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Das vorliegende Dokument betrifft Hydrauliksysteme und insbesondere Systeme, die ein Energierückgewinnungssystem einschließen.
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Das hier vorgelegte Hydrauliksystem kann zum Beispiel mit Hydraulikstößeln, Kompaktstaplern oder Gabelstaplern verwendet werden. Insbesondere können besagte Hydrauliksysteme und -geräte mit gespeicherter elektrische Energie etwa in Form von Batterien betrieben werden.
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Aus dem Stand der Technik ist der Betrieb von Hydrauliksystemen mit elektrisch gespeicherter Energie gut bekannt. In diesen Fällen kann ein Elektromotor vorhanden sein, der mit Energie betrieben wird, die von einer Batterie oder einem Batterie-Stack bereitgestellt wird, und der eine Hydraulikpumpe antreibt, die unter Hochdruck ein Fluid fördert. Mit dem Hochdruckfluid können ein oder mehrere Hydraulikgeräte im Hydraulikkreislauf angetrieben werden.
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Ebenfalls aus dem Stand der Technik ist die Nutzung von im Hydraulikkreislauf gespeicherter Energie bekannt, um einen Elektrogenerator zur Rückgewinnung von Energie anzutreiben, zum Beispiel wenn eine angehobene Last abgesenkt wird.
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Zum Beispiel offenbart
US 777 0697 ein System zur Rückgewinnung potenzieller Energie, die von einer hydraulischen Hubvorrichtung für einen Gabelstapler oder dergleichen erzeugt wird, bei dem eine Hydraulikpumpe zum Fördern eines druckbeaufschlagten Arbeitsfluids an einen Hubzylinder zum Anheben einer Last als Hydraulikmotor eingesetzt wird, sodass das druckbeaufschlagte Arbeitsfluid vom Hubzylinder zur Hydraulikpumpe zurückfließen kann, wenn die Last abgesenkt wird. Ein Elektromotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe wird als Elektrogenerator zum Laden einer Batterie eingesetzt, um die potenzielle Energie des Verbrauchers rückzugewinnen. Ein Durchflussregelventil wird eingesetzt, um den Arbeitsfluidstrom vom Verbraucher zurück zur Hydraulikpumpe zu steuern.
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US 100 66368 offenbart ein Hydrauliksystem mit einer Energierückgewinnungsvorrichtung, die eine Hydraulikpumpe und einen Hydraulikzylinder zur Betätigung einer Arbeitsbaugruppe umfasst. Eine Anzahl unterschiedlicher Hydraulikventile wird durch ein elektrisches Steuergerät gesteuert, um den Durchfluss des Hydraulik-Arbeitsfluids in der Arbeits- wie auch in der Rückgewinnungsphase zu optimieren.
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Aus
US 5505043 ist ein Hydrauliksystem mit einer Energierückgewinnungsvorrichtung bekannt, wobei die Rückgewinnungsvorrichtung eine Hydraulikpumpe umfasst, die durch das Arbeitsfluid angetrieben wird, das von dem Verbraucher zurückfließt und einen Elektrogenerator antreibt. Um den Rückfluss des Arbeitsfluids zu steuern und die Energierückgewinnung zu optimieren, umfasst eine Steuereinheit für den Elektrogenerator ein separates Feldstromsteuergerät, einschließlich eines Mittels zur Einstellung eines gewünschten Wertes, über das der gewünschte Wert des Feldstroms auf Grundlage vorab festgelegter Relationen zwischen Drehzahl und Strom bestimmt wird.
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Dieser Schaltkreis erlaubt den Betrieb der Gleichstrommaschine über den vollständigen Betriebsbereich, wie es für das Hydrauliksystem zum Anheben und Absenken der Last erforderlich ist. Weitere hydraulische Schalt- und Steuerungsmittel sind für die Steuerung der Energierückgewinnung nicht erforderlich.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Hydrauliksystem mit einem wirksamen Energierückgewinnungssystem vorzulegen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System vorzulegen, das in der Hauptsache über hydraulische Steuerungsmittel betrieben werden kann. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Anzahl der Steuerungselemente zu reduzieren.
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Ein oder mehrere der vorstehend genannten Ziele können durch das Hydrauliksystem nach Anspruch 1 erreicht werden. Besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Das hier vorgelegte Hydrauliksystem umfasst: eine Hydraulikpumpen/motorEinheit, einen Hydraulikverbraucher, eine elektrische Maschine, die zum Einsatz als Elektrogenerator geeignet und mechanisch mit besagter Hydraulikpumpen/motor-Einheit gekoppelt ist, einen Niederdruck-Fluidtank und eine Ventilbaugruppe mit einem oder mehreren Ventilen, die den Hydraulikverbraucher selektiv fluidmäßig mit dem Niederdruck-Fluidtank verbindet, wobei die Ventilbaugruppe so ausgelegt ist, dass, wenn der Druck am Hydraulikverbraucher über einem vorab festgelegten Schwellendruckwert liegt, zum Beispiel über einem ersten Schwellendruckwert, die Ventilbaugruppe den Hydraulikverbraucher fluidmäßig mit der Hydraulikpumpen/motor-Einheit verbindet und den Hydraulikverbraucher fluidmäßig vom Niederdruck-Fluidtank trennt, und dass, wenn der Druck am Hydraulikverbraucher unter einem vorab festgelegten Schwellendruckwert liegt, zum Beispiel unter einem zweiten Schwellendruckwert, der gleich oder kleiner als der erste Schwellendruckwert ist, die Ventilbaugruppe den Hydraulikverbraucher fluidmäßig von der Hydraulikpumpen/motor-Einheit trennt und den Hydraulikverbraucher fluidmäßig mit dem Niederdruck-Fluidtank verbindet, unter Umgehung der Hydraulikpumpen/motor-Einheit.
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Die Hydraulikpumpen/motor-Einheit kann selektiv als Hydraulikpumpe oder als Hydraulikmotor verwendet oder betrieben werden. Die Hydraulikpumpen/motor-Einheit kann als Hydraulikpumpe betrieben werden, die dafür ausgelegt ist, mechanische Energie oder ein Pumpenantriebsdrehmoment in hydraulische Energie umzuwandeln, etwa durch Druckbeaufschlagen und/oder Fördern eines Hydraulikfluids. Und/oder die Hydraulikpumpen/motor-Einheit kann als Hydraulikmotor betrieben werden, der dafür ausgelegt ist, hydraulische oder hydrostatische Energie, etwa in Form eines druckbeaufschlagten Fluids oder Fluidstroms, in mechanische Energie und/oder ein Motordrehmoment umzuwandeln. Zum Beispiel kann die Hydraulikpumpen/motor-Einheit eine Axialkolbeneinheit, eine Radialkolbeneinheit, ein Hydraulikgetriebe oder dergleichen umfassen.
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Der Schwellendruckwert kann auf einen Wert zwischen dem Druck, der von der Hydraulikpumpen/motor-Einheit im Arbeitszustand erzeugt wird, und einem Mindestdruckwert, den der Verbraucher erzeugt, zum Beispiel wenn keine externe Last vorhanden ist und zum Beispiel ein Gabelstapler ohne zusätzliche Last abgesenkt wird, festgelegt werden.
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In einem Arbeitszustand kann die elektrische Maschine die Hydraulikpumpen/motor-Einheit antreiben, um ein Hydraulikfluid oder ein Arbeitsfluid mit Druck zu beaufschlagen, das zum Hydraulikverbraucher gefördert werden kann, zum Beispiel durch Fluidkanäle, insbesondere einen Förderkanal. Zum Beispiel kann die Hydraulikpumpen/motor-Einheit mit der elektrischen Maschine gekoppelt werden, die als Elektromotor dienen und die Hydraulikpumpen/motor-Einheit antreiben kann.
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Es können zusätzliche Mittel zum Antrieb der Hydraulikpumpen/motor-Einheit vorhanden sein, zum Beispiel ein Hydraulikspeicher. Der Elektromotor kann ein Drehstrommotor sein, zum Beispiel ein bürstenloser Drehstrommotor, angetrieben durch eine Umrichtereinheit, die bei Antrieb durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit auch als Elektrogenerator verwendet werden kann. Wenn der Motor als Drehstrommotor umgesetzt ist, können ein zentraler Umrichter und eine Steuereinheit zum Antrieb von zwei oder mehr Drehstrommotoren des Systems eingesetzt werden, zum Beispiel wenn das Hydrauliksystem ein fahrbarer elektrischer Gabelstapler ist. In diesem Fall kann der Gabelstapler einen elektrischen Drehstromantrieb für eine Translationsbewegung am Boden und einen Drehstrommotor zum Antrieb der Hydraulikpumpen/motor-Einheit des Hydraulikhubsystems umfassen.
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Der Drehstrommotor, der zum Antrieb des fahrbaren Gabelstaplers am Boden vorhanden sein kann, kann ein Rückgewinnungssystem für elektrische Energie umfassen. Zum Beispiel kann der Drehstrommotor Energie in einer Bremsphase des Gabelstaplers, während er sich am Boden bewegt, rückgewinnen. Entsprechend kann ein gemeinsamer Batterie-Stack, der beide vorstehend genannten Drehstrommotoren über eine Umrichtereinheit versorgen kann, mittels der mit beiden Drehstrommotoren rückgewonnenen elektrischen Energie aufgeladen werden.
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Im Hydrauliksystem kann das druckbeaufschlagte Arbeitsfluid in einem Verbraucher verwendet werden, um einen Arbeitskolben zu bewegen und ein Gewicht anzuheben. Wird das Gewicht abgesenkt, oder generell in einer Entlastungsphase, wenn kein druckbeaufschlagtes Fluid mehr zum Verbraucher transportiert wird, kann die im Hydraulikverbraucher gespeicherte oder über diesen entlastete potenzielle Energie einen druckbeaufschlagten Hydraulik-Arbeitsfluidstrom bereitstellen, der durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit hindurch geleitet werden kann, um die Hydraulikpumpen/motor-Einheit anzutreiben. In diesem Fall kann ein Fluidkanal, der nicht oder teilweise nicht dem Förderkanal entspricht, zum Leiten des Hydraulikfluids vom Verbraucher zur Hydraulikpumpen/motor-Einheit verwendet werden. In dieser Phase wird die Hydraulikpumpen/motor-Einheit üblicherweise nicht von der elektrischen Maschine/dem Elektromotor angetrieben. Falls oder wenn ein Gewicht, das der hydraulische Verbraucher stützt oder hält, ausreichend groß ist, zum Beispiel falls oder wenn das Gewicht ein Schwellengewicht übersteigt, kann der Druck des Arbeitsfluids, den das Gewicht am Verbraucher erzeugt, ausreichend groß sein, um die Hydraulikpumpen/motor-Einheit, zum Beispiel mit einer vorab festgelegten Mindestdrehzahl oder vorab festgelegten Mindestleistung, anzutreiben. Ist das Gewicht jedoch nicht ausreichend groß oder soll die Gabel, im Beispiel eines Gabelstaplers, ohne Last abgesenkt werden, ist der vom Verbraucher erzeugte Druck eventuell nicht ausreichend, um die Hydraulikpumpen/motor-Einheit, zum Beispiel mit einer vorab festgelegten Mindestdrehzahl oder vorab festgelegten Mindestleistung, anzutreiben. Zum Beispiel kann ein Durchflusswiderstand der Hydraulikpumpen/motor-Einheit verhindern, dass die Hydraulikpumpen/motor-Einheit mit einer vorab festgelegten Mindestdrehzahl oder Mindestleistung angetrieben wird. Für diesen Fall bietet das hier vorgelegte Hydrauliksystem eine zusätzliche Möglichkeit für das Hydraulik-Arbeitsfluid, vom Verbraucher zu einem Niederdruck-Fluidtank zu fließen, ohne die Hydraulikpumpen/motor-Einheit zu passieren oder anzutreiben. Beim Freisetzen von hydraulischer oder hydrostatischer Energie aus oder über den hydraulischen Verbraucher kann der Fluidstrom mittels hydraulischer Ventile der Ventilbaugruppe geregelt und/oder gesteuert werden.
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Im Fall der Entlastung einer ausreichend hohen Last kann die hydraulische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden. Diese elektrische Energie kann dann in eine Energiespeichervorrichtung, etwa in die Batterie, rückgewonnen werden.
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In einer Ausführungsform kann das Hydrauliksystem eine Hydraulikpumpen/motor-Einheit umfassen, die dafür ausgelegt ist, ein Hydraulikfluid mit Druck zu beaufschlagen, wobei besagte Hydraulikpumpen/motor-Einheit fluidmäßig mit einem Hydraulikverbraucher verbunden ist. Der Hydraulikverbraucher kann dafür ausgelegt sein, hydraulische oder hydrostatische Energie zu speichern und/oder freizusetzen, um das Hydraulikfluid mit Druck zu beaufschlagen. Besagte Hydraulikpumpen/motor-Einheit kann mechanisch mit einer elektrischen Maschine gekoppelt werden, die dafür ausgelegt ist, als Generator zu funktionieren. Der Hydraulikverbraucher kann über eine Ventilbaugruppe fluidmäßig mit einem Niederdruck-Fluidtank verbunden sein. Die Ventilbaugruppe kann eine erste und eine zweite Ventilunterbaugruppe umfassen. Die erste Ventilunterbaugruppe kann zwischen einem ersten Zustand, der ein Arbeitszustand ist, und einem zweiten Zustand, der ein Entlastungszustand ist, umschaltbar sein. Die erste Ventilunterbaugruppe kann über die zweite Ventilunterbaugruppe fluidmäßig mit dem Niederdruck-Fluidtank verbunden sein. Ein erster Austrittskanal oder Auslassöffnung der zweiten Ventilbaugruppe kann fluidmäßig über einen ersten Entlastungskanal mit dem Niederdruck-Fluidtank verbunden sein und ein zweiter Austrittskanal oder Auslassöffnung der zweiten Ventilunterbaugruppe kann fluidmäßig über einen zweiten Entlastungskanal mit dem Niederdruck-Fluidtank verbunden sein. Der erste Entlastungskanal kann in der Weise durch die Hydraulikpumpen/motorEinheit verlaufen, dass das Hydraulikfluid in der Lage ist, die Pumpen/motorEinheit und die elektrische Maschine anzutreiben. Der zweite Entlastungskanal kann die Hydraulikpumpen/motor-Einheit umgehen. Die zweite Ventilunterbaugruppe kann durch den Hydraulikdruck am Verbraucher gesteuert werden, indem der erste Austrittskanal oder die erste Auslassöffnung geöffnet und der zweite Austrittskanal oder die zweite Auslassöffnung geschlossen wird, falls oder wenn der Hydraulikdruck am Verbraucher höher als ein Schwellenwert ist, und indem der erste Austrittskanal oder die erste Auslassöffnung geschlossen und der zweite Austrittskanal oder die zweite Auslassöffnung geöffnet wird, falls oder wenn der Hydraulikdruck am Verbraucher niedriger als ein Schwellenwert ist.
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Die konkretere Umsetzung des Hydrauliksystems nach Anspruch 2 umfasst eine Ventilbaugruppe mit einer ersten und zweiten Ventilunterbaugruppe. Die erste Ventilunterbaugruppe in ihrem ersten Zustand, dem Arbeitszustand, verbindet die Hydraulikpumpen/motor-Einheit, bei Antrieb durch einen Elektromotor, fluidmäßig mit dem Hydraulikverbraucher und ermöglicht es, dass Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpen/motor-Einheit zum Hydraulikverbraucher fließt, zum Beispiel um eine Hydraulikvorrichtung oder ein Hydraulikgerät zu betätigen. Im zweiten Zustand, dem Entlastungszustand, ermöglicht es die erste Ventilunterbaugruppe, dass das Hydraulikfluid vom Hydraulikverbraucher zur zweiten Ventilunterbaugruppe fließt.
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Die erste Ventilunterbaugruppe kann zum Beispiel elektrisch oder hydraulisch oder mechanisch durch einen Schalter betätigt werden. Die Steuerung der ersten Ventilunterbaugruppe kann mit der Steuerung der Hydraulikpumpen/motor-Einheit kombiniert werden.
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Die zweite Ventilunterbaugruppe kann mit dem Niederdruck-Fluidtank fluidmäßig über einen ersten und zweiten Entlastungskanal verbunden werden, und die zweite Ventilunterbaugruppe kann so ausgelegt sein, dass ihr Zustand von dem Druckniveau auf der Lastseite abhängt, d. h. auf der Seite der zweiten Ventilunterbaugruppe, die sich neben der ersten Ventilunterbaugruppe befindet oder mit dieser verbunden ist. Die zweite Ventilunterbaugruppe kann dafür ausgelegt sein, das Hydraulikfluid selektiv vom Hydraulikverbraucher zum Niederdruck-Fluidtank entweder durch den ersten Entlastungskanal oder durch den zweiten Entlastungskanal zu leiten. Falls oder wenn der Druck auf der Lastseite der zweiten Ventilunterbaugruppe höher als ein Schwellenwert ist, zum Beispiel höher als ein erster Schwellenwert, wird das Hydraulikfluid durch den ersten Entlastungskanal und durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit zum Niederdruck-Fluidtank entlastet. Und falls oder wenn der Druck auf der Lastseite der zweiten Ventilunterbaugruppe niedriger als ein Schwellenwert ist, zum Beispiel niedriger als ein zweiter Schwellenwert, der gleich oder niedriger als der erste Schwellenwert ist, wird das Hydraulikfluid durch den zweiten Entlastungskanal, unter Umgehung der Hydraulikpumpen/motor-Einheit, zum Niederdruck-Fluidtank entlastet. Auf diese Weise wird, falls oder wenn der Druck auf der Lastseite der Ventilbaugruppe ausreichend hoch ist, um die Hydraulikpumpen/motor-Einheit, zum Beispiel mit mindestens einer vorab festgelegten Mindestdrehzahl oder vorab festgelegten Mindestleistung, anzutreiben und um elektrische Energie zu erzeugen, das Hydraulikfluid durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit geleitet oder geführt. Zum Beispiel kann der Schwellendruckwert, bzw. der erste und/oder der zweite Schwellenwert, auf einen Wert festgelegt werden, der höher als 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 % oder 80 % des maximalen Drucks ist, der durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit am Verbraucher erzeugt wird.
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Im Fall eines niedrigen Drucks auf der Lastseite der zweiten Ventilunterdruckbaugruppe oder auf der Lastseite (= der Seite der Ventilbaugruppe, die näher am Verbraucher ist) der Ventilbaugruppe allgemein, wird das Hydraulikfluid, unter Umgehung der Hydraulikpumpen/motor-Einheit, zum Niederdruck-Fluidtank geleitet. In diesem Fall werden hohe hydraulische Widerstände vermieden, damit eine Entlastung in angemessener Geschwindigkeit erreicht wird, zum Beispiel beim Absenken des Gewichts.
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In einem solchen System kann vorgesehen sein, dass das Ventilsystem, und insbesondere ein erstes Ventiluntersystem, ein elektromagnetisch betätigbares 2-Wege-Ventil umfasst. Ein solches Elektromagnetventil ist einfach steuerbar und kann die Funktion des ersten Ventiluntersystems übernehmen. Eine elektrisch steuerbare Magnetspule kann verwendet werden, um zwischen Fluidkanälen umzuschalten.
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Es kann in einem solchen Hydrauliksystem auch vorgesehen sein, dass die zweite Ventilunterbaugruppe ein oder mehrere druckgesteuerte Ventile und insbesondere ausschließlich druckgesteuerte Ventile umfasst.
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Die zweite Ventilunterbaugruppe kann ein oder mehrere hydraulikgesteuerte Ventile umfassen. Zum Beispiel ist es vorstellbar, dass die Ventile der zweiten Ventilunterbaugruppe ausschließlich durch den Hydraulikdruck auf der Lastseite der zweiten Ventilunterbaugruppe gesteuert werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Ventilbaugruppe, insbesondere die zweite Ventilunterbaugruppe, ein Pilotventil und ein Folgeventil umfasst, die beide fluidmäßig direkt mit dem ersten Ventiluntersystem verbunden sind.
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Beide genannten Ventile können durch Hydraulikdruckwerte an ihren Eintritts- oder Austrittskanälen gesteuert werden. Diese Ventile werden nachstehend näher beschrieben.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein erster Entlastungskanal direkt fluidmäßig die Ventilbaugruppe, insbesondere die zweite Ventilunterbaugruppe, mit der Hydraulikpumpen/motor-Einheit verbindet.
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Eine weitere Umsetzung der Erfindung kann vorsehen, dass ein zweiter Entlastungskanal fluidmäßig die Ventilbaugruppe, insbesondere die zweite Ventilunterbaugruppe, mit einem Durchflussregelventil verbindet, das direkt mit dem Niederdruck-Fluidtank verbunden ist, sodass das Hydraulikfluid von der zweiten Ventilunterbaugruppe durch das Durchflussregelventil zum Niederdruck-Fluidtank fließt.
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Das Durchflussregelventil ermöglicht die Änderung eines Durchflusswiderstands je nach dem Fluiddruck auf der Lastseite des Durchflussregelventils (d. h. der Seite des Durchflussregelventils, die näher am Verbraucher ist), und auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Hydraulikfluidstroms gesteuert werden. Auf diese Weise kann, im Beispiel eines Gabelstaplers, die Geschwindigkeit des Absenkens des Gewichts gesteuert werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der erste Entlastungskanal durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit zum Niederdruck-Fluidtank verläuft.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der erste Entlastungskanal zwischen der Hydraulikpumpen/motor-Einheit und der zweiten Ventilunterbaugruppe fluidmäßig über ein Sicherheitsventil mit dem Niederdruck-Fluidtank verbunden ist.
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Auf diese Weise wird ein Sicherheitselement bereitgestellt, um zu verhindern, dass der Hydraulikfluiddruck zwischen der Hydraulikpumpen/motor-Einheit und dem Verbraucher einen kritischen Wert übersteigt. Das ist besonders wichtig, wenn der erste Entlastungskanal zumindest teilweise in der Arbeitsphase als Förderkanal verwendet wird, um Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpen/motor-Einheit mit hohem Druck zum Verbraucher zu transportieren.
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Es kann daher ferner vorgesehen sein, dass die Hydraulikpumpen/motor-Einheit fluidmäßig mit dem Hydraulikverbraucher über einen Förderkanal verbunden ist, der durch die erste Ventilunterbaugruppe verläuft und die zweite Ventilunterbaugruppe umgeht.
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Auf diese Weise kann die Hydraulikpumpen/motor-Einheit einfach fluidmäßig mit dem Hydraulikverbraucher verbunden werden, indem zur ersten Unterbaugruppe geschaltet wird, und die Verbindung kann ebenfalls einfach über die erste Ventilunterbaugruppe geschlossen werden. Der Fluidkanal, der die Hydraulikpumpen/motor-Einheit mit dem Hydraulikverbraucher durch die erste Ventilunterbaugruppe verbindet, kann teilweise mit dem ersten Entlastungskanal identisch sein, wie vorstehend erwähnt.
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Auf Grundlage einiger Umsetzungsbeispiele wird die Erfindung in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
- 1 zeigt ein Hydrauliksystem mit einem Rückgewinnungssystem, wobei die Ventilbaugruppe nur funktional dargestellt ist,
- 2 zeigt eine erste konkrete Umsetzung des Hydrauliksystems, und
- 3 zeigt eine zweite Umsetzung des Hydrauliksystems.
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1 zeigt schematisch einen Hydraulikverbraucher 2 mit einem Kolben 2a in einem Zylinder 2b, der durch ein druckbeaufschlagtes Hydraulik- oder Arbeitsfluid betätigt werden kann. Es versteht sich, dass der Hydraulikverbraucher 2 in alternativen Ausführungen zum Beispiel einen Hydraulikmotor umfassen kann. Um den Verbraucher 2 zu betätigen, kann eine Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 ein Hochdruck-Hydraulikfluid erzeugen, das durch einen Förderkanal 13 und teilweise durch einen Entlastungskanal 9b an den Verbraucher 2 gefördert wird. Die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 ist über den Förderkanal 13 fluidmäßig mit dem Verbraucher 2 verbunden. Die Förderung von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid von der Pumpen/motor-Einheit 1 zum Verbraucher 2 wird über eine erste Ventilunterbaugruppe 5a einer Ventilbaugruppe 5 gesteuert. Der Förderkanal 13 kann eine zweite Ventilunterbaugruppe 5b umgehen, wie nachfolgend detaillierter erläutert wird. Wenn die Pumpen/motor-Einheit 1 druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid an den Verbraucher 2 fördert, wird der Verbraucher 2 betätigt. Zum Beispiel kann in einem Gabelstapler der Verbraucher 2 verwendet werden, um ein Gewicht anzuheben. Wenn das Gewicht angehoben ist, kann die erste Ventilunterbaugruppe 5a verwendet werden, um den Verbraucher 2 von der Pumpen/motor-Einheit 1 fluidmäßig zu trennen, und das Gewicht kann in derselben Position gehalten werden, bis ein Entlastungskanal 9b, 10b geöffnet wird und das druckbeaufschlagte Arbeitsfluid vom Verbraucher 2 durch die Entlastungskanäle in einen Niederdruck-Fluidtank 4 fließen kann.
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Die erste Ventilunterbaugruppe 5a ist fluidmäßig mit der zweiten Ventilunterbaugruppe 5b verbunden. Die zweite Ventilunterbaugruppe 5b verfügt über ein oder mehrere Hydraulikventile, die dafür ausgelegt sind, dass ein erster Fluidaustrittskanal 9a der zweiten Ventilunterbaugruppe 5b geöffnet wird, falls oder wenn der Druckwert auf der Lastseite der zweiten Ventilunterbaugruppe 5b über einem Schwellenwert p* liegt. In diesem Fall wird gleichzeitig der zweite Austrittskanal 10a geschlossen.
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Das Hydraulikfluid fließt dann durch einen ersten Entlastungskanal 9b, der über einen Teil seiner Länge mit dem Förderkanal 13 identisch sein kann, zur Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 und weiter zum Niederdruck-Fluidtank 4, wodurch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 angetrieben wird. Die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 ist mechanisch mit der elektrischen Maschine 3 gekoppelt, die in diesem Fall als Generator dienen und elektrische Energie erzeugen kann. Die elektrische Energie kann dann einem Umrichter 14 zugeführt werden. Der Umrichter 14 kann die elektrische Energie zum Beispiel in Gleichstrom umwandeln und einer Energiespeichervorrichtung wie der Batterie 15 zuführen.
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Der Umrichter 14 kann gleichzeitig als Steuerungs- und Energiequelle für einen zweiten Elektromotor 16 dienen. Zum Beispiel kann der zweite Elektromotor 16 verwendet werden, um ein Fahrzeug, das das Hydrauliksystem umfasst, etwa einen Gabelstapler, fortzubewegen. Auf diese Weise können die Batterie 15 und der Umrichter 14 zur Steuerung und als Energiequelle für beide elektrische Maschinen 3, 16 dienen. Der zweite Elektromotor 16 kann in einer Bremsphase auch als Generator dienen und Energie in die Batterie 15 einspeisen.
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Falls oder wenn der Druckwert auf der Lastseite der zweiten Ventilunterbaugruppe 5b unter dem Schwellenwert p* liegt, wird der erste Austrittskanal 9a geschlossen und der zweite Austrittskanal 10a wird geöffnet, sodass das Hydraulikfluid direkt von der zweiten Ventilunterbaugruppe 5b durch einen zweiten Entlastungskanal 10b in den Fluidtank 4 gefördert werden kann.
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Unter Verwendung der Betriebsmodi, die in 1 veranschaulicht sind, ist es möglich sicherzustellen, dass das Hydraulikfluid zu geeigneter Zeit in geeigneter Geschwindigkeit vom Verbraucher 2 zum Niederdruck-Fluidtank 4 fließen kann und dass gleichzeitig, falls oder wenn der Druck am Verbraucher 2 ausreichend ist, das Hydraulikfluid durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 fließen und die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 antreiben kann. Die Hydraulikpumpen/motor-Einheit kann daraufhin einen Generator antreiben, um Energie rückzugewinnen und sie in elektrische Energie umzuwandeln, die in einem Energiespeicher, etwa einer elektrischen Batterie, gespeichert werden kann.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Hydrauliksystems, das bezugnehmend auf 1 erläutert wird. In der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die Ventilbaugruppe 5 drei Ventile, ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 6, das durch ein elektrisches Signal betrieben wird und das selektiv den Hydraulikverbraucher 2 mit entweder der Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 oder mit den Ventilen 7, 8 der zweiten Ventilunterbaugruppe 5b fluidmäßig verbindet. Das Ventil 7 ist ein Folgeventil, das seinen Eintrittskanal 17 mit seinem Austrittskanal 9a fluidmäßig verbindet, falls oder wenn der Druck am Eintrittskanal 17 höher als p* ist. In diesem Fall öffnet sich das Ventil 7, sodass das Hydraulikfluid durch das Ventil 7 zur Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 fließen kann.
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Das Ventil 7 ist hydraulisch gesteuert und wird durch den Druck an seinem Eintrittskanal 17 betätigt. Die zweite Ventilunterbaugruppe umfasst ferner ein pilotbetätigtes Ventil 8, das sich öffnet, falls oder wenn der Druck an seinem Eintrittskanal 18 niedriger als der Druck p* ist. In diesem Fall ermöglicht das Ventil 8, dass Hydraulikfluid durch seinen Austrittskanal 10a und durch den zweiten Entlastungskanal 10b zum Niederdruck-Fluidtank 4 fließt. Falls oder wenn bzw. sobald der Druck am Eintrittskanal 18 über p* liegt, schließt das Ventil 8. Ventil 8 wird ebenfalls über Hydraulikdruck gesteuert und betrieben.
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Der Austrittskanal 10a des Ventils 8 ist fluidmäßig mit dem zweiten Entlastungskanal 10b verbunden, der durch ein Durchflussregelventil 11 verläuft. Das Durchflussregelventil 11 ist durch Hydraulikdruck gesteuert und kompensiert Druckschwankungen und Druckänderungen, um einen konstanten Fluidstrom sicherzustellen.
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Die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 ist fluidmäßig mit der zweiten Ventilunterbaugruppe 7, 8 über den ersten Entlastungskanal 9b verbunden. Der erste Entlastungskanal 9b ist teilweise mit dem Förderkanal 13 identisch, der dafür verwendet wird, hochdruckbeaufschlagtes Fluid von der Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 zum Verbraucher 2 zu fördern. Der Förderkanal 13 verläuft durch das elektromagnetisch betätigte Ventil 6. Der Förderkanal oder das elektromagnetisch betätigte Ventil 6 enthält ein Sperrventil 19, 20 (3). Das Sperrventil 19, 20 ist dafür ausgelegt, dass druckbeaufschlagtes Fluid an den Hydraulikverbraucher 2 durch das Sperrventil 19, 20 gefördert werden und der Hydraulikfluidstrom vom Verbraucher 2 zur Hydraulikpumpen/motorEinheit 1 gesperrt werden kann.
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Das Folgeventil 7 und das pilotbetätigte Ventil 8 sind an ihren Eintrittskanälen 17, 18 fluidmäßig miteinander verbunden. Die Ventile 7, 8 sind ferner mit einem Fluidauslass oder Austrittskanal des elektromagnetisch betätigten Ventils 6 verbunden. Der Austrittskanal 9a des Folgeventils 7 ist fluidmäßig mit der Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 und mit dem Sicherheitsventil 12 verbunden. Der Austrittskanal 10a des pilotbetriebenen Ventils 8 ist fluidmäßig mit dem Durchflussregelventil 11 verbunden. Der Hydraulikverbraucher 2 ist fluidmäßig mit einem Eintrittskanal des elektromagnetisch betätigten Ventils 6 verbunden.
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3 zeigt eine Variante zur Ausführungsform, die in 2 abgebildet ist.
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In der Ausführungsform in 3 ist der Austrittskanal 19 des elektromagnetisch betätigten Ventils 6 fluidmäßig oder direkt fluidmäßig mit den Eintrittskanälen 17, 18 des Folgeventils 7 und des pilotbetriebenen Ventils 8 verbunden. Der Austrittskanal 19 ist ferner fluidmäßig mit der Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 durch ein Sperrventil 20 verbunden. Das Sperrventil 20 ist dafür ausgelegt, dass Hydraulikfluid durch das Sperrventil 20 von der Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 zum Hydraulikverbraucher 2 fließen kann und dass der Hydraulikfluidstrom durch das Sperrventil 20 vom Hydraulikverbraucher 2 zur Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 gesperrt wird. Falls oder wenn der Verbraucher 2 durch Öffnen des Ventils 6 entlastet wird, kann druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid vom Verbraucher 2 gleichzeitig zu den Ventilen 7, 8 fließen. Der Fluidpfad zur Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 wird durch die Sperrventile 19, 20 gesperrt. Die Ventile 7, 8 öffnen sich gemäß der Druckventilsystematik, die vorstehend beschrieben ist, sodass das druckbeaufschlagte Fluid vom Verbraucher 2 entweder durch die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 fließt, falls oder wenn der Druck ausreichend hoch ist und den Wert p* übersteigt, oder durch das Ventil 8 und das Durchflussregelventil 11 direkt in den Niederdruck-Fluidtank 4 fließt, und dabei die Hydraulikpumpen/motor-Einheit 1 umgeht.
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Das hier vorgelegte Hydrauliksystem kann verwendet werden, um hydraulische oder hydrostatische Energie aus oder über einen Hydraulikverbraucher rückzugewinnen und in elektrische Energie umzuwandeln, die anschließend in einer Speichervorrichtung, etwa einer Batterie, gespeichert werden kann. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass der Druck und/oder die Geschwindigkeit des Hydraulikfluids, das vom Hydraulikverbraucher zum Niederdruck-Fluidtank fließt, ausreicht, damit der Verbraucher entlastet wird und die Energie schnell genug rückgewonnen wird, etwa innerhalb einer vorab festgelegten Zeit. Zum Beispiel kann bei einem Gabelstapler sichergestellt werden, dass die Gabel ausreichend zügig abgesenkt wird. Die hier offenbarten Ausführungsformen erfordern wenige Steuerungsmittel. Die Steuerungsmittel beruhen mehrheitlich auf hydraulisch angetriebenen Steuerungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7770697 [0005]
- US 10066368 [0006]
- US 5505043 [0007]
