DE102018201181A1

DE102018201181A1 - Hydraulische Achse und Verfahren

Info

Publication number: DE102018201181A1
Application number: DE102018201181.8A
Authority: DE
Inventors: Stanislas Trappe; Reiner Knöll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Offenbart ist ein hydraulisches System mit einer Hydromaschine, die einen hydraulischen Verbraucher in einem geschlossenen Kreislauf bewegen kann. Über einen an den geschlossenen Kreislauf angeschlossenen Bypasspfad kann Druckmittel gezielt über eine Drossel abgeführt werden, um hydraulische Energie in Wärme umzuwandeln.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Achse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren für eine hydraulische Achse.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Achsen oder servo-hydraulische Achsen bekannt. Diese weisen eine Hydromaschine auf, die im geschlossenen Kreislauf mit einem Verbraucher in Form eines Hydrozylinders, beispielsweise in Form eines Gleichgangzylinders, verbunden sind. Der Hydrozylinder hat hierbei einen Kolben, der zwei Druckräume voneinander abgrenzt. Der erste Druckraum ist dabei mit einem ersten Druckanschluss der Hydromaschine und der zweite Druckraum mit einem zweiten Druckanschluss der Hydromaschine verbunden. Die Hydromaschine ist über einen Elektromotor antreibbar. Zum Ausfahren des Hydrozylinders wird die Hydromaschine in einer ersten Drehrichtung bewegt und zum Einfahren des Hydrozylinders entgegengesetzt in einer zweiten Drehrichtung. Der Elektromotor kann auch als Generator eingesetzt werden und von der Hydromaschine angetrieben werden. Wird der Hydrozylinder beispielsweise zum Heben von Lasten eingesetzt, so kann der Hydrozylinder über die Last eingefahren werden und hierdurch beispielsweise dann über die Hydromaschine den Elektromotor als Generator antreiben. Es kann somit potentielle Energie oder Hebeenergie in ein Stromnetz rückgespeist werden. Alternativ zur Rückspeisung ins Stromnetz kann die elektrische Energie über Bremswiderstände abgebaut werden. Die hydraulische Achse wird beispielsweise zum Heben einer Pfanne in einem Stahlwerk eingesetzt.
Nachteilig bei der bekannten hydraulischen Achse ist, dass der Abbau der potentiellen Energie über den Elektromotor in Form des Generators oder über Bremswiderstände vorrichtungstechnisch aufwendig und kostenintensiv ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Achse zu schaffen, bei der kostengünstig und mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand potentielle Energie eines hydraulische Verbrauchers abbaubar ist. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfache und kostengünstige Weise potentielle Energie bei einer hydraulischen Achse umgewandelt werden kann.
Die Aufgabe hinsichtlich der hydraulischen Achse wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Achse oder servo-hyraulische Achse oder eine Kompaktachse oder ein hydraulisches System vorgesehen. Diese kann einen hydraulischen Verbraucher, beispielsweise in Form eines Hydrozylinders oder einer Hydromaschine, aufweisen. Des weiteren kann eine Hydromaschine zum Betätigen des Verbrauchers vorgesehen sein. Somit kann der Verbraucher mit der Hydromaschine fluidisch verbunden sein. Vorzugsweise hat der Verbraucher einen ersten Arbeitsanschluss, der über eine erste Druckleitung oder über einen ersten Strömungspfad mit einem ersten Maschinenanschluss der Hydromaschine verbunden sein kann. Des Weiteren kann der Verbraucher einen zweiten Arbeitsanschluss aufweisen. Über eine zweite Druckleitung oder einen zweiten Strömungspfad kann der zweite Arbeitsanschluss mit einem zweiten Maschinenanschluss der Hydromaschine verbunden sein. Vorteilhafterweise ist ein Bypasspfad vorgesehen, der beispielsweise mit zumindest einer der Druckleitungen fluidisch verbunden ist. Im Bypasspfad kann eine Drosselvorrichtung zur gezielten Umwandlung von hydraulischer Leistung oder hydraulischer Energie in Wärmeenergie vorgesehen sein.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass bei der hydraulischen Achse hydraulische Leistung, die beispielsweise aufgrund eines Abbaus von potentieller Energie über den Verbraucher auftreten kann, durch die Drosselvorrichtung gezielt in Wärme umgewandelt werden kann. Wird beispielsweise als Verbraucher ein Hydrozylinder vorgesehen, so kann dieser über eine Gewichtskraft einer Last eingefahren werden. Im Unterschied zum Stand der Technik ist es somit nicht notwendig, die Hydromaschine beispielsweise kostenintensiv und vorrichtungstechnisch aufwändig über einen Elektromotor abzustützen beziehungsweise den Elektromotor als Generator anzutreiben oder Bremswiderstände einzusetzen. Somit kann die hydraulische Energie direkt im Hydraulikkreislauf abgebaut werden, womit teure, insbesondere elektrische Komponenten, vermieden werden können. Dies führt wiederum zu einer vorrichtungstechnisch einfachen hydraulischen Achse mit einer geringen Komponentenanzahl, was äußerst kostengünstig ist. Mit anderen Worten kann durch die hydraulische Achse im geschlossenen Hydraulikkreislauf potentielle Energie in Wärme umgewandelt werden, wodurch Anlagenkosten günstig dargestellt werden können. Außerdem kann die gewonnene Wärme in kalten Einsatzbereichen eine zusätzliche Heizung obsolet machen oder zumindest Heizkosten reduzieren. Somit kann die hydraulische Achse beispielsweise in einem kalten Klima rasch über die Drosselvorrichtung aufgewärmt werden und/oder es kann ein ausgeglichener Wärmehaushalt gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise ist ein Drosselquerschnitt der Drosselvorrichtung einstellbar. Beispielsweise kann der Drosselquerschnitt auf- und zugeschaltet werden. Somit kann einfach bei Bedarf die Drosselvorrichtung durch den aufgeschalteten Drosselquerschnitt zum Abbau von Energie eingesetzt werden und im Übrigen weggeschaltet werden. Denkbar ist auch, den Drosselquerschnitt stetig zu verstellen oder einzustellen. Somit kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine äußerst genaue und gezielte Umwandlung von hydraulischer Leistung in Wärmeenergie erfolgen, um beispielsweise eine bestimmte Temperatur der Achse oder eines Druckmittels der Achse einzustellen. Mit anderen Worten ist die Drosselvorrichtung variabel ausgestaltet.
Wie vorstehend bereits angeführt, kann die hydraulische Achse beispielsweise im geschlossenen Kreis ausgebildet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Bypasspfad vorzugsweise zwischen den Druckleitungen ausgebildet. Beispielsweise ist der Bypaspfad an beide Druckleitungen angeschlossen, womit die Druckleitungen über die Drosselvorrichtung fluidisch verbindbar sind und sich äußerst vorteilhaft für einen geschlossenen Kreislauf eignet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, über den die Temperatur des Druckmittels der hydraulischen Achse ermittelbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Drosselquerschnitt der Drosselvorrichtung in Abhängigkeit der abgegriffenen Temperatur eingestellt ist. Somit kann vorteilhafterweise eine gezielte Temperatursteuerung der hydraulischen Achse oder des hydraulischen Systems erfolgen. Somit ist beispielsweise denkbar, dass nur bei bestimmten Druckmitteltemperaturen Energie über die Drosselvorrichtung gewandelt wird, um beispielsweise die hydraulische Achse aufzuwärmen. Mit andern Worten kann die Drosselvorrichtung in Abhängigkeit von der per Temperatursensor gemessenen Temperatur des Öls gesteuert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Temperatursensor zwischen dem Druckanschluss oder, insbesondere zweiten, Maschinenanschluss der Hydromaschine und einem Verbindungsknoten oder einer Verbindungsstelle des Bypasspfads mit der zweiten Druckleitung angeordnet sein. Somit kann von dem Temperatursensor die Mischtemperatur von dem Druckmittel des Bypasspfads und von dem Druckmittel der zweiten Druckleitung abgegriffen werden - wenn Druckmittel hin zum zweiten Druckanschluss über den Verbindungsknoten strömt - , womit eine gezielte Temperaturregelung ermöglicht ist. Denkbar ist auch, mehrere Temperatursensoren an unterschiedlichen Stellen der hydraulischen Achse vorzusehen.
Als hydraulischer Verbraucher kann beispielsweise ein Hydrozylinder, wie vorstehend bereits angeführt, vorgesehen sein. Dieser hat beispielsweise einen Kolben, der zwei Druckräume voneinander abgrenzt. Der erste Druckraum kann über den ersten Arbeitsanschluss mit der ersten Druckleitung und der zweite Druckraum über den zweiten Arbeitsanschluss mit der zweiten Druckleitung verbunden sein. Der Hydrozylinder ist beispielsweise als Gleichgangzylinder oder Differentialzylinder ausgebildet. Denkbar ist auch, dass der Hydrozylinder einen Gleichgang hat oder mit einen gefalteten Gleichgang oder mit aufgelösten Mehrflächen oder durch ein Tandem oder durch integrierte Mehrflächen ausgebildet ist.
Der Hydrozylinder hat beispielsweise eine mit dem Kolben verbunde Kolbenstange. Diese kann beispielsweise in Richtung einer Vergrößerung des ersten Druckraums ausfahrbar und in Richtung einer Verkleinerung des ersten Druckraums einfahrbar sein. Beim Ausfahren wird entsprechend der zweite Druckraum verkleinert und beim Einfahren vergrößert. Beispielsweise kann mit dem Hydrozylinder in Ausfahrrichtung eine Last hebbar sein und in Einfahrrichtung senkbar. Somit ist beispielsweise denkbar, dass die Kolbenstange von der Gewichtskraft der Last in Einfahrrichtung bewegt werden kann und hierdurch potentielle Energie in hydraulische Energie umgewandelt werden kann. Die hydraulische Energie wiederum kann dann beispielsweise über die Drosselvorrichtung zumindest teilweise in Wärme umgewandelt werden.
Es ist auch denkbar, als hydraulischen Verbraucher eine Hydromaschine, insbesondere in Form eines Hydromotors, vorzusehen.
Alternativ oder zusätzlich zum Temperatursensor kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zumindest ein Drucksensor vorgesehen sein. Es ist dann beispielsweise denkbar, die Hydromaschine und/oder die Drosselvorrichtung in Abhängigkeit des gemessenen Drucks zu steuern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in der ersten Druckleitung ein sich in Strömungsrichtung weg vom ersten Druckanschluss oder ersten Maschinenanschluss der Hydromaschine öffnendes Rückschlagventil angeordnet sein. Der Bypasspfad ist dann beispielsweise in Strömungsrichtung weg vom ersten Druckanschluss der Hydromaschine gesehen nach dem Rückschlagventil an die erste Druckleitung angeschlossen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass bei einer Druckmittelströmung, beispielsweise beim Einfahren des Verbrauchers in Form des Hydrozylinders, in Strömungsrichtung hin zum ersten Druckanschluss der Hydromaschine das Rückschlagventil sperrt und somit das Druckmittel vorrichtungstechnisch einfach vollständig über die Drosselvorrichtung strömen kann.
Alternativ zum Rückschlagventil in der ersten Druckleitung ist denkbar, ein Wegeventil vorzusehen. Der Bypasspfad ist dann beispielsweise in Strömungsrichtung weg vom ersten Druckanschluss der Hydromaschine gesehen nach dem Wegeventil an die erste Druckleitung angeschlossen. Somit kann die hydraulische Achse flexibler eingefahren werden. Es kann somit wahlweise Druckmittel, beispielsweise beim Einfahren des Verbrauchers in Form des Hydrozylinders, bei geöffnetem Wegeventil über die Hydromaschine und bei geschlossenem Wegeventil über die Drosselvorrichtung strömen. Strömt sie über die Hydromaschine, so kann diese angetrieben werden, um beispielsweise wiederum einen Elektromotor oder eine elektrische Maschine anzutreiben. Somit kann wahlweise Energie über den Elektromotor (oder auch Bremswiderstände) oder über die Drosselvorrichtung umgewandelt werden. Vorzugsweise ist das Wegeventil als 2/2-Wegeventil ausgestaltet. Ein Druckanschluss des Wegeventils kann dabei mit der Hydromaschine und ein weiterer Druckanschluss mit dem hydraulischen Verbraucher verbunden sein. In einer ersten Schaltstellung eines Ventilschiebers des Wegeventils können beispielsweise die Druckanschlüsse voneinander getrennt und in einer zweiten Schaltstellung miteinander verbunden sein. Der Ventilschieber ist beispielsweise über eine Ventilfeder in Richtung der ersten Schaltstellung mit einer Federkraft beaufschlagt. In entgegengesetzter Richtung kann er über einen Aktor, beispielsweise über einen elektrischen Aktor, betätigt sein. Somit kann das Wegeventil als Schaltventil ausgebildet sein. Allerdings ist auch denkbar, das Wegeventil stetig verstellbar auszugestalten, um beispielsweise einen Teil eines Volumenstroms eines Druckmittels zur Hydromaschine und den anderen Teil über die Drosselvorrichtung zu führen. Denkbar ist auch, das Wegeventil und das Rückschlagventil kombiniert anzuordnen, indem diese beispielsweise fluidisch parallel angeordnet sind, womit das Wegeventil nur bei Bedarf geschaltet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Drosselvorrichtung durch ein stetig verstellbares Drosselventil ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann als Drosselvorrichtung ein variables Drosselventil eingesetzt sein. Das Drosselventil ist beispielsweise über einen Aktor, insbesondere über einen elektrischen Aktor, betätigbar. Über den Aktor kann somit der Drosselquerschnitt des Drosselventils eingestellt werden.
Es ist auch denkbar, die Drosselvorrichtung kostengünstig und vorrichtungstechnisch einfach durch ein Wegeventil mit fluidisch in Reihe dazu angeordneter Drossel auszubilden. Hierdurch ist durch die Drossel ein fest vorgegebener Drosselquerschnitt gegeben und die Zuführung von Druckmittel zur Drossel kann über das Wegeventil gesteuert werden. Das Wegeventil ist beispielsweise als 2/2-Wegeventil ausgestaltet. Insbesondere kann das Wegeventil als Schaltventil ausgebildet sein. Vorzugsweise hat das Wegeventil einen ersten Druckanschluss, der mit der ersten Druckleitung verbunden ist und einen zweiten Druckanschluss, der mit der Drossel verbunden ist. Ein Ventilschieber kann dabei in einer ersten Schaltstellung die Druckanschlüsse voneinander trennen und in einer zweiten Schaltstellung miteinander verbinden. Vorzugsweise ist der Ventilschieber über eine Ventilfeder in Richtung der ersten Schaltstellung mit einer Federkraft beaufschlagt. In entgegengesetzter Richtung kann der Ventilschieber von einem Aktor, insbesondere von einem elektrischen Aktor, bestätigbar sein.
Bevorzugterweise ist bei der hydraulischen Achse ein Steuergerät vorgesehen. Dieses kann beispielsweise zur Steuerung der Drosselvorrichtung eingesetzt werden, also beispielsweise zur Steuerung eines Wegeventils der Drosselvorrichtung oder des Drosselventils der Drosselvorrichtung, je nachdem welche Ausführungsform vorgesehen ist. Mit dem Steuergerät kann beispielsweise die vom Temperatursensor ermittelte Ist-Temperatur mit einer Soll-Temperatur verglichen werden. Vorzugsweise kann das Steuergerät in Abhängigkeit der ermittelten Ist-Temperatur die Drosselvorrichtung steuern, insbesondere derart, dass die Soll-Temperatur erreicht wird. Ist als Drosselvorrichtung ein Wegeventil mit fluidisch in Reihe dazu angeordneter Drossel vorgesehen, so kann hierdurch eine 2-Punkt-Regelung für die Temperatur kostengünstig und vorrichtungstechnisch einfach umgesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, zwischen den Druckleitungen ein Notsenkventil anzuordnen. Über dieses kann eine Druckmittelverbindung zwischen den Druckleitungen bei Bedarf aufsteuerbar sein. Das Notsenkventil ist vorzugsweise fluidisch parallel zur Drosselvorrichtung vorgesehen. Das Notsenkventil ist beispielsweise in einem Strömungspfad zwischen den beiden Druckleitungen angeordnet, wobei eine Drossel in dem Strömungspfad vorgesehen sein kann, um einen gedrosselten Kurzschluss zwischen den Arbeitsanschlüssen des hydraulischen Verbrauchers bei Bedarf vorzusehen. Der Strömungspfad des Notsenkventils zweigt beispielsweise von einer jeweiligen Druckleitung zwischen dem Verbraucher und dem jeweiligen Knotenpunkt oder Verbindungsknoten des Bypasspfads ab.
Vorzugsweise ist zumindest ein Lasthalteventil in einer der Druckleitungen, insbesondere in der ersten Druckleitung, vorgesehen. Wird beispielsweise ein Hydrozylinder als hydraulischer Verbraucher eingesetzt, so kann eine Bewegung des Kolbens in Richtung einer Verkleinerung des ersten Druckraums durch das Lasthalteventil vermieden werden. Vorzugsweise ist das zumindest eine Lasthalteventil aufsteuerbar, beispielsweise über einen Aktor oder eine Steuerleitung. Um die Sicherheit zu erhöhen, ist denkbar, zumindest zwei Lasthalteventile in Reihe anzuordnen, womit eine Redundanz geschaffen ist. Diese sind beispielsweise gleich ausgestaltet, wobei auch denkbar ist, unterschiedliche Lasthalteventile einzusetzen. Das Lasthalteventil oder die Lasthalteventile kann/können beispielsweis in Strömungsrichtung weg von der Hydromaschinen, insbesondere in Strömungsrichtung weg vom ersten Druckanschluss der Hydromaschine, durch das Druckmittel aufgesteuert werden. Das Lasthalteventil oder die Lasthalteventile kann/können des Weiteren über die Steuerleitung oder den Aktor aufgesteuert werden.
Mit Vorteil weist die hydraulische Achse einen Druckmittelfilter auf. Dieser ist beispielsweise in der zweiten Druckleitung zwischen dem Knotenpunkt des Bypasspfads mit der zweiten Druckleitung und dem Verbraucher angeordnet. Fluidisch parallel zum Druckmittelfilter kann beispielsweise ein sich in Strömungsrichtung weg vom Hydrozylinder sich öffnendes Rückschlagventil angeordnet sein. Fluidisch in Reihe zum Druckmittelfilter, beispielsweise zwischen dem Knotenpunkt und dem Druckmittelfilter, kann ein sich in Strömungsrichtung weg vom Verbraucher öffnendes Rückschlagventil angeordnet sein. Des Weiteren ist denkbar, dass fluidisch parallel zur Reihenschaltung des Druckmittelfilters und des Rückschlagventils ein weiteres Rückschlagventil vorgesehen ist, das beispielsweise in Strömungsrichtung hin zum hydraulischen Verbraucher öffnet.
Mit Vorteil kann die hydraulische Ache in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Nachsaugvorrichtung aufweisen. Hierzu ist beispielsweise ein Hydrospeicher vorgesehen, der über ein erstes Rückschlagventil mit der ersten Druckleitung und über ein zweites Rückschlagventil mit der zweiten Druckleitung verbunden sein kann. Die Rückschlagventile öffnen dabei jeweils vorzugsweise in Strömungsrichtung weg vom Hydrospeicher. Das mit der ersten Druckleitung verbundene Rückschlagventil ist vorzugsweise an diese zwischen der Hydromaschine und dem in der ersten Druckleitung angeordneten Rückschlagventil oder Wegeventil angeschlossen. Das zweite Rückschlagventil, das mit der zweiten Druckleitung verbunden ist, ist vorzugsweise zwischen der Hydromaschine und dem Knotenpunkt des Bypasspfads mit der zweiten Druckleitung angeschlossen.
Des Weiteren kann für eine der Druckleitungen oder für eine jeweilige Druckleitung ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein. Beispielsweise zweigt von der ersten Druckleitung ein Druckbegrenzungsventil ab, das mit dem Hydrospeicher verbunden ist. Insbesondere ist es am Strömungspfad zwischen dem Hydrospeicher und den Rückschlagventilen angeschlossen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Druckleitung über ein Druckbegrenzungsventil mit dem Hydrospeicher verbunden sein. Das Druckbegrenzungsventil ist dabei vorzugsweise am Strömungspfad zwischen dem Hydrospeicher und den Rückschlagventilen angeschlossen. Druckleitungsseitig ist das jweilige Druckbegrenzungsventil vorzugsweise zwischen der Hydromaschine und dem jeweiligen Knotenpunkt mit dem Bypasspfad angschlossen. Das Druckbegrenzungsventil für die erste Druckleitung öffnet beispielsweise bei einem Druck von 315 bar. Das Druckbegrenzungsventil der zweiten Druckleitung öffnet beispielsweise bei einem Druck von 20 bis 50 bar. Mit anderen Worten kann bei zwei Druckbegrenzungsventilen das an die erste Druckleitung angeschlossene Druckbegrenzungsventil bei einem höheren Druck öffnen als das andere.
Vorzugsweise sind zumindest ein Teil der Ventile oder alle Ventile der hydraulischen Achse in einem Steuerblock ausgebildet. Des Weiteren ist denkbar, die Hydromaschine im Steuerblock auszubilden. Eine die Hydromaschine antreibbare Antriebseinheit kann beispielsweise an den Steuerblock angeschlossen sein. Des Weiteren ist denkbar, den hydraulischen Verbraucher im Steuerblock auszubilden oder mit dem Steuerblock direkt oder über Fluidleitungen zu verbinden.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren mit einer hydraulischen Achse gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Vorzugsweise kann, insbesondere in einem Normalbetrieb, beim Einfahren des Hydrozylinders die Drosselvorrichtung aufgesteuert und beim Ausfahren zugesteuert sein oder in einer ersten Verfahrrichtung des Verbrauchers aufgesteuert und in einer zweiten Verfahrrichtung des Verbrauchers zugesteuert sein. Somit kann beispielsweise auf einfache Weise potentielle Energie in Wärmeenergie bei Bedarf über die Drosselvorrichtung umgewandelt werden. Es kann somit beispielsweise bei Bedarf die hydraulische Achse beziehungsweise das System aufgewärmt werden.
Erfindungsgemäß können bei einem Verfahren mit der hydraulischen Achse gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte zum Aufwärmen des Druckmittels folgende Schritte vorgesehen sein:

- In einem ersten Schritt oder in einer Phase 1 kann ein Aufsteuern der Drosselvorrichtung erfolgen und Druckmittel über die Hydromaschine gefördert werden. Mit anderen Worten kann die Hydromaschine in einem ersten Schritt über die Drosselvorrichtung kurzgeschlossen sein. Ist zumindest ein Lasthalteventil vorgesehen, so bleibt dies vorzugsweise zugesteuert.
- In einem zweiten Schritt oder in einer Phase 2 kann zumindest ein teilweises Zusteuern der Drosselvorrichtung und ein, insbesondere langsames, Bewegen des Verbrauchers, insbesondere des Kolbens des Hydrozylinders, vorgesehen sein. Ist ein Lasthalteventil vorgesehen, so kann dies über das Druckmittel und/oder über einen Aktor aufgesteuert sein. Denkbar ist auch, dass die Drosselvorrichtung nicht teilweise, sondern vollständig aufgesteuert ist.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass im ersten Schritt Druckmittel in einem kleinen Kreislauf über die Drosselvorrichtung aufwärmbar ist. In einem zweiten Schritt kann dann Druckmittel in einem großen Kreislauf aufgewärmt werden. Hierbei kann dann Druckmittel von der Hydromaschine über die erste Druckleitung zum einen zum Drosselventil und zum anderen zum Verbraucher zugeführt werden. Des Weiteren kann Druckmittel vom Verbraucher zur Hydromaschine zurückströmen und mit dem warmen Druckmittel des Bypasspfads vermischt werden, das stromabwärts der Drosselvorrichtung in die zweite Druckleitung strömt. Hierdurch ist eine äußerst effiziente Aufwärmung der hydraulischen Achse ermöglicht.
Beim ersten Schritt des Verfahrens kann vorzugsweise die Temperatur über den Temperatursensor abgegriffen sein, wobei dann ab einer bestimmten Temperaturhöhe der zweite Schritt eingeleitet werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann im ersten Schritt vorgesehen sein, dass die Hydromaschine wechselweise in unterschiedliche Richtungen betrieben wird. Alternativ oder zusätzlich kann im zweiten Schritt ein wechselweiser Betrieb der Hydromaschine vorgesehen sein. Denkbar ist auch, dass die Hydromaschine im ersten Schritt in eine bestimmte Richtung bewegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Hydromaschine im zweiten Schritt in eine bestimmte Richtung bewegt wird, insbesondere in Ausfahrrichtung des Hydrozylinders.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen hydraulischen Schaltplan einer hydraulischen Achse gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 in einem Flussdiagramm ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel und
3 in einem hydraulischen Schaltplan eine hydraulische Achse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Gemäß 1 ist eine Servo-Hydraulische Achse 1 dargestellt. Diese weist einen Systemdruck von zum Beispiel 220bar r auf. Diese hat eine Hydromaschine 2 in Form einer Hydropumpe, die in beide Drehrichtungen bewegbar ist. Die Hydromaschine 2 ist mit einer Antriebseinheit 4 in Wirkverbindung. Die Antriebseinheit 4 ist beispielsweise als Elektromotor ausgebildet und kann die Hydromaschine 2 drehzahlgeregelt und/oder druckgeregelt und/oder drehmomentgeregelt antreiben. In einer alternativen Ausführungsform ist denkbar, die Antriebseinheit 4 zusätzlich als Generator über die Hydromaschine 2 anzutreiben, beispielsweise wenn die Hydromaschine 2 zusätzlich als Hydromotor einsetzbar ist. Die Hydromaschine 2 hat einen ersten Maschinenanschluss A und einen zweiten Maschinenanschluss B. Über einen geschlossenen hydraulischen Kreis ist die Hydromaschine 2 mit einem hydraulischen Verbraucher in Form eines Hydrozylinders 6 verbunden. Der Hydrozylinder 6 ist als Gleichgangzylinder ausgestaltet und hat einen Kolben 8, der einen ersten Druckraum 10 von einem zweiten Druckraum 12 trennt. Der erste Druckraum 10 ist über einen ersten Arbeitsanschluss X mit einer ersten Druckleitung 14 - die an den ersten Maschinenanschluss A angeschlossen ist - und der zweite Druckraum ist über einen zweiten Arbeitsanschluss Y mit einer zweiten Druckleitung 16 - die an den zweiten Maschinenanschluss B angeschlossen ist - verbunden. Zwischen den Druckleitungen 14, 16 ist eine Drosselvorrichtung in Form von einem stetig verstellbaren Drosselventil 18 vorgesehen. Dieses ist in einem Bypasspfad 20 angeordnet, der einerseits mit der ersten Druckleitung 14 über einen ersten Knotenpunkt 22 und mit der zweiten Druckleitung 16 über einen zweiten Knotenpunkt 24 verbunden ist. Das Drosselventil 18 ist stetig über einen elektrischen Aktor 26 verstellbar, womit ein Drosselquerschnitt stetig einstellbar ist.
Gemäß 1 ist des Weiteren in der ersten Druckleitung 14 ein sich in Strömungsrichtung weg vom Maschinenanschluss A sich öffnendes Rückschlagventil 28 angeordnet. Über dieses kann somit Druckmittel von der Hydromaschine 2 über den ersten Maschinenanschluss A hin zum Hydrozylinder 8 strömen, wobei die umgekehrte Strömungsrichtung durch das Rückschlagventil 28 verhindert ist. Das Rückschlagventil 28 ist zwischen dem Knotenpunkt 22 und dem Maschinenanschluss A vorgesehen. Somit kann dann beispielsweise Druckmittel, das vom Hydrozylinder 6 über die erste Druckleitung hin in Richtung des Rückschlagventils 28 strömt über den Bypasspfad 20 und das Drosselventil 18 zur zweiten Druckleitung 16 geführt werden.
Des Weiteren sind in der ersten Druckleitung 14 zwei Lasthalteventile 30 und 32 vorgesehen. Diese sind in Reihe angeordnet. Die Lasthalteventile 30 und 32 oder Sperrventile sind dabei fluidisch zwischen dem Knotenpunkt 22 und dem ersten Arbeitsanschluss X des Hydrozylinders 6 angeordnet. Zumindest eines der Lasthalteventile 30 und 32 weist einen Positionssensor auf, womit überwacht werden kann, ob dieses oder diese geschlossen ist/sind. Im geschlossenen Zustand sperrt ein jeweiliges Lasthalteventil 30 und 32 eine Druckmittelverbindung vom ersten Arbeitsanschluss X hin in Richtung der Hydromaschine 2. Bei Bedarf kann ein jeweiliges Lasthalteventil 30 und 32 über nicht gezeigte Mittel aufgesteuert werden.
Zwischen den Druckleitungen 14 und 16 ist des Weiteren ein Notsenkventil 34 angeordnet. Hierbei ist das Notsenkventil 34 in einem Strömungspfad 36 vorgesehen, in dem des Weiteren eine Drossel 38 fluidisch in Reihe zum Notsenkventil 34 angeordnet ist. An einem Knotenpunkt 40 mündet der Strömungspfad 36 in der zweiten Druckleitung 16 und an einem Knotenpunkt 42 in der ersten Druckleitung 14. Das Notsenkventil 34 ist als 2/2 -Wegeventil ausgebildet, das schaltbar ist und eine Positionsüberwachung hat.
Zwischen den Knotenpunkten 24 und 40 ist in der zweiten Druckleitung 16 eine Filtervorrichtung 44 vorgesehen. Diese hat einen Filter 46. Fluidisch parallel zu diesem ist ein Rückschlagventil 48 angeordnet. Dieses öffnet in Strömungsrichtung weg vom Hydrozylinder 6 hin zur Hydromaschine 2. Des Weiteren ist in Reihe zum Filter 46 und zum Rückschlagventil 48 ein weiteres Rückschlagventil 50 vorgesehen, das in Strömungsrichtung weg vom Hydrozylinder 6 und hin zur Hydromaschine 2 öffnet. Fluidisch parallel wiederum zur Reihenschaltung des Filters 46 bzw. des Rückschlagventils 48 mit dem Rückschlagventil 50 ist ein weiteres Rückschlagventil 52 vorgesehen, das in Strömungsrichtung von der Hydromaschine 2 hin zum Hydrozylinder 6 öffnet.
Des Weiteren weist die hydraulische Achse 1 einen Temperatursensor 56 auf. Dieser greift die Temperatur des Druckmittels in der zweiten Druckleitung 16 zwischen dem Knotenpunkt 24 und der Hydromaschine 2 ab.
Des Weiteren ist bei der hydraulischen Achse 1 gemäß 1 eine Nachsaugventilanordnung vorgesehen. Diese hat einen Hydrospeicher 60, der über ein Rückschlagventil 62, das sich in Strömungsrichtung weg vom Hydrospeicher 60 öffnet, mit der ersten Druckleitung 14 verbunden ist. Mit der zweiten Druckleitung 16 ist der Hydrospeicher 60 über ein weiteres Rückschlagventil 64 verbunden, das in Strömungsrichtung weg vom Hydrospeicher 60 öffnet. Des Weiteren ist ein Druckbegrenzungsventil 66 vorgesehen, das den Druck in der ersten Druckleitung 14 begrenzt und hierfür mit dieser und mit dem Hydrospeicher 60 verbunden ist. Des Weiteren ist der Druck in der zweiten Druckleitung 16 ebenfalls über ein Druckbegrenzungsventil 68 begrenzt, das zwischen dieser und dem Hydrospeicher 60 vorgesehen ist. Das Rückschlagventil 62 und das Druckbegrenzungsventil 66 sind zwischen dem Rückschlagventil 28 und der Hydromaschine 2 mit der ersten Druckleitung 14 verbunden. Des Weiteren ist das Rückschlagventil 64 und das Druckbegrenzungsventil 68 mit der zweiten Druckleitung 16 zwischen dem Knotenpunkt 24 und der Hydromaschine 2 verbunden.
Eine Leckageleitung 70 der Hydromaschine 2 ist ebenfalls mit dem Hydrospeicher 60 verbunden.
Es kann ein Wärmetauscher 72 vorgesehen sein, über dem Druckmittel in der ersten Druckleitung insbesondere zwischen der Hydromaschine 2 und dem Rückschlagventil 28 kühlbar ist oder erwärmbar ist.
Zur Druckmessung ist ein erster Drucksensor 74 an die erste Druckleitung 14 zwischen dem Knotenpunkt 42 und dem Hydrozylinder 6 angeschlossen. Ein weiterer Drucksensor 76 ist an die zweite Druckleitung 16 zwischen dem Knotenpunkt 40 und dem Hydrozylinder 6 angeschlossen. Außerdem ist ein Drucksensor 78 vorgesehen, der an die erste Druckleitung 14 zwischen dem Lasthalteventil 30 und dem Knotenpunkt 22 angeschlossen ist. Zum Messen eines Speicherdrucks ist außerdem ein Drucksensor 80 an den Hydrospeicher 60 angeschlossen.
Vom Kolben 8 des Hydrozylinders 6 kragen des Weiteren jeweils zwei Kolbenstangen 82 und 84 weg. Die Kolbenstange 84 ist mit einer Last in Form einers Pfanne 86 verbunden.
Zum Heben der Last 86 fördert die Hydromaschine 2 Druckmittel von der zweiten Druckleitung 16 in die erste Druckleitung 14. Das Drosselventil 18 ist hierbei geschlossen. Druckmittel strömt dann über das Rückschlagventil 28 und die Lasthalteventile 30 und 32 in den ersten Druckraum 10, womit der Kolben 8 in Richtung einer Vergrößerung des Druckraums 10 verfahren wird und somit der Pfanne 86 gehoben wird. Hierbei strömt Druckmittel vom zweiten Druckraum 12 über die zweite Druckleitung 16 durch den Filter 46 zur Hydromaschine 2.
Beim Einfahren des Hydrozylinders 6 kann nun potentielle Energie über das Drosselventil 18 in Wärmeenergie umgewandelt werden. Hierfür wird das Drosselventil 18 aufgesteuert. Des Weiteren sind die Lasthalteventile 30 und 32 aufgesteuert. Die Pfanne 86 übt dann eine Kraft auf den Kolben 8 in Richtung einer Verkleinerung des ersten Druckraums 10 aus. Druckmittel strömt dann über den ersten Druckraum 10 und die erste Druckleitung 14 zum Drosselventil 18 und von diesem weiter zur zweiten Druckleitung 16. Über die zweite Druckleitung 16 kann nun das Druckmittel in den sich vergrößernden zweiten Druckraum 12 strömen. Durch einen verengten Drosselquerschnitt des Drosselventils 18 ist über dem Drosselventil 18 ein Druckgefälle ausgebildet. Hydraulische Energie wird somit in Wärmeenergie umgewandelt. Beim Einfahren des Hydrozylinders 6 kann ein Drosselquerschnitt des Drosselventils 18 abhängig von der Ist-Temperatur sein, die vom Temperatursensor 56 abgegriffen ist.
Für eine Notsenkung des Hydrozylinders 6, also für eine Verschiebung des Kolbens 8 in Richtung einer Verkleinerung des ersten Druckraums 10 sind die Lasthalteventile 30 und 32 geschlossen und das Notsenkventil 34 ist aufgesteuert. Hierdurch kann Druckmittel vom ersten Druckraum 10 über die Drossel 38 und das Notsenkventil 34 hin zum zweiten Druckraum 12 strömen, womit die Druckräume 10 und 12 kurzgeschlossen sind.
Zum Aufwärmen der hydraulischen Achse 1 kann ein Verfahren vorgesehen sein, das gemäß 2 in Zusammenhang mit 1 näher erläutert ist. Gemäß 2 wird in einem ersten Schritt 88 des Verfahrens die Hydromaschine 2 angetrieben, wobei die Lasthalteventile 30 und 32 und das Notsenkventil 34 geschlossen sind. Das Drosselventil 18 ist geöffnet. Somit strömt Druckmittel vom ersten Maschinenanschluss A der Hydromaschine 2 über das Rückschlagventil 28 durch das Drosselventil 18 und weiter zum zweiten Maschinenanschluss B. Dieser erste Schritt ist bis zu einer vorbestimmten Viskosität des Druckmittels vorgesehen, wobei die Viskosität temperaturabhängig ist. Über die vom Temperatursensor 56 abgegriffene Temperatur kann beispielsweise die Viskosität ermittelt werden. Bei einer geringen Viskosität ist es vorteilhaft, wenn die Hydromaschine 2 nur mit einem vergleichsweise geringen Druck betrieben wird, um diese zu schonen. Der Druck kann beispielsweise über den Drucksensor 78 oder den Drucksensor 76 überwacht werden. Ist nun eine bestimmte Temperatur, die vom Temperatursensor 56 abgegriffen ist, erreicht und/oder weist das Druckmittel eine bestimmte Viskosität auf, so können zusätzlich zum Drosselventil 18 die Lasthalteventile 30 und 32 in einem zweiten Schritt 90 aufgesteuert werden. Hierdurch kann dann der Kolben 8 des Hydrozylinders 6 in Richtung einer Vergrößerung des ersten Druckraums 10, insbesondere vergleichsweise langsam, bewegt werden. Kaltes Druckmittel von der zweiten Druckleitung 16, insbesondere zwischen dem Knotenpunkt 24 und dem Hydrozylinder 6 und warmes Druckmittel oder zumindest eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweisendes Druckmittel vom Bypasspfad 20 werden dann am Knotenpunkt 24 durchmischt, wobei dann über den Temperatursensor 56 eine Mischtemperatur abgegriffen wird.
Gemäß 3 ist nun eine weitere Ausführungsform einer hydraulischen Achse 92 gezeigt. Bei dieser ist im Unterschied zur Ausführungsform in 1 anstelle des Drosselventils 18 im Bypasspfad 20 eine Drossel 94 mit einem festen Drosselquerschnitt angeordnet. In Reihe zur Drossel 94 ist dabei ein 2/2-Wegeventil 96 angeordnet. Das als Schaltventil ausgebildete Wegeventil 96 kann die Druckmittelverbindung im Bypasspfad 20 zwischen dem Knotenpunkt 22 und der Drossel 94 auf- und zusteuern. Dieser erfolgt über einen elektrischen Aktor 98, der von einem Steuergerät 100 ansteuerbar ist. Als Eingangsgröße 102 für das Steuergerät 100 ist eine Ist-Temperatur vorgesehen, die vom Temperatursensor 56 abgegriffen ist. Als weitere Eingangsgröße 104 ist eine Soll-Temperatur vorgesehen. Somit kann, beispielsweise beim Einfahren des Hydrozylinders 6, wie vorstehend gemäß 1 erläutert, oder beim Aufwärmen der hydraulischen Achse 92, siehe auch 1, über die Drosselvorrichtung mit dem Wegeventil 96 und der Drossel 94 eine einfache Zwei-Punkt-Temperaturregelung vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich zur Drosselvorrichtung mit dem Wegeventil 96 und der Drossel 94 weist die hydraulische Achse 92 im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 in 3 anstelle des Rückschlagventils 28, siehe 1, ein 2/2-Wegeventil 106 auf. Dieses ist als Schaltventil ausgestaltet und kann die Druckmittelverbindung zwischen der Hydromaschine 2 und dem Knotenpunkt 22 auf- und zusteuern. So ist auch denkbar das Wegeventil 106 bei der Ausführungsform in 1 anstelle des Rückschlagventils 28 einzusetzen. Mit dem Wegeventil 106 kann nun der Hydrozylinder 6 über die Hydromaschine 2 eingefahren werden, in dem das Wegeventil 106 aufgesteuert ist.
Offenbart ist ein hydraulisches System mit einer Hydromaschine, die einen hydraulischen Verbraucher in einem geschlossenen Kreislauf bewegen kann. Über einen an den geschlossenen Kreislauf angeschlossenen Bypasspfad kann Druckmittel gezielt über eine Drossel abgeführt werden, um hydraulische Energie in Wärme umzuwandeln.

Claims

Hydraulische Achse mit einem hydraulischen Verbraucher (6) und mit einer Hydromaschine (2), über die der hydraulische Verbraucher (6) betätigbar ist, wobei ein erster Arbeitsanschluss (X) des Verbrauchers (6) über eine erste Druckleitung (14) mit einem ersten Druckanschluss (A) der Hydromaschine (2) und ein zweiter Arbeitsanschluss (Y) des Verbrauchers (6) über eine zweite Druckleitung (16) mit einem zweiten Druckanschluss (B) der Hydromaschine 2 verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypasspfad (20) mit einer Drosselvorrichtung (18; 94, 96) zur gezielten Umwandlung von hydraulischer Leistung in Wärmeenergie vorgesehen ist.
Hydraulische Achse nach Anspruch 1, wobei ein Drosselquerschnitt der Drosselvorrichtung (18; 94, 96) einstellbar ist.
Hydraulische Achse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bypasspfad (20) fluidisch zwischen den Druckleitungen (14, 16) vorgesehen ist.
Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Temperatursensor (56) vorgesehen ist, mit dem die Temperatur vom Druckmittel der hydraulischen Achse (1; 92) abgreifbar ist, und wobei die Drosselvorrichtung (18; 94, 96) in Abhängigkeit der abgegriffenen Temperatur gesteuert ist.
Hydraulische Achse nach Anspruch 4, wobei der Temperatursensor (56) zwischen dem zweiten Druckanschluss (B) der Hydromaschine (2) und der Abzweigung des Bypasspfads (20) von der zweiten Druckleitung (16) die Temperatur abgreift.
Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der ersten Druckleitung (14) ein sich in Strömungsrichtung weg vom ersten Druckanschluss (A) der Hydromaschine (2) sich öffnendes Rückschlagventil (28) angeordnet ist, wobei der Bypasspfad (20) in Strömungsrichtung weg vom ersten Druckanschluss (A) der Hydromaschine (2) gesehen nach dem Rückschlagventil (28) von der ersten Druckleitung (14) abzweigt.
Hydraulische Achse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in der ersten Druckleitung (14) ein Wegeventil (106) angeordnet ist, wobei der Bypasspfad (20) in Strömungsrichtung weg vom ersten Druckanschluss (A) der Hydromaschine (2) gesehen nach dem Wegeventil (106) von der ersten Druckleitung (14) abzweigt.
Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drosselvorrichtung durch ein stetig verstellbares Drosselventil (18) ausgebildet ist.
Hydraulische Achse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Drosselvorrichtung durch ein Wegeventil (96) mit fluidisch in Reihe dazu angeordneter Drossel (94) ausgebildet ist.
Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Steuergerät (100) vorgesehen ist, mit dem die vom Temperatursensor (56) ermittelte Ist-Temperatur mit einer Soll-Temperatur vergleichbar ist, und mit dem die Drosselvorrichtung (18; 94, 96) temperaturabhängig steuerbar ist.
Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sperrventil 30, 32 in der ersten Druckleitung (14) zwischen der Abzweigung des Bypasspfads (20) und dem hydraulischen Verbraucher (6) angeordnet ist.
Verfahren mit der hydraulischen Achse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer ersten Verfahrrichtung des Verbrauchers (6) die Drosselvorrichtung (18; 94, 96) aufgesteuert und in einer zweiten Verfahrrichtung des Verbrauchers (6) zugesteuert wird.
Verfahren mit der hydraulischen Achse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Aufwärmen eines Druckmittels, mit den Schritten: - in einem ersten Schritt Aufsteuern der Drosselvorrichtung (18; 94, 96) und Fördern von Druckmittel über die Hydromaschine (2), - in einem zweiten Schritt teilweises Zusteuern der Drosselvorrichtung (18) und Bewegen des hydraulischen Verbrauchers (6).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei im ersten Schritt die Temperatur über den Temperatursensor (56) abgegriffen ist und ab einer bestimmten Temperaturhöhe der zweite Schritt eingeleitet wird.