DE112011103974T5

DE112011103974T5 - Hydraulikventilatorkreislauf mit Energiewiedergewinnung

Info

Publication number: DE112011103974T5
Application number: DE112011103974T
Authority: DE
Inventors: Bryan E. Nelson; Jeremy T. PETERSON; Jeffrey L. Kuehn
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-10-24
Also published as: WO2012073110A3; US20120134848A1; CN103339388A; WO2012073110A2

Abstract

Ein hydraulischer Ventilatorkreislauf wird offenbart. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann eine Primärpumpe, einen Hochdruckdurchlass, der strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe verbunden ist, und einen Niederdruckdurchlass aufweisen, der strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe verbunden ist. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann auch mindestens einen Akkumulator in selektiver Strömungsmittelverbindung mit dem Hochdruckdurchlass und/oder dem Niederdruckdurchlass haben, weiter einen Hydraulikmotor und einen Ventilator, der mit dem Hydraulikmotor verbunden ist. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann weiter ein Ventilatorisolationsventil aufweisen, welches strömungsmittelmäßig mit den Hoch- und Niederdruckdurchlässen verbunden ist. Das Ventilatorisolationsventil kann zwischen einer Flussdurchlassposition, in der der Hydraulikmotor strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe über die Hoch- und Niederdruckdurchlässe verbunden ist, und einer Flussblockierungsposition bewegbar sein, in der der Hydraulikmotor im Wesentlichen von der Primärpumpe isoliert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Hydraulikventilatorkreislauf und insbesondere auf einen Hydraulikventilatorkreislauf mit Energiewiedergewinnung.
Hintergrund
Von einem Antriebsmotor angetriebene Maschinen, wie beispielsweise Dozer, Lader, Bagger, Motorgrader bzw. Straßenhobel und andere Arten von schweren Maschinen weisen typischerweise ein Kühlsystem auf, welches den assoziierten Antriebsmotor und andere Maschinenkomponenten unter eine Schwelle kühlt, was für Langlebigkeit der Maschinen sorgt. Das Kühlsystem besteht aus einem oder mehreren Luft-Luft- und/oder Flüssigkeit-Luft-Wärmetauschern, welche Kühlmittel, welches durch den Antriebsmotor zirkuliert, und Verbrennungsluft kühlen, welche in den Antriebsmotor geleitet wird. Wärme vom Kühlmittel oder von der Verbrennungsluft wird an Luft von einem Ventilator übertragen, welcher basierend auf der Temperatur des Antriebsmotors und basierend auf einer Temperatur eines assoziierten Hydrauliksystems bezüglich seiner Drehzahl gesteuert wird.
Der Kühlsystemventilator ist im Allgemeinen hydraulisch angetrieben. Das heißt, eine Pumpe, die vom Antriebsmotor angetrieben wird, zieht Niederdruckströmungsmittel an und lässt das Strömungsmittel bei erhöhten Temperaturen an einen Hydraulikmotor aus, der mit dem Ventilator verbunden ist. Wenn die Temperatur des Antriebsmotors höher ist als erwünscht, arbeiten die Pumpe und der Hydraulikmotor zusammen, um die Drehzahl des Ventilators zu vergrößern. Wenn die Temperatur des Antriebsmotors gering ist, arbeiten die Pumpe und der Hydraulikmotor zusammen, um die Drehzahl des Ventilators zu verringern, und in einigen Situationen stoppen sie sogar den Ventilator. Unter manchen Bedingungen kann die Drehung des Ventilators umgekehrt werden, so dass der Luftfluss durch den Wärmetauscher auch umgekehrt wird, um dabei zu helfen, irgendwelchen Schmutz zu lösen, der sich im Wärmetauscher gesammelt hat.
Obwohl die oben beschriebene Anordnung wirksam zum Kühlen des Motors ist, ist herausgefunden worden, dass der oben beschriebene Hydraulikkreislauf, der den Kühlventilator antreibt, und/oder andere Hydraulikkreisläufe der gleichen Maschine manchmal übrige Kapazität haben können, die nicht verwendet wird oder sogar verschwendet wird. Mit zunehmender Rücksichtnahme auf die Umwelt, insbesondere auf den Brennstoffverbrauch einer Maschine, ist es immer wichtiger geworden, alle Ressourcen voll auszunutzen.
Ein Versuch, den Wirkungsgrad eines Hydraulikkreislaufs zu verbessern, wird im US-Patent 7,444,809 beschrieben, das an Smith und andere am 4. November 2008 erteilt wurde („das '809-Patent”). Insbesondere beschreibt das '809-Patent ein Hystat-System, welches eine von einem Antriebsmotor angetriebene Pumpe hat, die mit einem Hydraulikmotor in einer Konfiguration mit geschlossenem Kreislauf gekoppelt ist. Während Perioden von übriger Pumpenkapazität, wird unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Pumpe in einem Akkumulator zur späteren Verwendung gespeichert. Das Speichern von unter Druck gesetztem Strömungsmittel kann verwendet werden, um die Pumpe und/oder den Hydraulikmotor anzutreiben, wodurch die Belastung auf den Antriebsmotor verringert wird. Unter Druck gesetztes Strömungsmittel von anderen Hydraulikkreisläufen der gleichen Maschine, beispielsweise von Werkzeugbetätigungsvorrichtungskreisläufen, kann auch im Akkumulator gespeichert werden und selektiv verwendet werden, um die Pumpe und den Hydraulikmotor anzutreiben und dadurch weiter den Brennstoffverbrauch des Antriebsmotors zu verringern.
Obwohl das System des '809-Patentes den Wirkungsgrad verbessert haben kann, kann es auch begrenzte Anwendbarkeit haben. Das heißt, das System sieht keine Isolierung des Hydraulikmotors während Energiewiedergewinnungsvorgängen vor. in einigen Anwendungen, wie beispielsweise bei Kühlventilatorantrieben, könnte es sein, dass ein Ventilatormotor, der mit akkumuliertem Strömungsmittel bzw. Akkumulatorströmungsmittel betrieben wird, mit unerwünschten Drehzahlen arbeitet, wenn der Druck innerhalb des Akkumulators variiert. Zusätzlich kann das Antreiben des Ventilatormotors, wenn eine Kühlung unnötig ist, Energie verschwenden und möglicherweise den Antriebsmotor übermäßig stark kühlen.
Der offenbarte hydraulische Ventilatorkreislauf ist darauf gerichtet, ein oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen hydraulischen Ventilatorkreislauf gerichtet. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann eine Primärpumpe, einen Hochdruckdurchlass, der strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe verbunden ist, und einen Niederdruckdurchlass aufweisen, der strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe verbunden ist. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann auch zumindest einen Akkumulator in selektiver Strömungsmittelverbindung mit dem Hochdruckdurchlass und/oder Niederdruckdurchlass, einem Hydraulikmotor und/oder einem Ventilator aufweisen, der mit dem Hydraulikmotor verbunden ist. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann weiter ein Ventilatorisolationsventil aufweisen, welches strömungsmittelmäßig mit den Hoch- und Niederdruckdurchlässen verbunden ist. Das Ventilatorisolationsventil kann zwischen einer Flussdurchlassposition, in der der Hydraulikmotor strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe über die Hoch- und Niederdruckdurchlässe verbunden ist, und einer Flussblockierungsposition bewegbar sein, in der der Hydraulikmotor im Wesentlichen von der Primärpumpe isoliert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen weiteren hydraulischen Ventilatorkreislauf gerichtet. Dieser hydraulische Ventilatorkreislauf kann eine Primärpumpe, einen Hydraulikmotor, einen mit dem Hydraulikmotor verbundenen Ventilator und einen geschlossenen Kreislauf aufweisen, der strömungsmittelmäßig die Primärpumpe mit dem Hydraulikmotor verbindet. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann auch einen Hochdruckakkumulator in selektiver Strömungsmittelverbindung mit dem geschlossenen Kreislauf, einen Niederdruckakkumulator in Strömungsmittelverbindung mit dem geschlossenen Kreislauf, ein Akkumulatorauslassventil in Strömungsmittelverbindung mit den Hoch- und Niederdruckakkumulatoren und ein Ventilatorisolationsventil aufweisen, welches strömungsmittelmäßig mit dem geschlossenen Kreislauf und dem Hydraulikmotor verbunden ist. Der hydraulische Ventilatorkreislauf kann weiter eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem Akkumulatorauslassventil und dem Ventilatorisolationsventil aufweisen. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um das Akkumulatorauslassventil zu regeln, um selektiv Strömungsmittel von der Primärpumpe zum Hochdruckakkumulator und vom Hochdruckakkumulator zur Primärpumpe zu leiten, und um selektiv Strömungsmittel vom Hydraulikmotor zum Niederdruckakkumulator und vom Niederdruckakkumulator zur Primärpumpe zu leiten. Die Steuervorrichtung kann weiter konfiguriert sein, um das Ventilatorisolationsventil zu regeln, um im Wesentlichen den Hydraulikmotor von der Primärpumpe während des Ablassens des Hochdruckakkumulators zu isolieren.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Energie aus einem hydraulischen Ventilatorkreislauf gerichtet. Das Verfahren kann aufweisen, Strömungsmittel mit einer Pumpe unter Druck zu setzen, das unter Druck gesetzte Strömungsmittel zu leiten, um einen Ventilatorhydraulikmotor anzutreiben und übermäßiges unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu akkumulieren bzw. in einem Akkumulator zu sammeln. Das Verfahren kann weiter aufweisen, selektiv akkumuliertes bzw. im Akkumulator gesammeltes Strömungsmittel auszulassen, um die Pumpe anzutreiben, und um im Wesentlichen den Ventilatorhydraulikmotor von der Pumpe während des Auslassens zu isolieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine bildliche Darstellung einer beispielhaften offenbarten Grabmaschine;
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten hydraulischen Ventilatorkreislaufs, der in Verbindung mit der Grabmaschine der 1 verwendet werden kann; und
3 ist eine schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften offenbarten hydraulischen Ventilatorkreislaufs, der in Verbindung mit der Grabmaschine der 1 verwendet werden kann.
Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht eine beispielhafte Maschine 200, die eine spezielle Funktion auf einem Arbeitsgelände 210 ausführt. Die Maschine 200 kann eine stationäre oder mobile Maschine verkörpern, und zwar mit der speziellen Funktion, die mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Ackerbau, Transport, Leistungserzeugung, Öl- und Gasindustrie oder irgendein anderer in der Technik bekannter Industriezweig. Die Maschine 200 kann beispielsweise eine Erdbewegungsmaschine sein, wie beispielsweise der in 1 abgebildete Bagger, bei der die spezielle Funktion das Entfernen von Erdmaterial vom Arbeitsgelände 210 aufweist, was die geographische Anordnung des Arbeitsgeländes 210 zu einer erwünschten Form ändert. Die Maschine 200 kann alternativ eine andere Erdbewegungsmaschine verkörpern, wie beispielsweise einen Motorgrader bzw. Straßenhobel oder einen Radlader oder eine Nicht-Erdbewegungsmaschine, wie beispielsweise ein Passagierfahrzeug, einen stationären Generatorsatz oder einen Pumpenmechanismus. Die Maschine 200 kann irgendeine geeignete einen Betrieb ausführende Maschine verkörpern.
Die Maschine 200 kann mit mehreren Systemen ausgerüstet sein, welche den Betrieb der Maschine 200 auf dem Arbeitsgelände 210 ermöglichen, beispielsweise mit einem Werkzeugsystem 220, mit einem Antriebssystem 230 und einem Antriebsmotorsystem 240, welches Leistung für das Werkzeugsystem 220 und das Antriebssystem 230 liefert. Während der Ausführung der meisten Aufgaben kann Leistung vom Antriebsmotorsystem 240 in unterschiedlichen Anteilen zwischen dem Werkzeugsystem 220 und dem Antriebssystem 230 aufgeteilt werden. Das heißt, die Maschine 200 kann im Allgemeinen entweder zwischen Grabstellen bzw. Arbeitsstätten fahren und hauptsächlich Leistung zum Antriebssystem 230 liefern oder es kann an einer Grabstelle geparkt sein und aktiv Material bewegen, wobei in erster Linie Leistung zum Werkzeugsystem 220 geliefert wird. Die Maschine 200 wird im Allgemeinen nicht gleichzeitig mit hohen Geschwindigkeiten fahren und aktiv große Materiallasten mit dem Werkzeugsystem 220 bewegen. Entsprechend kann das Antriebsmotorsystem 240 so bemessen sein, dass es genügend Leistung liefert, um eine maximale Anforderung von entweder dem Werkzeugsystem 220 oder dem Antriebssystem 230 zu erfüllen, jedoch nicht beide gleichzeitig. Obwohl die Leistung in den meisten Situationen ausreichend ist, kann es Zeiten geben, wo die Gesamtleistungsnachfrage von den Maschinensystemen (beispielsweise vom Werkzeugsystem 220 und/oder vom Antriebssystem 230) eine Leistungslieferfähigkeit des Antriebsmotorsystems 240 überschreitet. Das Antriebsmotorsystem 240 kann konfiguriert sein, um gespeicherte Energie während dieser Zeiten wiederzugewinnen bzw. wieder abzurufen, um temporär seine Lieferkapazität zu steigern. Diese zusätzliche Lieferkapazität kann auch oder zusätzlich verwendet werden, um einen Brennstoffverbrauch des Antriebsmotorsystems 240 zu verringern, indem selektive Verringerungen der Leistungserzeugung des Antriebsmotorsystems 240 gestattet werden, falls erwünscht.
Wie in 2 veranschaulicht, kann das Antriebsmotorsystem 240 einen Wärme erzeugenden Antriebsmotor 12 aufweisen, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, der mit einem hydraulischen Ventilatorkreislauf 10 ausgerüstet ist. Der hydraulische Ventilatorkreislauf 10 kann eine Sammlung von Komponenten aufweisen, die von dem Antriebsmotor 12 angetrieben werden, um den Antriebsmotor 12 zu kühlen. Insbesondere kann der hydraulische Ventilatorkreislauf 10 eine Primärpumpe 14 aufweisen, die direkt mit einem mechanischen Ausgang 16 des Antriebsmotors 12 verbunden ist, weiter einen Hydraulikmotor 18, der strömungsmittelmäßig mit einer Primärpumpe 14 durch einen Kreislauf 22 mit geschlossener Schleife bzw. einen Regelungskreislauf 22 verbunden ist, und einem Ventilator 20, der mit dem Hydraulikmotor 18 verbunden ist. Der Antriebsmotor 12 kann die Primärpumpe 14 über den mechanischen Ausgang 16 antreiben, um Niederdruckströmungsmittel hereinzuziehen und das Strömungsmittel mit einem erhöhten Druck auszulassen. Der Hydraulikmotor 18 kann das unter Druck gesetzte Strömungsmittel aufnehmen und in mechanische Leistung umwandeln, welche den Ventilator 20 antreibt, um einen Luftfluss zu erzeugen. Der Luftfluss kann verwendet werden, um den Antriebsmotor 12 direkt oder indirekt mittels eines (nicht gezeigten) Wärmetauschers zu kühlen.
Die Primärpumpe 14 kann eine über die Mitte wirkende Pumpe mit variabler Verdrängung oder variabler Lieferung sein, die vom Antriebsmotor 12 angetrieben wird, um Strömungsmittel unter Druck zu setzen. Beispielsweise kann die Primärpumpe 14 eine Rotationspumpe oder Kolben getriebene Pumpe verkörpern, die eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle hat, die mit dem Antriebsmotor 12 über einen mechanischen Ausgang 16 verbunden ist, so dass eine Ausgangsdrehung des Antriebsmotors 12 eine entsprechend Pumpbewegung der Primärpumpe 14 zur Folge hat. Die Pumpbewegung der Primärpumpe 14 kann auch dahingehend wirken, dass sie Niederdruckströmungsmittel, welches vom Hydraulikmotor 18 ausgestoßen wurde, über einen Niederdruckdurchlass 24 anzieht und das Strömungsmittel mit einem erhöhten Druck zum Hydraulikmotor 18 über einen Hochdruckdurchlass 26 auslässt. Die Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26 können zusammen einen geschlossenen Kreislauf 22 bilden. Die Primärpumpe 14 kann extra dafür vorgesehen sein, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel nur zum Hydraulikmotor 18 über den Hochdruckdurchlass 26 zu liefern oder sie kann alternativ auch unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu anderen Hydraulikkreisläufen liefern, die mit der Maschine 200 assoziiert sind (beispielsweise zu Hydraulikkreisläufen, die mit dem Werkzeugsystem 220, dem Antriebssystem 230 usw. assoziiert sind), falls erwünscht. In ähnlicher Weise kann die Primärpumpe 14 extra dafür vorgesehen sein, um Niederdruckströmungsmittel nur vom Hydraulikmotor 18 über den Niederdruckdurchlass 24 zu ziehen, oder sie kann alternativ vorgesehen sein, um Niederdruckströmungsmittel von anderen Hydraulikkreisläufen der Maschine 200 anzuziehen, falls erwünscht. Es sei bemerkt, dass in einigen Situationen die Primärpumpe 14 und der Hydraulikmotor 18 in umgekehrter Richtung betrieben werden können, und dass in diesen Situationen die Drücke in den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 umgekehrt sein können.
Der Hydraulikmotor 18 kann einen Dreh- oder Kolbenhydraulikmotor mit fester Verdrängung aufweisen, der durch eine Unausgeglichenheit des Druckes bewegbar ist, der auf ein (nicht gezeigtes) angetriebenes Element einwirkt, beispielsweise auf ein Laufrad oder einen Kolben. Strömungsmittel, welches von der Primärpumpe 14 unter Druck gesetzt wurde, kann in den Hydraulikmotor 18 über den Hochdruckdurchlass 26 geleitet werden und vom Hydraulikmotor 18 über den Niederdruckdurchlass 24 zurückgeleitet werden. Das Leiten von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu einer Seite des angetriebenen Elementes und das Ableiten des Strömungsmittels von einer gegenüberliegenden Seite des angetriebenen Elementes kann eine Druckdifferenz über das (nicht gezeigte) angetriebene Element erzeugen, was bewirkt, dass das angetriebene Element sich bewegt oder dreht. Die Richtung und die Geschwindigkeit des Strömungsmittelflusses durch den Hydraulikmotor 18 kann die Drehrichtung und Drehzahl des Hydraulikmotors 18 und des Ventilators 20 bestimmen, während die Unausgeglichenheit des Drucks bzw. die Druckdifferenz am Hydraulikmotor 18 die Drehmomentausgabe bestimmen kann.
Der Ventilator 20 kann in der Nähe eines (nicht gezeigten) Flüssigkeit-Luft- oder Luft-Luft-Wärmetauschers angeordnet sein und konfiguriert sein, um einen Luftfluss zu erzeugen, der durch Kanäle des Wärmetauschers geleitet wird, und zwar zur Wärmeübertragung mit Kühlmittel oder Verbrennungsluft darin. Der Ventilator 20 kann eine Vielzahl von Schaufeln aufweisen, die mit dem Hydraulikmotor 18 verbunden sind, und diese können vom Hydraulikmotor 18 mit einer Drehzahl angetrieben werden, welche einer erwünschten Flussrate der Luft und/oder einer erwünschten Motorkühlmitteltemperatur entspricht. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Schwungrad 28 mit dem Ventilator 20 oder dem Hydraulikmotor 18 verbunden sein und sich damit drehen. Das Schwungrad 28 kann ein Schwungrad mit fester Trägheit, ein Schwungrad mit variabler Trägheit oder eine andere in der Technik bekannte Bauart eines Schwungrads sein, die ein oder mehrere sich drehende Massen hat, welche sich gemäß einer Drehung des Hydraulikmotors 18 und des Ventilators 20 bewegen. Die Trägheit des Schwungrads 28 kann so ausgewählt sein, dass sie eine Zeit vergrößert, während der sich der Ventilator 20 frei dreht, nachdem die Primärpumpe 14 aufgehört hat, den Hydraulikmotor 18 anzutreiben. Unter den meisten Bedingungen kann ein typischer Ventilator mit einem geschlossenen Kreislauf aufhören sich zu drehen, wenn er 3 Sekunden oder weniger nicht von einer Pumpe angetrieben wird. Das Schwungrad 28 kann jedoch eine ausreichend große Trägheit haben, um zu bewirken, dass der Ventilator 20 sich für wenigstens 4 Sekunden dreht, nachdem die Primärpumpe 14 aufgehört hat, den Hydraulikmotor 18 anzutreiben. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Schwungrad 28 im Ventilator 20 eingebaut sein (d. h., der Ventilator 20 kann übermäßig groß bemessen sein, so dass er die Trägheit des Schwungrads 28 miteinschließt, was bewirkt, dass er sich für mindestens 4 Sekunden dreht).
Die Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26 können über mehrere unterschiedliche Kreuzdurchlässe verbunden sein. In der beispielhaften Ausführungsform verbinden zwei unterschiedliche Kreuzdurchlässe die Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26, welche einen Nachfüll/Entlastungsdurchlass 30 und einen Druckbegrenzungsdurchlass 32 aufweisen. Der Nachfüll/Entlastungsdurchlass 30 kann Nachfüllströmungsmittel zu den Niederdruck- und/oder Hochdruckdurchlässen 24, 26 liefern, um sicherzustellen, dass der hydraulische Ventilatorkreislauf 10 voll mit Strömungsmittel bleibt, und auch um einen Leckpfad für Hochdruckströmungsmittel in den Niederdruck- und/oder Hochdruckdurchlässen 24, 26 vorzusehen, so dass ein Schaden an den Komponenten des hydraulischen Ventilatorkreislaufs 10 vermieden werden kann. Der Druckbegrenzungsdurchlass 32 kann für eine Pilot- bzw. Vordrucksteuerung sorgen, die mit einer Verdrängung der Primärpumpe 14 assoziiert ist.
Ein oder mehrere Nachfüllventile 34, beispielsweise Rückschlagventile, können in dem Nachfüll/Entlastungsdurchlass 30 gelegen sein, um selektiv den Ausgang von einer Ladepumpe 36 mit den Niederdruck- und/oder Hochdruckdurchlässen 24, 26 basierend auf Strömungsmitteldrücken in den unterschiedlichen Durchlässen zu verbinden. Das heißt, wenn ein Druck innerhalb des Niederdruck- und/oder Hochdruckdurchlasses 24, 26 unter einen Druck des Strömungsmittels fällt, welches von der Ladepumpe 36 ausgelassen wird, kann (können) sich das Nachfüllventil (die Nachfüllventile) 34 öffnen und gestatten, dass Strömungsmittel von der Ladepumpe 36 in den jeweiligen Durchlass (die jeweiligen Durchlässe) läuft. Die Ladepumpe 36 kann vom Antriebsmotor 12 angetrieben werden, um sich mit der Primärpumpe 14 zu drehen, und sie kann Strömungsmittel von einem Niederdrucksumpf 38 über einen Tankdurchlass 40 hereinziehen und das Strömungsmittel in den Nachfüll/Entlastungsdurchlass 30 über einen Ventildurchlass 42 auslassen.
Ein oder mehrere Entlastungsventile 44 können auch in dem Nachfüll/Entlastungsdurchlass 30 gelegen sein. Die Entlastungsventile 44 können federvorgespannt sein und ansprechend auf einen Druck der Niederdruck- und/oder Hochdruckdurchlässe 24, 26 bewegbar sein, um selektiv die jeweiligen Durchlässe mit einem Niederdruckdurchlass 46 zu verbinden, wodurch übergroße Strömungsmitteldrücke in den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 entlastet bzw. abgebaut werden. Ein zusätzliches federvorgespanntes Druckentlastungsventil 48 kann in dem Niederdruckdurchlass 46 gelegen sein und selektiv von einem Druck innerhalb des Niederdruckdurchlasses 46 zwischen Flussdurchlasspositionen und Flussblockierungspositionen (in 2 gezeigt) bewegt werden, so dass ein erwünschter Druck innerhalb des Niederdruckdurchlasses 46 beibehalten werden kann.
Ein Resolver 50 kann innerhalb des Druckbegrenzungsdurchlasses 32 angeordnet sein und kann mit einem Pilot- bzw. Vordruckbegrenzer 52 assoziiert sein. Der Resolver 50 kann konfiguriert sein, um Strömungsmittel von demjenigen Durchlass der Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26, der den größeren Druck hat, mit dem Vordruckbegrenzer 52 zu verbinden. In den meisten Fällen verbindet der Resolver 50 den Druck vom Hochdruckdurchlass 26 mit dem Vordruckbegrenzer 52 (in 2 gezeigt). Jedoch kann es, wenn die Primärpumpe 14 und der Hydraulikmotor 18 in der umgekehrten Flussrichtung arbeiten oder während eines Überlaufzustandes des Hydraulikmotors 18, möglich sein, dass der Druck innerhalb des Niederdruckdurchlasses 24 den Druck innerhalb des Hochdruckdurchlasses 26 überschreitet. Unter diesen Bedingungen kann der Resolver 50 sich bewegen, um den Druck vom Niederdruckdurchlass 24 mit dem Vordruckbegrenzer 52 zu verbinden. Wenn der Druck des Strömungsmittels, welches durch den Resolver 50 läuft, eine Schwellengrenze überschreitet, kann der Vordruckbegrenzer 52 sich von einer Flussblockierungsposition zu einer Flussdurchlassposition bewegen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Schwellengrenze des Vordruckbegrenzers 52 einstellbar sein kann, falls erwünscht, um ein Ansprechen oder eine Leistung des hydraulischen Ventilatorkreislaufs 10 einzustellen.
Der Vordruckbegrenzer 52 kann in Strömungsmittelverbindung mit einem Pilot- bzw. Vorsteuerdurchlass 54 sein, der sich zwischen der Ladepumpe 36 und einer Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 der Primärpumpe 14 erstreckt. Insbesondere kann der Vordruckbegrenzer 52 mit dem Vorsteuerdurchlass 54 über einen Durchlass 58 verbunden sein. Wenn der Vordruckbegrenzer 52 sich zur oben beschriebenen Flussdurchlassposition bewegt, kann gestattet werden, dass Pilot- bzw. Vorsteuerströmungsmittel von innerhalb des Vorsteuerdurchlasses 54 zum Niederdrucksumpf 38 abläuft. Das Ablaufen des Vorsteuerströmungsmittels aus dem Vorsteuerdurchlass 54 kann den Druck des Strömungsmittels im Vorsteuerdurchlass 54 verringern.
Das Vorsteuerströmungsmittel im Durchlass 54 kann selektiv mit der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 verbunden werden, um eine Verdrängungsänderung der Primärpumpe 14 zu beeinflussen. Die Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 kann einen doppelt wirkenden federvorgespannten Zylinder aufweisen, der angeschlossen ist, um eine Taumelscheibe zu bewegen, weiter ein Überlaufventil oder einen anderen Verdrängungseinstellmechanismus der Primärpumpe 14. Wenn Vorsteuerströmungsmittel mit ausreichendem Druck in ein Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 eingeleitet wird, kann die Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 den Verdrängungseinstellmechanismus der Primärpumpe 14 um eine Größe bewegen, welche dem Druck des Strömungsmittels entspricht. Die Vorsteuerbegrenzungsvorrichtung 52 kann den Druck innerhalb des Vorsteuerdurchlasses 54 basierend auf dem Druck des Strömungsmittels innerhalb der Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26 begrenzen und kann entsprechend auch die Verdrängung der Primärpumpe 14 begrenzen.
In einigen Situationen kann es wünschenswert sein, die Druckbegrenzung zu verhindern, die vom Vordruckbegrenzer 52 vorgesehen wird, beispielsweise wenn eine Position mit extremer Verdrängung der Primärpumpe 14 erwünscht ist. Aus diesem Grund kann ein Druckübersteuerungsventil 59 in dem Durchlass 58 zwischen dem Vordruckbegrenzer 52 und dem Vorsteuerdurchlass 54 angeordnet sein. Das Druckübersteuerungsventil 59 kann ein federvorgespanntes elektromagnetbetätigtes Steuerventil sein, welches basierend auf einem Befehl von einer Steuervorrichtung 62 bewegbar ist. Das Druckübersteuerungsventil 59 kann zwischen einer (in 2 gezeigten) Flussdurchlassposition, in der der Vorsteuerdurchlass 54 über den Durchlass 58 in Strömungsmittelverbindung mit dem Vordruckbegrenzer 52 ist, und einer Flussblockierungsposition bewegbar sein, in der eine Strömungsmittelverbindung über den Durchlass 58 verhindert wird. Das Druckübersteuerungsventil 59 kann zu der Flussdurchlassposition federvorgespannt sein.
Ein Richtungssteuerventil 60 kann mit der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 assoziiert sein, um zu steuern, welches Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 das unter Druck gesetzte Vorsteuerströmungsmittel aufnimmt, und entsprechend in welcher Richtung (d. h. in einer die Verdrängung vergrößernden oder einer die Verdrängung verringernden Richtung) der Verdrängungseinstellmechanismus der Primärpumpe 14 durch die Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 bewegt wird. Das Richtungssteuerventil 60 kann ein federvorgespanntes elektromagnetbetätigtes Steuerventil sein, welches basierend auf einem Befehl von der Steuervorrichtung 62 bewegbar ist. Das Richtungssteuerventil 60 kann sich zwischen einer ersten Position, in der ein erstes Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 unter Druck gesetztes Vorsteuerströmungsmittel aufnimmt, und einer zweiten Position bewegen, in der ein zweites gegenüberliegendes Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 unter Druck gesetztes Vorsteuerströmungsmittel aufnimmt. Wenn das erste Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 unter Druck gesetztes Vorsteuerströmungsmittel aufnimmt (d. h., wenn das Richtungssteuerventil 60 in der ersten Position ist), kann das zweite Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 gleichzeitig mit dem Niederdrucksumpf 38 über das Richtungssteuerventil 60 verbunden sein. In ähnlicher Weise kann, wenn das zweite Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 unter Druck gesetztes Vorsteuerströmungsmittel aufnimmt (d. h., wenn das Richtungssteuerventil 60 in der zweiten Position ist) das erste Ende der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 gleichzeitig mit dem Niederdrucksumpf 38 über das Richtungssteuerventil 60 verbunden sein. Eine oder mehrere begrenzende Zumessöffnungen bzw. Drosselöffnungen 64 können mit dem Vorsteuerdurchlass 54 assoziiert sein, um Druckfluktuationen im Vorsteuerströmungsmittel zu verringern, welches in die Enden der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 eintritt und aus diesen austritt, und können dadurch Fluktuationen bei einer Geschwindigkeit der Pumpenverdrängungsänderungen stabilisieren.
Ein Drucksteuerventil 66 kann auch mit dem Vorsteuerdurchlass 54 und der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 assoziiert sein und kann konfiguriert sein, um eine Bewegung der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 durch Variieren eines Drucks des Vorsteuerdurchlasses 54 zu steuern. Das Drucksteuerventil 66 kann von einer (in 2 gezeigten) ersten Position, in der ein voller Ladungsdruck durch das Richtungssteuerventil 60 geleitet wird, zu einer zweiten Position bewegbar sein, in der ein Teil des Ladedrucks im Niederdrucksumpf 38 entlüftet wird, bevor er das Richtungssteuerventil 60 und die Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 erreicht. Das Drucksteuerventil 66 kann von der ersten Position gegen eine Federvorspannung zur zweiten Position basierend auf einem Befehl von der Steuervorrichtung 62 bewegbar sein. Es wird in Betracht gezogen, dass das Drucksteuerventil 66 direkt über einen (in 2 gezeigten) Elektromagneten gesteuert werden kann, oder alternativ über ein getrenntes (nicht gezeigtes) Elektromagnetventil vorsteuerbetätigt werden kann, falls erwünscht. Durch selektives Bewegen des Drucksteuerventils 66 zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen kann ein Druck des Vorsteuerströmungsmittels in Verbindung mit der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 56 und daher eine Verdrängung der Primärpumpe 14 gesteuert werden.
Zumindest ein Akkumulator kann mit dem geschlossenen Kreislauf 22 assoziiert sein. In dem Ausführungsbeispiel der 2 sind zwei Akkumulatoren veranschaulicht, welche einen Niederdruckakkumulator 68 und einen Hochdruckakkumulator 70 aufweisen. Ein Niederdruckauslassdurchlass 72 und ein Hochdruckauslassdurchlass 74 können sich vom Niederdruckakkumulator 68 bzw. vom Hochdruckakkumulator 70 zu einem Auslasssteuerventil 76 erstrecken. Ein Druckentlastungsventil 78 kann mit dem Niederdruckauslassdurchlass 72 assoziiert sein, falls erwünscht, um selektiv Strömungsmittel vom Niederdruckakkumulator 68 zum Niederdrucksumpf 38 abzuleiten und dadurch einen erwünschten Druck innerhalb des Niederdruckakkumulators 68 aufrechtzuerhalten. Das Auslasssteuerventil 76 kann strömungsmittelmäßig mit den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 mittels Durchlässen 80 bzw. 82 verbunden sein.
Das Auslasssteuerventil 76 kann ein doppelt wirkendes federvorgespanntes elektromagnetgesteuertes Ventil sein, welches zwischen drei unterschiedlichen Positionen basierend auf einem Befehl von der Steuervorrichtung 62 bewegbar ist. In der (in 2 gezeigten) ersten Position, kann ein Strömungsmittelfluss durch das Auslasssteuerventil 76 verhindert werden. In der zweiten Position kann gestattet werden, dass Strömungsmittel zwischen dem Niederdruckakkumulator und dem Niederdruckdurchlass 24 und zwischen dem Hochdruckakkumulator 70 und dem Hochdruckdurchlass 26 läuft. In der dritten Position kann auch gestattet werden, dass Strömungsmittel zwischen dem Niederdruckakkumulator 68 und dem Hochdruckdurchlass 26 und zwischen dem Hochdruckakkumulator 70 und dem Niederdruckdurchlass 24 läuft. Das Auslasssteuerventil 76 kann zur ersten Position federvorgespannt sein.
Die Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 können in Strömungsmittelverbindung mit dem Vorsteuerdurchlass 54 sein. Insbesondere kann ein Fülldurchlass 81 strömungsmittelmäßig sowohl den Niederdruck- als auch den Hochdruckdurchlass 72, 74 mit dem Vorsteuerdurchlass 54 verbinden. Ein Rückschlagventil 83 kann innerhalb des Fülldurchlasses 81 zwischen dem Vorsteuerdurchlass 54 und jedem der Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 angeordnet sein, um dabei zu helfen, einen Fluss des Strömungsmittels in einer Richtung von der Ladepumpe 36 in den Niederdruck- und Hochdruckakkumulator 68, 70 sicherzustellen.
Der Hochdruckakkumulator 70 kann auch in Strömungsmittelverbindung mit einem anderen Hydraulikkreislauf 100 sein, der einen Teil von beispielsweise dem Werkzeugsystem 220, dem Antriebssystem 230 oder einem anderen System der Maschine 200 bildet. Insbesondere kann ein Zusatzversorgungsdurchlass 102 strömungsmittelmäßig den Hydraulikkreislauf 100 mit dem Hochdruckakkumulator 70 verbinden, um den Hochdruckakkumulator 70 mit abgeleitetem oder übrigem Strömungsmittel zu füllen, welches einen erhöhten Druck hat. Ein Rückschlagventil 104 und eine Drosselzumessöffnung 106 können in dem Zusatzversorgungsdurchlass 102 angeordnet sein, um dabei zu helfen, einen Fluss von Strömungsmittel in einer Richtung mit gedämpften Oszillationen von dem Hydraulikkreislauf 100 in den Hochdruckakkumulator 70 zu liefern. Ein Sensor 108, beispielsweise ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Viskositätssensor usw., kann mit dem Zusatzversorgungsdurchlass 102 assoziiert sein, um ein Signal an die Steuervorrichtung 62 zu liefern, welches einen Strömungsmittelparameter des Zusatzversorgungsdurchlasses 102 und/oder des Hochdruckakkumulators 70 anzeigt. Der Hydraulikkreislauf 100 kann einen Werkzeugbetätigungskreislauf, einen Übertragungs- bzw. Getriebekreislauf, einen Bremskreislauf, einen Lenkkreislauf oder einen anderen in der Technik bekannten Kreislauf der Maschine aufweisen.
Während des Auslassens aus dem Akkumulator kann es vorteilhaft sein, im Wesentlichen den Hydraulikmotor 18 von den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 zu isolieren (d. h. im Wesentlichen einen direkten Strömungsmittelfluss zum Hydraulikmotor 18 über den Niederdruck- und Hochdruckdurchlass 24, 26 zu blockieren), wie genauer unten beschrieben wird. Aus diesem Grund kann ein Ventilatorisolationsventil 84 strömungsmittelmäßig mit den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 zwischen dem Hydraulikmotor 18 und den Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 angeschlossen sein. Das Ventilatorisolationsventil 84 kann ein federvorgespanntes elektromagnetgesteuertes Ventil sein, welches basierend auf einen Befehl von der Steuervorrichtung 62 zwischen zwei getrennten Positionen bewegbar ist. In der (in 2 gezeigten) ersten Position kann gestattet werden, dass Strömungsmittel durch das Ventilatorisolationsventil 84 zum Hydraulikmotor 18 über die Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26 fließt. In der zweiten Position kann ein Strömungsmittelfluss durch das Ventilatorisolationsventil 84 verhindert werden. Das Ventilatorisolationsventil 84 kann in die erste Position federvorgespannt sein.
Wenn der Hydraulikmotor 18 durch das Ventilatorisolationsventil 84 isoliert ist (d. h., wenn das Ventilatorisolationsventil 84 in der zweiten Position ist), kann Strömungsmittel immer noch durch den Hydraulikmotor 18 zirkulieren und der Ventilator 20 kann sich immer noch drehen. Um dabei zu helfen, Strömungsmitteltemperaturen während dieser Zeit zu steuern, kann der hydraulische Ventilatorkreislauf 10 ein Motorspülventil 86 und ein Paar von Rückschlagventilen 88 in Strömungsmittelverbindung mit einem Motornachfüllventil 90 aufweisen. Das Motorspülventil 86 kann in Strömungsmittelverbindung mit isolierten Teilen der Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26 sein und kann konfiguriert sein, um sich zwischen drei Positionen zu bewegen, und zwar basierend auf den Strömungsmitteldrücken innerhalb dieser Durchlässe. In der (in 2 gezeigten) ersten Position kann ein Strömungsmittelfluss von den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 zum Niederdrucksumpf 38 verhindert werden. Wenn eine Druckdifferenz zwischen den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 auftritt, kann sich das Motorspülventil 86 zur zweiten oder dritten Position bewegen, um ein geringes Volumen an Hochtemperaturströmungsmittel zu entfernen bzw. abzuleiten, welches mit Niedertemperaturöl ersetzt werden soll. Die Rückschlagventile 88 können innerhalb eines Verzweigungsdurchlasses 92 zwischen dem Motornachfüllventil 90 und den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 gelegen sein. Basierend auf einer Unausgeglichenheit des Druckes zwischen dem Verzweigungsdurchlass 92 und den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 können sich die Rückschlagventile 88 öffnen, um zusätzliches Strömungsmittel in den isolierten Teil des hydraulischen Ventilatorkreislaufes 10 einzulassen.
Das Motornachfüllventil 90 kann zwischen dem Druckbegrenzungsdurchlass 32 und dem Verzweigungsdurchlass 92 angeordnet sein und kann basierend auf einem Strömungsmitteldruck innerhalb des Druckbegrenzungsdurchlasses 32 bewegbar sein, um selektiv Strömungsmittel in den Verzweigungsdurchlass 92 einzulassen. Insbesondere kann Strömungsmittel in einem Niederdrucknachfülldurchlass 94, der mit dem Druckbegrenzungsdurchlass 32 an einer Niederdruckseite des Resolvers 50 verbunden ist, auf ein Ende des Motornachfüllventils 90 drücken, während Strömungsmittel in einem Hochdrucknachfülldurchlass 96, der mit dem Druckbegrenzungsdurchlass 32 auf der Hochdruckseite des Resolvers 50 verbunden ist, auf ein gegenüberliegendes Ende des Motornachfüllventils 90 drücken kann. Derjenige Durchlass, der Niederdruck- und Hochdrucknachfülldurchlässe 94, 96, der zu einem gegebenen Zeitpunkt den höheren Druck hat, kann das Motornachfüllventil 90 in einen Position drücken, in der Strömungsmittel von dem Durchlass mit dem niedrigeren Druck in den Verzweigungsdurchlass 92 fließt. Das Motornachfüllventil 90 kann zu einer Position federvorgespannt sein, in der Strömungsmittel von sowohl dem Niederdrucknachfülldurchlass 94 als auch dem Hochdrucknachfülldurchlass 96 durch den Verzweigungsdurchlass 92 läuft.
Die Steuervorrichtung 62 kann einen einzelnen oder mehrere Mikroprozessoren, feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), Digitalsignalprozessoren (DSPs) usw. aufweisen, welche Mittel zum Steuern eines Betriebs des hydraulischen Ventilatorkreislaufes 10 ansprechend auf Signale aufweisen, die vom Sensor 108, von einem oder mehreren Motorsensoren 110, von Pumpenverdrängungssensoren 112 und einem Motordrehzahlsensor 113 empfangen werden. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert werden, um die Funktionen der Steuervorrichtung 62 auszuführen. Es sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 62 leicht einen Mikroprozessor verkörpern könnte, der getrennt von dem Mikroprozessor ist, der andere mit der Maschine in Beziehung stehende Funktionen steuert, oder dass die Steuervorrichtung 62 integral mit einem Maschinenmikroprozessor ausgeführt sein könnte und fähig sein könnte, zahlreiche Maschinenfunktionen und Maschinenbetriebsmodi zu steuern. Wenn die Steuervorrichtung 62 vom allgemeinen Maschinenmikroprozessor getrennt ist, kann die Steuervorrichtung 62 mit dem allgemeinen Maschinenmikroprozessor über Datenverbindungen oder andere Verfahren kommunizieren. Verschiedene andere Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 62 assoziiert sein, was eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung, eine Betätigungsvorrichtungstreiberschaltung (d. h., eine Schaltung, welche Elektromagneten, Motoren oder Piezo-Betätigungsvorrichtungen mit Leistung versorgt) und eine Kommunikationsschaltung miteinschließt.
Die Steuervorrichtung 62 kann in Verbindung mit den Ventilen 59, 60, 66, 76 und 84 sein, um die Betriebsvorgänge des hydraulischen Ventilatorkreislaufes 10 während zumindest zwei unterschiedlichen Betriebsmodi basierend auf einer Eingabe von den Sensoren 108, 110, 112 und 113 zu steuern. Die Betriebsmodi können einen normalen Modus, während dem die Primärpumpe 14 den Hydraulikmotor 18 antreibt, um den Antriebsmotor 12 zu kühlen, und einen Energiewiedergewinnungsmodus aufweisen, während dem der Hydraulikmotor 18 die Primärpumpe 14 antreibt, um Energie wiederzugewinnen, die zum Antriebsmotor 12 zurückgeleitet wird. Diese Betriebsmodi werden genauer im folgenden Abschnitt beschrieben, um weiter die offenbarten Konzepte zu veranschaulichen.
3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des hydraulischen Ventilatorkreislaufes 10. In diesem Ausführungsbeispiel kann der oben beschriebene Hydraulikmotor 18 mit fester Verdrängung durch einen Hydraulikmotor 114 mit variabler Verdrängung ersetzt werden, der eine Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 116 hat, welche eine Verdrängung des Hydraulikmotors 114 steuert, weiter ein Verdrängungssteuerventil 118, welches die Bewegung der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 116 steuert, und einen Resolver 120, der eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Niederdruck- und Hochdruckdurchlässen 24, 26 und dem Verdrängungssteuerventil 118 steuert. Der Resolver 120 kann bewegbar sein, um Strömungsmittel von demjenigen Durchlass der Niederdruck- und Hochdruckdurchlässe 24, 26, der zu einem gegebenen Zeitpunkt den höheren Druck hat, mit dem Verdrängungssteuerventil 118 in Verbindung treten zu lassen. Das Verdrängungssteuerventil 118 kann basierend auf einem Befehl von der Steuervorrichtung 62 zwischen einer ersten Position, in dem das gesamte Strömungsmittel vom Resolver 120 zur Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 116 läuft, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der ein Teil des Strömungsmittels oder das gesamte Strömungsmittel vom Resolver 120 abgeblockt wird, bevor es die Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 116 erreicht. Die Bewegung des Verdrängungssteuerventils 118 zwischen den ersten und zweiten Positionen kann einen Druck des Strömungsmittels beeinflussen, der auf die Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 116 wirkt, und darauf folgend eine Bewegung der Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 116. Die Verdrängungsbetätigungsvorrichtung 116 kann ein einfach wirkender federvorgespannter Zylinder sein, der konfiguriert ist, um eine Verdrängung des Motors 114 einzustellen, wenn er einem Strömungsmittel mit speziellem Druck ausgesetzt wird. Der Hydraulikmotor 114 kann dadurch, dass er eine einstellbare Verdrängung hat, eine zusätzliche Funktionsfähigkeit während eines Auslassvorgangs aus dem Akkumulator vorsehen, die sonst nicht bei einem Hydraulikmotor mit fester Verdrängung verfügbar wäre, wie unten genauer beschrieben wird. Es wird in Betracht gezogen, dass der Hydraulikmotor 114 ein über die Mitte wirkender Hydraulikmotor sein kann, falls erwünscht.
Industrielle Anwendbarkeit
Der offenbarte hydraulische Ventilatorkreislauf kann bei jedem Wärme erzeugenden Motor anwendbar sein, wo eine Kühlung und Energiewiedergewinnung erwünscht ist. Der offenbarte hydraulische Ventilatorkreislauf kann eine Energiewiedergewinnung von jeglichem Maschinenkreislauf durch die selektive Verwendung eines Speichervorgangs und Auslassvorgangs in und aus einem Akkumulator vorsehen. Der Betrieb des hydraulischen Ventilatorkreislaufes 10 wird nun beschreiben.
Während des normalen Betriebszustandes kann der Antriebsmotor 12 die Primärpumpe 14 antreiben, um sie zu drehen und Strömungsmittel unter Druck zu setzen. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel kann aus der Primärpumpe 14 in den Hochdruckdurchlass 26 ausgelassen werden und kann in den Hydraulikmotor 18 geleitet werden. Wenn das unter Druck gesetzte Strömungsmittel durch den Hydraulikmotor 18 läuft, kann hydraulische Leistung im Strömungsmittel in mechanische Leistung umgewandelt werden, welche verwendet wird, um den Ventilator 20 und das Schwungrad 28 zu drehen. Wenn sich der Ventilator 20 dreht, kann ein Luftfluss erzeugt werden, welcher die Kühlung des Antriebsmotors 12 ermöglicht. Strömungsmittel, welches aus dem Hydraulikmotor 18 austritt und einen verringerten Druck hat, kann über den Niederdruckdurchlass 24 zurück zur Primärpumpe 14 geleitet werden, um den Zyklus erneut auszuführen.
Die Strömungsmittelauslassrichtung und die Verdrängung der Pumpe 14 während des normalen Betriebsmodus kann basierend auf Signalen von den Sensoren 108, 110, 112 und/oder 113 geregelt werden, beispielsweise basierend auf einem Antriebsmotordrehzahlsignal, einem Antriebsmotortemperatursignal, einem Hydraulikmotordrehzahlsignal, einem Pumpenverdrängungssignal, einem Akkumulatordrucksignal und/oder einem anderen ähnlichen Signal. Die Steuervorrichtung 62 kann diese Signale empfangen und eine entsprechende Antriebsmotordrehzahl, eine Antriebsmotortemperatur, einen Pumpenverdrängungswinkel, eine Hydraulikmotordrehzahl, einen Akkumulatordruck oder einen anderen ähnlichen Parameter mit einer oder mehreren Nachschaukarten bzw. Kennfeldern in Beziehung setzen, die im Speicher gespeichert sind, um eine erwünschte Auslassrichtungs- und Verdrängungseinstellung der Primärpumpe 14 und eine entsprechende Drehrichtung und Drehzahl des Ventilators 20 zu bestimmen. Die Steuervorrichtung 62 kann dann geeignete Befehle erzeugen, die an das Richtungssteuerventil 60 und das Drucksteuerventil 66 gesendet werden sollen, um entsprechende Einstellungen an der Verdrängung der Primärpumpe 14 zu bewirken.
Die Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 können während des normalen Betriebsmodus auf zumindest drei unterschiedliche Arten geladen werden. Wenn beispielsweise die Primärpumpe 14 angetrieben wird, um Strömungsmittel unter Druck zu setzen, kann irgendwelches übriges. Strömungsmittel, welches nicht vom Hydraulikmotor 18 verbraucht wird, den Hochdruckakkumulator 70 über das Auslasssteuerventil 76 füllen, wenn das Auslasssteuerventil 76 in der zweiten Position ist. In ähnlicher Weise kann Strömungsmittel, welches aus dem Hydraulikmotor 18 austritt, den Niederdruckakkumulator 68 füllen. Die Niederdruck- oder Hochdruckakkumulatoren 68, 70 können nur gefüllt werden, während das Auslasssteuerventil 76 in der zweiten Position ist und während Drücke innerhalb der Niederdruck- oder Hochdruckdurchlässe 24, 26 größer sind als die Drücke innerhalb des Niederdruckakkumulators 68 bzw. des Hochdruckakkumulators 70. Anderenfalls können die Niederdruck- oder Hochdruckakkumulatoren 68, 70 Strömungsmittel in die Niederdruck- oder Hochdruckdurchlässe 24, 26 auslassen, wenn das Auslasssteuerventil 76 in die zweite Position bewegt wird. Die Bewegung des Auslasssteuerventils 76 kann zumindest teilweise basierend auf dem Signal eng geregelt werden, welches vom Drucksensor 108 geliefert wird, so dass die Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 zu den geeigneten Zeiten geladen und entladen werden können. Es sei bemerkt, dass nur einer der Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 gleichzeitig gefüllt werden kann, während der andere Akkumulator, d. h. der Niederdruck- oder Hochdruckakkumulator 68, 70 abgelassen wird und umgekehrt.
Alternativ oder zusätzlich können die Niederdruck- oder Hochdruckakkumulatoren 68, 70 kontinuierlich über die Ladepumpe 36 geladen werden. Insbesondere zu jeder Zeit während des normalen Betriebes kann Strömungsmittel von der Ladepumpe 36 durch den Fülldurchlass 81 und über die Rückschlagventile 83 in dem jeweiligen Niederdruck- oder Hochdruckakkumulator 68, 70 geleitet werden, wenn der Druck des Strömungsmittels von der Ladepumpe 36 größer ist als die Drücke innerhalb der Niederdruck- oder Hochdruckakkumulatoren 68, 70. Das Druckentlastungsventil 78 kann dabei helfen, sicherzustellen, dass der Niederdruckakkumulator 68 während des Ladens durch die Ladepumpe 36 nicht übermäßig unter Druck gesetzt wird. Wiederum sei bemerkt, dass nur einer der Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 gleichzeitig gefüllt oder ausgelassen werden, kann.
Der Hochdruckakkumulator 70 kann auch durch den Hydraulikkreislauf 100 geladen werden. Das heißt, zu jedem Zeitpunkt während des normalen Betriebs kann Strömungsmittel vom Kreislauf 100 durch den Zusatzversorgungsdurchlass 102 und über das Rückschlagventil 104 in den Hochdruckakkumulator 70 geleitet werden, wenn ein Druck des Strömungsmittels von dem Hydraulikkreislauf 100 größer ist als ein Druck innerhalb des Hochdruckakkumulators 70.
Wenn das Signal vom Antriebsmotorsensor 110 anzeigt, dass eine ausreichende Kühlung erreicht worden ist (d. h., wenn die Anforderung nach Kühlluftfluss verringert worden ist) und der Ventilator 20 verlangsamt oder sogar gestoppt werden kann, kann die Steuervorrichtung 62 den Energiewiedergewinnungsbetriebsmodus einrichten. Während des Energiewiedergewinnungsbetriebsmodus kann die Steuervorrichtung 62 das Ventilatorisolationsventil 84 anweisen, den Hydraulikmotor 18 von der Primärpumpe 14 zu isolieren, und kann dann das Auslasssteuerventil 76 anweisen, sich zu einer der zweiten und dritten Positionen zu bewegen, und zwar abhängig von der erwünschten Flussrichtung der Primärpumpe 14. Ungefähr zu dem gleichen Zeitpunkt kann die Steuervorrichtung 62 das Übersteuerungsventil 59 anweisen, sich in die Flussblockierungsposition zu bewegen und kann auch das Drucksteuerventil 66 anweisen, zu beginnen, den Hub der Primärpumpe 14 zu verringern. Wenn die geeigneten Ventilbefehle ausgegeben worden sind, kann Strömungsmittel von innerhalb eines der Niederdruck- oder Hochdruckakkumulatoren 68, 70 in den Niederdruckdurchlass 24 bzw. den Hochdruckdurchlass 26 ausgelassen werden, und zwar über die Durchlässe 72, 74, das Auslasssteuerventil 76 und die Durchlässe 80, 82, wodurch die Primärpumpe 14 als Hydraulikmotor angetrieben wird. Durch Antreiben der Primärpumpe 14 kann hydraulische Leistung von dem akkumulierten Strömungsmittel in mechanische Leistung umgewandelt werden, die in den Antriebsmotor 12 über den mechanischen Ausgang 16 eingeleitet wird. Diese Leistungsunterstützung kann dabei helfen, die Leistungslieferkapazität des Antriebsmotors 12 während des Energiewiedergewinnungsbetriebsmodus zu vergrößern und/oder einen Brennstoffverbrauch des Antriebsmotors 12 zu verringern.
Währen des Auslassen von einem der Niederdruck- oder Hochdruckakkumulatoren 68, 70 während der Hydraulikmotor 18 von der Primärpumpe 14 isoliert ist, kann der Ventilator 20 sich weiter drehen. Wie oben beschrieben kann sich der Ventilator 20, falls er mit dem Schwungrad 28 ausgerüstet ist oder übergroß bemessen ist, um die Masse des Schwungrades 28 in sich zu integrieren, für eine verlängerte Zeitperiode drehen, ohne dass der Hydraulikmotor 18 angetrieben wird. In einem Beispiel kann die verlängerte Zeitperiode mindestens 4 Sekunden sein. In dieser Weise kann ein beträchtliches Ausmaß an Motorkühlung immer noch während des Ablassens der Niederdruck- oder Hochdruckakkumulatoren 68, 70 möglich sein, und die Drehzahl des Hydraulikmotors 18 kann im Wesentlichen von den sich verändernden Strömungsmitteldrücken innerhalb der Akkumulatoren unbeeinflusst bleiben. Zusätzlich wird Energie vom akkumulierten Strömungsmittel nicht verschwendet, indem der Hydraulikmotor 18 unnötigerweise angetrieben wird.
Es wird in Betracht gezogen, dass das Auslassen des Akkumulators alternativ ohne vollständiges Isolieren des Hydraulikmotors auftreten könnte, falls erwünscht.
Insbesondere könnte das Ventilatorisolationsventil 84 so gesteuert werden, dass es sich zu irgendeiner Position zwischen den oben beschriebenen ersten und zweiten Positionen bewegt, so dass eine erwünschte Menge an unter Druck gesetztem Strömungsmittel vom Hochdruckakkumulator 70 durchläuft und den Hydraulikmotor 114 antreibt (siehe Ausführungsbeispiel der 2), während der Rest des akkumulierten Strömungsmittels durchläuft und die Primärpumpe 14 antreibt. Um eine erwünschte Hydraulikmotor/Ventilatordrehzahl während des Auslassens des Akkumulators vorzusehen, kann jedoch die Verdrängung des Hydraulikmotors 14 selektiv basierend auf dem Strömungsmitteldrucksignal vom Sensor 108 und/oder basierend auf dem Hydraulikmotordrehzahlsignal vom Sensor 113 eingestellt werden, während die Drücke innerhalb des Hochdruckakkumulators 70 sich verändern (d. h. abnehmen).
Der offenbarte hydraulische Ventilatorkreislauf kann relativ kostengünstig sein und mehrere Niveaus der Energiewiedergewinnung vorsehen. Insbesondere weil der hydraulische Ventilatorkreislauf im Großen und Ganzen existierende Komponenten verwendet, um sonst verschwendete Energie wiederzugewinnen, können die Kosten des Systems relativ gering bleiben. Weil weiterhin die Niederdruck- und Hochdruckakkumulatoren 68, 70 sich mit Strömungsmittel von unterschiedlichen Quellen füllen können und auf unterschiedliche Weise ausgelassen werden können, kann ein Ausmaß der Energiewiedergewinnung vergrößert werden.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten hydraulischen Ventilatorkreislauf vorgenommen werden können. Obwohl die offenbarten Pumpen und Hydraulikmotoren als Bauarten mit variabler und fester Verdrängung oder als Bauarten mit variabler und variabler Verdrängung beschrieben worden sind, wird beispielsweise in Betracht gezogen, dass die offenbarten Pumpen und Motoren alternativ beide Vorrichtungen mit fester Verdrängung sein könnten, falls erwünscht. Andere Ausführungsformen werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des offenbarten hydraulischen Ventilatorkreislaufs offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen angezeigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7444809 [0005, 0006]

Claims

Hydraulischer Ventilatorkreislauf (10), der Folgendes aufweist: eine Primärpumpe (14); einen Hochdruckdurchlass (26), der strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe verbunden ist; einen Niederdruckdurchlass (24), der strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe verbunden ist; mindestens einen Akkumulator (68, 70) in selektiver Strömungsmittelverbindung mit dem Hochdruckdurchlass und/oder dem Niederdruckdurchlass; einen Hydraulikmotor (18); einen Ventilator (20), der mit dem Hydraulikmotor verbunden ist; und ein Ventilatorisolationsventil (84), welches strömungsmittelmäßig mit den Hochdruck- und Niederdruckdurchlässen verbunden ist, wobei das Ventilatorisolationsventil zwischen einer Flussdurchlassposition, in der der Hydraulikmotor strömungsmittelmäßig mit der Primärpumpe über die Hochdruck- und Niederdruckdurchlässe verbunden ist, und einer Flussblockierungsposition bewegbar ist, in der der Hydraulikmotor im Wesentlichen von der Primärpumpe isoliert ist.
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Akkumulator Folgendes aufweist: einen Hochdruckakkumulator (70), der mit dem Hochdruckdurchlass assoziiert ist; und einen Niederdruckakkumulator (68), der mit dem Niederdruckdurchlass assoziiert ist:
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 2, der weiter ein Auslassventil (76) in Strömungsmittelverbindung mit den Hochdruck- und Niederdruckakkumulatoren aufweist, wobei das Auslassventil konfiguriert ist, um: selektiv Strömungsmittel von der Primärpumpe zum Hochdruckakkumulator und vom Hochdruckakkumulator zur Primärpumpe zu leiten; und selektiv Strömungsmittel vom Hydraulikmotor zum Niederdruckakkumulator und vom Niederdruckakkumulator zur Primärpumpe zuleiten.
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 1, der weiter ein Auslassventil (76) in Strömungsmittelverbindung mit dem mindestens einen Akkumulator aufweist, welches konfiguriert ist, um selektiv Strömungsmittel von der Primärpumpe zu dem mindestens einen Akkumulator und von dem mindestens einen Akkumulator zur Primärpumpe zu leiten.
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Akkumulator weiter konfiguriert ist, um Strömungsmittel von einem weiteren Hydraulikkreislauf (100) aufzunehmen.
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 1, wobei die Primärpumpe eine Pumpe mit variabler Verdrängung ist; der Hydraulikmotor ein Hydraulikmotor mit fester Verdrängung ist; und das Ventilatorisolationsventil ein Zwei-Positionen-Ventil ist und während des Auslassens des mindestens einen Akkumulators zur Flussblockierungsposition bewegt wird.
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 1, wobei die Primärpumpe eine Pumpe mit variabler Verdrängung ist; der Hydraulikmotor ein Motor mit variabler Verdrängung ist; und das Ventilatorisolationsventil zu irgendeiner Position zwischen der Flussdurchlassposition und der Flussblockierungsposition bewegbar ist, um die Menge an Strömungsmittel einzustellen, die von dem mindestens einen Akkumulator zum Hydraulikmotor laufen kann.
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 7, der weiter Folgendes aufweist: einen Hydraulikmotorresolver (50) in Verbindung mit dem Hochdruck- und Niederdruckdurchlässen; und ein Hydraulikmotorverdrängungssteuerventil (118) in Strömungsmittelverbindung mit dem Hydraulikmotorresolver und dem Hydraulikmotor, wobei der Hydraulikmotorresolver und das Hydraulikmotorverdrängungssteuerventil im Wesentlichen von dem mindestens einen Akkumulator und der Primärpumpe isoliert sind, wenn das Ventilatorisolationsventil in der Flussblockierungsposition ist.
Hydraulischer Ventilatorkreislauf nach Anspruch 1, wobei der Hydraulikmotor sich frei drehen kann, wenn das Ventilatorisolationsventil in der Flussblockierungsposition ist; und der hydraulische Ventilatorkreislauf weiter ein Schwungrad (28) aufweist, welches mit dem Ventilator verbunden ist, um eine Dauer zu verlängern, während der sich der Ventilator frei dreht.
Verfahren zur Energiewiedergewinnung aus einem hydraulischen Ventilatorkreislauf (10), welches Folgendes aufweist: Unter-Druck-Setzen von Strömungsmittel mit einer Pumpe (14); Leiten des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zum Antrieb eines Ventilatormotors (18); Akkumulieren von übrigem unter Druck gesetztem Strömungsmittel; selektives Auslassen des akkumulierten Strömungsmittels, um die Pumpe anzutreiben; und im Wesentlichen Isolieren des Ventilatormotors von der Pumpe während des Auslassens.