Fluidpumpenanordnung 1 wird die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 anfänglich in einer Betriebsart sein, in der diese „festhängt“ (d. h., dass sie aufgrund der in den Niederdruckleitungen 8, 12 und/oder der Pumpkammer 4 eingeschlossenen Luft nicht selbsttätig anfahren kann). Die Konstantpumpe 3 wird jedoch sukzessive Luft in Richtung der Hochdruckleitung 13 pumpen, sodass zu einem gewissen Zeitpunkt die Niederdruckleitung 12 mit Hydrauliköl befüllt sein wird. Parallel hierzu wird auch eine kleine Menge an Luft durch die Fluiddrossel 14 hindurchtreten. Somit wird sich die Niederdruckleitung 8 der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 ebenfalls schlussendlich mit Hydrauliköl aus dem Fluidreservoir 7 füllen, auch wenn dies im Vergleich zur Befüllungszeit der Niederdruckleitung 12 der Konstantpumpe 3 länger dauert. Nichtsdestotrotz wird zu einem gewissen Zeitpunkt die Menge der in der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 und/oder der in ihrer Niederdruckleitung 8 eingeschlossenen Luft ausreichend niedrig sein, sodass die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 anfangen wird, aktiv zu pumpen. Es ist anzumerken, dass die Pumpleistung der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 anfangs möglicherweise niedriger als deren nomineller Wert ist, da anfänglich noch eingeschlossene Restluft einfach komprimiert und dekomprimiert wird. Mit der Zeit wird jedoch der Anteil an Restluft abklingen (normalerweise aufgrund der Tatsache, dass von der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 „Hydraulikölschaum“ gepumpt wird, so das die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 nach einer gewissen Zeitdauer vollständig entlüftet sein wird und diese mit ihrer nominellen Leistungsfähigkeit arbeiten kann).
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Mit anderen Worten ist mithilfe der Fluiddrossel 14 ein selbsttätiger Anfahrvorgang der Fluidpumpenanordnung, die sowohl die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2, als auch die Konstantpumpe 3 umfasst, möglich.
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In 2 ist eine abweichende Fluidpumpenanordnung 15 in einem schematischem Schaltplan dargestellt. Wesentliche Teile der Fluidpumpenanordnung 15 sind zu der Fluidpumpenanordnung 1 gemäß 1 ähnlich, sodass für ähnliche Teile (oder sogar identische Teile) die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Aus Gründen der Einfachheit ist die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 nicht detailliert gezeigt, sondern lediglich als Schaltzeichen dargestellt.
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Abweichend vom vorherigen Ausführungsbeispiel wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Niederdruckleitung 16 verwendet, durch die Hydrauliköl aus dem Fluidreservoir 7 angesaugt wird. Beim Verzweigungspunkt 17 wird die gemeinsame Niederdruckleitung 16 in zwei unterschiedliche Niederdruckleitungen 8, 12, die jeweils die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 bzw. die Konstantpumpe 3 beliefern, aufgespalten. Der Verzweigungspunkt 17 ist auf der gleichen Höhe oder höher als die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 angeordnet.
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Bei einem Anfahrvorgang fängt die Konstantpumpe 3 damit an, über die gemeinsame Niederdruckleitung 16 und die „fest zugeordnete“ Niederdruckleitung 12 Öl aus dem Fluidreservoir 7 anzusaugen, wodurch die eingeschlossene Luft ersetzt wird, während die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 anfänglich in einem Modus ist, bei dem diese „festhängt“. Aufgrund der Anordnung des Verzweigungspunkt 17 und der Tätigkeit der Konstantpumpe 3 wird sich auch die Niederdruckleitung 8, die die künstlich kommutierte Fluidpumpe 2 versorgt, mit Hydrauliköl füllen, sobald das Ölniveau die Höhe des Verzweigungspunkt 17 erreicht und schlussendlich überschreitet. Hierdurch wird es der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 möglich, selbsttätig mit dem Pumpen von Hydrauliköl zu beginnen, wenngleich die Leistungsfähigkeit aufgrund von eingeschlossener Restluft anfänglich reduziert ist. Mit der Zeit wird sich die Fluidpumpenanordnung 15 gemäß 2 jedoch vollständig befüllen, was zu einer vollständig entlüfteten Anordnung 15 führt, die mit nomineller Leistungsfähigkeit arbeiten kann.
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In 3 ist eine Fluidpumpenanordnung 22 dargestellt, die eine leichte Variation der Fluidpumpenanordnung 15 gemäß 2 darstellt. Der grundsätzliche Unterschied zwischen den beiden Fluidpumpenanordnungen 15 (2) und 22 (3) liegt in der Neuanordnung der Fluideingangsleitungen 8, 12, 16, die die beiden Fluidpumpen 2, 3 mit dem Fluidreservoir 7 verbinden.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einer Fluidpumpenanordnung 22, so wie es in 3 gezeigt ist, ist die Niederdruckleitung 12 der Konstantpumpe 3 nicht direkt mit der Niederdruckleitung 8 der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 über einen Verzweigungspunkt 17 verbunden. Stattdessen saugt die Niederdruckleitung 12 der Konstantpumpe 3 das Fluid von der Innenseite des Gehäuses 23 der künstlich kommutierten Hydraulikpumpe 2 an. Im vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Fluidansaugung aus dem Kurbelwellengehäuse (nicht dargestellt) der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 heraus. Es kann jedoch auch ein ein hiervon abweichender Teil oder ein abweichender Bereich / ein abweichendes Volumen der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 verwendet werden, um Fluid in die Niederdruckleitung 12 der Konstantpumpe 3 hinein anzusaugen. Trotz des unterschiedlichen Aufbaus ist die Funktionalität dieser Bauweise ähnlich zu der in 2 gezeigten Bauweise, und es wird auf die vorherige Beschreibung verwiesen.
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Eine weitere Modifikation einer Fluidpumpenanordnung 24 ist in 4 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist in einem gewissen Sinne eine Kombination der Ausführungsbeispiele von Fluidpumpenanordnungen 1, 22, wie sie in den 1 bzw. 3 dargestellt sind. Und zwar ist die Niederdruckleitung 12 der Konstantpumpe 3 im Wesentlichen mit dem Fluidreservoir 7 verbunden (insbesondere hinsichtlich der maximal erzielbaren Fluidströmung und/oder des Rohrdurchmessers). Ähnlich zum Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Fluidpumpenanordnung 1 ist jedoch in der Niederdruckleitung 12 ein Verzweigungspunkt angeordnet, sodass eine Entlüftungsleitung 20 abzweigt und über eine Fluiddrossel 14 (die - ähnlich zur Fluidpumpenanordnung 1 gemäß 1 - entweder eine Düse mit einer festen Größe und/oder eine Düse mit variabler Größe aufweist) mit der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 verbunden ist (ähnlich zu der in 3 dargestellten Fluidpumpenanordnung 22). Bei dem Gebiet/Volumen, aus dem das Fluid der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 entnommen wird, kann es sich im Wesentlichen um einen Volumenbereich innerhalb des Gehäuses der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 handeln, der besonders zur Ansammlung von Luft neigt. Insbesondere kann die entsprechende Fluidöffnung im mehr oder weniger im höchsten Teil des betreffenden Volumens angeordnet sein, sodass die eingeschlossene Luft im Wesentlichen vollständig entfernt werden kann. Es kann jedoch auch eine „in vertikaler Richtung weiter unten erfolgende“ Anordnung der Öffnung verwendet werden, sofern der Anfahrvorgang der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 ausreichend schnell und zuverlässig erfolgen kann.
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Der Vorteil des Ausführungsbeispiels einer Fluidpumpenanordnung 24 gemäß 4 liegt darin, dass im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel einer Fluidpumpenanordnung 22 gemäß 3 die Konstantpumpe 3 als Hydraulikversorgungspumpe für Hydraulikverbraucher (auch für solche, die eine erhebliche Fluidströmung benötigen) verwendet werden kann. Dies rührt daher, dass mittels der Konstantpumpe 3 eine ausreichend hohe Fluidströmung realisiert werden kann, ohne dass das interne Fluidströmungsverhalten der künstlich kommutierten Fluidpumpe 2 zu stark beeinflusst wird, da der größte Teil der Fluidströmung vom Fluidreservoir 7 (oder einer unterschiedlichen Fluidquelle) kommen kann.
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In 5 ist eine weitere Abwandlung einer Fluidarbeitsmaschinenanordnung 18 dargestellt. Die Fluidarbeitsmaschinenanordnung 18 zeigt erneut etliche Ähnlichkeiten mit den Fluidpumpenanordnungen 1, 15 gemäß der 1 und 2. Vorliegend wird jedoch die künstlich kommutierte Fluidpumpe durch eine künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine 19 ersetzt. Bei der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine 19 werden sowohl die Niederdruckventile, als auch die Hochdruckventile durch elektrisch gesteuerte Ventile ersetzt (was als solches im Stand der Technik bekannt ist). Erfolgt eine geeignete Ansteuerung der Niederdruck- und Hochdruckventile, ist es möglich, die künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine 19 sowohl in einem Pumpbetriebmodus (Fluidbewegung erfolgt in 5 von links nach rechts), und einem Antriebsbetriebsmodus (Fluidbewegung erfolgt in 5 von rechts nach links) betrieben werden.
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Beim Anfahrvorgang der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine 19 kann auf beiden Seiten der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine 19 Luft eingeschlossen sein, also in der Niederdruckleitung 8 und der Hochdruckleitung 9, was zu einem „steckengebliebenen Betriebszustand“ führen kann. Dementsprechend ist eine Entlüftungsleitung 20a, 20b jeweils mit der Niederdruckleitung 8 bzw. der Hochdruckleitung 9 verbunden. Die Entlüftungsleitungen 20a, 20b verbinden über Fluiddrosseln 14 die Niederdruckleitung 8 / die Hochdruckleitung 9 mit der Niederdruckleitung 12 der Konstantpumpe 3. Wie vorab beschrieben, wird sich die Niederdruckleitung 12 sukzessive mit Hydrauliköl füllen, und dadurch Luft, welche sich zum Beginn des Anfahrvorgangs der Konstantpumpe 3 in der Niederdruckleitung 12 befindet, ersetzen.
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Je nach Betriebsmodus 19 der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine 19 wird ein Wechselventil 21 in eine geeignete Stellung geschaltet, sodass die geeignete Entlüftungsleitung 20a, 20b die aktuelle Eingangsseite der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine 19 über die Fluiddrossel 14 mit der Niederdruckleitung 12 verbindet. Dadurch kann die aktuelle Fluideingangsleitung 8, 9 entlüftet werden, sodass die künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine 19 einen Anfahrvorgangs durchführen kann.
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Im vorliegenden Kontext sollte erwähnt werden, dass die künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine 19 in beide Richtungen sowohl als Pumpe und/oder als Motor betrieben werden kann. Dadurch ist auch eine Betriebsart möglich, bei der mithilfe der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine 19 Fluid aktiv von der rechten Seite auf die linke Seite bewegt werden kann, sodass bei bestimmten Betriebsbedingungen der Druck in der Hochdruckleitung 9 auch niedriger als der Druck in der Niederdruckleitung 8 sein kann. Dadurch kann sich eine Entlüftung auf beiden Seiten der künstlich kommutierten Fluidarbeitsmaschine 19 als erforderlich erweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Fluidpumpenanordnung
- 2.
- künstlich kommutierte Fluidpumpe
- 3.
- Konstantpumpe
- 4.
- Pumpkammer
- 5.
- zylindrische Kammer
- 6.
- Kolben
- 7.
- Fluidreservoir
- 8.
- Niederdruckleitung von 2
- 9.
- Hochdruckleitung von 2
- 10.
- elektrisch gesteuertes Niederdruckventil
- 11.
- Rückschlagventil
- 12.
- Niederdruckleitung von 3
- 13.
- Hochdruckleitung von 3
- 14.
- Fluiddrossel
- 15.
- Fluidpumpenanordnung
- 16.
- gemeinsame Niederdruckleitung
- 17.
- Verzweigungspunkt
- 18.
- Fluidarbeitsmaschinenanordnung
- 19.
- künstlich kommutierte Fluidarbeitsmaschine
- 20.
- Entlüftungsleitungen
- 21.
- Wechselventil
- 22.
- Fluidpumpenanordnung
- 23.
- Gehäuse
- 24.
- Fluidpumpenanordnung
