EP4273377A1

EP4273377A1 - Hydraulische betriebseinrichtung für einen kühllüfter eines nutzfahrzeugs

Info

Publication number: EP4273377A1
Application number: EP23168158.6A
Authority: EP
Inventors: Manuel Billich; Michael Meid
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2022-05-03
Filing date: 2023-04-17
Publication date: 2023-11-08
Anticipated expiration: 2043-04-17
Also published as: DE102022110886A1; EP4273377B1; US12221916B2; US20230358160A1

Abstract

Hydraulische Betriebseinrichtung (12) für einen Kühllüfter (14) eines Nutzfahrzeugs (10), umfassend einen hydraulischen Motor (16) sowie ein von dem hydraulischen Motor (16) antreibbares Lüfteraggregat (18) zur Erzeugung eines Kühlluftstroms (20), eine nach Maßgabe einer Druckrückmeldung bezüglich ihres Fördervolumens verstellbare Hydraulikversorgung (38) zur Bereitstellung von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, und ein Steuerventil (44) zur Einstellung eines durch den hydraulischen Motor (16) hindurchtretenden Volumenstroms in Abhängigkeit eines eine Kühlanforderung (46) repräsentierenden Steuersignals, wobei eine in einer Versorgungsleitung (50) zwischen Steuerventil (44) und hydraulischem Motor (16) abgezweigte Sensorleitung (52) zu einem Drucksteuereingang (54) der Hydraulikversorgung (38) führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betriebseinrichtung für einen Kühllüfter eines Nutzfahrzeugs.
Eine derartige Betriebseinrichtung findet unter anderem in landwirtschaftlichen Traktoren des Herstellers John Deere zur Kühlung von mittels eines Turboladers verdichteter sowie einem aufgeladenen Dieselmotor zuzuführender Ladeluft Verwendung. Die insofern bekannte Betriebseinrichtung weist einen hydraulischen Motor auf, der ein Lüfterrad zur Erzeugung eines durch einen Ladeluftkühler hindurchtretenden Axialluftstroms antreibt. Der Betrieb des hydraulischen Motors erfolgt mittels einer eigens hierfür vorgesehenen Hydraulikpumpe mit konstantem Fördervolumen. Um in einem solchen Fall die Drehzahl des Lüfterrads und damit die Intensität des Axialluftstroms dem jeweiligen Kühlbedarf anpassen zu können, ist dem hydraulischen Motor ein Bypass-Ventil in Gestalt eines elektrisch steuerbaren Druckregelventils parallel geschaltet. Die so geschaffene Anordnung ermöglicht eine flexible Unterbringung des Ladeluftkühlers innerhalb des landwirtschaftlichen Traktors und damit eine verbesserte Nutzung des insofern zur Verfügung stehenden Bauraums.
Daneben sind landwirtschaftliche Traktoren üblicherweise auch mit einem (Haupt-) Hydrauliksystem ausgestattet, das dem Betrieb diverser fahrzeug- bzw. arbeitsbezogener Funktionen dient. Das Hydrauliksystem umfasst seinerseits eine aus einem Reservoir für Hydraulikflüssigkeit gespeiste Hydraulikpumpe in Gestalt einer hydraulischen Verstellpumpe. Die hydraulische Verstellpumpe weist einen Drucksteuereingang auf, der es ermöglicht, das Fördervolumen nach Maßgabe eines rückgemeldeten Hydraulikdrucks wunschgemäß einzustellen.
Das Vorhandensein zweier Hydraulikpumpen führt naturgemäß zu einem erhöhten Bauraumbedarf innerhalb des landwirtschaftlichen Traktors. Auch ergeben sich aus der aus Kostengründen üblichen Verwendung einer Hydraulikpumpe mit konstantem Fördervolumen zwangsläufig Kompromisse hinsichtlich der Energieeffizienz, was insbesondere für den Fall eines Teillastbetriebs des hydraulischen Motors zutrifft.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine hydraulische Betriebseinrichtung für einen Kühllüfter eines Nutzfahrzeugs hinsichtlich einer Optimierung des benötigten Bauraums sowie der Energieeffizienz auszubilden.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Betriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die hydraulische Betriebseinrichtung für einen Kühllüfter eines Nutzfahrzeugs umfasst einen hydraulischen Motor sowie ein von dem hydraulischen Motor antreibbares Lüfteraggregat zur Erzeugung eines Kühlluftstroms, eine nach Maßgabe einer Druckrückmeldung bezüglich ihres Fördervolumens verstellbare Hydraulikversorgung zur Bereitstellung von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, und ein Steuerventil zur Einstellung eines durch den hydraulischen Motor hindurchtretenden Volumenstroms in Abhängigkeit eines eine Kühlanforderung repräsentierenden Steuersignals, wobei eine in einer Versorgungsleitung zwischen Steuerventil und hydraulischem Motor abgezweigte Sensorleitung zu einem zur Druckrückmeldung vorgesehenen Drucksteuereingang der Hydraulikversorgung führt.
Zur Anpassung der Drehzahl des hydraulischen Motors und damit der Kühlleistung des Lüfteraggregats wird das Steuerventil in Abhängigkeit des Steuersignals geöffnet oder geschlossen, was zu einer entsprechenden Zu- oder Abnahme des durch den hydraulischen Motor hindurchtretenden Volumenstroms führt. Die dabei in der Versorgungsleitung auftretende Änderung des Hydraulikdrucks wird über die Sensorleitung an den Drucksteuereingang der Hydraulikversorgung rückgemeldet, worauf diese mit einer entsprechenden Erhöhung oder Verringerung des Fördervolumens reagiert.
Dies führt zu einem dem tatsächlichen Kühlbedarf angepassten und damit besonders effizienten Betrieb des Lüfteraggregats.
Der mittels des Lüfteraggregats erzeugte Kühlluftstrom tritt beispielsweise durch einen Ladeluftkühler hindurch, der der Kühlung von mittels eines Turboladers verdichteter sowie einem aufgeladenen Dieselmotor zuzuführender Ladeluft dient. Das Lüfteraggregat ist hierbei als Axial- oder Radiallüfter ausgebildet.
In der zur Lastmeldung vorgesehenen Sensorleitung kann sich ein als Konstantdrossel ausgebildetes Drosselelement in Gestalt einer Blende oder Düse befinden, das hydraulische Verluste in Richtung des Drucksteuereingangs der Hydraulikversorgung auf unkritische Werte begrenzt. Je nach konkreter Ausbildung des Hydrauliksystems kann das Drosselelement jedoch auch entfallen.
Grundsätzlich bietet sich ein Einsatz der erfindungsgemäßen Betriebseinrichtung bei all jenen Nutzfahrzeugen an, die mit einem Hydrauliksystem zum Betrieb diverser fahrzeug- bzw. arbeitsbezogener Funktionen ausgestattetet sind und die zu diesem Zweck eine (beispielsweise durch eine hydraulische Verstellpumpe gebildete) Hydraulikversorgung aufweisen. Dies trifft nicht nur auf landwirtschaftliche Traktoren zu, sondern auch auf die meisten anderen Nutzfahrzeuge aus dem land- und forstwirtschaftlichen Bereich oder dem Baumaschinenbereich. Die Notwendigkeit einer separaten Hydraulikpumpe erübrigt sich unter solchen Umständen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Betriebseinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Steuerventil um ein 2/2-Wege-Proportionalventil. Das 2/2-Wege-Proportionalventil kann elektrisch oder druckbetätigbar ausgeführt sein. Dementsprechend kann auf Grundlage des Steuersignals eine elektrische Ventilbetätigung mittels eines dem 2/2-Wege-Proportionalventil zugehörigen Solenoids oder Schrittmotors, aber auch eine hydraulische Ventilbetätigung durch Einsteuerung eines Pilotdrucks in einen Drucksteuereingang des 2/2-Wege-Proportionalventils vorgesehen sein. Die Erzeugung des Pilotdrucks erfolgt mittels eines in Abhängigkeit des Steuersignals elektrisch betätigbaren Pilotventils, das sich zwischen der Hydraulikversorgung und dem Drucksteuereingang des 2/2-Wege-Proportionalventils befindet.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass das Steuerventil druckkompensiert ausgebildet ist. Aufgrund der Druckkompensation hält das Steuerventil den nach Maßgabe des Steuersignals vorgegebenen Volumenstrom und damit die Drehzahl des Lüfteraggregats auch im Falle von Lastschwankungen des hydraulischen Motors und/oder von betriebsbedingten Druckschwankungen der Hydraulikversorgung weitgehend konstant.
In der Sensorleitung kann ein in Richtung des Drucksteuereingangs der Hydraulikversorgung durchlässiges Einweg- oder Rückschlagventil angeordnet sein. Dieses unterbindet unerwünschte Drehzahlschwankungen des Lüfteraggregats aufgrund von Druckrückwirkungen, die am Drucksteuereingang der Hydraulikversorgung aufgrund von überlagerten Lastmeldungen weiterer hydraulischer Verbraucher verursacht werden.
Anstelle eines Einweg- oder Rückschlagventils kann in der Sensorleitung auch ein in Richtung des Drucksteuereingangs der Hydraulikversorgung öffnendes Druckbegrenzungsventil angeordnet sein. Hinsichtlich der Vermeidung unerwünschter Druckrückwirkungen über die Sensorleitung verhält sich das Druckbegrenzungsventil wie ein Einweg- oder Rückschlagventil, verringert jedoch zusätzlich den an den Drucksteuereingang der Hydraulikversorgung rückgemeldeten Hydraulikdruck um einen seiner jeweiligen Schaltschwelle entsprechenden Betrag. Dies täuscht der Hydraulikversorgung letztlich eine verringerte hydraulische Last vor, die es bei geeigneter Auslegung des hydraulischen Motors erlaubt, eine zusätzliche Verbesserung der Energieeffizienz zu erzielen, ohne die mittels des Lüfteraggregats zu erbringende Kühlleistung zu beeinträchtigen.
Die erfindungsgemäße hydraulische Betriebseinrichtung für einen Kühllüfter eines Nutzfahrzeugs wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei beziehen sich identische Bezugszeichen auf übereinstimmende oder bezüglich ihrer Funktion vergleichbare Komponenten. Es zeigen:

Fig. 1: ein schematisch dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Betriebseinrichtung, und
Fig. 2: ein schematisch dargestelltes zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Betriebseinrichtung.

Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Schaltschema der erfindungsgemäßen hydraulischen Betriebseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Die in einem Nutzfahrzeug 10 befindliche hydraulische Betriebseinrichtung 12 für einen Kühllüfter 14 umfasst einen hydraulischen Motor 16 sowie ein von dem hydraulischen Motor 16 antreibbares Lüfteraggregat 18 zur Erzeugung eines Kühlluftstroms 20. Beispielsgemäß ist das Lüfteraggregat 18 als Axiallüfter 22 ausgebildet, abweichend davon kann es sich jedoch auch um einen Radiallüfter handeln. Der Axiallüfter 22 weist eine Vielzahl von entlang eines Außenumfangs einer Lüfternabe 24 hervorspringenden Lüfterflügeln 26 auf, wobei die Lüfternabe 24 über eine Antriebswelle 28 mit einem Abtrieb 30 des hydraulischen Motors 16 in Verbindung steht. Lüfteraggregat 18 und hydraulischer Motor 16 bilden hierbei in Kombination miteinander den Kühllüfter 14.
Der mittels des Lüfteraggregats 18 erzeugte Kühlluftstrom 20 tritt vorliegend durch einen Ladeluftkühler 32 hindurch, der der Kühlung von mittels eines Turboladers 34 verdichteter sowie einem aufgeladenen Dieselmotor 36 zuzuführender Ladeluft dient.
Des Weiteren umfasst die Betriebseinrichtung 12 eine durch eine hydraulische Verstellpumpe 38 gebildete Hydraulikversorgung zur Bereitstellung von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit. Diese saugt die hydraulische Verstellpumpe 38 aus einem Reservoir 42 an.
Die hydraulische Verstellpumpe 38 ist Bestandteil eines (Haupt-) Hydrauliksystems 40 des Nutzfahrzeugs 10 und dient dort dem Betrieb diverser fahrzeug- und arbeitsbezogener Funktionen. Bei dem Nutzfahrzeug 10 handelt es sich zum Beispiel um einen landwirtschaftlichen Traktor oder ein beliebiges anderes Nutzfahrzeug aus dem land- und forstwirtschaftlichen Bereich oder dem Baumaschinenbereich.
Ein Steuerventil 44 dient zur Einstellung eines durch den hydraulischen Motor 16 hindurchtretenden Volumenstroms in Abhängigkeit eines eine Kühlanforderung 46 repräsentierenden Steuersignals. Die Erzeugung des (vorliegend elektrischen) Steuersignals erfolgt mittels einer Kontrolleinheit 48, die der Überwachung eines seitens des Ladeluftkühlers 32 angeforderten Kühlbedarfs dient.
Weiterhin führt eine in einer Versorgungsleitung 50 zwischen Steuerventil 44 und hydraulischem Motor 16 abgezweigte Sensorleitung 52 zu einem der Druckrückmeldung dienenden Drucksteuereingang 54 der hydraulischen Verstellpumpe 38.
Zur Anpassung der Drehzahl des hydraulischen Motors 16 und damit der Kühlleistung des Lüfteraggregats 18 wird das Steuerventil 44 in Abhängigkeit des Steuersignals geöffnet oder geschlossen, was zu einer entsprechenden Zu- oder Abnahme des durch den hydraulischen Motor 16 hindurchtretenden Volumenstroms führt. Die dabei in der Versorgungsleitung 50 auftretende Änderung des Hydraulikdrucks wird über die Sensorleitung 52 an den Drucksteuereingang 54 der hydraulischen Verstellpumpe 38 rückgemeldet, worauf diese mit einer entsprechenden Erhöhung oder Verringerung des Fördervolumens reagiert.
Gemäß Fig. 1 befindet sich in der zur Lastmeldung vorgesehenen Sensorleitung 52 ein als Konstantdrossel ausgebildetes Drosselelement 56 in Gestalt einer Blende oder Düse, das hydraulische Verluste in Richtung des Drucksteuereingangs 54 der hydraulischen Verstellpumpe 38 auf unkritische Werte begrenzt. Je nach konkreter Ausbildung des Hydrauliksystems 40 kann das Drosselelement 56 jedoch auch entfallen.
In der Sensorleitung 52 ist ferner ein in Richtung des Drucksteuereingangs 54 der hydraulischen Verstellpumpe 38 durchlässiges Einweg- oder Rückschlagventil 58 angeordnet. Dieses liegt innerhalb der Sensorleitung 52 in Serie zum Drosselelement 56. Das Einweg- oder Rückschlagventil 58 unterbindet unerwünschte Drehzahlschwankungen des Lüfteraggregats 18 aufgrund von Druckrückwirkungen, die am Drucksteuereingang 54 der hydraulischen Verstellpumpe 38 aufgrund von überlagerten Lastmeldungen weiterer hydraulischer Verbraucher verursacht werden.
Beispielsgemäß handelt es sich bei dem Steuerventil 44 um ein 2/2-Wege-Proportionalventil 60, das sich mittels eines zugehörigen Solenoids 62 auf Grundlage des von der Kontrolleinheit 48 erzeugten Steuersignals elektrisch betätigen lässt.
Das Steuerventil 44 ist druckkompensiert ausgebildet. Hierzu befindet sich zwischen hydraulischer Verstellpumpe 38 und 2/2-Wege-Proportionalventil 60 ein Druckregelventil 64, das einen ausgangsseitigen Hydraulikdruck mit einem eingangsseitigen Hydraulikdruck am 2/2-Wege-Proportionalventil 60 vergleicht und auf einen festen Differenzdruck einstellt. Auf diese Weise hält das 2/2-Wege-Proportionalventil 60 den nach Maßgabe des Steuersignals vorgegebenen Volumenstrom und damit die Drehzahl des Lüfteraggregats 18 auch im Falle von Lastschwankungen des hydraulischen Motors 16 und/oder von betriebsbedingten Druckschwankungen der Hydraulikversorgung weitgehend konstant. Das Druckregelventil 64 kann gemeinsam mit dem 2/2-Wege-Proportionalventil 60 baulicher Bestandteil des Steuerventils 44 sein.
Bei geringeren Anforderungen an die Konstanz der Kühlleistung kann auch auf eine Druckkompensation verzichtet werden, das zusätzliche Druckregelventil 64 entfällt dann.
Zur Verwirklichung eines ausfallsicheren Betriebs ist das 2/2-Wege-Proportionalventil 60 beispielsgemäß derart ausgebildet, dass dieses bei einem Fehler der Kontrolleinheit 48 von selbst eine vollständig geöffnete Stellung einnimmt und so die erforderliche Kühlung des Ladeluftkühlers 32 aufrechterhält. Davon abweichend ist es jedoch auch möglich, dass das 2/2-Wege-Proportionalventil 60 in Richtung einer geschlossenen Stellung vorgespannt ist, sodass bei einem Ausfall der Kontrolleinheit 48 der Betrieb des hydraulischen Motors 16 gezielt unterbrochen wird. Ein entsprechend ausgebildetes 2/2-Wege-Proportionalventil 60 ist repräsentativ in Fig. 2 wiedergegeben.
Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Schaltschema der erfindungsgemäßen hydraulischen Betriebseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses unterscheidet sich neben der bereits erwähnten abweichenden Ausbildung des 2/2-Wege-Proportionalventils 60 gegenüber dem in Fig. 1 wiedergegebenen ersten Ausführungsbeispiel ferner dahingehend, dass anstelle eines Einweg- oder Rückschlagventils 58 in der Sensorleitung 52 ein in Richtung des Drucksteuereingangs 54 der hydraulischen Verstellpumpe 38 öffnendes Druckbegrenzungsventil 66 angeordnet ist. Hinsichtlich der Vermeidung unerwünschter Druckrückwirkungen über die Sensorleitung 52 verhält sich das Druckbegrenzungsventil 66 wie ein Einweg- oder Rückschlagventil, verringert jedoch zusätzlich den an den Drucksteuereingang 54 rückgemeldeten Hydraulikdruck um einen seiner jeweiligen Schaltschwelle entsprechenden Betrag. Dies täuscht der hydraulischen Verstellpumpe 38 letztlich eine verringerte hydraulische Last vor, die es bei geeigneter Auslegung des hydraulischen Motors 16 erlaubt, eine zusätzliche Verbesserung der Energieeffizienz zu erzielen, ohne die mittels des Lüfteraggregats 18 zu erbringende Kühlleistung zu beeinträchtigen.

Claims

Hydraulische Betriebseinrichtung für einen Kühllüfter eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen hydraulischen Motor (16) sowie ein von dem hydraulischen Motor (16) antreibbares Lüfteraggregat (18) zur Erzeugung eines Kühlluftstroms (20), eine nach Maßgabe einer Druckrückmeldung bezüglich ihres Fördervolumens verstellbare Hydraulikversorgung (38) zur Bereitstellung von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, und ein Steuerventil (44) zur Einstellung eines durch den hydraulischen Motor (16) hindurchtretenden Volumenstroms in Abhängigkeit eines eine Kühlanforderung (46) repräsentierenden Steuersignals, wobei eine in einer Versorgungsleitung (50) zwischen Steuerventil (44) und hydraulischem Motor (16) abgezweigte Sensorleitung (52) zu einem Drucksteuereingang (54) der Hydraulikversorgung (38) führt.
Betriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Steuerventil (44) um ein 2/2-Wege-Proportionalventil (60) handelt.
Betriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (44) druckkompensiert ausgebildet ist.
Betriebseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensorleitung (52) ein in Richtung des Drucksteuereingangs (54) der Hydraulikversorgung (38) durchlässiges Einweg- oder Rückschlagventil (58) angeordnet ist.
Betriebseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensorleitung (52) ein in Richtung des Drucksteuereingangs (54) der Hydraulikversorgung (38) öffnendes Druckbegrenzungsventil (66) angeordnet ist.