DE60120061T2

DE60120061T2 - Hydrauliksystem mit gekreuzter Energierückgewinnung

Info

Publication number: DE60120061T2
Application number: DE60120061T
Authority: DE
Inventors: Brian Stockport Clifton; Dwight B. Delafield Stephenson; Randall S. Burlington Jackson
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2002089517A; EP1186783A3; JP3650343B2; BR0101117A; DE60120061D1; US6502393B1; CA2340605A1; EP1186783B1; EP1186783A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrauliksysteme mit einer Pumpe, die unter Druck stehendes Fluid Antrieben zuführt, welche maschinelle Einrichtungen betätigen und in der Lage sind, Energie zurück zu gewinnen, die durch Absenken von Lasten und Anhalten von Trägheitsbelastungen in derartigen Systemen erzeugt wird.
Anlagen und landwirtschaftliche Ausrüstungen haben bewegliche Körper, die durch einen Antrieb betätigt werden, so beispielsweise eine aus Hydraulikzylinder und Kolben bestehende Anordnung. Die Beaufschlagung des unter Druck stehenden Hydraulikfluids von einer Pumpe auf den Antrieb läßt sich mit einer Reihe proportionaler Magnetventile des im US-Patent 5 878 647 beschriebenen Typs steuern. Wenn eine Bedienungsperson einen Körper der Ausrüstung bewegen will, so betätigt sie einen Steuerhebel, um an die Magnetventile und damit den Zylinder, der dem Körper zugeordnet ist, Signale zu senden. Ein Magnetventil wird geöffnet, um unter Druck stehendes Fluid der Zylinderkammer auf der einen Seite des Kolben zuzuführen, und ein anderes Magnetventil öffnet sich, so daß das Fluid von der entgegengesetzten Zylinderkammer in einen Behälter oder Tank ausströmen kann. Durch Änderung des Öffnungsgrades der Magnetventile läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit in die zugehörige Zylinderkammer variieren, wobei sich der Kolben mit proportional verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt.
Viele Hydrauliksysteme vergeuden beim Absenken von Lasten (potentielle Energie) oder durch Anhalten von sich bewegenden Lasten (kinetische Energie) mit Hilfe von Dämpfungsvorrichtungen, beispielsweise Drosselventilen oder Reibungsbremsen, Energie.
Einige bekannte Hydrauliksysteme verwenden das kraftbeaufschlagte Fluid aus der nicht angetriebenen Zylinderkammer zur Unterstützung der Kraftbeaufschla gung der anderen Kammer desselben Zylinders anstatt das ausgestoßene Fluid in den Behälter zurückzuführen. Dies ermöglicht dem Kolben des betreffenden Zylinders, sich mit einer höheren Geschwindigkeit zu bewegen, die sonst der von der Pumpe kommende Druck zuläßt. Diese Wirkung verringert die Zykluszeit des hydraulischen Antriebs. Die Wiederverwendung des Hydraulikfluids von einer nicht mit Kraft beaufschlagten Kammer für die kraftbeaufschlagte Kammer desselben Zylinders wird oftmals im Stande der Technik "Rückgewinnung" genannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Rückgewinnung der potentiellen und kinetischen Energie, die in einem Hydrauliksystem durch die Belastungen erzeugt wird. Diese zurückgewonnene Energie dient zur Betätigung einer anderen gleichzeitigen, gesteuerten Antriebsfunktion, zur Speicherung der Energie in einem Kraftspeicher oder zur Abgabe von Drehmoment an die Kraftmaschine.
Die Energie wird mit einem Hydrauliksystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 zurückgewonnen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüche festgelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht eines Magnetspulen-betätigten Steuerventils gemäß der Erfindung;
2 ist eine Schema eines Hydrauliksystems sowohl mit gekreuzter Funktion als auch als Antrieb für eine Kraftmaschine;
3 ist eine Querschnittsansicht eines von einer bidirektionalen Magnetspule betätigten Steuerventils; und
4 ist eine Schemadarstellung eines alternativen Hydrauliksystems, das das bidirektionale Ventil von 3 benutzt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 wird ein Magnetventil 10 dargestellt, das zur Steuerung von Geräteantrieben verwendbar ist und eine zylindrische Ventilspule 14 aufweist, die in einer Längsbohrung 16 eines Ventilkörpers 12 gelagert ist. Der Ventilkörper 12 hat einen querverlaufenden Einlaßkanal 18, der mit der Längsbohrung 16 in Verbindung steht. Ein Auslaßkanal 20 erstreckt sich durch den Ventilkörper 12 hindurch und steht mit einem inneren Ende der Längsbohrung 16 in Verbindung. Ein Ventilsitz 22 ist zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen 18 und 20 ausgebildet.
Eine Hauptventilspindel 24 gleitet in der Längsbohrung 16 in Bezug auf den Ventilsitz 22, um die Strömung des Hydraulikfluids zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen selektiv zu steuern. Die Hauptventilspindel 24 besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material, das glasfaserverstärkt ist, beispielsweise Torlon (Marke der BP Amoco Plc). In der Hauptventilspindel 24 ist ein zentraler Hohlraum 26 ausgebildet, der sich von einer Öffnung am Auslaßkanal 20 zu einem geschlossenen Ende 27 erstreckt. Die Dicke der Wand des geschlossenen Endes 27 bildet eine flexible Membran 29, und ein Steuerkanal 30 erstreckt sich durch diese Membran. Die Hauptventilspindel 24 begrenzt eine Steuerkammer 28 in der Längsbohrung 16 auf der der Membran 29 entfernten Seite des zentralen Hohlraums 26. Die entgegengesetzten Seiten der Membran 29 sind dem in der Steuerkammer 28 und dem zentralen Hohlraum 26 der Spindel herrschenden Drücken ausgesetzt. Durch die Hauptventilspindel 24 erstreckt sich von dem Zufuhrkanal 18 zu der Steuerkammer 28 ein Zufuhrkanal 32. Die Bewegung der Hauptventilspindel 24 wird durch eine Magnetspule 36 gesteuert, die eine elektromagnetische Spule 38, einen Anker 42 und eine Steuerspindel 44 aufweist. Der Anker 42 ist in einer Bohrung 40 angeordnet, die sich durch die Spule 50 hindurch erstreckt, und eine erste Feder 45 drückt die Hauptventilspindel 24 vom Anker weg. Die Steuerspindel 44 ist in einer Bohrung 46 des rohrförmigen Ankers 42 angeordnet und wird durch eine zweite Feder 48, die mit einer Justierschraube 50 in Eingriff steht, welche in die Spulenbohrung 40 eingeschraubt ist, gegen den Anker gedrückt. Die elektromagnetische Spule 38 ist rund um die Spule 14 angeordnet und an ihr befestigt. Der Anker 42 gleitet in der Spulenbohrung 40 von der Hauptventilspindel 24 weg, wenn durch den anliegenden elektrischen Strom zur Erregung der elektromagnetischen Spule 38 ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird.
Im abgeschalteten Zustand der elektromagnetischen Spule 38 drückt eine zweite Feder 48 die Steuerspindel 44 gegen das Ende 52 des Ankers 42, wodurch sowohl der Anker als auch die Steuerspindel gegen die Hauptventilspindel 24 gestoßen werden. Dadurch tritt eine konische Spitze 54 der Steuerspindel 44 in den Steuerkanal 30 in der Hauptventilspindel ein und schließt ihn, wodurch die Verbindung zwischen der Steuerkammer 28 und dem Auslaßkanal 20 unterbrochen wird.
Das Magnetventil 10 steuert proportional den Fluß des Hydraulikfluids zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen 18 und 20. Die Menge an Hydraulikfluid, die durch das Ventil strömt, ist direkt proportional der Größe des an der Spule 38 anliegenden elektrischen Stroms. Der elektrische Strom erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das den Anker 42 in die Elektromagnetspule 38 hinein und von der Hauptventilspule 24 weg zieht. Da das Ende 52 des Ankers 42 eine Schulter 56 auf der Steuerspindel 44 berührt, bewegt sich letztere ebenfalls von der Hauptventilspule 24 weg, um dadurch dem Hydraulikfluid zu ermöglichen, von dem Einlaßkanal 18 durch die Steuerkammer 28, den Steuerkanal 30 und den Auslaßkanal 20 zu strömen.
Die Hydraulikfluidströmung durch den Steuerkanal 30 verringert den Druck in der Steuerkammer 28 auf den in dem Auslaßkanal herrschenden Druck. Somit drückt der höhere Druck im Einlaßkanal, der auf die Oberfläche 58 einwirkt, die Hauptventilspindel 24 aus dem Ventilsitz 22, wodurch sich eine direkte Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 18 und dem Auslaßkanal 20 öffnet. Die Bewegung der Hauptventilspindel 24 setzt sich so lange fort, bis sie die konische Spitze 54 der Steuerspindel 44 berührt. Somit werden die Größe dieser Ventilöffnung sowie die Strömungsmenge bzw. Geschwindigkeit des Hydraulikfluids, das die Öffnung durchquert, durch die Stellung des Ankers 42 und der Steuerspindel 44 bestimmt. Diese Stellungen werden wiederum durch die Stärke des durch die elektromagnetische Spule 38 fließenden Stroms gesteuert.
Der Wirkung, die eine Druckdifferenz auf die Steuerspindel 44 hat, wird durch die Flexibilität der Membran 29 der Hauptventilspindel 24 entgegengewirkt. Eine derartige Bewegung verändert wirksam die Stellung des Steuerkanals 30 in dem Maße, daß die Druckkraftänderung auf das Steuerventil aufgehoben wird. Die durch die Konstruktion vorgesehene Flexibilität der Membran bestimmt sich auf der Grundlage der Steuerfederkonstanten.
Dieser Ventiltyp läßt sich zur Steuerung von Antrieben in einem Hydrauliksystem verwenden, beispielsweise einem solchen, wie in 2 gezeigt. Hydraulikleitungen werden in der Zeichnung von durchgezogenen Linien dargestellt, die elektrischen Leiter, die Signale zur Betätigung der Ventile und anderer Komponenten transportieren, sind in gestrichelten Linien eingezeichnet, und elektrische Leiter, die Signale von Sensoren und Operator-Eingabe-Einrichtungen leiten, sind durch punktierte Linien dargestellt.
Eine außermittige Pumpe 102, die von einem Motor/Generator 104 angetrieben wird, der als Kraftmaschine des Hydrauliksystems 100 dient, erzeugt unter Druck stehendes Hydraulikfluid. Ein Tachometer 105 oder anderer Geschwindigkeitsmesser ist mit der Welle zwischen dem Motor/Generator 104 und der Pumpe 102 verbunden, um ein Geschwindigkeitssignal für einen Systemsteuerer 108 zu liefern. Der Motor/Generator 104 wird von einem Motorsteuerer 106 gesteuert, der Befehle von dem Systemsteuerer 108 empfängt, welcher eine mikrocomputerisierte Einrichtung eines Typs ist, wie er gewöhnlich in Geländevorrichtungen Verwendung findet. Der Systemsteuerer 108 empfängt von den Operator-Eingabe-Einrichtungen, beispielsweise einem herkömmlichen Joystick 107, Eingangssignale.
Die Pumpe 102 empfängt von dem Systemsteuerer 108 ein Signal, das die Stellung der Taumelscheibe in der Pumpe 102 bestimmt. Die Stellung der Taumelscheibe steuert nicht nur den veränderlichen Förderausgang der Pumpe, sondern kann die Pumpe auch in einen Motormodus versetzen, in dem Hydraulikfluid, das zu der Pumpe zurückgeführt wird, die Pumpe antreiben kann und damit den Motor/Generator 104, um Strom zu erzeugen, wie beschrieben werden wird. Der Systemsteuerer 108 bestimmt auch den Hub der Pumpe 102.
Das Hydrauliksystem 100 ist Teil einer Maschinenanlage, die mechanische Elemente aufweist, welche durch hydraulisch angetriebene Antriebe betätigt werden, beispielsweise Zylinder 110 und 114 mit Kolben 112 und 116. Der erste Zylinder 110 ist ein doppeltwirkender Typ, in dem unter Druck stehendes Fluid an jede Seite seines Kolbens 112 geliefert werden kann. Eine Reihe von vier proportional gesteuerten Ventilen 121, 122, 123 und 124 der in 1 gezeigten Art steuern den Hydraulikfluidstrom in die Kammer im Zylinder 110 und aus ihnen heraus. Dieser Ventiltyp ist schematisch als elektrisch gesteuerte, veränderliche Öffnung, die parallel zu einem Rückschlagklappenventil liegt, dargestellt. In der Reihe Steuerventile wird Fluid von der Pumpe 102 über die Lieferleitung 118 und ein le wird Fluid von der Pumpe 102 über die Lieferleitung 118 und ein erstes Rückschlagventil 142 an erste und zweite Steuerventile 121 und 122 abgegeben. Das erste Steuerventil 121 steuert den Fluidstrom von der Lieferleitung 118 zu der unteren Kammer 113 des Zylinders 110, während das zweite Steuerventil 122 den Fluidstrom von der Lieferleitung zu der oberen Kammer 111 auf der Stangenseite des Kolbens 112 steuert. Das dritte Steuerventil 122 regelt den Fluidausfluß aus der unteren Zylinderkammer 113 zu einer Behälterleitung 119, die zu dem Behälter 120 des Systems führt, während das vierte Steuerventil 124 den Fluidstrom aus der oberen Kammer 111 des Zylinders 110 zu dem Behälter steuert. Diese vier Magnetspul-betätigten Steuerventile 121–124 werden durch Signale von dem Systemsteuerer 108 bedient. Der Systemsteuerer 108 empfängt auch Signale von den Drucksensoren 126 und 128, die entsprechend den Druck in den oberen und unteren Kammern des Zylinders 110 abtasten. Ein weiterer Drucksensor 129 ist in der Pumpenauslaßleitung 118 angeordnet, um für den Systemsteuerer 108 ein Druckmeßsignal zu erzeugen.
Fünfte und sechste proportionale Magnetsteuerventile 131 und 132 der in 1 gezeigten Art steuern den Hydraulikfluidstrom zum und vom zweiten Zylinder 114. Der zweite Zylinder 114 ist eine besonders arbeitende Einrichtung, indem Hydraulikfluid nur einer seiner Kammern 115 zugeführt wird. Im einzelnen steuert das fünfte Steuerventil 131 den Fluidstrom aus der Zufuhrleitung 118 zu dem zweiten Zylinder 114, während das sechste Steuerventil 132 den Fluidstrom von diesem Zylinder zu dem Behälter 120 steuert. Ein zweites Rückschlagventil 148 ist zwischen der Zufuhrleitung 118 und dem Einlaß zu dem fünften Steuerventil 131 angeordnet, um zu verhindern, daß Fluid von dem Ventil in die Zufuhrleitung strömt. Ein anderer Drucksensor 134 ermittelt den Druck in der unteren Kammer 115 des zweiten Zylinders 114. Das von diesem Sensor 134 kommende Signal wird als Eingangssignal dem Systemsteuerer 108 zugeführt, der ebenfalls Betriebssignale für die fünften und sechsten Steuerventile 131 und 132 liefert.
Die Anordnung der Komponenten in dem beschriebenen Hydrauliksystem 110 ist insoweit ähnlich den vorherigen Hydrauliksystemen. Jedoch sind in diesem System 100 zusätzliche Komponenten vorhanden, die eine gekreuzte Energierückgewinnung und Belastung der Kraftmaschine ermöglichen, die neuartige Merkmale des vorliegenden Hydrauliksystems bilden.
Um diese neuartige Funktionalität zu erreichen, sind die Ausgänge der dritten und vierten Magnetspulen-gesteuerten Ventile 123 und 124 über ein Rückschlagventil 133 mit einer Rückgewinnungs-Übertragungsleitung 134 verbunden. Das Rückschlagventil 133 ermöglicht die Fluidströmung nur von diesen Ventilausgängen zu der Übertragungsleitung 135. Ein erstes Isolierungsventil 136 verbindet die Übertragungsleitung 135 selektiv mit der Zufuhrleitung 118, während ein zweites Isolierungsventil 140 die Einlässe der ersten und zweiten Steuerventile 121 und 122 selektiv mit der Übertragungsleitung 135 verbindet. Ein erstes Rückgewinnungs-Regulierungsventil 138 ist zwischen den Auslässen der dritten und vierten Steuerventile 123 und 124 und der Tankleitung 119 angeordnet. Das erste Rückgewinnungs-Regulierungsventil 138 ist ein Proportionalventil der beispielsweise in 1 gezeigten Art.
Aus 2 ergibt sich weiter, daß dem Hydraulikkreis für den zweiten Zylinder 114 ähnliche Isolierungs- und Rückschlagventile zugefügt worden sind. Insbesondere ist zwischen dem Einlaß zu dem fünften Steuerventil 131 und der Übertragungsleitung 135 ein drittes Isolierungsventil 143 angeordnet. Ein drittes Kunststoffventil 150 verbindet den Auslaß des sechsten Steuerventils 132 mit der Übertragungsleitung 135 und ermöglicht den Fluidstrom nur von dem Ventilauslaß zur Übertragungsleitung 135. Ein zweites Rückgewinnungs-Regulierungsventil 144 ist zwischen dem Auslaß des sechsten Steuerventils 132 und dem Tank 120 angeordnet. Die ersten und zweiten Rückgewinnungs-Regulierungsventile 138 und 144 sind Proportionalventile desselben Typs wie beispielsweise das Steuerventil 10 in 1.
An die Übertragungsleitung 135 ist ein Akkumulator 145 durch ein Akkumulator-Isolationsventil 146 angeschlossen, das den Fluidstrom in und aus dem Akkumulator 145 steuert. Ein Drucksensor 147 mißt den im Akkumulator herrschenden Druck.
Die Rückgewinnungsfähigkeit des gerade beschriebenen Hydrauliksystems 100 nutzt das aus einer Kammer eines Zylinders 110 oder 114 herausgedrückte Hydraulikfluid, um entweder die Bewegung eines der Zylinder zu verstärken, die Energie im Akkumulator 145 zu speichern oder auf die Pumpe 102 Drehkraft zu übertragen, um dadurch den Motor/Generator 114 anzutreiben und elektrischen Strom zu erzeugen. Die Auswahl der verschiedenen Kombinationen der Funkti onsfähigkeit des vorliegenden Systems 100 wird, wie im folgenden beschrieben wird, durch den Systemsteuerer 108 vorgenommen.
Angenommen, der erste Zylinder 40 wird angetrieben, dann wird entweder das erste oder zweite Steuerventil 121 oder 122 geöffnet, um aus der Zufuhrleitung 118 in entweder die obere oder untere Zylinderkammer 111 oder 113 unter Druck stehendes Hydraulikfluid zu übertragen. Demzufolge wird entweder das vierte oder dritte Steuerventil 124 bzw. 123 geöffnet, um Hydraulikfluid aus der gegenüberliegenden Zylinderkammer abzuleiten. Um beispielsweise den Kolben 112 in die Aufwärtsrichtung zu bewegen, wird das erste Steuerventil 121 geöffnet, so daß Fluid von der Zufuhrleitung 118 zu der unteren Zylinderkammer 113 gefördert wird. Wenn sich der Kolben 112 anhebt, wird das Fluid, das vorher die obere Kammer 113 gefüllt hat, durch das vierte Steuerventil 124 hinausgedrückt. Bei einer Nichtrückgewinnungs-Betriebsweise strömt das Fluid von der oberen Kammer 111 durch ein vollständig geöffnetes erstes Rückgewinnungs-Regelventil 138 zu dem Tank 120. Bei dieser Betriebsweise werden alle Isolationsventile 136, 140, 143 und 146 geschlossen gehalten.
Wenn zu diesem Zeitpunkt die herkömmliche Selbstrückgewinnungs-Betriebswiese für den ersten Zylinder verlangt wird, schließt der Systemsteuerer 108 das erste Rückgewinnungs-Regelventil 138 um einen Grad, der proportional der für die Rückgewinnung erforderlichen Fluidmenge ist. Das zweite Isolationsventil 140 wird ebenfalls geöffnet, um das Fluid, das aus der oberen Zylinderkammer 111 herausgedrückt wird, zum Einlaß des ersten Steuerventils 121 zu leiten. Das rückgeführte Fluid tritt zu dem Strom, der von der Pumpen-Lieferleitung 118 kommt, um dadurch die Fluidmenge, die der unteren Kammer 113 des Zylinders 110 zugeführt wird, zu vergrößern. Das Ausmaß der Rückgewinnung ist umgekehrt proportional des Umfangs der Schließung des ersten Rückgewinnungs-Regelventils 131 und wird durch Verändern der Stellung dieses Ventilelementes gesteuert. Dieser Betrieb ist der herkömmlichen Rückgewinnung ähnlich, wobei Fluid aus demselben Zylinder dazu dient, seine Bewegungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Das vorliegende Hydrauliksystem 100 kennzeichnet sich zusätzlich durch einen neuartigen gekreuzten Energie-Rückgewinnungsvorgang. In vielen Arten von Anlagen werden üblicherweise mehrere Körper mechanisch miteinander verbunden und individuell durch getrennte Hydraulikantriebe gesteuert. So hebt und senkt beispielsweise bei einem Gabelstapler der zweite Zylinder 114 den Ausleger, der mit einer Gabel oder Plattform zum Tragen der Last ausgestattet ist. Der Ausleger wird in Bezug auf den Körper des Staplers durch den ersten doppeltwirkenden Zylinder 110 geneigt. Um den Ausleger abzusenken, bewegt der Gabelstapler-Fahrer den Joystick zur Öffnung des sechsten Steuerventils 132 und ermöglicht damit dem Fluid, aus der unteren Kammer 115 des zweiten Zylinders 114 abzulaufen. Der Ausleger senkt sich dann aufgrund des Gewichtes der Last. Die Kraft der Last wird auf den Kolben 116 des zweiten Zylinders 114 ausgeübt, wodurch das Fluid aus der Zylinderkammer 115 gedrückt wird. Es sei angenommen, daß beim Absenken des Auslegers der Gabelstapler-Fahrer gleichzeitig den Befehl zur Neigung des Auslegers gibt, indem Fluidenergie auf die untere Zylinderkammer 113 des ersten Zylinders 110 aufgebracht wird.
Wenn diese gleichzeitig laufenden Funktionen auftreten, wird die gekreuzte Rückgewinnungs-Betriebsweise unter gewissen Bedingungen ermöglicht. Gekreuzte Rückgewinnung findet dann statt, wenn das Fluid, das von einem ersten Antrieb durch seine Belastung unter Druck gesetzt wird, dazu dient, einen anderen Antrieb mit Energie zu versorgen. In dem vorliegenden Beispiel läßt sich das Fluid, das von dem zweiten Zylinder 114 durch das sechste Steuerventil 132 mit Druck beaufschlagt wird, zu dem ersten Zylinder 110 lenken, um eine gekreuzte Rückgewinnung zu erreichen. Damit jedoch die gekreuzte Rückgewinnung stattfindet, muß der Überbelastungsdruck (von dem zweiten Zylinder 114) größer sein als der gleichzeitige Druckbedarf (zum Antrieb des ersten Zylinders 110), und zwar um einen ersten Grenzwert, um die Kontrollmessung zu berechnen. Dazu kommt, daß der Strömungsmengenbedarf für den Überlastungsdruck (für den zweiten Zylinder 114) dem gleichzeitigen Funktionsströmungsbedarf (für den zweiten Zylinder 114) übersteigen muß, und zwar vorzugsweise um einen zweiten Grenzwert.
Bei dem obigen Beispiel wird das Hydraulikfluid, das von dem zweiten Zylinder 114 durch das sechste Steuerventil 132 gedrückt wird, zu dem ersten Zylinder 110 gelenkt, um die gekreuzte Rückgewinnung zu erreichen. Der von dem zweiten Zylinder 114 gelieferte Überbelastungsdruck wird von dem Drucksensor 134 festgestellt, was eine Anzeige für einen ersten Druck liefert. Der gleichzeitige Druckbedarf zum Antrieb der unteren Kammer 113 des ersten Zylinders 110 wird von dem Sensor 128 gemessen, der eine Anzeige für einen zweiten Druck liefert. Das erste Kriterium für die gekreuzte Rückgewinnung wird erfüllt, wenn der erste Druck größer ist als der zweite Druck, und zwar um 21,1 bis 35,2 kp/cm².
Das zweite Kriterium für die gekreuzte Rückgewinnung stützt sich auf den Strömungsbedarf für die beiden Antriebe, nämlich den ersten und den zweiten Zylinder 110 und 114. Die Strömungsbedarfswerte werden durch die Positionierung des Joysticks 107 durch den Bediener angezeigt. Insbesondere muß der Bediener eine größere Strömungsmenge für den Überbelastungs-Druckantrieb (zweiter Zylinder 114) fordern als diejenige, die für den Antrieb der gleichzeitigen Funktion (erster Zylinder 110) benötigt wird.
Wenn der Systemsteuerer 108 feststellt, daß die gekreuzten Rückgewinnungskriterien erfüllt sind, schließt er das zweite Rückgewinnungs-Regelventil 144, um dadurch eine Strömung zu dem Behälter zu erreichen, die gleich dem Unterschied zwischen dem Strömungsmengenbedarf für den Überbelastungsdruck und den gleichzeitigen Funktionsströmungsbedarf ist. Diese Wirkung lenkt wenigstens einen Teil des Fluids, das den zweiten Zylinder 114 verläßt sowie das sechste Steuerventil 132 durch das Rückschlagventil 150 in die Übertragungsleitung 135. Die gelenkte Strömung ist gleich dem gleichzeitigen Funktionsströmungsbedarf für den ersten Zylinder 114, der angetrieben wird. Die ersten und dritten Isolierungsventile 136 und 143 werden geschlossen gehalten, während das zweite Isolierungsventil 140 geöffnet ist. Dadurch wird das Fluid aus dem zweiten Zylinder 114 durch die Übertragungsleitung 135 zu dem zweiten Isolierungsventil 140 gefördert, durch das das Fluid zu den Einlässen der ersten und zweiten Steuerventile 121 und 122 für den ersten Zylinder 110 strömt. Das Fluid strömt weiter durch das erste Steuerventil 121, das geöffnet ist, zu der unteren Kammer 113 des ersten Zylinders 110, und zwar anstelle des Stroms aus der Zufuhrleitung 118.
Es versteht sich, daß alternativ das erste Steuerventil 121 geschlossen und das zweite Steuerventil 122 geöffnet werden kann, um diesen Rückgewinnungsstrom zu der oberen Kammer 111 des ersten Zylinders 110 zu lenken, so daß eine entgegengesetzte Bewegung des Kolben 112 erzeugt wird. Der auf diesem Gebiet tätige Fachmann wird ebenfalls erkennen, daß das Fluid, das aus dem ersten Zylinder durch eine Überbelastung hinausgedrückt wird, so gelenkt werden kann, daß es den zweiten Zylinder antreibt, indem dieses Merkmal der gekreuzten Rückgewinnung eingesetzt wird.
Weiter ist in Bezug auf 2 festzustellen, daß das Hydrauliksystem 100 auch unter Belastung einer Kraftmaschine in einem Rückgewinnungsmodus betrieben werden kann, wobei das Fluid, das aus einem Antrieb herausgedrückt wird, so gelenkt wird, daß es die außermittige Pumpe 102 wie einen Motor antreibt, um dadurch von dem Motor/Generator 104 Strom zu erzeugen. Wenn beispielsweise der zweite Zylinder 114 sich unter dem Gewicht seiner Belastung senkt, wird Hydraulikflüssigkeit aus der unteren Kammer 115 durch das offene Ablaßsteuerventil 132 ausgetrieben. Diese Flüssigkeit kann durch wenigstens teilweisen Verschluß des zweiten Rückgewinnungs-Regelventils 144 und Verschluß des dritten Isolierungsventils 143 durch die Übertragungsleitung 135 geschickt werden. Diese Strömung wird dann durch ein geöffnetes erstes Isolierungsventil 136 von der Leitung 135 zur Lieferleitung 118 gelenkt. Es wird darauf hingewiesen, daß zu diesem Zeitpunkt das zweite Isolierungsventil 140 im geschlossenen Zustand gehalten wird. Solange wie der erste Zylinder 110 nicht angetrieben wird, wird das Fluid zum Einlaß der Pumpe 102 zurückgedrückt.
Bei dieser Betriebsweise, die im obigen als Belastung der Kraftmaschinen-Rückgewinnung bezeichnet ist, befiehlt der Systemsteuerer 108, daß die Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 102 in eine Stellung bewegt wird, in der die Pumpe wie ein Motor arbeitet. Der Systemsteuerer setzt auch den Pumpenhub fest. Mit anderen Worten: die Pumpe 102 wird so eingestellt, daß der Umkehr-Fluidstrom eines Antriebs sich von dem Pumpenauslaß zu ihrem Einlaß bewegt, während die Kraftmaschine, der Motor/Generator 104 weiter in derselben Richtung läuft, als wenn er die Pumpe antreibt. Somit wird die Pumpe 102 durch den Rückstrom der Hydraulikflüssigkeit zu dem Tank 120 wie ein Motor angetrieben. Diese Maßnahme bewirkt, daß die Pumpe 102 den Motor/Generator 104 antreibt, um elektrischen Strom zu erzeugen, der beispielsweise zum Aufladen der Batterien Verwendung finden kann.
Das vorliegende Rückgewinnungssystem weist eine dritte Betriebsart auf, in der Energie, die durch eine Überbelastung eines Antriebs erzeugt wird, in dem Speicher 145 gespeichert wird. Die Beschreibung dieses Speicherbetriebs bildet eine Fortsetzung des Benutzungsbeispiels, bei dem eine Überlastung Fluid aus dem zweiten Zylinder 114 durch das sechste Steuerventil 132 drückt. Um die Energie dieses Fluids zu speichern, wird das zweite Rückgewinnungs-Regelventil 144 geschlossen, wodurch das Fluid durch das Rückschlagventil 150 zur Übertragungsleitung 135 zurückkehrt. Es wird darauf hingewiesen, daß zu diesem Zeitpunkt das dritte Isolierungsventil 143 geschlossen ist, wie auch die ersten und zweiten Isolierungsventile 136 und 140 am anderen Ende der Übertragungsleitung 135.
Somit tritt durch Öffnen des Speicherisolierungsventils 146 das Fluid, das aus dem zweiten Zylinder 114 gedrückt wird, in den Speicher 145 ein. Während dies geschieht, überwacht der Systemsteuerer 108 die Drücke am zweiten Zylinder 114 und Speicher 145, die durch die Drucksensoren 134 bzw. 147 gemessen werden. Wenn der Druck am Speicher 145 gleich hoch ist wie der Druck am zweiten Zylinder 114, wird der Energiespeichervorgang durch den Systemsteuerer beendet. Das Speicherisolierungsventil 146 wird nun geschlossen und das zweite Rückgewinnungs-Regelventil 144 wird vollständig geöffnet, um das in dem zweiten Zylinder verbleibende Fluid in den Tank 120 zu lenken.
Danach steht die in dem Speicher 145 gespeicherte Fluidenergie zur Unterstützung eines Antriebs zur Verfügung, und zwar entweder des ersten oder zweiten Zylinders 110 oder 114 des Hydrauliksystems 100. Um dies zu erreichen, verwendet der Systemsteuerer 108 das von dem Drucksensor 147 kommende Signal, um zu bestimmen, ob der Druck des in dem Speicher 145 gespeicherten Fluids die gleichzeitige Druckanforderung für den Zylinder übersteigt, der bei einem ersten Nenngrenzwert mit Energie versorgt werden soll. Wenn diese Abhängigkeit gegeben ist, wird das Speicherisolierventil 146 zusammen mit einem der zweiten und dritten Isolierventile 140 oder 143 geöffnet, und zwar in Abhängigkeit davon, welcher Zylinder 110 bzw. 114 durch das gespeicherte Fluid mit Energie versorgt werden soll. Der Systemsteuerer 108 setzt die Überwachung des zweiten Zylinderdrucks und des Speicherdrucks fort. Wenn das obige Druckverhältnis nicht mehr vorhanden ist, werden die Isolierventile geschlossen.
Die in dem Speicher 145 gespeicherte Fluidenergie kann auch für eine Form der Antriebsmaschinenrückgewinnung verwendet werden, und zwar zu Zeiten, wenn die Pumpe nicht zum Antrieb eines der Antriebe 110 oder 114 benötigt wird. In diesem Fall wird Fluid von dem Speicher durch das erste Isolierventil 146 zur Pumpe gelenkt. Der Systemsteuerer 108 befiehlt, daß die Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 102 sich in eine Stellung bewegt, in der die Pumpe wie ein Motor wirkt, so daß die Fluidenergie den Motor/Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms antreibt, wie oben beschrieben.
Somit weist das vorliegende Hydrauliksystem 100 Komponenten auf, die wahlweise alternative Energie-Rückgewinnungs-Betriebsarten ermöglichen. Zu diesen Betriebsarten gehört die herkömmliche Selbstregenerierung, wobei Fluid, das aus der einen Kammer eines Antriebs gedrückt wird, so gelenkt wird, daß es eine an dere Kammer desselben Antriebs mit Energie versorgt. Bei der gekreuzten Regeneration, auch Energie-Rückgewinnung genannt, wird Fluid von dem einen Antrieb zum Antreiben eines anderen Antriebs verwendet, um dadurch den anderen Antrieb bei der Energieaufnahme zu unterstützen, und beim Antrieb für den Antriebsmaschinen-Rückgewinnungsbetrieb wird Fluid von einem Antrieb zum Antreiben der Antriebsmaschine zurückgeführt. Eine Speicher-Rückgewinnungsenergie-Betriebsart speichert die Energie im Fluid, das von einem Antrieb für den späteren Gebrauch bei der Energieversorgung eines Antriebs oder einer Antriebsmaschine von einem Antrieb in einen Speicher gedrückt wird. Es ist des weiteren möglich, mehr als eine dieser Betriebsarten gleichzeitig zu aktivieren. Priorität erhält das Umleiten der Hydraulikflüssigkeit zu gleichzeitig geringeren Druckfunktionen und dann zu dem Speicher 145. Letztlich wird das Fluid zur Antriebsmaschine gelenkt.
Die vorliegende Erfindung wurde so beschrieben, als ob nur eine Energierückgewinnungs-Betriebsart zu einer Zeit stattfindet. Wenn jedoch die Strömungsmengen-Anforderung für die Überbelastung einen erheblich größeren Fluidstrom erzeugt als er durch eine einzelne gleichzeitige Funktion erforderlich ist, dann kann der überschüssige Fluidstrom zu einer dritten gleichzeitigen Funktion gelenkt werden.
3 zeigt ein Zweirichtungs-Proportionalventil 200, das von einer Magnetspule 236 betätigt wird. Dieses Ventil 200 ist ähnlich dem in 1 gezeigten, wobei der Hauptunterschied in dem Hauptventilkegel 224 besteht, der in der Längsbohrung 216 in Bezug auf den Ventilsitz 222 gleitet, um den Hydraulikflüssigkeitsstrom wahlweise zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen 218 bzw. 220 zu steuern. Eine Steuerkammer 228 ist in dem Ventilkörper 212 auf der Seite des Hauptventilkegels 224 ausgebildet, die vom Ventilsitz 222 abgewandt ist.
Der Hauptventilstößel 224 besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material, das glasfaserverstärkt ist. Eine Mittelbohrung 226 erstreckt sich axial durch den Hauptventilkegel 224 und hat eine Schulter 225, die von dem einen Ende, das sich in den Auslaßkanal 220 hinein öffnet, mit Abstand getrennt ist. Ein erstes Rückschlagventil 230 ist in dem Hauptventilkegel zwischen der Schulter 225 und diesem einen Ende angeordnet, wodurch ermöglicht wird, daß das Fluid nur aus der zentralen Bohrung 226 des Ventilkegels in den Auslaßkanal 220 strömt. Das andere Ende der zentralen Bohrung 226 öffnet sich in die Steuer kammer 228 und enthält eine elastische Membran 232, die durch einen Sprengring 236 an Ort und Stelle gehalten wird. Ein O-Ring 234 bildet zwischen der Membran und der Wand der Mittelbohrung 226 eine Dichtung. Eine federnde, rohrförmige Säule 238, hergestellt aus demselben Material wie der Hauptventilkegel, befindet sich in der Mittelbohrung 226 und übt auf die Membran 232 in Bezug auf die Bohrungsschulter 225 eine Druck- bzw. Zugkraft aus. Die entgegengesetzten Seiten der Membran 232 sind den Drücken der Steuerkammer 228 und in der Bohrung der rohrförmigen Säule 238 ausgesetzt. Die Membran 232 hat eine Öffnung, die die Spitze des Steuerkegels 244, die die Öffnung schließt, aufnimmt.
Ein zweites Rückschlagventil 240 ist in dem Hauptventilkegel 224 in einem Kanal angeodnet, der sich zwischen der Einlaßöffnung 218 und dem Ende der Mittelbohrung, neben der Schulter 225 erstreckt. Beide Strömungskanäle, die von den ersten und zweiten Rückschlagventilen 230 und 240 gesteuert werden, stehen in ständiger Verbindung mit der durch die rohrförmige Säule 238 führenden Bohrung.
Der Ventilkörper 212 enthält ein drittes Rückschlagventil 250 in einem Kanal 252, der sich zwischen der Steuerkammer 228 und dem Auslaßkanal 220 erstreckt. Das dritte Rückschlagventil 250 ermöglicht dem Fluid, nur in der Richtung von der Steuerkammer 228 zum Auslaßkanal 220 zu strömen. Ein viertes Rückschlagventil 254 ist in einem anderen Kanal 256 angeordnet und begrenzt den Fluidstrom in diesem Kanal, so daß dieser von der Steuerkammer 228 nur zum Einlaßkanal 218 strömt. Diese beiden Rückschlagventilkanäle 252 und 256 besitzen eine Strömungs-Einschnüröffnung 253 bzw. 257.
Wenn die Spule 236 erregt wird, zieht sie den Steuerkegel 244 aus der in der Membran 232 vorhandenen Öffnung, wodurch der Steuerkanal in der Membran geöffnet wird. Die Hydraulikflüssigkeitsströmung durch den Steuerkanal verringert den Druck in der Steuerkammer 228 auf denjenigen des Auslaßkanals 220. Somit drückt der höhere Druck in dem Einlaßkanal 218 den Hauptventilkegel 224 aus dem Ventilsitz 222, wodurch sich eine direkte Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 218 und dem Auslaßkanal 220 öffnet. Die Bewegung des Hauptventilkegels 224 setzt sich so lange fort, bis eine Berührung mit der konischen Spitze des Steuerkegels 224 stattfindet. Somit bestimmen sich die Größe dieser Hauptventilöffnung und der Strömungsmenge an Hydraulikflüssigkeit, die durch das Steuerventil 200 strömt, durch die Stellung des Steuerkegels 244, die durch die Stärke des durch die Magnetspule 236 strömenden elektrischen Stroms eingestellt wird.
Der zweite Typ des proportionalen Steuerventils 200 kann sich nur nach Aktivierung der Magnetspule 236 öffnen und nicht aufgrund des hohen Druckes in dem Auslaßkanal 220, also im Gegensatz zum Ventil in 1. Sobald der Druck im Auslaßkanal 220 den Druck in der Steuerkammer 228 übersteigt, öffnet sich das erste Rückschlagventil 250, um diesen höheren Druck auf die Steuerkammer zu übertragen und dadurch einen Druckausgleich auf den entgegengesetzten Seiten des Hauptventilkegels 224 zu bewirken. Wenn diese Drücke gleich sind, hält die Kegeloberflächen-Bereichdifferenz zwischen der Steuerkammer 228 und dem Auslaßkanal 220 sowie die Federkraft auf den Steuerkegel 244 den Hauptventilkegel 224 geschlossen.
Das zweite Rückschlagventil 254 übt eine ähnliche Funktion aus, um den Hauptkegel geschlossen zu halten, sobald der Druck in dem Einlaßkanal 218 ansteigt.
Diese Art von Ventil 200 kann zur Verringerung der Anzahl der Komponenten verwendet werden, die erforderlich ist, um die gekreuzte Energierückgewinnung und die Antriebsmaschinen-Belastungsregeneration in einem Hydrauliksystem 200, wie in 4 gezeigt, zu ermöglichen. Wie bei dem vorher beschriebenen System wird von dem Motor/Generator 304 eine außermittige Pumpe 302 angetrieben, um Hydraulikflüssigkeit unter Druck an eine Pumpenauslaßleitung 318 zu fördern. Ein Tachometer 305 oder andere Geschwindigkeits-Meßeinrichtung erzeugt ein Geschwindigkeitssignal für einen Systemsteuerer 308. Der Motor/Generator 304 wird durch einen Motorsteuerer 306 gesteuert, der Befehle von dem Systemsteuerer 308 empfängt. Der Systemsteuerer 308 empfängt von den Bediener-Eingabeeinrichtungen, beispielsweise einem herkömmlichen Joystick 307, Eingangsbefehle.
Die Pumpe 302 erhält von dem Systemsteuerer 308 ein Signal, das die Stellung der Taumelscheibe in der Pumpe 302 bestimmt. Die Taumelscheibenstellung steuert nicht nur die veränderliche Verdrängerleistung der Pumpe, sondern kann die Pumpe auch in einen Motorbetriebszustand versetzen, in dem die Hydraulikflüssigkeit, die von dem Hydrauliksystem zu der Pumpe zurückgeführt wird, die Pumpe und damit den Motor/Generator 304 zur Erzeugung von elektrischem Strom antreiben kann, wie im folgenden beschrieben. Ein weiteres Signal von dem Systemsteuerer 308 bestimmt den Hub der Pumpe 302.
Die Pumpenauslaßleitung 318 ist an eine Zufuhrleitung 315 über ein Isolierventil 317 angeschlossen. Das Isolierventil 317 ist ein bidirektionales Proportionalventil des in 3 gezeigten Typs, das von dem Systemsteuerer 308 elektrisch betätigt wird.
Dieses Hydrauliksystem 300 ist Bestandteil einer maschinellen Anlage, die mechanische Elemente aufweist, welche von hydraulisch betriebenen Antrieben betätigt wird, beispielsweise Zylindern 310 und 314 mit Kolben 332 und 316. Der erste Zylinder 310 ist doppeltwirkend insofern, als unter Druck stehendes Fluid jeder Seite seines Kolbens 332 zugeführt werden kann. Eine Reihe vier proportionaler Steuerventile 321, 322, 323 und 324 steuert die Strömung der Hydraulikflüssigkeit in die und aus den Kammern 311 und 313 im Zylinder 310. Die Einlaßsteuerventile 321 und 331 sind bidirektionale Proportionalventile des in 3 gezeigten Typs und verbinden den Erstzylinder 310 direkt mit dem Systemtank 320. Es wird darauf hingewiesen, daß die Rückschlagventile und Rückgewinnungsregelventile bei der Verwendung von bidirektionalen proportionalen Steuerventilen nicht vorhanden sind.
Der Systemsteuerer 308 empfängt Signale von den Drucksensoren 326 und 328, die den Druck in der oberen bzw. unteren Kammer 311 und 313 des Zylinders 310 feststellen. Ein weiterer Drucksensor 329 ist in der Pumpenauslaßleitung 318 angeordnet, um für den Systemsteuerer 308 ein Druckmeßsignal zu erzeugen.
Fünfte und sechste proportionale Magnetspul-Steuerventile 331 und 332 regeln den Hydraulikflüssigkeitsstrom zum und von dem zweiten Zylinder 314. Der zweite Zylinder 314 ist ein einfachwirkender Zylinder, bei dem Hydraulikflüssigkeit nur seiner unteren Kammer 315 zugeführt wird. Im einzelnen ist festzustellen, daß das fünfte Steuerventil 331 den Fluidstrom aus der Pumpenauslaßleitung 318 zu dem zweiten Zylinder 314 steuert und ein bidirektionales Proportionalventil des in 3 gezeigten Typs ist. Das sechste Steuerventil 332 regelt den Fluidstrom aus diesem Zylinder zum Tank 320 und ist ein unidirektionales Proportionalventil des in 1 gezeigten Typs. Ein weiterer Drucksensor 334 ermittelt den Druck in der unteren Kammer 315 des zweiten Zylinders 314. Das von diesem Sensor 334 erzeugte Signal wird in einen Eingang des Systemsteuerers 308 gegeben, der auch Betriebssignale für die fünften und sechsten Steuerventile 331 und 332 erzeugt.
Es wird darauf hingewiesen, daß Rückschlagventile und Rückgewinnungsregelventile, die in dem Hydrauliksystem 100 in 2 vorhanden sind, in dem zweiten Steuersystem 300 durch Verwendung von bidirektionalen, proportionalen Steuerventilen nicht vorhanden sind. Die Notwendigkeit für separate Isolierventile an den Zylindersteuerventilen ist ebenfalls nicht gegeben.
Ein Speicher 345 ist mit der Übertragungsleitung 335 durch ein bidirektionales Speicherisolierventil 346 verbunden, das den Flüssigkeitsstrom in und aus dem Speicher steuert. Ein Drucksensor 347 mißt den im Speicher 345 herrschenden Druck.
Um die Beschreibung der Betriebsweise des Hydrauliksystems in 4 zu erleichtern, wird das Beispiel betrachtet, bei dem die auf dem zweiten Zylinder 314 wirkende Belastung gesenkt wird, während Hydraulikflüssigkeit der unteren Kammer 313 des ersten Zylinders 310 zugeführt wird. Der Kolben 316 des zweiten Zylinders wird normalerweise durch Öffnen des sechsten Steuerventils 332 gesenkt. Die gekreuzte Rückgewinnung kann dann auftreten, wenn dieselben Kriterien, die für das System in 2 gelten, erfüllt sind. Das heißt speziell, der Überbelastungsdruck (von dem zweiten Zylinder 314) muß um einen ersten Grenzwert höher sein als die gleichzeitige Druckanforderung (zum Antrieb des ersten Zylinders 310), und der Strömungsmengenbedarf der Überbelastung muß den gleichzeitigen Strömungsbedarf vorzugsweise um einen zweiten Grenzwert übersteigen. In diesem Fall wird das fünfte Steuerventil 331 geöffnet, um wenigstens einen Teil des aus dem zweiten Zylinder 314 ausgetragenen Fluids in die Zufuhrleitung 315 zu schicken. Dieses Fluid strömt durch das erste Steuerventil 321 und in die untere Kammer 313 des ersten Zylinders 310. Da kein Fluß von der Pumpe benötigt wird, um entweder den Zylinder 310 oder 314 anzutreiben, kann das Isolierungsventil 317 von dem Systemsteuerer 308 geschlossen werden.
Wenn der erste Zylinder 310 nicht mit Energie beaufschlagt wird, kann die Fluidabgabe von dem zweiten Zylinder 314 zum Antreiben der Pumpe 302 als Motor verwendet werden, der seinerseits den Motor/Generator 304 antreibt, um elektrischen Strom zu erzeugen. Nunmehr werden die ersten und zweiten Steuerventile 321 und 322 für den ersten Zylinder geschlossen. Das Isolierventil 317 wird geöffnet, um das austretende Fluid zum Auslaß der Pumpe 302 zu schicken. Der Systemsteuerer 108 bringt die Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 102 in eine Stellung, in der die Pumpe wie ein Motor wirkt. Der Systemsteuerer stellt außerdem den Hub der Pumpe ein. Dadurch wird die Pumpe 102 so eingestellt, daß der Umkehrfluidstrom von einem Antrieb sich von dem Pumpenauslaß in ihren Einlaß bewegt, um dadurch die Pumpe und den Motor/Generator 304 anzutreiben.
Ein anderes Mal läßt sich das aus dem zweiten Zylinder austretende Fluid in dem Speicher 345 speichern. Um dies zu erreichen, wird das Speicherisolierventil 346 geöffnet, während das Isolierventil 317 geschlossen wird. Daraufhin läßt sich das in dem Speicher gespeicherte Fluid zum Antrieb einer Systemfunktion verwenden, wenn die Druck- und Strömungskriterien für die gekreuzte Energierückgewinnung erfüllt sind.
Bei einem doppelt wirkenden Zylinder, beispielsweise dem ersten Zylinder 310, kann das aus der einen Kammer austretende Fluid zu der anderen Kammer gelenkt werden, und zwar durch wahlweises Aktivieren der Steuerventile. So wird beispielsweise zum Absenken des mit einem Zylinder eines herkömmlichen hydraulischen Systems verbundenen Maschinenkörpers Fluid normalerweise aus der unteren Kammer 313 in den Behälter abgeführt, während Fluid aus der Zufuhrleitung in die obere Kammer 311 geschickt wird. Bei dem vorliegenden Rückgewinnungssystem 300 werden die Steuerventile 321 und 322 gleichzeitig geöffnet, um es der Hydraulikflüssigkeit zu ermöglichen, aus der unteren Kammer 313 in die obere Kammer 311 zu strömen. Die durch die Belastung auf den Kolben einwirkende Kraft verhindert, daß Fluid aus der Zufuhrleitung in die untere Kammer 313 eintritt. Falls notwendig, läßt sich das Isolierventil 317 zeitweise schließen, um zu verhindern, daß Fluid von der Pumpe in den ersten Zylinder 310 eintritt. Da die untere Kammer 313 ein größeres Volumen hat als die obere Kammer 311, und zwar aufgrund des Volumens der Kolbenstange, muß das vierte Steuerventil 324 geringfügig geöffnet werden, um überschüssiges Fluid zu dem Behälter 320 auszulassen.
Wenn der Zylinderkolben sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, kann das Rückgewinnungssystem 300 in die Lage versetzt werden, den Hydraulikflüssigkeitsstrom aus der oberen Kammer 311 in die untere Kammer 313 zu ermöglichen. In diesem Fall werden die Einlaßsteuerventile 321 und 322 wieder gleichzeitig geöffnet. Aufgrund der Volumendifferenz zwischen den Zylinderkammern wird jedoch mehr Fluid zum Füllen der unteren Kammer 313 benötigt als von der oberen Kammer 311 abgelassen wird. Somit bleibt das Auslaßventil 323 geschlossen, und das zusätzliche Fluid wird von der Zufuhrleitung 315 erhalten.
Die obige Beschreibung war in erster Linie auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet. Obgleich einige Hinweise auf verschiedene Alternativen gegeben worden sind, die im Schutzumfang der Erfindung liegen, ist davon auszugehen, daß ein auf diesem Gebiet tätiger Fachmann ohne weiteres zusätzliche Alternativen realisieren kann, die sich aus der Offenbarung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele ohne weiteres ergeben. Daher wird der Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche bestimmt und nicht durch die obige Offenbarung begrenzt.

Claims

Hydrauliksystem (100) mit einer Pumpe (102), die an eine Zufuhrleitung (118) angeschlossen ist, einem Behälter (120), der an eine Rückführleitung (119) angeschlossen ist, einem doppelt wirkenden Zylinder (110) mit einer ersten Kammer (113) und einer zweiten Kammer (111), einem Antrieb (114) und einem Rückgewinnungssystem, gekennzeichnet durch ein erstes Steuerventil (121), das die Zufuhrleitung (118) mit der ersten Kammer (113) des doppelt wirkenden Zylinders (110) verbindet; ein zweites Steuerventil (123), das die Fluidströmung aus der ersten Kammer (113) des doppelt wirkenden Zylinders (110) zur Rückführleitung (119) steuert; ein drittes Steuerventil (122), das die Zufuhrleitung (118) mit der zweiten Kammer (111) des doppelt wirkenden Zylinders (113) verbindet; ein viertes Steuerventil (124), das die Fluidströmung von der zweiten Kammer (113) des doppelt wirkenden Zylinders (110) zu der Rückführleitung (119) steuert; ein fünftes Steuerventil (131), das die Zufuhrleitung (118) mit dem Antrieb (114) verbindet; ein sechstes Steuerventil (132), das die Fluidströmung von dem Antrieb (114) zur Rückführleitung (113) steuert; einen ersten Drucksensor (128), der den in der ersten Kammer (113) des doppelt wirkenden Zylinders (110) herrschenden Druck ermittelt; einen zweiten Drucksensor (126), der den in der zweiten Kammer (111) des doppelt wirkenden Zylinders (110) herrschenden Druck ermittelt; einen dritten Drucksensor (134), der den in dem Antrieb (114) herrschenden Druck ermittelt; und durch ein Systemsteuerer (108), der Eingänge aufweist, die mit den ersten, zweiten und dritten Drucksensoren verbunden sind sowie Ausgänge, die mit den ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Steuerventilen verbunden sind; wobei dann, wenn das Fluid unter Druck aus der zweiten Kammer (111) des doppelt wirkenden Antriebszylinders (110) abgelassen wird, der Systemsteuerer (108) entweder in einen ersten Betriebszustand oder einen zweiten Betriebszustand eintritt, und wobei im ersten Betriebszustand der Systemsteuerer zwei der ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerventile betätigt, um das Fluid aus der zweiten Kammer zu der ersten Kammer (113) zu leiten, und im zweiten Betriebszustand der Systemsteuerer die dritten und fünften Steuerventile betätigt, um dadurch den Antrieb 114 mit dem Fluid anzutreiben, das aus der zweiten Kammer (111) austritt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Betriebsweise der Systemsteuerer (108) die ersten und dritten Steuerventile öffnet, um das Fluid durch die Zufuhrleitung (118) zu lenken.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Betriebsweise der Systemsteuerer (108) die zweiten und vierten Steuerventile öffnet, um das Fluid durch die Rückführleitungen (119) zu lenken.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl der ersten und zweiten Betriebsweisen aufgrund der ersten und zweiten Drücke erfolgt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, vierten, fünften und sechsten Steuerventile in einer Richtung wirken und das dritte Steuerventil (122) in zwei Richtungen wirkt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte Steuerventil (131) ein in zwei Richtungen wirkendes Ventil ist und der Systemsteuerer (108), sobald Fluid unter Druck aus dem Antrieb (114) austritt, das fünfte Steuerventil (131) und entweder das erste Steuerventil (121) oder das dritte Steuerventil (122) öffnet, um dadurch den doppelt wirkenden Zylinder (110) mit dem aus dem Antrieb (114) austretenden Fluid anzutreiben.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sammler (145), der durch ein siebtes Steuerventil an die Zufuhrleitung (118) angeschlossen ist, wobei der Systemsteuerer (108) eine dritte Betriebsweise aufweist, bei der die dritten und siebten Steuerventile geöffnet werden, so daß Fluid, das aus der zweiten Kammer (111) austritt, dem Sammler (145) zugeführt wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sammler (145), der durch ein siebtes Steuerventil an die Zufuhrleitung (118) angeschlossen ist, wobei der Systemsteuerer (108) eine dritte Betriebsweise aufweist, bei der das dritte Steuerventil (122) so geöffnet wird, daß Fluid, wel ches aus der zweiten Kammer (111) austritt, zum Antrieb der Pumpe (102) dient.