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Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Arbeitssystem zur Verrichtung von Arbeit mittels eines unter Druck stehenden Hydraulikfluids und einer Verdrängerpumpe mit einer Regelvorrichtung zur diskreten Änderung des als Anteil aus seinem Gesamtvolumenstrom dem Arbeitssystem zuzuführenden Systemvolumenstroms, der im Arbeitssystem in einen Arbeit verrichtenden Arbeitsvolumenstrom und einen keine Arbeit verrichtenden Überschußvolumenstrom aufteilbar ist.
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Im Stand der Technik ist es allgemein bekannt Verdrängerpumpen mit verstellbaren Verdrängereinheiten einzusetzen, die mittels einer Regelung betreiben werden, um den zum Arbeitssystem geförderten Volumenstrom in Abhängigkeit des Bedarfs zu regeln. Eine solche Regelung erfolgt im Wesentlichen stufenlos. Solche Verdrängereinheiten haben den Vorteil, dass deren Schluckvolumen je nach Bedarf anpassbar ist und infolgedessen die Verlustleistung minimiert werden kann. Bei einer Verdrängerpumpe hat das Verkleinern des Schluckvolumens einen geringeren Energieverbrauch zur Folge. Bei konventionellen verstellbaren Verdrängereinheiten wird das Schluckvolumen z.B. verstellt, indem der Hub der Arbeitskolben variiert wird. Die Kolben sind jedoch mit der Hochdruckleitung bei der gesamten Förderphase verbunden. Da sowohl die Leckage, als auch reibungsbehaftete Verluste eine hohe Abhängigkeit vom Druck besitzen, bleiben diese bei einer auf diese Art und Weise erreichten Verringerung des Schluckvolumens unverändert. Eine kleinere Nutzleistung, aber gleichbleibende Verluste, führen zur einer niedrigen Effizienz bei kleineren Schluckvolumen.
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Verdrängerpumpen mit diskret veränderbaren Verdrängereinheiten haben das Potential eine energieeffizientere Alternative zu den konventionellen verstellbaren Einheiten zu sein. Anders als bei den meisten Verstellmechanismen, werden bei einer diskret verstellbaren Verdrängereinheit z.B. einzelne Kolben bei der Förderphase von der Förderung in das zu betreibende Arbeitssystem ausgeschlossen.
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Diese ausgeschlossenen Kolben tragen in einem solchen Zustand nichts zum Fördervolumenstrom in Richtung zum Arbeitssystem bei, wodurch ebenso das Schluckvolumen der gesamten Pumpvorrichtung geändert werden kann. Mit solchen Pumpen können auch die Verluste bei einer Verringerung der Nutzleistung mit verkleinert werden.
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Im Stand der Technik, z.B. aus der Publikation
US 5,259 738 A ist es beispielsweise bekannt zwei elektromagnetisch betätigte Schaltventile pro Kolben der Verdrängereinheit einzusetzen, die mit Hilfe eines teuren elektronischen Reglers und notwendiger Sensorik, den entsprechenden Kolben zwangsmäßig und unabhängig von Hublage mit dem Hydraulikfluidtank verbinden.
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Obwohl diese Methode eine sehr hohe Flexibilität bei der Steuerung erlaubt, erhöht es die Komplexität des Systems erheblich, so dass es nicht nur teurer wird, sondern auch anfälliger für Störungen ist und eine externe Energiequelle zur Versorgung der elektronischen Bauteile benötigt.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Anordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die auf einfache und günstige Art und Weise eine diskrete Verstellung des Systemvolumenstromes erzielt, der einem Arbeitssystem zugeführt wird. Vorzugsweise soll die Regelung rein hydraulisch erfolgen, so dass elektronische / elektrische Komponenten sogar in diesem Fall vollständig entfallen können.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Anordnung der eingangs genannten Art sich dadurch auszeichnet, dass die wenigstens eine Verdrängerpumpe mehrere Verdrängereinheiten, insbesondere Verdrängerräume umfasst, wobei die Gesamtanzahl aller Verdrängereinheiten in mehrere Verdrängergruppen unterteilt ist und jede Verdrängergruppe wenigstens eine Verdrängereinheit, vorzugsweise wenigstens zwei Verdrängereinheiten umfasst, und alle Verdrängereinheiten eingangsseitig jeweils mit einem Hydraulikfluidtank zum Bezug von Hydraulikfluid verbunden sind, und die ausgangsseitigen Hochdruckleitungen der Verdrängereinheiten in einer jeweiligen Verdrängergruppe zu einer jeweiligen gemeinsamen Gruppenleitung zusammengeführt sind, und alle Gruppenleitungen in eine Zuführleitung münden, insbesondere unmittelbar oder über ein Rückschlagventil, über welche ein Systemvolumenstrom aus dem Gesamtvolumenstrom von Hydraulikfluid zum Arbeitssystem förderbar ist, und wenigstens einer Gruppenleitung ein Schaltventil zugeordnet ist, vorzugsweise allen Gruppenleitungen jeweils ein Schaltventil zugeordnet ist, mit dem die jeweilige zugeordnete Gruppenleitung über einen Bypass zur Umgehung des Arbeitssystems und über ein für alle schaltbaren Gruppenleitungen gemeinsames Drosselventil, vorzugsweise einstellbares Drosselventil an den Hydraulikfluidtank schaltbar ist, wobei mit den umschaltbaren Gruppenleitungen nach Anschaltung an den Bypass ein Tankvolumenstrom aus dem Gesamtvolumenstrom von Hydraulikfluid zum Hydraulikfluidtank förderbar ist, und das Arbeitssystem mit einer Tankleitung verbunden ist, mit dem das Hydraulikfluid des Arbeitsvolumenstromes in den Hydraulikfluidtank zurückführbar ist und mit einer Umlaufleitung verbunden ist, mit der das Hydraulikfluid des Überschußvolumenstromes, über dasselbe Drosselventil in den Hydraulikfluidtank zurückführbar ist, und jedes der Schaltventile in Abhängigkeit eines mit dem Drosselventil durch die Summe aus Tank- und Überschußvolumenstrom erzeugten Steuerdruckes schaltbar ist.
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Die Erfindung sieht es vor, den Systemvolumenstrom insoweit diskret verändern zu können, als dass von dem Gesamtvolumenstrom der Verdrängerpumpe einer solchen Anordnung ein Teil mittels wenigstens eines Schaltventiles abzweigbar ist, der sodann als in dieser Beschreibung benannter Tankvolumenstrom direkt, d.h. unter Umgehung des Arbeitssystems wieder dem Hydraulikfluidtank zugeführt wird. Der Systemvolumenstrom ergibt sich somit aus dem Gesamtvolumenstrom abzüglich des über wenigstens einen Bypass umgeleiteten Tankvolumenstromes.
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Die Diskretisierung erfolgt dabei mit der Anzahl der möglichen Bypass-Aufschaltungen von Gruppenleitungen, denen ein Schaltventil zugeordnet ist. Insofern kann es also Gruppenleitungen geben, die ohne Schaltmöglichkeit auf einen Bypass immer in das Arbeitssystem fördern und Gruppenleitungen, denen ein Schaltventil zugeordnet ist und deren Volumenstrom somit am Arbeitssystem vorbeigeleitet werden kann. Vorzugsweise sieht die Erfindung vor, dass alle vorgesehenen Gruppenleitungen ein jeweils zugeordnetes Schaltventil aufweisen, mit dem der Volumenstrom der zugeordneten Gruppenleitung statt auf das Arbeitssystem alternativ auf den Bypass geschaltet werden kann.
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Verdrängerpumpen weisen Verdrängereinheiten auf, z.B. Verdrängerräume in Kolbenpumpen.
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Verdrängerpumpen können vorzugsweise als Kolbenpumpen ausgebildet sein, deren Verdrängereinheiten durch Kolbenräume ausgebildet sind. Verdrängerpumpen können z.B. auch als Flügelzellenpumpen ausgebildet sein, wobei ein jeweiliger Zellraum zwischen zwei Flügeln eine Verdrängereinheit bildet. Verdrängerpumpen können z.B. auch als Zahnradpumpen ausgebildet sein, wobei die zwischen den Zahnrädern eingeschlossenen Räume Verdrängereinheiten bilden.
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Gemäß der Erfindung kann eine Verdrängereinheit oder können mehrere Verdrängereinheiten eine Verdrängergruppe bilden. Es können auch alle Verdrängereinheiten einer Verdrängerpumpe eine Verdrängergruppe bilden. In einem solchen Fall weist die Erfindung somit wenigstens zwei Verdrängerpumpen auf.
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Die Erfindung sieht wenigstens eine Verdrängerpumpe in der Anordnung vor, es können also auch mehrere, insbesondere mehrere gleiche, aber auch mehrere unterschiedliche Verdrängerpumpen in der Anordnung eingesetzt werden. Mehrere Verdrängerpumpen können sich z.B. in der Förderleistung unterscheiden.
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Die Erfindung macht durch die Zuordnung von Verdrängergruppen zu einer jeweiligen Gruppenleitung, insbesondere auf den Bypass schaltbaren Gruppenleitung somit durch Schaltung den Förderstrom der jeweiligen Verdrängergruppe individuell für den Arbeitsvolumenstrom auswählbar. Dabei weist eine Verdrängergruppe zumindest jeweils eine Verdrängereinheit auf, vorzugsweise wenigstens zwei Verdrängereinheiten, insbesondere derselben Verdrängerpumpe, sofern mehrere eingesetzt sind.
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Es können so mehrere Verdrängereinheiten, egal ob von einer oder mehreren Verdrängerpumpen, regelungstechnisch zusammengefasst werden, insbesondere wenn die mögliche Anzahl von diskreten Förderstufen reduziert werden soll.
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Die Führung des Überschußvolumenstromes durch dasselbe Drosselventil wie bei den jeweiligen über den Bypass geleiteten Tankvolumenströmen und die Abhängigkeit der Schaltung der Schaltventile von einem mit diesem Drosselventil erzeugten Steuerdruck führt zu dem Vorteil, dass eine Änderung des Überschußvolumenstromes im Arbeitssystem, z.B. aufgrund geänderter Anforderung zu einer Steuerdruckänderung führt, die eine Änderung der Schaltung der schaltbaren Ventile bewirkt. So wird eine Rückkopplung im Regelsystem erzielt, die durch Veränderung der Schaltzustände der Schaltventile den Systemvolumenstrom diskret verändern kann.
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Die Erfindung kann beispielsweise vorsehen, dass der mit dem Drosselventil erzeugte Steuerdruck, z.B. der Differenzdruck ist, der sich um das Drosselventil herum ergibt oder auch ein Staudruck ist, der in Fluidflussrichtung vor dem Drosselventil herrscht.
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Es kann in einer Ausführung vorgesehen sein, den Steuerdruck messtechnisch zu erfassen, z.B. als elektrische Größe und mittels einer Elektronik in ein Steuersignal zu Steuerung der Schaltventile umzusetzen. Ein solches Steuersignal kann sodann ein elektrisches Schaltsignal sein.
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Vorzugsweise erschließt die Erfindung hingegen die Regelung auf rein hydraulische Art. Dafür kann der Steuerdruck hydraulisch erfasst und in der Anordnung z.B. direkt oder nach einer Umsetzung / Wandlung hydraulisch zur Steuerung eines jeweiligen Ventils eingesetzt sein, also um das Umschalten auszulösen.
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Eine mögliche Ausführungsform kann dafür vorsehen, dass ein jedes Schaltventil hydraulisch betätigbar, insbesondere durch den Steuerdruck selbst oder durch einen in Abhängigkeit des Steuerdrucks das jeweilige Ventil beaufschlagenden Schaltdruck.
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Vorzugsweise kann somit der in Fluidflußrichtung vor dem Drosselventil wirkende Druck, insbesondere Staudruck, oder die um das Drosselventil herum wirkende Druckdifferenz als Steuerdruck unmittelbar den Druck zur Auslösung des Schaltvorganges wenigstens eines, insbesondere aller vorhandener Schaltventile bilden. Dafür kann der Steuerdruck z.B. durch Fluidverbindung eines Leitungsbereiches vor und/oder nach dem Drosselventil mit wenigstens einem der Schaltventile, vorzugsweise mit allen Schaltventilen im jeweiligen Kolbenraum des Schaltventils wirken, insbesondere dadurch, dass die Fluidverbindung direkt in den jeweiligen Kolbenraum mündet. Abgesehen von evtl. leitungsbedingten Verlusten herrscht somit im Kolbenraum direkt der Steuerdruck an der Drossel. Hierbei können bevorzugt die Schaltventile eingerichtet sein, jeweils bei unterschiedlich hohen Steuerdrücken den Schaltvorgang zu bewirken.
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Allgemein können Steuerventile der Erfindung so aufgebaut sein, dass diese einen Kolben aufweisen, der in einem Zylinder geführt ist und der durch eine Umsteuerung seiner Lage im Steuerventil den Volumenstrom einer Gruppenleitung statt auf das Arbeitssystem in Richtung zum Hydrauliktank über den Bypass umleitet, insbesondere faktisch kurzschließt. Dafür kann der Kolben z.B. einen Ventileingang, an dem eine zugeordnete Gruppenleitung angeschlossen ist schließen oder auf den Bypass oder zumindest in Richtung zu einem Bypass schalten.
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Der Kolben kann durch den wirkenden Steuerdruck, bzw. die dadurch auf den Kolben ausgeübte Kraft gegen eine Rückstellkraft bewegt werden, insbesondere wobei durch unterschiedliche große Rückstellkräfte oder Kolbenflächengrößen bei den Steuerventilen bewirkt werden kann, dass diese bei unterschiedlichen Steuerdrücken den Schaltvorgang auslösen. So können z.B. alle Steuerventile mit demselben Steuerdruck beaufschlagt sein, aber bei verschiedenen Steuerdrücken schalten.
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Jedem Schaltventil kann in einer möglichen Ausführung eine eigene Bypassleitung zugeordnet sein, die direkt oder auch über die Bypassleitung eines anderen Schaltventils in einen für alle Bypassleitungen gemeinsamen Leitungsabschnitt in Flußrichtung vor dem Drosselventil mündet.
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In einer möglichen Ausführung kann z.B. auch vorgesehen sein, dass wenigstens eines der einer Gruppenleitung zugeordneten Schaltventile mittelbar über ein anderes Schaltventil mit der Bypassleitung verbunden ist, insbesondere, wenn das andere Schaltventil in einer die Verbindung zwischen Bypass und seiner zugeordneten Gruppenleitung sperrenden Stellung ist. Z.B. kann dies vorgesehen sein, wenn es in der Anordnung nur zwei Schaltventile gibt, die jeweils einer Gruppenleitung zugeordnet sind. Die beiden Gruppenleitungen können z.B. unterschiedlich große Förderströme fördern, z.B. dadurch, dass diese von zwei Verdrängergruppen mit unterschiedlicher Anzahl von Verdrängereinheiten beaufschlagt sind oder dadurch, dass die Gruppenleitungen von unterschiedlichen Verdrängerpumpen (z.B. mit verschiedener Förderleistung) beaufschlagt sind.
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Mit einer solchen Anordnung kann z.B. steuerdruckabhängig der Betrieb so erfolgen, dass mit Erreichen eines ersten Steuerdruckniveaus von zunächst beiden zum Arbeitssystem fördernden Gruppenleitungen eine Gruppenleitung, vorzugsweise die mit dem geringeren Volumenstrom, durch Schaltung von deren zugeordnetem Schaltventil zum Bypass über das zweite Steuerventil der anderen Gruppenleitung geschaltet wird. Somit trägt zunächst der geringere Volumenstrom beider Gruppenleitungen nicht mehr zum Arbeitsvolumenstrom bei. Bei weiterer Erhöhung des Steuerdrucks kann durch Schaltung des zweiten Schaltventiles dessen Gruppenleitung, vorzugsweise die mit dem höheren Volumenstrom in Richtung zum Bypass geschaltet werden, wobei gleichzeitig mit dem Schalten dieses Steuerventils die andere Gruppenleitung, insbesondere mit dem geringeren Förderstrom beider Gruppenleitungen vom Bypass getrennt wird und wieder in Richtung zum Arbeitssystem fördert, insbesondere was ein Umschalten zwischen den Gruppenleitungen bewirkt.
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In umgekehrter Reihenfolge kann bei fallendem Steuerdruck zurückgeschaltet werden.
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Ersichtlich arbeitet diese Ausführung rein hydraulisch mit direkter Wirkung des am Drosselventil anliegenden Steuerdrucks in den Steuerventilen.
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Eine Ausführung der Erfindung kann auch vorsehen, dass die Anordnung eine Analog-Digital-Wandlereinheit umfasst, die eingerichtet ist, mit steigendem Steuerdruck Steuersignale zu erzeugen, insbesondere in deren Abhängigkeit mit den Schaltventilen sukzessive nacheinander die Gruppenleitungen verschiedener Verdrängergruppen an den Bypass anschaltbar sind und/oder die Analog-Digital-Wandlereinheit eingerichtet ist mit fallendem Steuerdruck Steuersignale zu erzeugen, in deren Abhängigkeit mit den Schaltventilen sukzessive nacheinander die Gruppenleitungen verschiedener Verdrängergruppen vom Bypass abschaltbar sind.
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In einer solchen Ausführung wirkt demnach der Steuerdruck nicht direkt in den Steuerventilen, sondern wird in der Wandlereinheit vorzugsweise hydraulisch umgesetzt, um mit dem umgesetzten Druck als Steuersignal die Steuerventile zu schalten. Dieser umgesetzte bzw. gewandelte Druck bildet somit einen Schaltdruck mit dem das Umschalten des jeweiligen Schaltventils ausgelöst wird.
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Diese Ausführung mit einer Analog-Digital-Wandlereinheit kann in einer Alternativen aber statt hydraulisch auch elektrisch / elektronisch arbeiten. In diesem Fall wird der Steuerdruck messtechnisch erfasst und in der Wandlereinheit in ein elektrisches Steuersignal zu Ansteuerung der jeweiligen elektrischen Steuerventile umgesetzt.
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In der bevorzugten hydraulischen Variante ist weiter bevorzugt ein jedes Schaltventil hydraulisch betätigbar und mit dem Analog-Digitalwandler ist somit für jedes Schaltventil ein gewandelter hydraulischer Schaltdruck in Abhängigkeit des über dem Drosselventil abfallenden Steuerdruckes erzeugbar. Dafür kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Analog-Digital-Wandler zur Erzeugung eines jeweiligen hydraulischen Schaltdrucks als ein Ventil ausgebildet ist, mit dem in Abhängigkeit des Steuerdrucks an ein jeweiliges Schaltventil als gewandelter Schaltdruck bzw. Steuersignal entweder das Niederdruckniveau des Hydraulikfluidtanks oder das Hochdruckniveau einer Druckquelle anschaltbar ist.
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Als Druckquelle kann z.B. ein Druckspeicher, insbesondere ein vom Hydraulikfluid des Systemvolumenstroms aufgeladener Druckspeicher, vorzugsweise ein im Arbeitssystem integrierter Druckspeicher eingesetzt sein. Ebenso kann als Druckspeicher die wenigstens eine in das Arbeitssystem fördernde Verdrängergruppe eingesetzt sein.
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Das Ventil in der Analog-Digital-Wandlereinheit umfasst vorzugsweise ein in Abhängigkeit des Steuerdrucks bewegliches Ventilelement, mit welchem in Abhängigkeit von dessen Stellung an das jeweilige Schaltventil das Niederdruckniveau des Hydraulikfluidtanks oder das Hochdruckniveau der Druckquelle als Schaltdruck anschaltbar ist. Hierdurch wird der variierende, insbesondere stufenlos variierende Steuerdruck am Drosselventil in nur zwei verschiedene Druckniveaus umgesetzt, mit denen die Umschaltung eines jeweiligen Steuerventils erfolgt. Welches der mehreren Steuerventile dabei, insbesondere als nächstes, mit dem umgesetzten Druckniveau beaufschlagt ist steht in Abhängigkeit vom Steuerdruck am Drosselventil, mit dem die Stellung, insbesondere Bewegungsweite des Ventilelements in der Wandlereinheit bestimmt ist.
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Dafür kann bevorzugt das Ventilelement als ein in einer Zylinderbohrung der Wandlereinheit axial beweglicher Kolben ausgebildet sein, wobei zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrungswandung zwei axial beabstandete Zylinderräume ausgebildet sind, von denen einer mit dem Hydraulikfluidtank von einem Leitungsabschnitt in Flußrichtung vor der Drossel und der andere mit der Druckquelle verbunden ist und durch Verschiebung des Kolbens in der Zylinderbohrungswandung liegende Öffnungen von Steuerleitungen der Schaltventile in Abhängigkeit des auf eine axiale Stirnfläche des Kolbens wirkenden Steuerdruckes mit einem der beiden Zylinderräume verbindbar sind.
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Dadurch kann erzielt werden, dass die Öffnungen mit steigendem Steuerdruck sukzessive nacheinander mit dem das Hochdruckniveau aufweisenden Zylinderraum verbindbar sind und mit fallendem Steuerdruck sukzessive nacheinander mit dem das Niederdruckniveau aufweisenden Zylinderraum verbindbar sind.
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Der Kolben kann dabei vorzugsweise gegen eine wirkende Gegenkraft axial beweglich sein, insbesondere wobei die Gegenkraft in Abhängigkeit der Kolbenstellung änderbar ist, z.B. durch ein die Gegenkraft ausübendes Federelement mit nichtlinearer Kennlinie.
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Unabhängig davon auf welche Art die Schaltung der Schaltventile in Abhängigkeit des Druckes an der Drossel erfolgt kann die Erfindung vorsehen, dass das Arbeitssystem eine mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid der wenigstens einen Verdrängergruppe angetriebene Arbeitsmaschine, einen mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid der wenigstens einen Verdrängergruppe aufladbaren Druckspeicher und ein Druckbegrenzungsventil, vorzugsweise ein einstellbares Druckbegrenzungsventil umfasst, wobei der Systemvolumenstrom mit dem Druckbegrenzungsventil aufteilbar ist in den Arbeitsvolumenstrom, der unter Verrichtung von Arbeit durch das Arbeitssystem zum Hydraulikfluidtank geführt ist und den Überschußvolumenstrom, der unter Umgehung des Arbeitssystems über das Drosselventil zum Hydraulikfluidtank geführt ist. Eine Arbeitsmaschine ist vorzugsweise eine Kraftmaschine, in welcher hydraulische Energie in mechanische Arbeit umsetzbar ist, z.B. ein Hydraulikmotor.
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Bei allen möglichen Ausführungen ist vorzugsweise der mit dem Drosselventil erzeugte Steuerdruck durch den Überschußvolumenstrom alleine erzeugt, wenn alle Verdrängergruppen in das Arbeitssystem fördern, oder durch den Summenvolumenstrom aus dem Überschußvolumenstrom und dem Tankvolumenstrom erzeugt, wenn wenigstens ein Teil der Verdrängergruppen an den Bypass angeschaltet sind.
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Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass in einem (jeweiligen) der Schaltventile der aus dem Steuerdruck umgesetzte Schaltdruck des Analog-Digital-Wandlers gegen einen Gegendruck wirkt, der höchstens 5 bis 20% kleiner ist als der Druck des Druckbegrenzungsventils.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
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1 zeigt eine Ausführungsform mit einer Verdrängerpumpe P1, z.B. eine Kolbenpumpe. Diese weist mehrere Verdrängereinheiten VE, z.B. Kolbenräume VE auf, die in der Verdrängerpumpe P1 durchnummeriert sind. Jeweils drei Verdrängereinheiten VE sind zu einer Verdrängergruppe zusammengefasst und fördern in eine gemeinsame Gruppenleitung G1, G2 oder G3, insbesondere jeweils über ein Rückschlagventil RV. Die Verdrängereinheiten 9, 3 und 6 fördern in die Gruppenleitung G1, die Verdrängereinheiten 2, 8 und 5 fördern in die Gruppenleitung G2 und die Verdrängereinheiten 1,7 und 4 fördern in die Gruppenleitung G3.
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Jede Gruppenleitung G1, G2, G3 ist an ein zugeordnetes gleichnummeriertes Schaltventil V1, V2 bzw. V3 angeschlossen, mit dem die jeweils zugeordnete Gruppenleitung über einen jeweiligen gleichnummerierten Bypass B1, B2 und B3 an den Hydraulikfluidtank H geschaltet, insbesondere kurzgeschlossen werden kann.
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Zur Umschaltung ist jedes Schaltventil V1, V2, V3 mit seinem Kolbenraum an einer zugeordneten Steuerleitung K1, K2, K3 einer Analog/Digital-Wandlereinheit ADW angeschlossen. In Abhängigkeit der Stellung des Kolbens KO in der Wandlereinheit ADW werden nacheinander die Steuerleitungen K3, K2 und K1 in dieser Reihenfolge vom Niederdruckniveau des Hydrauliktanks H an das Hochdruckniveau einer Druckquelle DQ angeschaltet, wenn der Kolben KO durch steigenden Steuerdruck im Kolbenraum KR der Wandlereinheit in der 1 nach rechts verschoben wird. Dafür wirkt der Steuerdruck im Kolbenraum KR durch eine direkte Steuerdruck-Leitungsverbindung SDL zwischen dem Kolbenraum KR und dem Drosselventil DR, das in seiner Drosselwirkung einstellbar sein kann. In dieser Ausführungsform kann der Steuerdruck durch den Staudruck gegeben sein, der mit dem Drosselventil in Fluidflußrichtung vor dem Drosselventil erzeugt ist.
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Fällt der Druck am Drosselventil DR so werden die Ausgangskanäle in umgekehrter Reihenfolge wieder vom Hochdruckniveau an das Niederdruckniveau geschaltet.
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Bei anliegendem Hochdruck schaltet das jeweilige Schaltventil V1, V2 und V3 die zugeordnete Gruppenleitung G1, G2, G3, auf den Bypass B1, B2, B3. Der Volumenstrom in der Gruppenleitung wird dann als Tankvolumenstrom über den jeweiligen Bypass zum Hydraulikfluidtank geleitet und summiert sich mit dem Überschußvolumenstrom der in dem Arbeitssystem AS vorhandenen Arbeitsmaschine AM, der aus der Umlaufleitung U über dieselbe Drossel DR geführt ist.
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Die Druckquelle DQ kann Teil des Arbeitssystems AS sein, z.B. ein Membrangefäß und durch das Druckniveau geladen werden, das in den Gruppenleitungen G1, G2, G3 vorliegt, wenn diese an das Arbeitssystem AS angeschaltet sind. Dieses Druckniveau kann vorzugsweise durch das Druckbegrenzungsventil definiert sein.
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In einer Arbeitssituation könnten zunächst z.B. alle Gruppenleitungen G1, G2, G3 an das Arbeitssystem AS angeschaltet sein und in Summe den Systemvolumenstrom bereitstellen. Das Arbeitssystem AS zweigt hieraus den zur Verrichtung der Arbeit benötigten Arbeitsvolumenstrom ab und schickt den nicht benötigten Überschußvolumenstrom über die Umlaufleitung U und die Drossel DR zurück zum Hydraulikfluidtank H. Aus dem Überschußvolumenstrom wird der Steuerdruck an der Drossel DR erzeugt. Dieser ist zunächst gering und somit der Kolben KO in linker Position, alle Schaltventile V1, V2, V3 sind an Niederdruck angeschaltet.
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Bei fallendem Bedarf an Arbeitsvolumenstrom erhöht sich der Überschußvolumenstrom und dadurch der Steuerdruck an der Drossel DR. Der Kolben KO bewegt sich nach rechts, wodurch als erster die Steuerleitung K3 an Hochdruckniveau angeschaltet wird, das im Zylinderraum Z1 wirkt. Das Hochdruckniveau wirkt als Schaltdruck am Schaltventil K3 und dieses schaltet die Gruppenleitung G3 an den Bypass B3, wodurch der Systemvolumenstrom um den Volumenstrom in der Gruppenleitung G3 reduziert wird, ein Tankvolumenstrom erzeugt wird und sich dieser zum Überschußvolumenstrom hinzuaddiert, was den Steuerdruck steigen lässt.
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Der Überschußvolumenstrom nimmt hiernach zunächst ab. Fällt die Anforderung an Arbeitsvolumenstrom weiter, so nimmt der Überschußvolumenstrom wieder zu und in gleicher Wirkweise wird das nächste Schaltventil geschaltet, insbesondere bis das alle Gruppenleitungen auf den Bypass geschaltet sind. In diesem Zustand fließt der gesamte Volumenstrom als Tankvolumenstrom zumTank. Der Systemvolumenstrom ist null und demnach ist auch der Überschussvolumenstrom null. Der von der Drossel erzeugte Steuerdruck ist maximal, so dass der Kolben KO der Analog-Digital-Wandlereinheit ADW Wert ganz nach rechts verschoben ist und über den Zylinderraum Z1 das Hochdruckniveau aus der Druckquelle DQ an den Schaltventilen V1, V2 und V3 anliegt. Die Regelung ist dadurch inaktiv.
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Eine erneute Anforderung kann das Arbeitssystem AS hiernach zunächst aus der Druckquelle DQ bedienen, wodurch sich die als Druckspeicher ausgebildete Druckquelle DQ entlädt. Daher fällt der Schaltdruck der an den Ventilen V1 bis V3 anliegt, da dieser über den Zylinderraum Z1 aus dieser Druckquelle DQ kommt. Der an dem Drosselventil DR erzeugte Steuerdruck bleibt konstant auf maximalem Wert. Die Regelung bleibt daher zunächst unbeeinflusst.
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Wenn der Schaltdruck um einen Betrag fällt, der dem Gegendruck entspricht, gegen den der Schaltdruck eines der Schaltventile, insbesondere V1 wirkt, vorzugsweise um den zuvor genannten Betrag von 5-20% fällt, weil die Druckquelle DQ sich so weit entladen hat, dann öffnet das betreffend Schaltventil, insbesondere Schaltventil V1, wodurch der Volumenstrom von der Gruppenleitung G1 als Systemvolumenstrom zur Arbeitssystem fließt. Die Regelung setzt hierdurch wieder ein.
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Wenn hiernach der Steuerdruck an der Drossel DR fällt werden die Schaltventile in umgekehrter Reihenfolge die Gruppenleitungen wieder an das Arbeitssystem anschalten, wofür der Niederdruck im Zylinderraum Z2 an die Steuerleitungen K1, K2 und K3 in dieser Reihenfolge angeschaltet wird.
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2 zeigt eine andere Ausführung.
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Hier bilden zwei unterschiedliche Verdrängerpumpen P1, P2 mit Ihren Verdrängereinheiten jeweils eine Verdrängergruppe, welche in die Gruppenleitungen G1 und G2 fördern. Beide Pumpen können von demselben Motor M angetrieben sein, da beide kontinuierlich fördern.
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An den zugeordneten Schaltventilen V1 und V2 liegt direkt der Steuerdruck von der Drossel DR über eine Verbindungsleitung L an. Der Steuerdruck ist z.B. wieder der Staudruck in Flußrichtung vor der Drossel DR.
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In einer angenommenen Situation fördern zunächst beide Pumpen P1 und P2 über ihre Gruppenleitungen den gesamten Volumenstrom als Systemvolumenstrom zum Arbeitssystem AS. Es kann sich um ein beliebiges Arbeitssystem AS handeln, das nicht dem Arbeitssystem der 1 entsprechen muss. Aus diesem kommt der nicht genutzte Überschußvolumenstrom über die Umlaufleitung U zurück, die diesen Überschußvolumenstrom über die Drossel DR führt und den Steuerdruck erzeugt.
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Bei fallender Anforderung nimmt der Überschußvolumenstrom zu und der Steuerdruck an der Drossel DR steigt bis dass die erste Schaltschwelle des Schaltventils V2 erreicht wird. Dieses schaltet die Gruppenleitung G2 in Richtung zum Bypass B, aber nicht direkt, sondern mittelbar über das Schaltventil V1 der anderen Gruppenleitung G1. Diese verbindet die Gruppenleitung G2 durch zum Bypass solange es die Gruppenleitung G1 am Arbeitssystem belässt.
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Der Systemvolumenstrom ist hierdurch um den Volumenstrom der Verdrängergruppe der Pumpe P2 reduziert.
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Steigt der Steuerdruck weiter, so wird die über der ersten Schaltschwelle liegende zweite Schaltschwelle des Schaltventils V1 überschritten und auch das Schaltventil V1 geschaltet, was bewirkt, dass die Gruppenleitung G1 an den Bypass geschaltet wird und gleichzeitig die Gruppenleitung G2 wieder an das Arbeitssystem angeschaltet wird.
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Es wirkt im Arbeitssystem als Systemförderstrom also zunächst der Förderstrom aus G1 und G2, dann wird G2 abgeschaltet, dann G2 und G1 umgeschaltet.
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Mit fallendem Steuerdruck, bei erhöhtem Bedarf erfolgt die Schaltung in umgekehrter Reihenfolge.
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Die 3 zeigt gegenüber der 2 eine geänderte Ausführung, bei welcher der Steuerdruck durch den Differenzdruck erzeugt ist, der um das Drosselventil DR herum erzeugt ist. Leitungsbereiche L1 vor und L2 hinter dem Drosselventil DR werden beidseits des Kolbens des jeweiligen Schaltventils V1, V2 in die jeweiligen Kolbenräume geführt, so dass der Differenzdruck, der um das Drosselventil DR herum erzeugt ist, auch direkt am Kolben jedes Ventils V1, V2 wirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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