EP4524403A1 - Hydraulische anordnung und nutzfahrzeug - Google Patents

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EP4524403A1
EP4524403A1 EP24191646.9A EP24191646A EP4524403A1 EP 4524403 A1 EP4524403 A1 EP 4524403A1 EP 24191646 A EP24191646 A EP 24191646A EP 4524403 A1 EP4524403 A1 EP 4524403A1
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EP
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pump
auxiliary
hydraulic
valve unit
variable displacement
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EP24191646.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel Billich
Michael Meid
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Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
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    • F15B2211/863—Control during or prevention of abnormal conditions the abnormal condition being a hydraulic or pneumatic failure
    • F15B2211/8633—Pressure source supply failure

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic arrangement for a commercial vehicle with a hydraulic variable displacement pump for supplying hydraulic consumers of the commercial vehicle. Furthermore, the invention relates to a commercial vehicle with such a hydraulic arrangement.
  • variable displacement pumps In tractors, it is common practice to use variable displacement pumps to supply internal or external hydraulic consumers (e.g., on attachments).
  • the variable displacement pump is driven, preferably via a gearbox, by the drive engine of the commercial vehicle or tractor.
  • the control system of the variable displacement pump When the drive engine is started, the control system of the variable displacement pump is often set to a maximum delivery position, i.e., to deliver a maximum hydraulic flow. This requires a correspondingly high drive power from the drive engine.
  • a cold start of the commercial vehicle can further increase the power consumption of the variable displacement pump due to the increased viscosity of the hydraulic fluid.
  • the present invention is based on the object of proposing a hydraulic arrangement and a commercial vehicle which reduces the power required for the variable displacement pump when starting the commercial vehicle.
  • a hydraulic arrangement for a commercial vehicle which includes a hydraulic variable displacement pump and a supply connection as an interface for supplying hydraulic consumers. These include consumers inside the vehicle and possibly also external consumers (e.g., in an attachment).
  • the variable displacement pump is adjustable in terms of its delivery rate or volume flow by an adjustment control, which is dependent on an output pressure of the variable displacement pump and optionally on one or more other physical variables.
  • the hydraulic arrangement includes a hydraulic auxiliary pump and an auxiliary supply connection as an interface for the auxiliary supply of at least some of the hydraulic consumers (e.g., a steering system and/or braking system), particularly in an emergency in which the variable displacement pump fails.
  • a hydraulic valve unit is arranged in the hydraulic flow path between a variable displacement pump outlet and the supply connection.
  • variable displacement pump outlet In a first switching position of the valve unit, the variable displacement pump outlet is hydraulically connected to the supply connection and hydraulically separated from an auxiliary pump outlet. In a second switching position of the valve unit, the variable pump outlet is hydraulically separated from the supply connection and hydraulically connected to the auxiliary pump outlet.
  • the pump outlet or variable displacement pump outlet can be a hydraulic outlet directly on the variable displacement pump itself or be designed as a hydraulic output of a pump unit containing the variable-displacement pump.
  • the auxiliary pump output can also be a hydraulic output directly on the auxiliary pump itself or be designed as a hydraulic output of an auxiliary pump unit containing the auxiliary pump.
  • variable displacement pumps With variable displacement pumps, the delivery rate or volume flow of the pumped hydraulic medium (e.g., oil) can be adjusted not only by varying the drive speed, but also at a constant drive speed of the variable displacement pump.
  • Various parameters can be used as control variables, e.g., the current hydraulic pressure, particularly at the variable displacement pump outlet and/or at a hydraulic feedback connection to which a hydraulic feedback pressure from hydraulic consumers is applied.
  • the respective control variable(s) can influence a suitable control system, which adjusts the delivery rate of the variable displacement pump, particularly continuously.
  • the adjustment control can be adjusted between a conveying position with a maximum flow rate and a conveying position with a minimum flow rate.
  • a hydraulic adjustment cylinder is preferably used for this purpose.
  • the technical objective can be achieved of providing a predetermined target pressure as the output pressure at the pump outlet of the variable displacement pump during the starting phase of the drive engine of the commercial vehicle, so that this output pressure causes the lowest possible, in particular a minimum, delivery rate of the variable displacement pump through the adjustment control. Power consumption or the power consumption of the variable displacement pump can be minimized, which relieves the load on the drive motor and the starter motor of the commercial vehicle that drives it during the starting phase.
  • variable displacement pump during the starting phase of the commercial vehicle is supported by the auxiliary pump and the valve unit.
  • the valve unit can be actuated to assume its second switching position, in which the variable displacement pump output is hydraulically connected to the auxiliary pump output and hydraulically separated from the supply connection.
  • the second switching position creates the prerequisite for a predetermined target pressure to be built up at the variable displacement pump output by means of the activated auxiliary pump. This allows the variable displacement pump and consequently the drive motor and starter motor of the commercial vehicle to be supported during the starting phase with low energy losses.
  • the first switching position of the valve unit is preferably its rest or initial position. This first switching position can be activated, particularly after the commercial vehicle has completed its start-up phase.
  • the variable displacement pump can then properly supply the consumers with hydraulic fluid.
  • the value of the predetermined target pressure at the pump outlet is preferably defined such that it corresponds to at least a pressure difference at the adjustment control, which causes a minimum delivery rate of the variable pump.
  • This pressure difference (e.g., approximately 26 bar) can be referred to as a control pressure difference and is, in particular, a difference between the output pressure at the pump outlet and a feedback pressure from hydraulic consumers.
  • a pump drive shaft driving the variable displacement pump is mechanically connected, in particular via a gear, to an output shaft of the drive motor.
  • the auxiliary pump can be used to build up a predetermined target pressure at the pump outlet and thus reduce or minimize the delivery rate of the variable displacement pump during the start-up phase. This avoids the drive power conventionally required during the start-up process, thus relieving the load on the variable displacement pump and the drive motor, as well as the starter motor of the commercial vehicle, particularly during a cold start with high viscosity of the hydraulic medium.
  • the commercial vehicle start-up process can be carried out with significantly lower power requirements, which also supports the technical process of a successful cold start.
  • the valve unit is preferably in its second switching position when the variable displacement pump is stationary and the auxiliary pump is driven. This allows the desired or predetermined output pressure or target pressure to be built up at the variable displacement pump outlet without this having to be done by the variable displacement pump itself.
  • This state at the variable displacement pump outlet can advantageously be created immediately before the drive motor of the commercial vehicle is started, so that when the drive motor of the commercial vehicle is started, the variable displacement pump has a significantly reduced or minimal power consumption. This can prevent power losses of the drive motor and of the starter motor during the starting process of the commercial vehicle.
  • the valve unit preferably has at least one additional switching position in addition to the first and second switching positions.
  • a further switching position of the valve unit referred to as a disconnecting switching position, is designed such that, upon activation, the output of the variable displacement pump is disconnected from the supply connection and from the output of the auxiliary pump.
  • This isolation switch position is advantageously activated when the predetermined target pressure has been reached or exceeded at the output of the variable displacement pump in the second switch position. This ensures, even in the event of hydraulic leaks in the hydraulic consumers, that the pressure built up at the output of the variable displacement pump is maintained while the isolation switch position is activated. This allows, for example, the necessary pressure to be maintained at the pump output during the start-up phase of the drive motor without the need to activate the auxiliary pump.
  • the valve unit is transferred from the aforementioned isolating switching position into its first switching position, in which the output of the variable displacement pump is hydraulically connected to the supply connection and thus supplies the consumers with hydraulic medium.
  • the hydraulic arrangement in the flow path between the output of the auxiliary pump and the auxiliary supply connection comprises a hydraulic auxiliary valve unit with multiple switching positions, in particular two switching positions.
  • a first switching position the output of the auxiliary pump is hydraulically connected to the auxiliary supply connection.
  • a second switching position the output of the auxiliary pump is hydraulically separated from the auxiliary supply connection.
  • the first switching position of the auxiliary valve unit is preferably its rest position or initial position.
  • the functionality of the auxiliary valve unit allows the hydraulic connection to the auxiliary supply connection to be separated or interrupted when the auxiliary pump is driven by activating the second switching position of the auxiliary valve unit. With this second switching position, the auxiliary valve unit supports energy-saving operation of the auxiliary pump, since despite any leaks in the area of the hydraulic consumers, no flow or volume flow from the auxiliary pump flows toward the auxiliary supply connection.
  • the auxiliary valve unit and the valve unit are at least temporarily in their respective second switching positions when the auxiliary pump is driven. This combination of switching positions allows a target pressure to be efficiently built up at the output of the variable displacement pump before the commercial vehicle's drive engine is started.
  • the auxiliary valve unit and the valve unit are at least temporarily in their respective first switching positions when the variable displacement pump is driven.
  • This combination of switching positions can reliably ensure the supply of hydraulic consumers during and/or after the start-up phase of the drive motor. Should the variable displacement pump fail, emergency hydraulic operation for at least some hydraulic consumers, especially safety-relevant consumers (e.g., the braking and/or steering system), can be ensured without any special technical effort simply by driving or activating the auxiliary pump.
  • valve unit and/or the auxiliary valve unit is designed to change its Switching position can be controlled depending on sensor signals from a pressure sensor.
  • This pressure sensor is hydraulically connected in particular to the output of the auxiliary pump or to the output of the variable displacement pump. This makes it technically simple and reliable to detect whether the aforementioned predetermined target pressure at the output of the variable displacement pump has been reached or exceeded.
  • the pressure sensor is connected, for example, to a control unit which processes the pressure sensor signals and controls the valve unit and/or the auxiliary valve unit and/or other valves in the hydraulic arrangement. The control can take place depending on the pressure sensor signals and/or other signals or data (e.g. speed of the drive motor, bus signals of a control and/or data bus of the commercial vehicle).
  • the valve unit and/or the auxiliary valve unit is preferably designed as a directional control valve with several switching positions, in particular as a proportional valve.
  • the valve unit has a hydraulic control input, which is hydraulically connected to the output of the variable displacement pump.
  • a switching position of the valve unit can be changed or activated by means of the control input.
  • the valve unit is dimensioned such that the switching position of the valve unit changes when the predetermined target pressure at the variable displacement pump output is reached or exceeded.
  • the previously explained isolating switching position is then automatically established, in which the output of the variable displacement pump is hydraulically separated from the supply connection and from the output of the auxiliary pump.
  • valve unit and/or auxiliary valve unit can be controlled or actuated in a variety of suitable, technically reliable ways.
  • direct electrical control in particular via an electromagnet
  • indirect control via a hydraulic pilot valve is provided, which is electrically controllable and exerts a hydraulic control pressure on the valve unit or auxiliary valve unit.
  • the hydraulic pilot control valve preferably has a control pressure connection which is hydraulically connected to a hydraulic control pressure inlet of the valve unit or the auxiliary valve unit. This allows the valve unit or the auxiliary valve unit to be controlled by a hydraulic control pressure.
  • the pilot control valve is designed such that the control pressure connection is hydraulically connected to a hydraulic tank in one switching position of the pilot control valve and is hydraulically connected to the output of the auxiliary pump in another switching position of the pilot control valve. This allows the output pressure of the auxiliary pump to be used to change a switching position of the affected valve unit or auxiliary valve unit upon (particularly electrical) actuation of the pilot control valve.
  • the invention further relates to a commercial vehicle, preferably an agricultural or forestry towing vehicle (e.g. a tractor or tractor) or a construction machine, with a drive motor and with a hydraulic arrangement according to one of claims 1 to 12.
  • a commercial vehicle preferably an agricultural or forestry towing vehicle (e.g. a tractor or tractor) or a construction machine, with a drive motor and with a hydraulic arrangement according to one of claims 1 to 12.
  • the commercial vehicle according to the invention has the advantages of the hydraulic arrangement according to the invention described above.
  • the hydraulic arrangement enables efficient technical operation of the variable displacement pump before, during, and after a starting process of the drive engine of a commercial vehicle. Particularly during a cold start, conventional impairments in the starting phase of the drive engine can be avoided.
  • the hydraulic arrangement enables the variable displacement pump, the drive motor, and the starter motor driving it to be operated with particularly low energy losses.
  • the starting process of the commercial vehicle can be carried out with significantly lower power requirements, which also supports the technical process of a successful cold start.
  • the commercial vehicle may have a drive motor for driving the variable displacement pump included in the hydraulic arrangement.
  • the auxiliary supply connection is hydraulically connected to a braking system and/or a steering system of the commercial vehicle.
  • the technical prerequisites for a technically simple emergency operation of the braking and/or steering system are created by the hydraulic arrangement according to the invention being modularly integrated into the commercial vehicle, and the auxiliary pump being hydraulically connected to the auxiliary supply connection.
  • This hydraulic connection can be direct or indirect (e.g., by interposing the auxiliary valve unit).
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an agricultural utility vehicle 10 according to the invention, in particular in the form of a tractor, with a drive train 20.
  • the Commercial vehicle 10 further includes a cab 12, a front vehicle axle 14, and a rear vehicle axle 26.
  • Commercial vehicle 10 may have one or more ground engagement means in the form of wheels 28.
  • Drivetrain 20 includes a drive motor 22, which may be embodied as an internal combustion engine, and a transmission structure 30, which may be composed of various individual transmission components.
  • the commercial vehicle 10 has a hydraulic arrangement 42 with a pump unit 40.
  • the drive motor 22 can drive the transmission structure 30, which drives a variable-displacement pump 46 of the pump unit 40 via a transmission component and a pump drive shaft 44.
  • the hydraulic arrangement 42 can be integrated into the commercial vehicle 10 in a modular manner.
  • a modular installation of the hydraulic arrangement 42 in the commercial vehicle 10 can be supported by various hydraulic interfaces.
  • a supply connection 48, a feedback connection 50, and an auxiliary supply connection 52 can serve as such interfaces.
  • a pump outlet 54 of the pump unit 40 can be connected to the supply connection 48 via a hydraulic valve unit 56 to supply hydraulic consumers 58 of the commercial vehicle 10.
  • the consumers 58 include, among others, a steering system 60 and a braking system 62.
  • An adjustment control 64 for adjusting a hydraulic delivery rate of the variable pump 46 depends on its outlet pressure p_a and on a load signaling pressure at the feedback connection 50.
  • the arrangement 42 comprises an auxiliary pump unit 66 with an auxiliary pump 70 driven by an auxiliary pump motor 68 (e.g., an electric motor). Its auxiliary pump outlet 72 is hydraulically connectable to the auxiliary supply connection 52 via an auxiliary valve unit 74.
  • auxiliary pump unit 66 For example, in the event of a failure of the pump unit 40, hydraulic consumers required for driving, in particular the steering system 60 and the braking system 62, can be supplied via the auxiliary pump unit 66 in an emergency mode.
  • the valve unit 56 is designed like a 3/2-way valve.
  • the pump outlet 54 In its first switching position 56-0, corresponding to the rest position, the pump outlet 54 is hydraulically connected to the supply port 48 and hydraulically separated from the auxiliary pump outlet 72.
  • the pump outlet 54 In the second switching position 56-a, the pump outlet 54 is hydraulically separated from the supply port 48 and hydraulically connected to the auxiliary pump outlet 72.
  • the auxiliary valve unit 74 according to Fig. 2 is designed as a 2/2-way valve.
  • the auxiliary pump outlet 72 In its first switching position 74-0, corresponding to the rest position, the auxiliary pump outlet 72 is hydraulically connected to the auxiliary supply port 52.
  • the auxiliary pump outlet 72 In the second switching position 74-a, the auxiliary pump outlet 72 is hydraulically separated from the auxiliary supply port 52.
  • variable displacement pump 46 and the auxiliary pump 70 are each connected to a hydraulic tank 76.
  • the hydraulic medium delivered to the consumers 58 flows back into the hydraulic tank 76.
  • a pressure sensor 78 with a pressure input 80 is connected to the auxiliary pump outlet 72.
  • the pressure input 80 is connected to the pump outlet 54.
  • a signal output 82 of the pressure sensor 78 is connected to an electrical control unit 84, which, among other things, processes the output signals or sensor signals S of the pressure sensor 78.
  • the control unit 84 can detect the current pressure present at the auxiliary pump outlet 72 and/or the current output pressure p_a present at the pump outlet 54.
  • the control unit 84 can, among other things, control the valve unit 56 and the auxiliary valve unit 74 in order to change their respective switching positions.
  • a hydraulic check valve 86 is interposed between the auxiliary pump outlet 72 and an outlet 90 of the auxiliary pump unit 66. Furthermore, the auxiliary pump 70 is combined with a hydraulic pressure valve 88.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the hydraulic arrangement 42.
  • the outlet 90 of the auxiliary pump unit 66 is then hydraulically connected directly to the auxiliary supply connection 52.
  • the aforementioned hydraulic interfaces - supply connection 48, feedback connection 50, auxiliary supply connection 52 - can preferably be arranged directly on the respective component (e.g. pump unit 40, auxiliary pump unit 66, valve unit 56, auxiliary valve unit 74) of the hydraulic arrangement 42 or by means of a line-like Extension may be arranged at a distance from the respective component of the hydraulic arrangement 42.
  • valve unit 56 has, in addition to the first and second switching positions 56-0, 56-a, a third switching position in the form of a disconnecting switching position 56-t.
  • the disconnecting switching position 56-t is activated, the pump outlet 54 of the variable displacement pump 54 is hydraulically separated from the supply connection 48 and, at the same time, also hydraulically separated from the auxiliary pump outlet 72 or from the auxiliary pump unit 66.
  • valve unit 56 with the two switching positions 56-0, 56-a and the valve unit 56 with the three switching positions 56-0, 56-a, 56-t can optionally be designed as a continuously adjustable directional control valve, as shown in Fig. 4a shown.
  • valve unit 56 has a control input 92, which is hydraulically connected to the pump output 54 of the variable displacement pump 46.
  • a specific switching position of the valve unit 56 in particular the isolating switching position 56-t, can be automatically activated by the hydraulic control pressure applied to the control input 92.
  • the isolating switch position 56-t is activated by electrical control via the control unit 84.
  • valve unit 56 and the auxiliary valve unit 74 can be directly electrically controlled via the control unit 84 in order to activate a different switching position.
  • valve unit 56 is dimensioned and its control can be combined by the control unit 84 with the hydraulic control input 92 in such a way that an activated electromagnet 94, together with a pressure-limiting spring 96, holds the valve unit 56 in the second switching position 56-a until the predetermined target pressure p_soll is reached at the pump outlet 54.
  • This target pressure p_soll causes the valve unit 56 to be transferred to the switching position 56-t via the control input 92.
  • valve unit 56 and/or the auxiliary valve unit 74 can each be controlled via an electrically controllable hydraulic pilot valve 98.
  • the pilot valve 98 is in Fig. 5a and Fig. 5b shown in two possible embodiments.
  • the pilot valve 98 is designed in both embodiments as a directional control valve with two switching positions 98-0, 98-a, whereby in the embodiment according to Fig. 5b is continuously adjustable.
  • the switching position 98-0 is preferably the rest position of the pilot control valve 98.
  • the pilot control valve 98 has a control pressure connection 100, which is hydraulically connected to a hydraulic control pressure inlet 102 of the valve unit 56 or the auxiliary valve unit 74.
  • control pressure connection 100 is hydraulically connected to one or the hydraulic tank 76.
  • control pressure connection 100 is hydraulically connected to the auxiliary pump outlet 72 or the outlet 90 of the auxiliary pump unit 66.
  • the starting phase of the drive motor 22 can be carried out with particularly low Energy losses are supported, which means technical advantages, especially during a cold start.
  • the adjustment control 64 Before starting the commercial vehicle 10, the adjustment control 64, in particular its adjustment cylinder, is usually set to a delivery position for a maximum delivery rate due to the pressure conditions at the pump outlet 54 and at the feedback connection 50.
  • the goal is to keep the power consumption of the variable displacement pump 46 as low as possible during the start-up phase of the commercial vehicle 10 and consequently to set the adjustment control 64, in particular its adjustment cylinder, to a delivery position for a minimum delivery rate.
  • This goal is achieved with the hydraulic arrangements 42 according to Fig. 2 and Fig. 3 reached.
  • an intended start of the drive motor 22 is detected by the control unit 84 (e.g. via received bus signals from a vehicle bus, such as ISOBUS, CAN), which then switches the valve unit 56 and the auxiliary valve unit 74 to their second switching position 56-a, 74-a.
  • the auxiliary pump motor 68 is activated by the control unit 84, so that the auxiliary pump 70 is driven and the output pressure p_a at the pump outlet 54 increases, while the variable displacement pump 46 is stationary.
  • variable displacement pump 46 As soon as the rising output pressure p_a has reached or exceeded a predetermined target pressure p_soll - depending on the system, for example, approximately 26 bar - the control unit 64 is in its minimum delivery position, so that the variable displacement pump 46 has no or only a low power consumption. This allows the power consumption of the Variable displacement pump 46 can be significantly reduced in the starting phase of the commercial vehicle 10, whereby the drive motor 22 and its starter motor are relieved in the starting phase.
  • the control unit 84 can control the hydraulic arrangement 42 in the desired manner after the predetermined target pressure p_soll is reached or exceeded.
  • the auxiliary pump motor 68 is reduced in terms of its drive speed or switched off.
  • the drive motor 22 is started, and after a stable speed is reached, the valve unit 56 and the auxiliary valve unit 74 are transferred to their respective first switching positions 56-0, 74-0 and their rest positions, respectively.
  • the valve unit 56 then allows the hydraulic consumers to be supplied by the variable displacement pump 46.
  • the hydraulic arrangement 42 according to Fig. 3 works in contrast to the embodiment according to Fig. 2 without the auxiliary valve unit 74, so that the output 90 is directly hydraulically connected to the auxiliary supply connection 52.
  • the hydraulic arrangement 42 is actuated according to Fig. 3 in principle controlled in the same way as in the variant according to Fig. 2 .
  • the valve unit 56 is first switched from the rest position or from the first switching position 56-0 to its second switching position 56-a.
  • the auxiliary pump 70 is driven.
  • the auxiliary pump 70 requires a greater drive power than in the variant according to Fig.
  • auxiliary pump 70 may be useful or necessary during the start-up phase of the drive motor 22 in order to maintain the required hydraulic pressure p_soll at the pump outlet 54 during the start-up phase.
  • the valve unit 56 when executing according to Fig. 3
  • the aforementioned continued operation of the auxiliary pump 70 during the starting phase of the drive motor 22 can be avoided by equipping the valve unit 56 with the additional isolating switching position 56-t ( Fig. 4a, Fig. 4b ).
  • the valve unit 56 can then be transferred from the second switching position 56-a to the isolating switching position 56-t in order to maintain the achieved target pressure p_soll.
  • the valve unit 56 is transferred by means of the control unit 84 from the isolating switching position 56-t to its rest position or first switching position 56-0.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Anordnung (42) für ein Nutzfahrzeug (10) mit einer hydraulischen Verstellpumpe (46) und einem Versorgungsanschluss (48) als Schnittstelle zur Versorgung hydraulischer Verbraucher (58, 60, 62) des Nutzfahrzeugs (10). Eine von einem Ausgangsdruck (p_a) der Verstellpumpe (46) abhängige Verstellsteuerung (64) dient der Verstellung der Verstellpumpe (46). Außerdem enthält die Anordnung (42) eine hydraulische Hilfspumpe (70) und einen Hilfsversorgungsanschluss (52) als Schnittstelle zur hilfsweisen Versorgung zumindest eines Teils der Verbraucher (60, 62). Weiterhin ist in der Anordnung (42) eine hydraulische Ventileinheit (56) mit mehreren Schaltstellungen (56-0, 56-a) enthalten. Die Ventileinheit (56) ist im Durchflussweg zwischen einem Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) und dem Versorgungsanschluss (48) angeordnet. In einer ersten Schaltstellung (56-0) der Ventileinheit (56) ist der Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) mit dem Versorgungsanschluss (48) hydraulisch verbunden und von dem Hilfspumpenausgang (72) der Hilfspumpe (70) hydraulisch getrennt. In einer zweiten Schaltstellung (56-a) der Ventileinheit (56) ist der Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) von dem Versorgungsanschluss (48) hydraulisch getrennt und mit dem Hilfspumpenausgang (72) der Hilfspumpe (70) hydraulisch verbunden. Die Erfindung betrifft weiter ein Nutzfahrzeug (10) mit einer solchen hydraulischen Anordnung (42).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine hydraulische Anordnung für ein Nutzfahrzeug mit einer hydraulischen Verstellpumpe zur Versorgung hydraulischer Verbraucher des Nutzfahrzeugs. Weiter betrifft die Erfindung ein Nutzfahrzeug mit einer solchen hydraulischen Anordnung.
  • Bei Traktoren ist es bekannt, variable Verstellpumpen für die Versorgung fahrzeuginterner oder externer (z.B. bei Anbaugeräten) hydraulischer Verbraucher einzusetzen. Die Verstellpumpe wird, vorzugsweise über ein Getriebe, von dem Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs bzw. Traktors angetrieben. Bei einem Startvorgang des Antriebsmotors ist die Verstellsteuerung der Verstellpumpe in vielen Fällen auf eine maximale Förderposition, d.h. zur Förderung einer maximalen Hydraulikmenge, eingestellt. Dies erfordert eine entsprechend hohe Antriebsleistung des Antriebsmotors. Ein Kaltstart des Nutzfahrzeugs kann wegen der erhöhten Viskosität des Hydraulikmediums den Leistungsverbrauch der Verstellpumpe zusätzlich ansteigen lassen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Anordnung und ein Nutzfahrzeug vorzuschlagen, welche die für die Verstellpumpe benötigte Leistung beim Starten des Nutzfahrzeugs reduziert.
  • Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung und des erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugs gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Gemäß Anspruch 1 wird eine hydraulische Anordnung für ein Nutzfahrzeug vorgeschlagen, welche eine hydraulische Verstellpumpe und einen Versorgungsanschluss als Schnittstelle zur Versorgung hydraulischer Verbraucher enthält. Dabei handelt es sich um fahrzeuginterne Verbraucher und ggf. auch um fahrzeugexterne Verbraucher (z.B. bei einem Anbaugerät). Die Verstellpumpe ist hinsichtlich ihrer Fördermenge bzw. ihres Volumenstromes durch eine Verstellsteuerung verstellbar, welche von einem Ausgangsdruck der Verstellpumpe und optional von einer oder mehreren weiteren physikalischen Größen abhängig ist. Weiterhin enthält die hydraulische Anordnung eine hydraulische Hilfspumpe und einen Hilfsversorgungsanschluss als Schnittstelle zur hilfsweisen Versorgung zumindest eines Teils der hydraulischen Verbraucher (z.B. eines Lenksystems und/oder Bremssystems), insbesondere in einem Notfall, bei dem die Verstellpumpe ausfällt. Im hydraulischen Durchflussweg zwischen einem Verstellpumpenausgang und dem Versorgungsanschluss ist eine hydraulische Ventileinheit angeordnet. Sie weist mehrere, insbesondere zwei oder drei, Schaltstellungen auf. In einer ersten Schaltstellung der Ventileinheit ist der Verstellpumpenausgang mit dem Versorgungsanschluss hydraulisch verbunden und von einem Hilfspumpenausgang hydraulisch getrennt. In einer zweiten Schaltstellung der Ventileinheit ist der Verstellpumpenausgang von dem Versorgungsanschluss hydraulisch getrennt und mit dem Hilfspumpenausgang hydraulisch verbunden.
  • Der Pumpenausgang bzw. Verstellpumpenausgang kann ein hydraulischer Ausgang unmittelbar an der Verstellpumpe selbst sein oder als ein hydraulischer Ausgang einer die Verstellpumpe enthaltenden Pumpeneinheit ausgeführt sein. Analog kann auch der Hilfspumpenausgang ein hydraulischer Ausgang unmittelbar an der Hilfspumpe selbst sein oder als ein hydraulischer Ausgang einer die Hilfspumpe enthaltenden Hilfspumpeneinheit ausgeführt sein.
  • Bei Verstellpumpen kann die Fördermenge bzw. der Volumenstrom des geförderten Hydraulikmediums (z.B. Öl) nicht nur durch unterschiedliche Antriebsdrehzahlen, sondern auch bei gleichbleibender Antriebsdrehzahl der Verstellpumpe verstellt werden. Als Stellgrößen sind verschiedene Parameter denkbar, z.B. ein aktueller Hydraulikdruck, insbesondere am Verstellpumpenausgang und/oder an einem hydraulischen Rückmeldeanschluss, an welchem ein hydraulischer Rückmeldedruck von hydraulischen Verbrauchern anliegt. Die jeweilige(n) Stellgröße(n) kann bzw. können eine geeignete Verstellsteuerung beeinflussen, welche die Verstellpumpe hinsichtlich ihrer Fördermenge verstellt, insbesondere kontinuierlich verstellt.
  • Die Verstellsteuerung kann zwischen einer Förderposition mit einer maximalen Fördermenge und einer Förderposition mit einer minimalen Fördermenge verstellt werden. Vorzugsweise wird hierbei ein hydraulischer Verstellzylinder verwendet.
  • Mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung kann das technische Ziel erreicht werden, in der Startphase des Antriebsmotors des Nutzfahrzeugs am Pumpenausgang der Verstellpumpe einen vorbestimmten Soll-Druck als Ausgangsdruck bereitzustellen, damit dieser Ausgangsdruck durch die Verstellsteuerung eine möglichst geringe, insbesondere eine minimale, Fördermenge der Verstellpumpe bewirkt. Hierdurch kann der Leistungsverbrauch bzw. die Leistungsaufnahme der Verstellpumpe minimiert werden, wodurch der Antriebsmotor und der ihn antreibende Startermotor des Nutzfahrzeugs in der Startphase entlastet sind.
  • Dieser in der Startphase des Nutzfahrzeugs gewünschte physikalische Zustand der Verstellpumpe wird durch die Hilfspumpe und die Ventileinheit unterstützt. Hierbei kann die Ventileinheit derart betätigt werden, dass sie ihre zweite Schaltstellung einnimmt, in der der Verstellpumpenausgang mit dem Ausgang der Hilfspumpe hydraulisch verbunden ist und von dem Versorgungsanschluss hydraulisch getrennt ist. Die zweite Schaltstellung schafft die Voraussetzung dafür, dass mittels der aktivierten Hilfspumpe an dem Verstellpumpenausgang ein vorbestimmter Soll-Druck aufgebaut werden kann. Somit können die Verstellpumpe und folglich der Antriebsmotor sowie der Startermotor des Nutzfahrzeugs in einer Startphase mit niedrigen Energieverlusten unterstützt werden.
  • Die erste Schaltstellung der Ventileinheit ist vorzugsweise deren Ruhestellung bzw. Ausgangsstellung. Die erste Schaltstellung kann insbesondere nach durchgeführter Startphase des Nutzfahrzeugs aktiviert werden. Die Verstellpumpe kann dann die Verbraucher ordnungsgemäß mit Hydraulikmedium versorgen.
  • Der Wert des vorbestimmten Soll-Drucks am Pumpenausgang ist vorzugsweise derart definiert, dass er mindestens einer Druckdifferenz an der Verstellsteuerung entspricht, welche eine minimale Fördermenge der Verstellpumpe bewirkt. Diese Druckdifferenz (z.B. etwa 26 bar) kann als eine Regeldruckdifferenz bezeichnet werden und ist insbesondere eine Differenz zwischen dem Ausgangsdruck am Pumpenausgang und einem Rückmeldedruck hydraulischer Verbraucher.
  • Eine die Verstellpumpe antreibende Pumpenantriebswelle ist insbesondere über ein Getriebe mit einer Abtriebswelle des Antriebsmotors mechanisch verbunden.
  • Bei einem Startvorgang des Nutzfahrzeugs kann die Hilfspumpe verwendet werden, um einen vorbestimmten Soll-Druck am Pumpenausgang aufzubauen und folglich in der Startphase die Fördermenge der Verstellpumpe reduziert bzw. minimal zu halten. Hierdurch wird herkömmlich benötigte Antriebsleistung beim Startvorgang vermieden, so dass insbesondere bei einem Kaltstart mit hoher Viskosität des Hydraulikmediums die Verstellpumpe und der Antriebsmotor sowie der Startermotor des Nutzfahrzeugs entlastet sind. Der Startvorgang des Nutzfahrzeugs kann mit deutlich geringerem Leistungsbedarf durchgeführt werden, was auch den technischen Ablauf eines erfolgreichen Kaltstarts unterstützt.
  • Vorzugsweise befindet sich die Ventileinheit bei stillstehender Verstellpumpe und angetriebener Hilfspumpe in ihrer zweiten Schaltstellung. Hierdurch kann am Verstellpumpenausgang der gewünschte bzw. vorbestimmte Ausgangsdruck oder Soll-Druck aufgebaut werden, ohne dass dies durch die Verstellpumpe selbst erfolgen muss. Dieser Zustand am Verstellpumpenausgang kann vorteilhaft unmittelbar vor dem Starten des Antriebsmotors des Nutzfahrzeugs hergestellt werden, so dass beim Startvorgang des Antriebsmotors des Nutzfahrzeugs die Verstellpumpe eine signifikant reduzierte oder minimale Leistungsaufnahme hat. Hierdurch können Leistungsverluste des Antriebsmotors und des Startermotors während eines Startvorgangs des Nutzfahrzeugs reduziert werden.
  • Weiter vorzugsweise weist die hydraulische Anordnung bei angestiegenem Ausgangsdruck am Verstellpumpenausgang nach Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Soll-Drucks mindestens eines der folgenden Zustände oder Merkmale auf:
    • Die Ventileinheit befindet sich in einer anderen Schaltstellung als der zweiten Schaltstellung. Diese andere Schaltstellung ist insbesondere deren erste Schaltstellung.
    • Der Antrieb der Hilfspumpe ist reduziert oder deaktiviert. Hierbei wird berücksichtigt, dass die Verstellpumpe nach Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Soll-Drucks entweder nicht mehr oder nur noch in geringerem Maße durch die Hilfspumpe unterstützt werden muss, so dass eine Antriebsenergie für die Hilfspumpe entsprechend nicht mehr oder nur noch reduziert erforderlich ist.
    • Die Verstellpumpe ist angetrieben. Dabei kann die hydraulische Anordnung derart gesteuert werden, dass die Verstellpumpe bei steigendem Ausgangsdruck erst nach Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Soll-Drucks und folglich bei reduzierter oder minimaler Pumpenverstellung angetrieben wird. Die Verstellpumpe wird insbesondere durch den startenden Antriebsmotor angetrieben.
  • Die Ventileinheit weist vorzugsweise abgesehen von der ersten und zweiten Schaltstellung noch mindestens eine weitere Schaltstellung auf. Eine als Trenn-Schaltstellung bezeichenbare weitere Schaltstellung der Ventileinheit ist derart ausgebildet, dass bei ihrer Aktivierung der Ausgang der Verstellpumpe von dem Versorgungsanschluss und von dem Ausgang der Hilfspumpe getrennt ist.
  • Diese Trenn-Schaltstellung wird vorteilhaft dann aktiviert, wenn in der zweiten Schaltstellung am Ausgang der Verstellpumpe der vorbestimmte Soll-Druck erreicht oder überschritten worden ist. Hierdurch kann auch bei etwaigen hydraulischen Leckagen in den hydraulischen Verbrauchern mit einfachen technischen Mitteln gewährleistet werden, dass während der aktivierten Trenn-Schaltstellung der am Ausgang der Verstellpumpe aufgebaute Druck aufrechterhalten bleibt. Hierdurch kann beispielsweise während der Startphase des Antriebsmotors der notwendige Druck am Pumpenausgang aufrechterhalten werden, ohne dass hierbei die Hilfspumpe aktiviert sein muss.
  • Vorzugsweise wird die Ventileinheit nach durchgeführter Startphase des Antriebsmotors aus der vorgenannten Trenn-Schaltstellung in ihre erste Schaltstellung überführt, in welcher der Ausgang der Verstellpumpe mit dem Versorgungsanschluss hydraulisch verbunden ist und somit die Verbraucher mit Hydraulikmedium versorgt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die hydraulische Anordnung im Durchflussweg zwischen dem Ausgang der Hilfspumpe und dem Hilfsversorgungsanschluss eine hydraulische Hilfsventileinheit mit mehreren Schaltstellungen, insbesondere zwei Schaltstellungen, auf. Dabei ist in einer ersten Schaltstellung der Ausgang der Hilfspumpe mit dem Hilfsversorgungsanschluss hydraulisch verbunden. In einer zweiten Schaltstellung ist der Ausgang der Hilfspumpe von dem Hilfsversorgungsanschluss hydraulisch getrennt. Die erste Schaltstellung der Hilfsventileinheit ist vorzugsweise deren Ruhestellung bzw. Ausgangsstellung.
  • Die Funktionalität der Hilfsventileinheit ermöglicht es, bei angetriebener Hilfspumpe deren hydraulische Verbindung zum Hilfsversorgungsanschluss zu trennen bzw. zu unterbrechen, indem die zweite Schaltstellung der Hilfsventileinheit aktiviert ist. Die Hilfsventileinheit unterstützt mit dieser zweiten Schaltstellung einen energiesparenden Betrieb der Hilfspumpe, da trotz etwaiger Leckagen im Bereich der hydraulischen Verbraucher kein Förderstrom bzw. Volumenstrom von der Hilfspumpe in Richtung des Hilfsversorgungsanschlusses fließt.
  • Vorzugsweise befinden sich die Hilfsventileinheit und die Ventileinheit bei angetriebener Hilfspumpe zumindest zeitweise in ihrer jeweiligen zweiten Schaltstellung. Mit dieser Kombination von Schaltstellungen kann vor einem Starten des Antriebsmotors des Nutzfahrzeugs ein Soll-Druck am Ausgang der Verstellpumpe effizient aufgebaut werden.
  • Bei einer weiteren Kombination der Schaltstellungen befinden sich die Hilfsventileinheit und die Ventileinheit bei angetriebener Verstellpumpe zumindest zeitweise in ihrer jeweiligen ersten Schaltstellung. Mit dieser Kombination an Schaltstellungen kann während und/oder nach der Startphase des Antriebsmotors die Versorgung der hydraulischen Verbraucher zuverlässig gewährleistet werden. Sollte dabei die Verstellpumpe ausfallen, kann ohne besonderen technischen Aufwand einfach durch Antreiben bzw. Aktivierung der Hilfspumpe ein hydraulischer Notbetrieb für zumindest einige hydraulische Verbraucher, insbesondere sicherheitsrelevante Verbraucher (z.B. Brems- und/oder Lenksystem), gewährleistet werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ventileinheit und/oder die Hilfsventileinheit zur Veränderung ihrer Schaltstellung in Abhängigkeit von Sensorsignalen eines Drucksensors ansteuerbar. Dieser Drucksensor ist insbesondere an den Ausgang der Hilfspumpe oder an den Ausgang der Verstellpumpe hydraulisch angeschlossen. Hierdurch kann das Erreichen oder Überschreiten des erwähnten vorbestimmten Soll-Drucks am Ausgang der Verstellpumpe technisch einfach und zuverlässig detektiert werden. Der Drucksensor ist beispielsweise mit einer Steuereinheit verbunden, welche die Drucksensorsignale verarbeitet und die Ventileinheit und/oder die Hilfsventileinheit und/oder weitere Ventile in der hydraulischen Anordnung ansteuert. Die Ansteuerung kann in Abhängigkeit von den Drucksensorsignalen und/oder weiteren Signalen bzw. Daten (z.B. Drehzahl des Antriebsmotors, Bussignale eines Steuer- und/oder Datenbusses des Nutzfahrzeugs) erfolgen.
  • Die Ventileinheit und/oder die Hilfsventileinheit ist vorzugsweise als Wegeventil mit mehreren Schaltstellungen, insbesondere als Proportionalventil, ausgebildet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ventileinheit einen hydraulischen Steuereingang auf, welcher mit dem Ausgang der Verstellpumpe hydraulisch verbunden ist. Mittels des Steuereingangs kann eine Schaltstellung der Ventileinheit verändert bzw. aktiviert werden. Dabei ist die Ventileinheit hinsichtlich dieser Ansteuerung derart dimensioniert, dass sich bei Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Soll-Drucks an dem Verstellpumpenausgang die Schaltstellung der Ventileinheit ändert. Insbesondere stellt sich dann automatisch die bereits erläuterte Trenn-Schaltstellung ein, in welcher der Ausgang der Verstellpumpe von dem Versorgungsanschluss und von dem Ausgang der Hilfspumpe hydraulisch getrennt ist.
  • Zur Aktivierung ihrer einzelnen Schaltstellungen kann die Ventileinheit und/oder Hilfsventileinheit auf unterschiedlich geeignete Weise technisch zuverlässig angesteuert bzw. betätigt werden. Beispielsweise ist eine direkte elektrische Ansteuerung, insbesondere über einen Elektromagneten, vorgesehen. Alternativ ist eine indirekte Ansteuerung über ein hydraulisches Vorsteuerventil vorgesehen, welches elektrisch steuerbar ist und einen hydraulischen Steuerdruck auf die Ventileinheit oder Hilfsventileinheit ausübt.
  • Das hydraulische Vorsteuerventil weist vorzugsweise einen Steuerdruckanschluss auf, welcher mit einem hydraulischen Steuerdruckeingang der Ventileinheit oder der Hilfsventileinheit hydraulisch verbunden ist. Hierdurch kann die Ventileinheit oder die Hilfsventileinheit durch einen hydraulischen Steuerdruck angesteuert werden. Dabei ist das Vorsteuerventil derart ausgebildet, dass der Steuerdruckanschluss in einer Schaltstellung des Vorsteuerventils mit einem Hydrauliktank hydraulisch verbunden ist und in einer anderen Schaltstellung des Vorsteuerventils mit dem Ausgang der Hilfspumpe hydraulisch verbunden ist. Hierdurch kann der Ausgangsdruck der Hilfspumpe verwendet werden, um bei einer (insbesondere elektrischen) Betätigung des Vorsteuerventils eine Schaltstellung der betroffenen Ventileinheit oder Hilfsventileinheit zu verändern.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein Nutzfahrzeug, vorzugsweise ein land- oder forstwirtschaftliches Zugfahrzeug (z.B. ein Traktor oder Schlepper) oder eine Baumaschine, mit einem Antriebsmotor und mit einer hydraulischen Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  • Das erfindungsgemäße Nutzfahrzeug weist die oben beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung auf. Die hydraulische Anordnung ermöglicht eine effiziente technische Wirkungsweise der Verstellpumpe vor, während und nach einem Startvorgang des Antriebsmotors eines Nutzfahrzeugs. Insbesondere bei einem Kaltstart können herkömmliche Beeinträchtigungen in der Startphase des Antriebsmotors vermieden werden. So ermöglicht es die hydraulische Anordnung, dass bei einem Kaltstart mit hoher Viskosität des Hydraulikmediums die Verstellpumpe, der Antriebsmotor und der ihn antreibende Startermotor mit besonders niedrigen Energieverlusten betrieben werden können. Der Startvorgang des Nutzfahrzeugs kann mit deutlich geringerem Leistungsbedarf durchgeführt werden, was auch den technischen Ablauf eines erfolgreichen Kaltstarts unterstützt.
  • Das Nutzfahrzeug kann einen Antriebsmotor aufweisen für den Antrieb der in der hydraulischen Anordnung enthaltenen Verstellpumpe.
  • Vorzugsweise ist der Hilfsversorgungsanschluss an ein Bremssystem und/oder ein Lenksystem des Nutzfahrzeugs hydraulisch angeschlossen. Somit sind die technischen Voraussetzungen für einen technisch einfach herzustellenden Notbetrieb des Brems- und/oder Lenksystems geschaffen, indem die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung baukastenartig in das Nutzfahrzeug integriert werden kann und hierbei die Hilfspumpe an den Hilfsversorgungsanschluss hydraulisch anschließbar ist. Dieser hydraulische Anschluss kann unmittelbar oder mittelbar (z.B. durch Zwischenschalten der Hilfsventileinheit) sein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmende bzw. vergleichbare Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugs,
    Fig. 2
    ein hydraulischer Schaltplan mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung in einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 3
    ein hydraulischer Schaltplan mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung in einer weiteren Ausführungsform,
    Fig. 4a
    ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventileinheit innerhalb der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung,
    Fig. 4b
    ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventileinheit innerhalb der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung,
    Fig. 5a
    ein erstes Ausführungsbeispiel eines Vorsteuerventils zur Ansteuerung der Ventileinheit, und
    Fig. 5b
    ein weiteres Ausführungsbeispiel des Vorsteuerventils.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs 10, insbesondere in Gestalt eines Traktors, mit einem Antriebsstrang 20. Das Nutzfahrzeug 10 umfasst ferner eine Kabine 12, eine vordere Fahrzeugachse 14 und eine hintere Fahrzeugachse 26. Das Nutzfahrzeug 10 kann eines oder mehrere Bodeneingriffsmittel in Form von Rädern 28 aufweisen. Der Antriebsstrang 20 umfasst einen Antriebsmotor 22, der als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt sein kann, und eine Getriebestruktur 30, die aus verschiedenen einzelnen Getriebekomponenten zusammengesetzt sein kann.
  • Das Nutzfahrzeug 10 weist eine hydraulische Anordnung 42 mit einer Pumpeneinheit 40 auf. Wie in Fig. 2 und Fig. 3 erkennbar, kann der Antriebsmotor 22 die Getriebestruktur 30 antreiben, welche über eine Getriebekomponente und eine Pumpenantriebswelle 44 eine Verstellpumpe 46 der Pumpeneinheit 40 antreibt. Die hydraulische Anordnung 42 kann baukastenartig in das Nutzfahrzeug 10 integriert sein. Ein baukastenartiger Einbau der hydraulischen Anordnung 42 in das Nutzfahrzeug 10 kann durch verschiedene hydraulische Schnittstellen unterstützt werden. Als solche Schnittstellen können ein Versorgungsanschluss 48, ein Rückmeldeanschluss 50 und ein Hilfsversorgungsanschluss 52 dienen.
  • Gemäß Fig. 2 ist ein Pumpenausgang 54 der Pumpeneinheit 40 über eine hydraulische Ventileinheit 56 an den Versorgungsanschluss 48 anschließbar zur Versorgung hydraulischer Verbraucher 58 des Nutzfahrzeugs 10. Zu den Verbrauchern 58 gehören u.a. ein Lenksystem 60 und ein Bremssystem 62. Eine Verstellsteuerung 64 zur Verstellung einer hydraulischen Fördermenge der Verstellpumpe 46 ist von deren Ausgangsdruck p_a und von einem Lastmeldedruck an dem Rückmeldeanschluss 50 abhängig.
  • Weiterhin umfasst die Anordnung 42 eine Hilfspumpeneinheit 66 mit einer durch einen Hilfspumpenmotor 68 (z.B. Elektromotor) angetriebenen Hilfspumpe 70. Deren Hilfspumpenausgang 72 ist über eine Hilfsventileinheit 74 mit dem Hilfsversorgungsanschluss 52 hydraulisch verbindbar. Über die Hilfspumpeneinheit 66 können beispielsweise bei einem Ausfall der Pumpeneinheit 40 fahrtechnisch erforderliche hydraulische Verbraucher, insbesondere das Lenksystem 60 und das Bremssystem 62, nach Art eines Notfallbetriebs hilfsweise versorgt werden.
  • Die Ventileinheit 56 gemäß Fig. 2 ist nach Art eines 3/2-Wegeventils ausgebildet. In ihrer der Ruhestellung entsprechenden ersten Schaltstellung 56-0 ist der Pumpenausgang 54 mit dem Versorgungsanschluss 48 hydraulisch verbunden und von dem Hilfspumpenausgang 72 hydraulisch getrennt. In der zweiten Schaltstellung 56-a ist der Pumpenausgang 54 von dem Versorgungsanschluss 48 hydraulisch getrennt und mit dem Hilfspumpenausgang 72 hydraulisch verbunden.
  • Die Hilfsventileinheit 74 gemäß Fig. 2 ist nach Art eines 2/2-Wegeventils ausgebildet. In ihrer der Ruhestellung entsprechenden ersten Schaltstellung 74-0 ist der Hilfspumpenausgang 72 mit dem Hilfsversorgungsanschluss 52 hydraulisch verbunden. In der zweiten Schaltstellung 74-a ist der Hilfspumpenausgang 72 von dem Hilfsversorgungsanschluss 52 hydraulisch getrennt.
  • Eingangsseitig sind die Verstellpumpe 46 und die Hilfspumpe 70 jeweils an einen Hydrauliktank 76 angeschlossen. Das zu den Verbrauchern 58 geförderte Hydraulikmedium fließt in den Hydrauliktank 76 zurück.
  • An den Hilfspumpenausgang 72 ist ein Drucksensor 78 mit einem Druckeingang 80 angeschlossen. Alternativ ist der Druckeingang 80 an den Pumpenausgang 54 angeschlossen. Ein Signalausgang 82 des Drucksensors 78 ist an eine elektrische Steuereinheit 84 angeschlossen, welche u.a. die Ausgangsignale bzw. Sensorsignale S des Drucksensors 78 verarbeitet. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 84 den am Hilfspumpenausgang 72 anliegenden aktuellen Druck und/oder den am Pumpenausgang 54 anliegenden aktuellen Ausgangsdruck p_a erfassen. In Abhängigkeit von dieser Druckerfassung kann die Steuereinheit 84 u.a. die Ventileinheit 56 und die Hilfsventileinheit 74 ansteuern, um deren jeweilige Schaltstellung zu ändern.
  • Zur Unterstützung der Funktionsweise der hydraulischen Anordnung 42 ist zwischen dem Hilfspumpenausgang 72 und einem Ausgang 90 der Hilfspumpeneinheit 66 ein hydraulisches Rückschlagventil 86 zwischengeschaltet. Außerdem ist die Hilfspumpe 70 mit einem hydraulischen Druckventil 88 kombiniert.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der hydraulischen Anordnung 42. Bei dieser Ausführungsform existiert keine Hilfsventileinheit 74. Der Ausgang 90 der Hilfspumpeneinheit 66 ist dann unmittelbar mit dem Hilfsversorgungsanschluss 52 hydraulisch verbunden.
  • Die vorgenannten hydraulischen Schnittstellen - Versorgungsanschluss 48, Rückmeldeanschluss 50, Hilfsversorgungsanschluss 52 - können vorzugsweise unmittelbar an der jeweiligen Komponente (z.B. Pumpeneinheit 40, Hilfspumpeneinheit 66, Ventileinheit 56, Hilfsventileinheit 74) der hydraulischen Anordnung 42 angeordnet sein oder mittels einer leitungsartigen Verlängerung mit Abstand zu der jeweiligen Komponente der hydraulischen Anordnung 42 angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 4a) weist die Ventileinheit 56 neben der ersten und zweiten Schaltstellung 56-0, 56-a noch eine dritte Schaltstellung in Form einer Trenn-Schaltstellung 56-t auf. Im Falle der aktivierten Trenn-Schaltstellung 56-t ist der Pumpenausgang 54 der Verstellpumpe 54 von dem Versorgungsanschluss 48 hydraulisch getrennt und gleichzeitig auch von dem Hilfspumpenausgang 72 bzw. von der Hilfspumpeneinheit 66 hydraulisch getrennt.
  • Die Ventileinheit 56 mit den zwei Schaltstellungen 56-0, 56-a und die Ventileinheit 56 mit den drei Schaltstellungen 56-0, 56-a, 56-t können optional als ein stetig verstellbares Wegeventil ausgestaltet sein, wie in Fig. 4a dargestellt.
  • In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 4b) weist die Ventileinheit 56 einen Steuereingang 92 auf, welcher mit dem Pumpenausgang 54 der Verstellpumpe 46 hydraulisch verbunden ist. Hierdurch kann eine bestimmte Schaltstellung der Ventileinheit 56, insbesondere die Trenn-Schaltstellung 56-t, durch den am Steuereingang 92 anliegenden hydraulischen Steuerdruck automatisch aktiviert werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4a hingegen wird die Trenn-Schaltstellung 56-t durch die elektrische Ansteuerung mittels der Steuereinheit 84 aktiviert.
  • Ganz allgemein können die Ventileinheit 56 und die Hilfsventileinheit 74 über die Steuereinheit 84 direkt elektrisch angesteuert werden, um eine andere Schaltstellung zu aktivieren.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4b ist die Ventileinheit 56 derart dimensioniert und deren Ansteuerung kann durch die Steuereinheit 84 mit dem hydraulischen Steuereingang 92 derart kombiniert werden, dass ein aktivierter Elektromagnet 94 gemeinsam mit einer Druckbegrenzungsfeder 96 die Ventileinheit 56 in der zweiten Schaltstellung 56-a hält, bis am Pumpenausgang 54 der vorbestimmte Soll-Druck p_soll erreicht ist. Dieser Soll-Druck p_soll führt dazu, dass die Ventileinheit 56 über den Steuereingang 92 in die Schaltstellung 56-t überführt wird.
  • Alternativ sind die Ventileinheit 56 und/oder die Hilfsventileinheit 74 jeweils über ein elektrisch steuerbares hydraulisches Vorsteuerventil 98 ansteuerbar. Das Vorsteuerventil 98 ist in Fig. 5a und Fig. 5b in zwei möglichen Ausführungsformen dargestellt. Das Vorsteuerventil 98 ist in beiden Ausführungsformen als ein Wegeventil mit zwei Schaltstellungen 98-0, 98-a ausgestaltet, wobei es in der Ausführungsform gemäß Fig. 5b stetig verstellbar ist. Die Schaltstellung 98-0 ist vorzugsweise die Ruhestellung des Vorsteuerventils 98. Das Vorsteuerventil 98 weist einen Steuerdruckanschluss 100 auf, welcher mit einem hydraulischen Steuerdruckeingang 102 der Ventileinheit 56 oder der Hilfsventileinheit 74 hydraulisch verbunden ist. Der Steuerdruckanschluss 100 ist in der Schaltstellung 98-0 mit einem oder dem Hydrauliktank 76 hydraulisch verbunden. In der Schaltstellung 98-a ist der Steuerdruckanschluss 100 mit dem Hilfspumpenausgang 72 bzw. dem Ausgang 90 der Hilfspumpeneinheit 66 hydraulisch verbunden.
  • Mittels der beschriebenen hydraulischen Logik kann die Startphase des Antriebsmotors 22 mit besonders niedrigen Energieverlusten unterstützt werden, was insbesondere bei einem Kaltstart technische Vorteile bedeutet.
  • Vor einem Start des Nutzfahrzeugs 10 ist die Verstellsteuerung 64, insbesondere deren Verstellzylinder, aufgrund der Druckverhältnisse am Pumpenausgang 54 und am Rückmeldeanschluss 50 üblicherweise auf eine Förderposition für eine maximale Fördermenge eingestellt. Das Ziel ist es jedoch, in der Startphase des Nutzfahrzeugs 10 die Leistungsaufnahme der Verstellpumpe 46 möglichst klein zu halten und folglich die Verstellsteuerung 64, insbesondere deren Verstellzylinder, auf eine Förderposition für eine minimale Fördermenge einzustellen. Dieses Ziel wird mit den hydraulischen Anordnungen 42 gemäß Fig. 2 und Fig. 3 erreicht.
  • Bei der hydraulischen Anordnung 42 gemäß Fig. 2 wird ausgehend von den Ruhestellungen bzw. ersten Schaltstellungen 56-0, 74-0 der Ventileinheit 56 und der Hilfsventileinheit 74 ein beabsichtigter Start des Antriebsmotors 22 von der Steuereinheit 84 (z.B. über empfangene Bussignale eines Fahrzeug-Busses, wie etwa ISOBUS, CAN) detektiert, welche daraufhin die Ventileinheit 56 und die Hilfsventileinheit 74 in ihre zweite Schaltstellung 56-a, 74-a umschaltet. Außerdem wird der Hilfspumpenmotor 68 durch die Steuereinheit 84 aktiviert, so dass die Hilfspumpe 70 angetrieben wird und der Ausgangsdruck p_a am Pumpenausgang 54 ansteigt, während die Verstellpumpe 46 still steht. Sobald der ansteigende Ausgangsdruck p_a einen vorbestimmten Soll-Druck p_soll - abhängig vom System z.B. etwa 26 bar - erreicht oder überschritten hat, befindet sich die Verstellsteuerung 64 in ihrer minimalen Förderposition, so dass die Verstellpumpe 46 keine oder nur eine geringe Leistungsaufnahme hat. Hierdurch kann der Leistungsverbrauch der Verstellpumpe 46 in der Startphase des Nutzfahrzeugs 10 signifikant reduziert werden, wodurch der Antriebsmotor 22 und dessen Startermotor in der Startphase entlastet sind.
  • Da der Ausgangsdruck p_a mittels des Drucksensors 78 kontinuierlich detektiert wird, kann die Steuereinheit 84 nach Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Soll-Druckes p_soll die hydraulische Anordnung 42 in der gewünschten Weise steuern. Insbesondere wird nach Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Soll-Druckes p_soll der Hilfspumpenmotor 68 hinsichtlich seiner Antriebsgeschwindigkeit reduziert oder ausgeschaltet. Der Antriebsmotor 22 wird gestartet, wobei nach Erreichen einer stabilen Drehzahl die Ventileinheit 56 und die Hilfsventileinheit 74 in ihre jeweilige erste Schaltstellung 56-0, 74-0 bzw. in ihre Ruhestellung überführt werden. Die Ventileinheit 56 erlaubt dann eine Versorgung der hydraulischen Verbraucher durch die Verstellpumpe 46.
  • Die hydraulische Anordnung 42 gemäß Fig. 3 arbeitet im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 2 ohne die Hilfsventileinheit 74, so dass der Ausgang 90 mit dem Hilfsversorgungsanschluss 52 unmittelbar hydraulisch verbunden ist. Im Falle eines beabsichtigten Starts des Antriebsmotors 22 wird die hydraulische Anordnung 42 gemäß Fig. 3 prinzipiell genauso angesteuert wie bei der Variante gemäß Fig. 2. Dabei wird zunächst die Ventileinheit 56 ausgehend von der Ruhestellung bzw. von der ersten Schaltstellung 56-0 in ihre zweite Schaltstellung 56-a umgeschaltet. Danach wird, wie anhand der Fig. 2 beschrieben, die Hilfspumpe 70 angetrieben. Sollten an den hydraulischen Verbrauchern 58 Leckagen auftreten, benötigt die Hilfspumpe 70 allerdings eine größere Antriebsleistung als bei der Variante gemäß Fig. 2, um den vorbestimmten Soll-Druck p_soll am Pumpenausgang 54 zu erreichen. Außerdem kann während der Startphase des Antriebsmotors 22 ein Weiterbetrieb der Hilfspumpe 70 sinnvoll oder notwendig sein, um in der Startphase den erforderlichen hydraulischen Druck p_soll am Pumpenausgang 54 aufrechtzuerhalten.
  • Alternativ kann bei der Ausführung gemäß Fig. 3 der vorgenannte Weiterbetrieb der Hilfspumpe 70 während der Startphase des Antriebsmotors 22 vermieden werden, indem die Ventileinheit 56 mit der zusätzlichen Trenn-Schaltstellung 56-t ausgestattet ist (Fig. 4a, Fig. 4b). Nach Erreichen oder Überschreiten des vorbestimmten Soll-Druckes p_soll kann die Ventileinheit 56 dann aus der zweiten Schaltstellung 56-a zunächst in die Trenn-Schaltstellung 56-t überführt werden, um den erreichten Soll-Druck p_soll aufrechtzuerhalten. Zu einem geeigneten Zeitpunkt, insbesondere nach dem erfolgten Start des Antriebsmotors 22, wird die Ventileinheit 56 mittels der Steuereinheit 84 aus der Trenn-Schaltstellung 56-t in ihre Ruhestellung bzw. erste Schaltstellung 56-0 überführt.

Claims (15)

  1. Hydraulische Anordnung (42) für ein Nutzfahrzeug (10) mit einer hydraulischen Verstellpumpe (46) und einem Versorgungsanschluss (48) als Schnittstelle zur Versorgung hydraulischer Verbraucher (58, 60, 62) des Nutzfahrzeugs (10), mit einer von einem Ausgangsdruck (p_a) der Verstellpumpe (46) abhängigen Verstellsteuerung (64) zur Verstellung der Verstellpumpe (46), mit einer hydraulischen Hilfspumpe (70) und einem Hilfsversorgungsanschluss (52) als Schnittstelle zur hilfsweisen Versorgung zumindest eines Teils der Verbraucher (60, 62), und mit einer mehrere Schaltstellungen (56-0, 56-a) enthaltenden hydraulischen Ventileinheit (56), welche im Durchflussweg zwischen einem Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) und dem Versorgungsanschluss (48) hydraulisch angeordnet ist, wobei die Ventileinheit (56)
    - eine erste Schaltstellung (56-0) aufweist, in welcher der Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) mit dem Versorgungsanschluss (48) hydraulisch verbunden und von einem Ausgang (72, 90) der Hilfspumpe (70) hydraulisch getrennt ist, und
    - eine zweite Schaltstellung (56-a) aufweist, in welcher der Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) von dem Versorgungsanschluss (48) hydraulisch getrennt und mit dem Ausgang (72, 90) der Hilfspumpe (70) hydraulisch verbunden ist.
  2. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ventileinheit (56) bei stillstehender Verstellpumpe (46) und angetriebener Hilfspumpe (70) in ihrer zweiten Schaltstellung (56-a) befindet.
  3. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei angestiegenem Ausgangsdruck (p_a) am Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) nach Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Soll-Drucks (p_soll) am Pumpenausgang (54) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
    - die Ventileinheit (56) befindet sich in einer anderen Schaltstellung (56-t, 56-0) als der zweiten Schaltstellung (56-a);
    - der Antrieb (68) der Hilfspumpe (70) ist reduziert oder deaktiviert;
    - die Verstellpumpe (46) ist angetrieben.
  4. Hydraulische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (56) eine Trenn-Schaltstellung (56-t) aufweist, in welcher der Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) von dem Versorgungsanschluss (48) und von dem Ausgang (72, 90) der Hilfspumpe (70) hydraulisch getrennt ist.
  5. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (56) nach Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Soll-Drucks (p_soll) am Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) die Trenn-Schaltstellung (56-t) einnimmt.
  6. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (56) nach der Trenn-Schaltstellung (56-t) die erste Schaltstellung (56-0) einnimmt.
  7. Hydraulische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Durchflussweg zwischen dem Ausgang (72, 90) der Hilfspumpe (70) und dem Hilfsversorgungsanschluss (52) eine hydraulische Hilfsventileinheit (74) mit mehreren Schaltstellungen (74-0, 74-a) aufweist, wobei
    - in einer ersten Schaltstellung (74-0) der Ausgang (72, 90) der Hilfspumpe (70) mit dem Hilfsversorgungsanschluss (52) hydraulisch verbunden ist, und
    - in einer zweiten Schaltstellung (74-a) der Ausgang (72, 90) der Hilfspumpe (70) von dem Hilfsversorgungsanschluss (52) hydraulisch getrennt ist.
  8. Hydraulische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ventileinheit (56) und/oder die Hilfsventileinheit (74)
    - bei angetriebener Hilfspumpe (70) in ihrer jeweiligen zweiten Schaltstellung (56-a, 74-a) befindet, und/oder
    - bei angetriebener Verstellpumpe (46) in ihrer jeweiligen ersten Schaltstellung (56-0, 74-0) befindet.
  9. Hydraulische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (56) und/oder die Hilfsventileinheit (74) zur Veränderung ihrer Schaltstellung (56-0, 56-t, 56-a; 74-0, 74-a) in Abhängigkeit von Sensorsignalen (S) eines Drucksensors (78) ansteuerbar ist, welcher an den Ausgang (72, 90) der Hilfspumpe (70) oder an den Pumpenausgang (54) hydraulisch angeschlossen ist.
  10. Hydraulische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (56) einen Steuereingang (92) aufweist, welcher mit dem Pumpenausgang (54) der Verstellpumpe (46) hydraulisch verbunden ist.
  11. Hydraulische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (56) und/oder die Hilfsventileinheit (74)
    - direkt elektrisch ansteuerbar ist, oder
    - über ein elektrisch steuerbares hydraulisches Vorsteuerventil (98) ansteuerbar ist.
  12. Hydraulische Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Vorsteuerventil (98) einen Steuerdruckanschluss (100) aufweist, welcher mit einem hydraulischen Steuerdruckeingang (102) der Ventileinheit (56) oder der Hilfsventileinheit (74) hydraulisch verbunden ist, wobei der Steuerdruckanschluss (100)
    - in einer Schaltstellung (98-0) des Vorsteuerventils (98) mit einem Hydrauliktank (76) hydraulisch verbunden ist, und
    - in einer anderen Schaltstellung (98-a) des Vorsteuerventils (98) mit dem Ausgang (90) der Hilfspumpe (70) hydraulisch verbunden ist.
  13. Nutzfahrzeug (10) mit einem Antriebsmotor (22) und mit einer hydraulischen Anordnung (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Nutzfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (22) mit der Verstellpumpe (46) antriebsverbunden ist.
  15. Nutzfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsversorgungsanschluss (52) an ein Bremssystem (62) und/oder an ein Lenksystem (60) des Nutzfahrzeugs (10) hydraulisch angeschlossen ist.
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