DE19844648A1 - Hydro-Transformator - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hydro-Transformator (10), der eine Hydromaschine (4), ein Schaltventil (2) und eine Steuerungseinrichtung (7) aufweist. Ein Arbeitsanschluß (2A) des Schaltventils, der wahlweise mit einem Druckanschluß (2P) des Schaltventils oder einem Ablaufanschluß vom Schaltventil hydraulisch verbindbar ist, ist mit einem ersten Anschluß (4B) der Hydromaschine verbunden. Der zweite Anschluß (4C) der Hydromaschine steht mit einem Antriebsglied (5) in hydraulischer Verbindung. Das Schaltventil wird durch die Steuerungseinrichtung im Ansprechen auf ein Signal, das den Volumenstrom in die Hydromaschine kennzeichnet, angesteuert. Ist das Antriebsglied ein Zylinder, so kann dessen Ausfahren mit konstanter Geschwindigkeit und lastunabhängig ausgeführt werden, sowie beim Einfahren Energie zurückgewonnen werden. Durch das Vorsehen eines weiteren Schaltventils zwischen dem zweiten Anschluß des Hydromotors und dem Antriebsglied ist bei geringem Druck am Druckanschluß des Schaltventils ein höherer Druck am Antriebsglied erzeugbar.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hydro-Trans­ formatoren, durch die ein Antriebsglied oder mehrere An­ triebsglieder mit Fluid aus einer Einrichtung zur Abgabe hydraulischer Energie gespeist werden.

Aus dem Stand der Technik, wie dieser in "Hydrostatische Antriebe mit Sekundärregelung, der Hydrau­ lik Trainer Band 6", Vogel-Buchverlag Würzburg, 1989, dar­ gelegt ist, sind Hydro-Transformatoren bekannt, die eine mit dem Antriebsglied hydraulisch verbundene Konstantein­ heit und eine mit dem System mit eingeprägtem Druck hydrau­ lisch verbundene Verstelleinheit aufweisen. Die Konstant­ einheit ist eine Einrichtung mit der Funktion Konstant­ pumpe/Konstantmotor, während die Verstelleinheit eine se­ kundär geregelte Einrichtung mit der Funktion Verstell­ pumpe/Verstellmotor ist. Die Wellen der Konstanteinheit und der Verstelleinheit sind mechanisch miteinander gekoppelt.

Wenn als Antriebsglied ein Zylinder mit einseitig wir­ kender Last verwendet wird, so soll mit einem Hydro-Trans­ formator bewirkt werden, daß vorgegebene Zylindergeschwin­ digkeiten beim Ausfahren und beim Einfahren des Zylinders unabhängig von der Zylinderbelastung erreicht werden und geringe Verluste auftreten.

Beim Betrieb eines solchen herkömmlichen Hydro-Trans­ formators wird daher zum Ausfahren des Zylinders die Dreh­ zahl der verbundenen Wellen von Verstelleinheit und Kon­ stanteinheit vorgegeben und über eine Anpassung des Hubvo­ lumens der Verstelleinheit eine Drehzahlregelung ausge­ führt. Die Konstanteinheit arbeitet dabei als Pumpe und die Verstelleinheit als Motor. Beim Einfahren des Zylinders ar­ beitet hingegen die Verstelleinheit als Pumpe und die Kon­ stanteinheit als Motor, wobei ebenfalls eine Drehzahlrege­ lung stattfindet. Ferner erfolgt durch die Verstelleinheit eine Rückgewinnung von Energie, die in das System mit ein­ geprägtem Druck gespeist wird. Die Drehzahlregelung kann sowohl beim Ausfahren als auch beim Einfahren des Zylinders hydraulisch, wie z. B. in der Patentschrift US-A-4 819 429, oder elektronisch ausgeführt werden.

Herkömmliche Hydro-Transformatoren haben den Nachteil, daß zu ihrer Anwendung ein hoher gerätetechnischer Aufwand notwendig ist und damit vor allem der Einsatz im oberen Leistungsbereich, wie z. B. bei Großbaggern, erfolgt.

Die Nachteile des Standes der Technik sollen mit der vorliegenden Erfindung überwunden werden.

Somit hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe einen Hydro-Transformator vorzusehen, mit dem vorgegebene Volu­ menströme an einem Antriebsglied unabhängig von der Bela­ stung dieses Antriebsgliedes erreicht werden, die Energie­ rückgewinnung vom Antriebsglied möglich ist, der geräte­ technische Aufwand geringer als bei herkömmlichen Hydro- Transformatoren ist und ein günstiger Wirkungsgrad erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Hydro-Transformator ent­ sprechend Patentanspruch 1 gelöst.

Es wird ein Hydro-Transformator vorgesehen, der eine beliebige Hydromaschine aufweist, deren einer Anschluß wahlweise über einen Arbeitsanschluß des Schaltventils mit einer Druckleitung hydraulisch verbindbar ist und die vor­ zugsweise ein Zahnradmotor ist. Der andere Anschluß der Hy­ dromaschine ist mit einer hydraulischen Leitung, die zu einem Antriebsglied führt, hydraulisch verbunden. Das Schaltventil wird über eine Steuerungseinrichtung in Abhän­ gigkeit von einer den Volumenstrom der Hydromaschine kenn­ zeichnenden gemessenen Kenngröße angesteuert. Dabei wird der Arbeitsanschluß wahlweise mit dem Druckanschluß oder einem Anschluß, an dem ein niedrigerer Druck als in der Hy­ dromaschine herrscht, verbunden. Auf diese Weise kann in dem Fall, in dem das Antriebsglied ein Zylinder ist, dieser in Abhängigkeit vom Volumenstrom ausgefahren werden. And­ rerseits kann beim Einfahren des Zylinders Fluid in Abhän­ gigkeit vom Volumenstrom in die Druckleitung geführt wer­ den, wodurch eine Energierückgewinnung erfolgt. Durch den geringen gerätetechnischen Aufwand kann der Anwendungsbe­ reich von Hydro-Transformatoren wesentlich erweitert wer­ den.

Vorteilhaft ist es, wenn die Ansteuerung des Schaltven­ tils so vorgenommen wird, daß die den Volumenstrom kenn­ zeichnende Kenngröße im wesentlichen konstant ist. Somit ist ein Zylinder mit konstanter Geschwindigkeit lastunab­ hängig aus- und einfahrbar.

Als Kenngröße für den Volumenstrom ist die Drehzahl der Hydromaschine verwendbar. Damit muß ein einfach und kosten­ günstig abgreifbarer Meßwert bestimmt werden, was die Ko­ sten des Hydro-Transformators günstig gestaltet.

Es ist ferner von Vorteil, den einen Anschluß der Hy­ dromaschine über das Schaltventil wahlweise, in einer er­ sten Schaltposition, mit der Druckleitung oder, in einer zweiten Schaltposition, einer Ablaufleitung zu verbinden, da der relativ große Volumenstrom in die Ablaufleitung kurze Schaltperioden des erfindungsgemäßen Hydro-Transfor­ mators zur Folge hat.

Obwohl mit der vorliegenden Erfindung auch nur aus­ schließlich das Ausfahren eines Zylinders als Antriebsglied bewirkt werden kann, ist es günstig eine Hydromaschine mit zwei Volumenstromrichtungen und zwei Drehrichtungen zu ver­ wenden, da auf diese Weise Energie, die beim Einfahren des Zylinders auf das Fluid übertragen wird, teilweise wieder­ gewinnbar ist.

Liegt z. B. in der Druckleitung ein doppelt so hoher Druck als am Antriebsglied vor, so ist das Schaltventil in einer solchen Weise zu betätigen, daß das Schaltventil die gleiche Zeitdauer in der ersten Position wie in der zweiten Position verweilt.

Ferner kann zwischen dem anderen Anschluß der Hydroma­ schine und der zum Antriebsglied führenden Leitung ein wei­ teres Schaltventil vorgesehen sein, das die hydraulische Verbindung zwischen Hydromaschine und Antriebsglied wahl­ weise schalten kann. Somit ist durch eine Druckleitung mit geringem Druck ein Antriebsglied mit höherem Druck mit Fluid speisbar.

Vorzugsweise ist das weitere Schaltventil in einer sol­ che Weise schaltbar, daß das Antriebsglied entweder mit der Hydromaschine oder mit einer Ablaufleitung in hydraulischer Verbindung steht. Um Kavitationen zu vermeiden, ist es sinnvoll, den Druck in der Ablaufleitung vorzuspannen. Aus dem gleichen Grund kann ein Nachsaugventil vorgesehen wer­ den. Die große Differenz zwischen dem Druck in der Ablauf­ leitung und dem in der Hydromaschine hat eine hohe An­ sprechempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Hydro-Transfor­ mators zur Folge.

Eine hohe Taktfrequenz bei einem kleinen Volumenstrom in der Druckleitung verringert die Pulsation am Antriebs­ glied, während durch eine niedrige Taktfrequenz bei einem großen Volumenstrom in der Druckleitung der Schaltverlust klein gehalten wird. Daher sind in Abhängigkeit vom Unter- oder Überschreiten eines vorbestimmten Volumenstroms Takt­ frequenzen oberhalb oder unterhalb einem vorbestimmten Wert zu wählen.

Das Dämpfungsverhalten der Hydromaschine kann verbes­ sert werden, indem an deren Welle eine zusätzliche Masse rotationssymmetrisch befestigt wird. Durch das höhere Träg­ heitsmoment wird eine niedrige Taktfrequenz bei einem hohem Volumenstrom unterstützt. Somit werden die Schaltverluste verringert.

Der erfindungsgemäße Hydro-Transformator wird vorzugs­ weise in der Mobilhydraulik eingesetzt. Dadurch steht nun auch in der Mobilhydraulik ein kostengünstiger Hydro-Trans­ formator zur Verfügung, der die Ansteuerung eines Antriebs­ gliedes nahezu unabhängig vom Vorliegen eines genau festge­ legten Druckpegels in der Druckleitung macht. Dadurch las­ sen sich in der Mobilhydraulik in stärkerem Maße leichte und kostengünstige Hydrospeicher einsetzen.

Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein hydraulisches Antriebssystem mit einem Hy­ dro-Transformator entsprechend einem ersten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2(a) bis 2(d) graphische Darstellungen der Funk­ tionsweise eines Hydro-Transformators entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung über der Zeit, wobei die Schaltstellung eines ersten Schaltven­ tils, das Drehmoment eines Hydromotors, die Drehzahl des Hydromotors und die Volumenströmen am ersten Schaltventil bei einem Fluidstrom zum Antriebsglied gezeigt sind,

Fig. 3(a) und 3 (b) graphische Darstellungen der Funktionsweise eines Hydro-Transformators entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung über der Zeit, wobei die Drehzahl des Hydromotors und die Schaltstellung eines ersten Schaltventils bei einem Fluid­ strom vom Antriebsglied gezeigt sind, und

Fig. 4 ein hydraulisches Antriebssystem mit einem Hy­ dro-Transformator entsprechend dem zweiten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydro-Transformators ist in Fig. 1 als Anwendung in einem hydraulischen Antriebssystem gezeigt.

Der Hydro-Transformator entsprechend dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel weist ein erstes Schaltventil 2, eine Hydro­ maschine 4, einen Sensor 6 und eine Steuerungseinrichtung 7 auf.

Das Schaltventil 2 hat einen Druckanschluß 2P, einen Arbeitsanschluß 2A und einen Ablaufanschluß 2T und kann zwei Schaltstellungen, die Stellung a und die Stellung b, einnehmen. In der Schaltstellung a ist der Druckanschluß 2P mit dem Arbeitsanschluß 2A verbunden, während in der Schaltstellung b der Arbeitsanschluß 2A mit dem Ablaufan­ schluß 2T verbunden ist. Der Steuerkolben 21 wird durch eine Feder 22 in die Schaltstellung a vorgespannt und ist durch einen Hubmagneten 23 in die Schaltstellung b schalt­ bar. Statt des aufgezeigten Schaltventils 2 kann eine be­ liebige Ventileinrichtung verwendet werden, bei der ein Druckanschluß und ein Arbeitsanschluß bzw. der Arbeitsan­ schluß und ein Tankanschluß innerhalb kurzer Zeit wahlweise verbindbar sind.

Die Hydromaschine 4 ist im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel ein Konstantmotor mit zwei Volumenstromrichtungen und zwei Drehrichtungen, und weist einen ersten Anschluß 4B und einen zweiten Anschluß 4C auf. Es kann jedoch auch ein be­ liebiger Hydromotor mit zumindest einer Volumenstromrich­ tung und einer Drehrichtung verwendet werden, wenn keine Energierückgewinnung erfolgen soll. Der Arbeitsanschluß 2A des Schaltventils 2 ist über eine Arbeitsleitung 24 mit dem ersten Anschluß 4B der Hydromaschine 4 verbunden.

An der Hydromaschine 4 ist ein Sensor 6 vorgesehen, der eine Kenngröße für den Volumenstrom in der Hydromaschine 4 mißt. Der Sensor 6 ist vorzugsweise ein Tachometer, das an einer Welle 4a des Konstantmotors 4 befestigt ist. Das elektrische Ausgangssignal des Sensors 6 wird über elektri­ sche Leitungen 61 und 62 zur Steuerungseinrichtung 7 über­ tragen. Die Steuerungseinrichtung 7 vergleicht das den Vo­ lumenstrom durch die Hydromaschine 4 kennzeichnende elek­ trische Ausgangssignal des Sensors 6 mit einem Wert für den Soll-Volumenstrom Q_Soll, der an die Steuerungseinrichtung 7 angelegt ist. Der Soll-Volumenstrom Q_Soll kann entweder in einem Speicher der Steuerungseinrichtung 7 vorliegen oder von einer externen Einrichtung vorgegeben werden. Das Aus­ gangssignal der Steuerungseinrichtung 7 wird über eine elektrische Leitung 71 dem Hubmagneten 23 des Schaltventils 2 zugeführt.

Nachfolgend wird nun die äußere Beschaltung eines Hy­ dro-Transformators entsprechend dem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung anhand von Fig. 1 erläutert.

Der Druckanschluß 2P des Schaltventils 2 im vorstehend beschriebenen Hydro-Transformator 10 ist über eine Druck­ leitung 11 mit einem Hydrospeicher 1 mit Gasvorspannung hy­ draulisch verbunden. Der Hydrospeicher kann alternativ dazu ein beliebiges anderes System mit eingeprägten Druck sein. Der Volumenstrom vom Hydrospeicher 1 zum Druckanschluß 2P ist in Fig. 1 mit Q_A bezeichnet. Der Ablaufanschluß 2T des Schaltventils 2 ist über eine erste Ablaufleitung 25 mit einem Tank 3 verbunden. Der Volumenstrom vom Tank 3 zum Ab­ laufanschluß 2T ist in Fig. 1 mit Q_B bezeichnet.

Der zweite Anschluß 4C des Hydromotors 4 des Hydro- Transformators 10 ist über eine zweite Arbeitsleitung 41 mit einem ersten Anschluß 5A eines Antriebsglieds 5 verbun­ den. Das Antriebsglied 5 ist beispielsweise ein Zylinder mit einseitig wirkender Last. Der zweite Anschluß 5B des Antriebsgliedes 5 ist über eine zweite Ablaufleitung 51 mit einem Tank 30 verbunden.

Die äußere Beschaltung des Hydro-Transformators ist je­ doch nicht auf die dargestellte Form beschränkt, sondern muß nur folgende Grundvoraussetzungen erfüllen: Es soll die Möglichkeit bestehen, daß am Druckanschluß 2P ein größerer Druck als am Ablaufanschluß 2T anliegt, und an den zweiten Anschluß 4C der Hydromaschine 4 muß eine Last angeschlossen sein.

Um während der endlichen Schaltzeiten des Schaltventils 2 Kavitationen oder Druckspitzen in der Leitung 24 zu ver­ meiden, werden zwischen der Leitung 24 und einem in Fig. 1 nicht bezeichneten Tank ein Rückschlagventil 26 sowie zwi­ schen der Leitung 24 und dem Hydrospeicher 1 ein Rück­ schlagventil 27 vorgesehen.

Die Funktionsweise des Hydro-Transformators entspre­ chend dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(d), Fig. 3(a), 3(b) sowie Fig. 1 beschrieben. Dabei wird als Antriebsglied ein Zylinder mit einseitig wirkender Last beispielhaft verwendet.

a) Zum Ausfahren des Zylinders wird als erstes ein Sollwert Q_Soll für den Volumenstrom in die Steuerungsein­ richtung 7 eingegeben und das Schaltventil 2 in die Schalt­ stellung a gebracht, wie es in Fig. 1 und 2(a) gezeigt ist.

Dadurch kann Fluid aus dem Hydrospeicher 1 und das Schalt­ ventil 2 in die Hydromaschine 4 treten, deren Drehmoment M sich kurzzeitig erhöht, um dann auf konstantem Niveau zu bleiben, wie es in Fig. 2(b) gezeigt ist, und deren Dreh­ zahl n sich kontinuierlich erhöht. Der Volumenstrom Q_A vom Hydrospeicher 1 zum Schaltventil 2 erhöht sich, wie es in Fig. 2(d) gezeigt ist. Das Fluid gelangt von der Hydroma­ schine 4 in den Zylinder, der ausfährt.

Aus der mit dem Sensor 6 erfaßten Drehzahl n wird unter Verwendung von Parametern der Hydromaschine 4 in der Steue­ rungseinrichtung 7 der Ist-Volumenstrom Q_ist ermittelt und mit dem vorbestimmten Soll-Volumenstrom Q_Soll verglichen. Erreicht der Ist-Volumenstrom Q_ist diesen vorbestimmten Soll-Volumenstrom Q_Soll, wird dem Hubmagnet 23 des Schalt­ ventils 2 ein elektrisches Signal zugeführt, durch das das Schaltventil 2 in die Schaltstellung b gebracht wird, wie es in Fig. 2(a) gezeigt ist. Dadurch fällt das Drehmoment der Hydromaschine 4 steil ab und verringert sich die Dreh­ zahl n von dieser kontinuierlich, wie es in den Fig. 2(b) und 2(c) gezeigt ist. Gleichzeitig verringert sich der Vo­ lumenstrom Q_B vom Tank 3 zum Ablaufanschluß 2T des Schalt­ ventils 2, wie es in Fig. 2(d) gezeigt ist. Unterschreitet der Ist-Volumenstrom Q_ist in der Hydromaschine nun einen Wert, der vom Soll-Volumenstrom Q_Soll abhängt, wie z. B. 95% des Soll-Volumenstroms Q_Soll, so schaltet die Steuerungs­ einrichtung 7 den Hubmagneten 23 des Schaltventils 2 wieder in die Schaltstellung a. Im Anschluß wiederholt sich die vorstehend beschriebene Steuerung.

Liegt beispielsweise im Hydrospeicher ein Druck von 20 MPa vor und liegt am Zylinder zum Heben des Kolbens bei­ spielsweise ein Druck von 5 MPa an, so kann unabhängig von der augenblicklich Belastung des Zylinders dieser mit kon­ stanter Geschwindigkeit, die in Form des Soll-Volumenstro­ mes Q_Soll vorgegeben ist, ausgefahren werden.

b) Beim Einfahren des Zylinders wird das Schaltventil 2 in die Schaltposition b gebracht, wie es in Fig. 3(b) ge­ zeigt ist. Dadurch strömt Fluid aus dem Zylinder über den Hydromotor 4, der in zum vorhergehenden Fall entgegenge­ setzte Richtung angetrieben wird, und das Schaltventil 2 zum Tank 3. Die negative Drehzahl -n der Hydromaschine er­ höht sich kontinuierlich, wie es in Fig. 3(a) gezeigt ist, wobei der Zylinder einfährt.

Überschreitet der über den Sensor 6 gemessene negative Ist-Volumenstrom einen vorbestimmten Wert, der der negative Soll-Volumenstrom Q_Soll oder ein anderer eingegebener Volu­ menstrom für das Einfahren sein kann, so wird das Schalt­ ventil 2 in die Schaltposition A gebracht, wie es in Fig. 3(a) gezeigt ist. Dadurch gelangt Fluid aus dem Zylinder in den Hydrospeicher 1. Sinkt der über den Sensor 6 gemessene Ist-Volumenstrom unter ein vorbestimmtes Niveau, das vom vorbestimmten Wert abhängt, wie z. B. 95% vom vorbestimmten Wert, so wird das Schaltventil 2 wieder in die Schaltstel­ lung b gebracht.

Als Ergebnis kann Fluid aus dem Zylinder mit relativ geringem Druck, in einen Hydrospeicher 1 mit relativ hohem Druck geleitet werden. Somit erfolgt beim Einfahren des Zy­ linders eine Energierückgewinnung. Folglich ist der Hydro- Transformator entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel in der Mobilhydraulik effektiv einsetzbar. Durch den im Verhältnis zum Stand der Technik geringen gerätetechnischen Aufwand beim Hydro-Transformator entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Möglichkeit für eine Erweite­ rung der Einsatzmöglichkeiten von Hydro-Transformatoren ge­ schaffen.

Um einen niedrigen Druck am Antriebsglied in einen ho­ hen Druck am Hydrospeicher umzusetzen, ist es notwendig, das erste Schaltventil 2 einen bezüglich der jeweiligen Ge­ samtschaltperiode längeren Zeitraum in der Schaltstellung b zu belassen. Beispielsweise beträgt der Druck am Antriebs­ glied 5 MPa, während im Hydrospeicher 1 ein Druck von 20 MPa herrscht. In diesem Fall ist es günstig, daß das Schaltventil 3/4 der Gesamtschaltperiode in der Schaltstel­ lung b belassen wird.

Eine Voraussetzung für den Betrieb des Hydro-Transfor­ mators entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist, daß der Druck im Hydrospeicher stets höher als der Druck im An­ triebsglied 5 ist. Es kann jedoch auch der Fall auftreten, daß am Antriebsglied ein Druck notwendig ist, der oberhalb des Drucks im Hydrospeicher liegt. Für diesen Fall wurde das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel vorgesehen.

In Fig. 4 ist ein hydraulisches Antriebssystem gezeigt, das einen Hydro-Transformator entsprechend dem zweiten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist.

Der Hydro-Transformator 10 entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß zwischen dem zweiten Anschluß 4C der Hydromaschine 4 und dem ersten An­ schluß 5A des Antriebsgliedes 5 ein zweites Schaltventil 8 vorgesehen ist. Dieses Schaltventil 8 weist einen Druckan­ schluß 8P', einen Arbeitsanschluß 8A und einen Ablaufan­ schluß 8T auf. Der Druckanschluß 8P' ist über eine Arbeits­ leitung 41 mit dem zweiten Anschluß 4C der Hydromaschine 4 hydraulisch verbunden. Der Arbeitsanschluß 8A ist über eine Arbeitsleitung 84 mit dem ersten Anschluß 5A des Antriebs­ gliedes 5 hydraulisch verbunden. Der Ablaufanschluß 8T ist mit einem Tank 300 hydraulisch verbunden.

Das zweite Schaltventil 8 hat eine Schaltstellung a, in der der Druckanschluß 8P mit dem Arbeitsanschluß 8A hydrau­ lisch verbunden ist, und eine Schaltstellung b, in der der Druckanschluß 8P mit dem Ablaufanschluß 8T hydraulisch ver­ bunden ist. Ein Steuerkolben 81 des zweiten Schaltventils 8 wird über eine Feder 82 vorgespannt und mittels Betätigung eines Hubmagneten 83 des Schaltventils 8 bewegt.

Der Druck in der Arbeitsleitung 84 wird mit einem Druckmesser 9 gemessen, wobei das elektrische Ausgangs­ signal dieses Druckmessers zu einer weiteren Steuerungsein­ richtung 7a übertragen wird, die mit der Steuerungseinrich­ tung 7 in einem Gehäuse ausgebildet sein kann. Die Steue­ rungseinrichtung 7a ist über eine elektrische Leitung 71a mit dem Hubmagneten 83 des zweiten Schaltventils 8 verbun­ den.

Der grundlegende Aufbau und die grundlegende Funktions­ weise der anderen Bestandteile des Hydro-Transformators 10 des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen denen des Hy­ dro-Transformators 10 vom ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nachfolgend nicht detailliert beschrieben.

Nachstehend wird die Bedeutung des zweiten Schaltven­ tils 8 bei Betrieb des Hydro-Transformators 10 erläutert.

a) Soll mit einem relativ geringen Druck, wie z. B. 5 MPa im Hydrospeicher 1 ein Zylinder als Antriebsglied, in dem ein relativ hoher Druck, wie z. B. 20 MPa erforderlich ist, ausgefahren werden, so wird das zweite Schaltventil 8 als erstes in die Schaltstellung b gebracht, in der der Druckanschluß 8P mit dem Ablaufanschluß 8T hydraulisch ver­ runden ist. Als Ergebnis stellt sich an der Hydromaschine 4 eine bestimmte Drehzahl ein. Nun wird das zweite Schaltven­ til 8 in Abhängigkeit von einem spezifischen Parameter, wie z. B. dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne oder dem Erreichen eines bestimmten Ist-Volumenstromes in der Hydromaschine 4', mittels einer entsprechenden Ansteuerung des Hubmagneten 83 durch die weitere Steuerungseinrichtung 7a in die Schaltstellung a gebracht. Dadurch wird dem An­ triebsglied 5 Fluid zugeführt. Unterschreitet der über den Druckmesser 9 gemessene Druck oder der Differenzenquotient dieses Drucks einen vorbestimmten Wert, so wird das zweite Schaltventil 8 durch Ansteuerung des Hubmagneten 83 in die Schaltstellung b zurückgeschaltet. Anschließend wiederholt sich das vorstehend beschriebene Schalten in die Schalt­ stellung a. Als Ergebnis fährt der Zylinder aufgrund eines Drucks im Hydrospeicher, der geringer als der Lastdruck ist, mit konstanter Geschwindigkeit aus.

b) Beim Einfahren des Zylinders erfolgt eine Steuerung des zweiten Schaltventils 8 durch die weitere Steuerungs­ einrichtung 7a in einer solchen Weise, daß der Druck am ersten Anschluß 5A des Antriebsgliedes 5 höher als der Druck am Arbeitsanschluß 2A des ersten Schaltventils 2 ist. Das kann entweder darüber erfolgen, daß für bestimmte Druckwerte am Druckmesser 9 ein bestimmtes gespeichertes Schaltverhalten des zweiten Schaltventils 8 aus der Steue­ rungseinrichtung 7a abgerufen wird oder daß der Druck in zumindest einer der hydraulischen Leitungen 11', 24 und 41 bemessen und dann in der Steuerungseinrichtung 7a ausgewer­ tet und zur Ansteuerung des Hubmagneten 83 verwendet wird. Die Ansteuerung des ersten Schaltventils 2 erfolgt wie beim Einfahren des Zylinders, der an einem Hydro-Transformator entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. Als Ergebnis kann an den Hydrospeicher 1 ein vorbestimmter Druck angelegt und ein vorbestimmter Volumenstrom zugeführt werden, wodurch eine gezielte Rückgewinnung von Energie möglich ist.

Bei kleinen Volumenströmen am Antriebsglied kann durch das Schalten der Schaltventile entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiele ein starkes Pulsieren an der Last des Antriebsgliedes auftreten. Andererseits entstehen an den Schaltventilen Schaltverluste.

Zur Verringerung des Pulsierens an der Last bei Volu­ menströmen unterhalb eines vorbestimmten Wertes hat es sich als günstig erwiesen, die Taktfrequenz bei der Ansteuerung der Hubmagneten größer als eine vorbestimmte Taktfrequenz zu gestalten, während zur Minimierung der Schaltverluste bei Volumenströmen oberhalb eines vorbestimmten Wertes die Taktfrequenz bei der Ansteuerung des Hubmagneten kleiner als eine vorbestimmte Taktfrequenz zu gestalten ist. Der vorbestimmte Wert für den Volumenstrom und die Werte für die Taktfrequenz liegen dabei entweder standardmäßig in der entsprechenden Steuerungseinrichtung vor oder wurden in diese vor dem jeweiligen Betrieb des hydraulischen An­ triebssystems eingegeben.

Um den Betrag der zurückgewonnenen Energie zu erhöhen und einen gleichmäßigen Lauf der Hydromaschine abzusichern, können die Hydro-Transformatoren entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel in der nachstehend ausge­ führten Weise abgewandelt werden.

An die Welle der Hydromaschine entsprechend dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel kann eine Masse variabel angekoppelt werden. Dadurch erhöht sich der Widerstand, den die Hydromaschine einer Änderung des Bewegungszustandes ih­ rer Welle entgegensetzt. Dieses verschlechtert zwar das An­ laufverhalten der Hydromaschine, dämpft aber andrerseits Schwankungen bei der Drehzahl, wodurch ein ausgeglicheneres Ausfahren eines Zylinders, der als Antriebsglied verwendet wird, sowie eine effektive Rückgewinnung von Energie beim Einfahren des Zylinders abgesichert werden.

Somit werden durch die Erfindung Hydro-Transformatoren geschaffen, mit denen eine lastunabhängige Volumenstromsta­ bilisierung bei geringem gerätetechnischen Aufwand sowie eine Energierückgewinnung möglich sind. Beim zweiten Aus­ führungsbeispiel können zusätzlich Lastdrücke realisiert werden, die höher als der Speicherdruck sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf einen Hydro-Transformator, der eine Hydromaschine, ein Schaltven­ til und eine Steuerungseinrichtung aufweist. Ein Arbeitsan­ schluß des Schaltventils, der wahlweise mit einem Druckan­ schluß des Schaltventils oder einem Ablaufanschluß des Schaltventils hydraulisch verbindbar ist, ist mit einem er­ sten Anschluß der Hydromaschine verbunden. Der zweite An­ schluß der Hydromaschine steht mit einem Antriebsglied in hydraulischer Verbindung. Das Schaltventil wird durch die Steuerungseinrichtung im Ansprechen auf ein Signal, das den Volumenstrom in die Hydromaschine kennzeichnet, angesteu­ ert. Ist das Antriebsglied ein Zylinder, so kann dessen Aus fahren mit konstanter Geschwindigkeit und lastunabhängig ausgeführt werden sowie beim Einfahren Energie zurückgewon­ nen werden. Durch das Vorsehen eines weiteren Schaltventils zwischen dem zweiten Anschluß des Hydromotors und dem An­ triebsglied ist bei geringem Druck am Druckanschluß des Schaltventils ein höherer Druck am Antriebsglied erzeugbar.

Claims (13)

1. Hydro-Transformator (10) mit
einem Schaltventil (2), das einen Druckanschluß (2P) und einen Arbeitsanschluß (2A) aufweist, wobei die hydrau­ lische Verbindung zwischen dem Druckanschluß (2P) und dem Arbeitsanschluß (2A) schaltbar ist,
eine Hydromaschine (4), deren erster Anschluß (4B) mit dem Arbeitsanschluß (2A) des Schaltventils (2) hydraulisch verbunden ist und deren zweiter Anschluß (4C) mit einem An­ triebsglied (5) hydraulisch verbindbar ist, und
einer Steuerungseinrichtung (7), mit der das Schaltven­ til (2) in Abhängigkeit von einer den Volumenstrom der Hy­ dromaschine (4) kennzeichnenden gemessenen Kenngröße an­ steuerbar ist.

2. Hydro-Transformator (10) nach Anspruch 1, wobei zwi­ schen dem Arbeitsanschluß (2A) und dem Druckanschluß (2P) ein Rückschlagventil (27) vorgesehen ist.

3. Hydro-Transformator (10) nach Anspruch 1 oder 2, wo­ bei das Schaltventil (2) durch die Steuerungseinrichtung (7) in einer solchen Weise steuerbar ist, daß die gemessene Kenngröße im wesentlichen konstant bleibt.

4. Hydro-Transformator (10) nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, wobei die gemessene Kenngröße die Drehzahl der Hydromaschine (4) ist.

5. Hydro-Transformator (10) nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, wobei das Schaltventil (2) zwischen einer ersten Schaltstellung (a), in der der Druckanschluß (2P) mit dem Arbeitsanschluß (2A) hydraulisch verbunden ist, und einer zweiten Schaltstellung (b), in der der Arbeitsan­ schluß (2A) mit einem Ablaufanschluß (2T) des Schaltventils (2) hydraulisch verbunden ist, schaltbar ist.

6. Hydro-Transformator (10) nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, wobei zwischen Arbeitsanschluß (2A) und Ab­ laufanschluß (2T) ein Rückschlagventil (26) vorgesehen ist.

7. Hydro-Transformator (10) nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, wobei die Hydromaschine (4) zwei Volumen­ stromrichtungen und zwei Drehrichtungen aufweist.

8. Hydro-Transformator (10) nach Anspruch 7, wenn die­ ser von Anspruch 5 abhängt, wobei in dem Fall, in dem ein Volumenstrom von der Hydromaschine (4) zum Schaltventil (2) vorliegt, eine erste Periodenzeit, in der sich das Schalt­ ventil (2) in der ersten Schaltstellung (a) befindet, kür­ zer als eine zweite Periodenzeit, in der sich das Schalt­ ventil (2) in der zweiten Schaltstellung (b) befindet, ist.

9. Hydro-Transformator (10) nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, wobei der zweite Anschluß (4C) der Hydroma­ schine (2) mit einem Druckanschluß (8P) eines weiteren Schaltventils (8) hydraulisch verbunden ist und ein Ar­ beitsanschluß (8A) des weiteren Schaltventils (8) mit dem Antriebsglied (5) hydraulisch verbunden ist, und wobei die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckanschluß (8P) und dem Arbeitsanschluß (8A) des weiteren Schaltventils (8) in Abhängigkeit vom Druck am Arbeitsanschluß (8A) von diesem schaltbar ist.

10. Hydro-Transformator (10) nach Anspruch 9, wobei das weitere Schaltventil (8) in eine erste Schaltstellung (a), in der der Druckanschluß (8P) des weiteren Schaltventils (8) mit dem Arbeitsanschluß (8A) von diesem hydraulisch verbunden ist, und eine zweite Schaltstellung (b), in der Druckanschluß (8P) des weiteren Schaltventils (8) mit einem Ablaufanschluß (8T) von diesem hydraulisch verbunden ist, schaltbar ist.

11. Hydro-Transformator (10) nach Anspruch 10, wobei die Taktfrequenz des weiteren Schaltventils (8) bei einem Volumenstrom am Druckanschluß (8P) von diesem, der kleiner als ein vorbestimmter Volumenstrom ist, größer als eine vorbestimmte Taktfrequenz ist und bei einem Volumenstrom am Druckanschluß (8P) von diesem, der größer als ein vorbe­ stimmter Volumenstrom ist, kleiner als eine vorbestimmte Taktfrequenz ist.

12. Hydro-Transformator (10) nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, wobei mit einer Welle (4a) der Hydroma­ schine (4) eine Masse wahlweise koppelbar ist.

13. Hydro-Transformator (10) nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, das in der Mobilhydraulik eingesetzt wird.