EP2397703A2 - Hydraulikaggregat - Google Patents

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EP2397703A2
EP2397703A2 EP11004749A EP11004749A EP2397703A2 EP 2397703 A2 EP2397703 A2 EP 2397703A2 EP 11004749 A EP11004749 A EP 11004749A EP 11004749 A EP11004749 A EP 11004749A EP 2397703 A2 EP2397703 A2 EP 2397703A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure medium
consumer
medium pump
hydraulic
delivery volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11004749A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2397703A3 (de
Inventor
Andreas Böhler
Frank Dr. Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydac Fluidtechnik GmbH
Original Assignee
Hydac Fluidtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydac Fluidtechnik GmbH filed Critical Hydac Fluidtechnik GmbH
Publication of EP2397703A2 publication Critical patent/EP2397703A2/de
Publication of EP2397703A3 publication Critical patent/EP2397703A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26Locking mechanisms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/16Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors
    • F15B11/17Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with two or more servomotors using two or more pumps

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic unit in the manner of a modular system constructed as a multi-unit with at least two sub-units, each having a drivable pressure medium pump with different delivery volume to which hydraulic consumers with different consumption or displacement can be connected.
  • Hydraulic power units are used in a variety of stationary, hydraulic systems or in vehicles, especially commercial vehicles, such as agricultural or construction machinery.
  • a hydraulic unit fulfills the function of bringing pressure medium, such as hydraulic oil, to a required working pressure and of providing a consumer, such as a working cylinder or hydraulic motor, with a required amount of pressure medium, either stepwise or continuously.
  • pressure medium such as hydraulic oil
  • a consumer such as a working cylinder or hydraulic motor
  • Hydraulic power units known in the prior art include a motor for driving a pressure medium pump whose speed and torque are set to an operating point at which a pressure medium pump driven by the motor supplies a displacement that is the highest, at any one Time required volume flow corresponds.
  • excess compressed pressure medium is in the Usually relaxed via a pressure control valve and returned to the pressure medium pump circuit. Since a not inconsiderable part of the energy used such hydraulic units is converted by the relaxation in the pressure control valve into heat, the efficiency of such hydraulic units is low.
  • the engine speed is variably selected, whereby the delivery volume of the driven by this engine pressure medium pump is such that it corresponds to the respective currently required level.
  • a control unit predefines a setpoint speed with the control unit, for example via a boost connection, and changes this when the volume flow required by the load changes.
  • the efficiency of hydraulic units of this type is reduced over time by the fact that the efficiency of the engine over its predetermined speed range is known not to be constant and is therefore operated at least during part of the operating time with an unfavorable efficiency.
  • the present invention seeks to provide a hydraulic unit whose efficiency is improved in a simple manner. This object is achieved with a hydraulic unit having the features of claim 1 in its entirety.
  • the partial aggregates are operated individually and / or in such a way that a parallel or serial operation with the partial aggregates is achieved.
  • the total hydraulic power unit according to the invention is therefore divided into individual hydraulic sub-assemblies of different performance categories and delivery volume.
  • Hydraulic unit consists as part of the kit at least a first sub-unit with a first motor which drives a first pressure medium pump, and a second sub-unit with a second motor which drives a second pressure medium pump.
  • the delivery volume of the first and second pressure medium pump are different from each other, in particular, the delivery volume of the first pressure medium pump is greater than the delivery volume of the second pressure medium pump.
  • the pressure medium pumps are pumps with non-variable delivery volume.
  • the subaggregates thus formed from the first motor and a first pressure medium pump and a second motor and a second pressure medium pump are used to supply pressure medium of a first consumer and a second consumer.
  • the first consumer for example a control or hydraulic cylinder for a working tool or a device, has a larger displacement than the second consumer.
  • the delivery volume of the first sub-assembly and the second sub-assembly can be combined as desired by a control unit in response to a requested pressure medium requirement.
  • the pressure medium requirement depends in particular on the desired mode of operation of the consumer, for example, whether a fine control or an accelerated operation (boost mode) is desired.
  • control unit can optionally set the first or second pressure medium pump in operation, so that as far as possible only the pressure medium required for the current operating situation is provided and otherwise unneeded components of the hydraulic power unit are put out of operation. This results in a minimized use of energy during operation of the hydraulic unit.
  • a high positioning speed and thus a kind of boost operation can be effected, for example, by the control unit receiving the second consumer acted with a smaller displacement volume with pressure medium from the first pressure medium pump with a larger delivery volume.
  • control unit supplies the first consumer with a large displacement volume with pressure medium from the second pressure medium pump with a smaller delivery volume.
  • a parallel-connected operation of the entire hydraulic unit can take place in such a way that approximately pressure medium from the first pressure medium pump is provided for fine control of the first consumer, wherein the pressure medium is supplied in the manner of a power split both the first consumer and the second pressure medium pump , which can participate in the shift operation as a hydraulic motor thereby.
  • a boost operation of the second consumer with compared to the operation of the second consumer by pressurization with the pressure medium pressure of the first pressure medium pump lower actuating speed can be effected that the second consumer is supplied with pressure medium from the first pressure medium pump, which then assigned the second pressure medium pump in parallel is.
  • the pressure medium flow from the first pressure medium pump is thereby distributed to the second consumer and the second pressure medium pump, which serves as a hydraulic motor for energy recovery.
  • both pressure medium pumps may also be advantageous to connect both pressure medium pumps in parallel to the effect that both are provided for supplying pressure medium to the first or second consumer. This results in each case a maximum actuating speed for the consumer concerned.
  • the partial units can be operated with constant-speed motors, whereby a large number of energy-optimally adjustable actuating speeds can result solely from the illustrated binary mode of operation of the partial units and consumers.
  • the driven by the hydraulic unit consumers can be designed not only as a hydraulic actuating cylinder, but also hydraulic motors or other types of hydraulic consumers are operable.
  • the hydraulic unit according to the invention can be used both in a vehicle and in a stationary hydraulic system, for example in a production line for serial parts or the like.
  • FIG.1 is a schematic diagram of a total hydraulic power unit for operating a first consumer 6 and a second consumer 7 is shown.
  • the hydraulic unit is formed of two partial units 1,2.
  • a first partial unit 1 has a motor 2a, which has a first pressure medium pump 3 drives to promote from a pressure medium tank 12 (tank) pressure medium 9 and supply a pressure medium outlet 13.
  • a second partial unit 2 is formed by a second motor 4, which drives a second pressure medium pump 5, the pressure medium 9, such as hydraulic oil, promotes from the pressure fluid reservoir 14 to a pressure medium outlet 15.
  • the motors 2a, 4, preferably formed in the form of electric motors, have constant speeds.
  • a pressure limiting valve 16,17 limits the pressure medium pressure at the pressure medium outlets 13,15.
  • the first pressure medium pump 3 has a first delivery volume Q 1 , which is greater than the delivery volume Q 2 of the second pressure medium pump 5.
  • the first consumer 6 is designed as a double-acting actuating cylinder 10.
  • the second consumer 7 is also formed as a double-acting actuator cylinder 11.
  • the first consumer 6 has a larger displacement than the second consumer 7. Due to the different size of the swallow volume, the two consumers should be able to move 6.7 different masses m A , m B , where m A > m B should be.
  • a replacement circuit diagram 18 represents the first sub-assembly 1 and a replacement circuit diagram 19, the second sub-assembly 2.
  • a replacement circuit diagram 20 represents the first consumer 6 and a replacement circuit diagram 21 the second consumer 7, wherein the information A, B to give an indication of the different sized, to be operated masses m A , m B.
  • Fig.2 is shown on the left side in the viewing direction, an energy-optimal operation of the first consumer 6 using basic replacement circuit diagrams.
  • the first consumer 6 has the same operating volume as the first partial unit 1 and the delivery volume Q 1 of the first pressure medium pump 3 in the illustrated operating point.
  • An energy-optimal operation of the second consumer 7 is shown on the right side.
  • control unit 8 ensures, by the allocation of the various deliverable volume flows of pressure medium to the desired consumer 6,7, of which only two copies are shown, for the lowest possible energy loss of the entire arrangement of total hydraulic power unit and the consumers 6,7 or possibly other, not shown consumers. There are also other sub-aggregates in the overall hydraulic unit can be arranged if necessary.
  • the second pressure medium pump 5 drives in the in Figure 4 illustrated modes of the entire hydraulic power unit to the second motor 4, whereby electrical energy is obtained.
  • FIG. 5 3 shows a parallel operation of the two pressure medium pumps 3, 5 which jointly provide their respective delivery volumes Q 1 and Q 2 for operating the first or second consumers 6, 7 on the input side 13, 15 thereof. This results in each case a maximum possible actuating speed of the consumer 6,7 in terms of Q 1 + Q 2 > Q A concerning the consumer 6 and Q 1 + Q 2 >> Q B for the consumer. 7
  • both partial units 1, 2 can be supplied from a common tank with filtered and cooled fluid.
  • a cross or parallel connection and a series circuit is conceivable in which an increase in pressure takes place;
  • an extension in the context of a feed station as a central energy source is possible.

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Abstract

Ein Hydraulikaggregat in der Art eines als Baukastensystem aufgebauten Mehraggregats, mit mindestens zwei Teilaggregaten (1,2), die jeweils eine antreibbare Druckmittelpumpe (3,5) mit unterschiedlichem Fördervolumen aufweisen, an die hydraulische Verbraucher (6,7) mit unterschiedlichem Verbrauchs- oder Schluckvolumen anschließbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilaggregate (1,2) einzeln betreibbar und/oder derart miteinander verschaltet sind, dass ein Parallelbetrieb oder ein serieller Betrieb mit den Teilaggregaten (1,2) erreicht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hydraulikaggregat in der Art eines als Baukastensystem aufgebauten Mehraggregats mit mindestens zwei Teilaggregaten, die jeweils eine antreibbare Druckmittelpumpe mit unterschiedlichem Fördervolumen aufweisen, an die hydraulische Verbraucher mit unterschiedlichen Verbrauchs- oder Schluckvolumen anschließbar sind.
  • Hydraulikaggregate werden in einer Vielzahl stationärer, hydraulischer Anlagen oder in Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, wie beispielsweise Landmaschinen oder Baumaschinen, eingesetzt. Ein Hydraulikaggregat erfüllt in solchen Maschinen und Anlagen die Funktion, Druckmittel, wie Hydrauliköl, auf einen benötigten Arbeitsdruck zu bringen und einem Verbraucher, wie etwa einem Arbeitszylinder oder Hydromotor, eine benötigte Druckmittelmenge, entweder stufenweise oder kontinuierlich, bereitzustellen. Meist ist die Leistungsanforderung an hydraulischer Energie des betreffenden Verbrauchers zeitlich veränderlich.
  • Hydraulikaggregate, die von dem Stand der Technik her bekannt sind, weisen einen Motor zum Antrieb einer Druckmittelpumpe auf, dessen Drehzahl und Drehmoment auf einen Betriebspunkt eingestellt sind, bei dem eine von dem Motor angetriebene Druckmittelpumpe ein Fördervolumen liefert, das dem höchsten, zu einem beliebigen Zeitpunkt benötigten Volumenstrom entspricht. Im Überschuß komprimiertes Druckmittel wird in der Regel über ein Druckregelventil entspannt und in den Druckmittel-Pumpenkreislauf rückgeführt. Da ein nicht unerheblicher Teil der eingesetzten Energie solcher Hydraulikaggregate durch die Entspannung im Druckregelventil in Wärme umgewandelt wird, ist der Wirkungsgrad derartiger Hydraulikaggregate gering.
  • Bei einer weiteren Variante von Hydraulikaggregaten aus dem Stand der Technik wird, um den Energieverbrauch des Motors zu reduzieren, die Motordrehzahl variabel gewählt, wodurch das Fördervolumen der von diesem Motor angetriebenen Druckmittelpumpe so bemessen ist, dass diese dem jeweiligen aktuell benötigten Maß entspricht. Eine Steuereinheit gibt dabei abhängig von dem durch die Hydraulikpumpe bereitzustellenden Volumenstrom einen mit der Steuereinheit beispielsweise über eine Boost-Verbindung verbundenes Motorsteuergerät eine Solldrehzahl vor und verändert diese, wenn sich der vom Verbraucher benötigte Volumenstrom ändert. Der Wirkungsgrad von Hydraulikaggregaten diesen Typs ist im zeitlichen Mittel jedoch dadurch reduziert, dass der Wirkungsgrad des Motors über seinen vorgegebenen Drehzahlbereich bekanntermaßen nicht konstant ist und daher zumindest während eines Teils der Betriebsdauer mit einem ungünstigen Wirkungsgrad betrieben wird.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulikaggregat anzugeben, dessen Wirkungsgrad auf einfache Weise verbessert ist. Diese Aufgabe wird mit einem Hydraulikaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Teilaggregate einzeln betreib-und/oder derart miteinander verschaltet sind, dass ein paralleler oder serieller Betrieb mit den Teilaggregaten erreicht ist. Das erfindungsgemäße Gesamt-Hydraulikaggregat ist mithin in einzelne Hydraulik-Teilaggregate verschiedener Leistungskategorien und Fördervolumen aufgeteilt. Das Gesamt-
  • Hydraulikaggregat besteht als Teil des Baukastens zumindest aus einem ersten Teilaggregat mit einem ersten Motor, der eine erste Druckmittelpumpe antreibt, und aus einem zweiten Teilaggregat mit einem zweiten Motor, der eine zweite Druckmittelpumpe antreibt. Die Fördervolumen der ersten und zweiten Druckmittelpumpe sind voneinander verschieden, insbesondere ist das Fördervolumen der ersten Druckmittelpumpe größer als das Fördervolumen der zweiten Druckmittelpumpe. Die Druckmittelpumpen sind Pumpen mit nicht-veränderbarem Fördervolumen. Die derart gebildeten Teilaggregate aus erstem Motor und einer ersten Druckmittelpumpe und einem zweiten Motor und einer zweiten Druckmittelpumpe dienen zur Druckmittelversorgung eines ersten Verbrauchers und eines zweiten Verbrauchers. Der erste Verbraucher, beispielsweise ein Stell- oder Hydrozylinder für ein Arbeitswerkzeug oder eine Vorrichtung, weist ein größeres Schluckvolumen auf als der zweite Verbraucher. Die Fördervolumen des ersten Teilaggregates und des zweiten Teilaggregates können von einer Steuereinheit beliebig kombiniert werden in Abhängigkeit von einem angeforderten Druckmittelbedarf.
  • Der Druckmittelbedarf hängt dabei insbesondere von der gewünschten Betriebsweise der Verbraucher ab, beispielsweise ob eine Feinsteuerung oder ein beschleunigter Betrieb (Boost-Betrieb) gewünscht ist.
  • Die Steuereinheit kann in Abhängigkeit von der angeforderten Druckmittelmenge wahlweise die erste oder zweite Druckmittelpumpe in Betrieb setzen, so dass möglichst nur das benötigte Druckmittel für die aktuelle Betriebssituation bereitgestellt wird und im übrigen nicht benötigte Komponenten des Hydraulikaggregats außer Betrieb gesetzt sind. Dadurch ergibt sich ein minimierter Energieeinsatz beim Betrieb des Hydraulikaggregats. Eine hohe Stellgeschwindigkeit und mithin eine Art Boost-Betrieb läßt sich etwa dadurch bewirken, dass die Steuereinheit den zweiten Verbraucher mit kleinerem Schluckvolumen mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelpumpe mit größerem Fördervolumen beaufschlagt.
  • Umgekehrt kann ein fein-gesteuerter Betrieb mit geringer Stellgeschwindigkeit dadurch erzielt werden, dass die Steuereinheit den ersten Verbraucher mit einem großen Schluckvolumen mit Druckmittel aus der zweiten Druckmittelpumpe mit kleinerem Fördervolumen versorgt.
  • Es kann ferner ein parallel verschalteter Betrieb des Gesamt-Hydraulikaggregats in der Weise erfolgen, dass zur Feinsteuerung des ersten Verbrauchers etwa Druckmittel aus der ersten Druckmittelpumpe bereitgestellt wird, wobei das Druckmittel in der Art einer Leistungsverzweigung sowohl dem ersten Verbraucher als auch der zweiten Druckmittelpumpe zugeführt wird, die im Schiebebetrieb als hydraulischer Motor dabei mitwirken kann.
  • Es wird so mit dem Fördervolumen der ersten Druckmittelpumpe das Fördervolumen der zweiten Druckmittelpumpe abgezogen. Dadurch ergibt sich sowohl eine Feinsteuerung des ersten Verbrauchers als auch die Möglichkeit einer Energie-Rückgewinnung zu viel bereitgestellter hydraulischer Energie.
  • Ein Boost-Betrieb des zweiten Verbrauchers mit im Vergleich zum Betrieb des zweiten Verbrauchers durch Druckbeaufschlagung mit dem Druckmitteldruck der ersten Druckmittelpumpe geringerer Stellgeschwindigkeit läßt sich dadurch bewirken, dass der zweite Verbraucher mit Druckmittel aus der ersten Druckmittelpumpe versorgt wird, dem dann die zweite Druckmittelpumpe parallel zugeordnet ist. Der Druckmittelstrom aus der ersten Druckmittelpumpe wird dadurch auf den zweiten Verbraucher und die zweite Druckmittelpumpe, die als hydraulischer Motor zur Energie-Rückgewinnung dient, verteilt.
  • Somit lassen sich durch die Wahl des Einsatzes des ersten oder zweiten Verbrauchers und die Wahl der Druckmittel beaufschlagenden Druckmittelpumpe sowie die Wahl der zu dem jeweiligen Verbraucher parallel verschalteten, nicht fördernden Druckmittelpumpe, eine Vielzahl an Stellgeschwindigkeiten für die Verbraucher und eine Vielzahl an Rückgewinnungsmöglichkeiten für die hydraulische Energie erzielen.
  • Es kann ferner vorteilhaft sein, beide Druckmittelpumpen parallel dahingehend zu verschalten, dass beide zur Zufuhr von Druckmittel auf den ersten oder zweiten Verbraucher vorgesehen sind. Dadurch ergibt sich jeweils eine maximale Stellgeschwindigkeit für den betreffenden Verbraucher.
  • Die Teilaggregate können dabei mit Motoren konstanter Drehzahl betrieben sein, wobei allein aufgrund der dargestellten binären Betriebsweise der Teilaggregate und Verbraucher eine Vielzahl energie-optimal einstellbarer Stellgeschwindigkeiten sich ergeben kann.
  • Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Drehzahl der Motoren und damit den aktuellen Druckmittel-Volumenstrom an einen Verbraucher weiter feinzusteuern, indem die Drehzahl der Motoren variabel gewählt wird. Dies kann durch unterschiedliche Motorsteuerungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, erfolgen.
  • Die von dem Hydraulikaggregat angetriebenen Verbraucher können nicht nur als hydraulische Stellzylinder ausgebildet sein, sondern auch Hydromotoren oder andere Bauarten an hydraulischen Verbrauchern sind damit betreibbar. Das erfindungsgemäße Hydraulikaggregat kann sowohl in einem Fahrzeug als auch in einer stationären hydraulischen Anlage, etwa in einer Fertigungsstraße für Serienteile od.dgl., eingesetzt sein.
  • Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Hydraulikaggregat anhand von Ausführungsbeispielen nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
  • Fig.1
    ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Hydraulikaggregats zum Antrieb zweier Verbraucher nebst symbolischer Ersatz-Schaltbilder;
    Fig.2
    ein Ersatz-Schaltbild einer Betriebssituation des Hydraulikaggregats, bei der das Fördervolumen der Druckmittelpumpe dem Schluckvolumen des jeweiligen Verbrauchers entspricht;
    Fig.3
    ein Ersatz-Schaltbild einer Betriebssituation, in der der zweite Verbraucher beschleunigt betrieben ist und der erste Verbraucher feingesteuert ist;
    Fig.4
    ein Ersatz-Schaltbild einer Parallelschaltung jeweils eines ersten und zweiten Verbrauchers mit der zweiten Druckmittelpumpe als Verbraucher, wobei die erste Druckmittelpumpe das Druckmittel fördert; und
    Fig.5
    ein Ersatz-Schaltbild einer Parallelschaltung der ersten und zweiten Druckmittelpumpe zum Betrieb des ersten oder zweiten Verbrauchers.
  • In der Fig.1 ist in einem schematischen Schaltbild ein Gesamt-Hydraulikaggregat zum Betrieb eines ersten Verbrauchers 6 und eines zweiten Verbrauchers 7 dargestellt. Das Hydraulikaggregat ist aus zwei Teilaggregaten 1,2 gebildet. Ein erstes Teilaggregat 1 weist einen Motor 2a auf, der eine erste Druckmittelpumpe 3 antreibt, um aus einem Druckmittelbehälter 12 (Tank) Druckmittel 9 zu fördern und einem Druckmittelabgang 13 zuzuführen. Ein zweites Teilaggregat 2 ist durch einen zweiten Motor 4 gebildet, der eine zweite Druckmittelpumpe 5 antreibt, die Druckmittel 9, etwa Hydrauliköl, aus dem Druckmittelbehälter 14 zu einem Druckmittelabgang 15 fördert. Die Motoren 2a,4, vorzugsweise in Form von Elektromotoren gebildet, weisen konstante Drehzahlen auf. Jeweils ein Druckbegrenzungsventil 16,17 begrenzt den Druckmitteldruck an den Druckmittelabgängen 13,15.
  • Die erste Druckmittelpumpe 3 weist ein erstes Fördervolumen Q1 auf, das größer ist als das Fördervolumen Q2 der zweiten Druckmittelpumpe 5. Mit den derart gebildeten Teilaggregaten 1,2 lassen sich die zwei Verbraucher 6,7 mit Druckmittel versorgen, die eingangsseitig an die Druckmittelabgänge 13,15 entsprechend angeschlossen sind. Der erste Verbraucher 6 ist als doppelt wirkender Stellzylinder 10 ausgebildet. Der zweite Verbraucher 7 ist ebenso als doppelt wirkender Stellzylinder 11 gebildet. Der erste Verbraucher 6 hat ein größeres Schluckvolumen als der zweite Verbraucher 7. Aufgrund des unterschiedlich großen Schluckvolumens sollen die beiden Verbraucher 6,7 unterschiedlich große Massen mA, mB bewegen können, wobei mA > mB sein soll.
  • Ein Ersatz-Schaltbild 18 stellt das erste Teilaggregat 1 und ein Ersatz-Schaltbild 19 das zweite Teilaggregat 2 dar. Ein Ersatz-Schaltbild 20 stellt den ersten Verbraucher 6 dar und ein Ersatz-Schaltbild 21 den zweiten Verbraucher 7, wobei die Angaben A, B einen Hinweis auf die unterschiedlich großen, zu operierenden Massen mA, mB geben sollen. Eine Steuereinheit 8, die je nach Anwendungsfall beispielsweise von einem Programmablaufplan nebst zusätzlicher Sensorik einer Anlagesteuerung für eine Arbeitsmaschine, Fertigungsstraße, Montagestraße etc., angesteuert sein kann, regelt und steuert den Betrieb des Gesamt-Hydraulikaggregats. Dabei lassen sich allein durch einen binären Betrieb, d.h. durch eine Druckmittelversorgung, wahlweise des ersten und/oder des zweiten Verbrauchers 6,7 mit der ersten oder zweiten Druckmittelpumpe 3,5 und gegebenenfalls weiteren, im Anschluß noch dargestellten Verschaltungen eine Vielzahl an Stellgeschwindigkeiten und Stellkräften generieren, und zwar für hydraulische Verbraucher jedweder Art.
  • In der Fig.2 ist auf der linken Seite in Betrachtungsrichtung ein energie-optimaler Betrieb des ersten Verbrauchers 6 anhand prinzipieller Ersatz-Schaltbilder dargestellt. Der erste Verbraucher 6 weist in dem dargestellten Betriebspunkt ein gleiches Schluckvolumen auf wie das erste Teilaggregat 1 und das Fördervolumen Q1 der ersten Druckmittelpumpe 3. Auf der rechten Seite ist ein energie-optimaler Betrieb des zweiten Verbrauchers 7 dargestellt. Der zweite Verbraucher 7 wird mit der zweiten Druckmittelpumpe 5 mit Druckmittel versorgt. Dabei ist ein Gleichgewicht zwischen dem Schluckvolumen des zweiten Verbrauchers 7 und dem Fördervolumen Q2 der zweiten Druckmittelpumpe 5 erreicht. Insgesamt gilt für den Normalbetrieb nach der Fig.2 Q1 = QA und Q2 = QB.
  • Die Steuereinheit 8 sorgt demnach durch die Zuordnung der verschiedenen bereitstellbaren Volumenströme an Druckmittel zu dem gewünschten Verbraucher 6,7, von dem lediglich zwei Exemplare dargestellt sind, für einen möglichst geringen Energieverlust der gesamten Anordnung aus Gesamt-Hydraulikaggregat und den Verbrauchern 6,7 oder gegebenenfalls weiteren, nicht gezeigten Verbrauchern. Es sind auch weitere Teilaggregate in dem Gesamt-Hydraulikaggregat im Bedarfsfall anordenbar.
  • Um Stellgeschwindigkeiten oder Drehzahlen der Verbraucher 6,7 nicht direkt proportional zu den Fördervolumen Q1, Q2 der Teilaggregate 1,2 zu gestalten, ist eine Kreuzverschaltung der beiden Verbraucher 6,7 und der beiden Druckmittelpumpen 3,5, in Fig.3 dargestellt, möglich. Die Steuereinheit 8 ordnet hierbei, wie in der linken Bildhälfte der Fig.3 gezeigt, dem zweiten Verbraucher 7 mit kleinem Schluckvolumen den Volumenstrom der ersten Druckmittelpumpe 3 zu. Dadurch ist eine Boost-Funktion, also ein beschleunigter Betrieb des betreffenden Verbrauchers 7 möglich.
  • In der rechten Bildhälfte der Fig.3 ist die Beaufschlagung des ersten Verbrauchers 6 mit Druckmittel von der zweiten Druckmittelpumpe 5 gezeigt. Da das Fördervolumen Q2 der zweiten Druckmittelpumpe 5 geringer, vorzugsweise wesentlich geringer als das Schluckvolumen des ersten Verbrauchers 6 ist, ergibt sich eine sehr geringe Stellgeschwindigkeit für den Verbraucher 6 im Sinne einer Feinsteuerung. Weitere Abstufungen der Stellgeschwindigkeiten der Verbraucher 6,7 sind auch in dem sehr einfach und mit Hilfe des Einsatzes von Schaltventilen darstellbaren, binären Betrieb des Gesamt-Hydraulikaggregats möglich.
  • Wird im Sinne einer Parallelverschaltung, wie beispielsweise in der Fig.4 in der linken Bildhälfte gezeigt, der von der ersten Druckmittelpumpe 3 zur Verfügung gestellte Volumenstrom auf den ersten Verbraucher 6 und die zweite Druckmittelpumpe 5 aufgeteilt, so ergibt sich eine Subtraktion des an den ersten Verbraucher 6 gerichteten Druckmittelstromes um das Schluckvolumen des zweiten Teilaggregates 2 oder der zweiten Druckmittelpumpe 5. Es ergibt sich dadurch wiederum eine Feinansteuerung für den ersten Verbraucher 6 im Sinne von Q1 - Q2 < QA.
  • In der Fig. 4 auf der rechten Bildhälfte ist eine Parallelverschaltung des zweiten Verbrauchers 7 mit der zweiten Druckmittelpumpe 5 gezeigt, die beide Verbraucher des von der ersten Druckmittelpumpe 3 bereitgestellten Fördervolumens Q1 sind. Es ergibt sich dadurch eine erhöhte Stellgeschwindigkeit für den zweiten Verbraucher 7 im Sinne eines Boostens mit Q1 - Q2 > QB.
  • Die zweite Druckmittelpumpe 5 treibt in den in Fig.4 dargestellten Betriebsarten des Gesamt-Hydraulikaggregats den zweiten Motor 4 an, wodurch elektrische Energie gewonnen wird.
  • In der Fig.5 ist ein Parallelbetrieb der beiden Druckmittelpumpen 3,5 gezeigt, die gemeinsam ihr jeweiliges Fördervolumen Q1 und Q2 zum Betrieb des ersten oder zweiten Verbrauchers 6,7 an dessen Eingangsseite 13,15 bereitstellen. Es ergibt sich dadurch jeweils eine maximal mögliche Stellgeschwindigkeit der Verbraucher 6,7 im Sinne von Q1 + Q2 > QA betreffend den Verbraucher 6 und Q1 + Q2 >> QB für den Verbraucher 7.
  • Alle gezeigten, auf einfache binäre Verschaltungsoperationen rückführbare Betriebsstellungen des Gesamt-Hydraulikaggregats ergeben eine in Bezug auf Energieverluste optimierte Betriebsweise, ohne dass Druckverluste an Ventilen auftreten könnten.
  • Durch das vorgestellte Zwei-Aggregate-Konzept mit jeweils einem Elektromotor inklusive Leistungsteile, Steuerung, Pumpe und Druckabsicherung lassen sich die gewünschten Verschaltungen erreichen. Die Teilaggregate 1,2 sind räumlich voneinander separierbar und versorgen, wie dargestellt, jeweils die gleiche Maschine bzw. das gleiche Gerät mit Energie. Lediglich die Software der Steuerung ist zu Synchronisationszwecken für beide Teilaggregate 1,2 gemeinsam ausgelegt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können beide Teilaggregate 1,2 aus einem gemeinsamen Tank mit filtriertem und gekühltem Fluid versorgt werden. Neben einer Kreuz- oder Parallelverschaltung ist auch eine Serienschaltung denkbar, bei der eine Druckerhöhung erfolgt; ferner ist eine Erweiterung im Rahmen einer Einspeisestation als zentrale Energiequelle möglich.

Claims (12)

  1. Hydraulikaggregat in der Art eines als Baukastensystem aufgebauten Mehraggregats, mit mindestens zwei Teilaggregaten (1,2), die jeweils eine antreibbare Druckmittelpumpe (3,5) mit unterschiedlichem Fördervolumen aufweisen, an die hydraulische Verbraucher (6,7) mit unterschiedlichem Verbrauchs- oder Schluckvolumen anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilaggregate (1,2) einzeln betreibbar und/oder derart miteinander verschaltet sind, dass ein Parallelbetrieb oder ein serieller Betrieb mit den Teilaggregaten (1,2) erreicht ist.
  2. Hydraulikaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilaggregat (1) eine von einem ersten Motor (2a) angetriebene erste Druckmittelpumpe (3) und das zweite Teilaggregat (2) eine von einem zweiten Motor (4) angetriebene zweite Druckmittelpumpe (5) aufweist, dass das Fördervolumen (Q1) der ersten Druckmittelpumpe (3) größer als das Fördervolumen (Q2) der zweiten Druckmittelpumpe (5) ist, und dass die erste und die zweite Druckmittelpumpe (3,5) zur Druckmittelversorgung von zumindest dem ersten Verbraucher (6) mit einem ersten Schluckvolumen und dem zweiten Verbraucher (7) mit einem zweiten kleineren Schluckvolumen vorgesehen sind und eine Steuereinheit (8) in Abhängigkeit von einem angeforderten Druckmittelbedarf des ersten und zweiten Verbrauchers (6,7) durch eine beliebige Kombination der Fördervolumen (Q1, Q2) der ersten und zweiten Druckmittelpumpe (3,5) die Verbraucher (6,7) bedarfsgerecht mit Druckmittel (9) versorgt.
  3. Hydraulikaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) in Abhängigkeit von der angeforderten Druckmittelmenge der Verbraucher (6,7) die erste oder zweite Druckmittelpumpe (3,5) in Betrieb setzt.
  4. Hydraulikaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) zur Darstellung eines beschleunigten Betriebs des zweiten Verbrauchers (7) diesen mit Druckmittel (9) der ersten Druckmittelpumpe (3) beaufschlagt.
  5. Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) zur Darstellung eines feingesteuerten Betriebs des ersten Verbrauchers (6) diesen mit Druckmittel (9) von der zweiten Druckmittelpumpe (5) beaufschlagt.
  6. Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervolumen (Q1, Q2) der ersten und zweiten Druckmittelpumpe (3,5) von der Steuereinheit (8) zum Betrieb des ersten oder zweiten Verbrauchers (6,7) voneinander subtrahiert oder zueinander addiert werden.
  7. Hydraulikaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feinsteuerung des ersten Verbrauchers (6) das Fördervolumen (Q1) der ersten Druckmittelpumpe (3) um das Fördervolumen (Q2) der zweiten Druckmittelpumpe (5) im Sinne einer Parallelschaltung verringert ist.
  8. Hydraulikaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum beschleunigten Betrieb des zweiten Verbrauchers (7) das Fördervolumen (Q1) der ersten Druckmittelpumpe (3) um das Fördervolumen (Q2) der zweiten Druckmittelpumpe (5) verringert ist.
  9. Hydraulikaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum beschleunigten Betrieb des ersten oder zweiten Verbrauchers (6,7) die Fördervolumen (Q1, Q2) der ersten und zweiten Druckmittelpumpe (3,5) addiert sind.
  10. Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des ersten Motors (2a) und des zweiten Motors (4) variabel ist.
  11. Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher (6,7) Stellzylinder (10,11) oder Drehwerke oder sonstige hydraulische Verbraucher sind.
  12. Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikaggregat in einem Nutzfahrzeug oder in einer stationären hydraulischen Anlage angeordnet ist.
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