EP4641031A1 - Hydraulikzylinderanordnung und verfahren zum betrieb einer hydraulikzylinderanordnung - Google Patents

Hydraulikzylinderanordnung und verfahren zum betrieb einer hydraulikzylinderanordnung

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EP4641031A1
EP4641031A1 EP25170525.7A EP25170525A EP4641031A1 EP 4641031 A1 EP4641031 A1 EP 4641031A1 EP 25170525 A EP25170525 A EP 25170525A EP 4641031 A1 EP4641031 A1 EP 4641031A1
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EP
European Patent Office
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hydraulic cylinder
pump
power supply
valve
uninterruptible power
Prior art date
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Pending
Application number
EP25170525.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rebecca LACOUR
Stephan Becker
Simon Kretzer
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F15B2211/8755—Emergency shut-down

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic cylinder arrangement and a method for operating a hydraulic cylinder arrangement.
  • a hydraulic cylinder is adjustable, in particular, between at least two (extreme) positions.
  • a piston is displaced within the cylinder.
  • a hydraulic medium is supplied to the cylinder to displace the piston.
  • the medium is pumped by a pump, which can be driven, for example, by an electric motor.
  • the cylinder can, for example, comprise two chambers which can be pressurized with the medium depending on the desired position of the piston.
  • STO safety-torque-off
  • the piston will continue to move in line with the pump's delivery rate.
  • Simply triggering a start-stop (STO) on the motor will only bring the pump to a standstill once the kinetic energy of the motor and pump has dissipated (provided no external hydraulic forces are acting on the pump).
  • STO start-stop
  • the pump delivers fluid according to its direction of rotation and, if applicable, its oscillation angle.
  • Hydraulic cylinder arrangements with a swivel angle control system are also known.
  • the hydraulic cylinder arrangement then comprises a hydraulic cylinder (with piston), a motor for driving an adjustable pump, the pump itself, and a swivel angle control system for the pump.
  • the swivel angle control system includes at least one actuating piston for adjusting the pump and an electrically controlled valve for regulating the actuating piston. At least one pumping direction, and thus a movement of the hydraulic cylinder or piston, can be controlled via the swivel angle control system.
  • the pump is adjustable via the swivel angle control system between -100% (maximum pumping rate in a first direction), zero% (no pumping of any medium), and +100% (maximum pumping rate in a second direction).
  • the swivel angle control valve If the (swivel angle control) valve is switched to its de-energized basic position analogous to the STO of the motor, the swivel angle set at the pump, and thus whether and in which direction the pump delivers, depends on the valve basic position, the valve pressure supply and the presence of springs in the swivel cradle.
  • the minimum pump displacement is, for example, the basic position. This basic position is also reached if the HS5 control valve is de-energized due to a fault (e.g., a broken cable, etc.).
  • a fault e.g., a broken cable, etc.
  • the load connected to the pump e.g., a hydraulic cylinder or hydraulic motor
  • an additional (second) valve and an additional (second) piston or cylinder can be provided.
  • the electrically actuated 4/4-way valve acting as the (first) valve, regulates the pressure conditions in the actuator piston and thus pivots the pump.
  • the first valve is energized and relieves the pressure on the second piston, rendering it ineffective.
  • the (first) valve it moves to a default position in which one (first) chamber of the actuator piston is connected to the return line and thus relieved of pressure.
  • the other (second) actuator piston chamber is connected to the control pressure. This causes the actuator piston to move towards the first chamber.
  • the second valve is deactivated, connecting the second piston/cylinder to the control pressure.
  • the effective area of the second piston is larger than the effective area of the actuating piston, ensuring that the end position of the second piston or cylinder is always reached, which in turn corresponds to the center position, i.e. the zero percent position of the pump.
  • the object of the invention is to at least partially alleviate the problems described with reference to the prior art and, in particular, to provide a more cost-effective solution for a hydraulic cylinder arrangement with which an orderly rapid standstill of the hydraulic cylinder can be achieved.
  • a hydraulic cylinder arrangement comprising at least one hydraulic cylinder, a motor for driving an adjustable pump, the pump itself, and a swivel angle control system for the pump, wherein the swivel angle control system includes at least one actuating piston for adjusting the pump and an electrically controlled valve for regulating the actuating piston.
  • the swivel angle control system allows for at least one delivery direction of the pump (in particular between -100% and +100%). The flow rate can be controlled, thus allowing the movement of the hydraulic cylinder to be regulated.
  • the hydraulic cylinder assembly includes an electrical control unit for operating at least the motor and the valve.
  • the hydraulic cylinder arrangement also has an uninterruptible power supply, so that in the event of a power supply failure for the control unit, at least the control unit can be supplied with electrical energy by the uninterruptible power supply.
  • At least the valve can be controlled via the energy provided by the uninterruptible power supply in such a way that the pivot angle of the pump can be adjusted to zero % via the actuating piston.
  • the motor can be braked to zero rpm using the energy provided by the uninterruptible power supply, especially via a braking resistor.
  • the uninterruptible power supply comprises a capacitor or an intermediate circuit connected to the power supply, wherein the capacitor or intermediate circuit provides the energy to supply at least the control unit in the event of a power supply failure.
  • the capacitor or intermediate circuit is dimensioned in such a way that sufficient electrical energy is stored or can be stored.
  • Sufficient means, in particular, that at least the motor can be braked to zero rpm [revolutions per minute] and/or the valve can be controlled long enough to adjust the pump's oscillation angle to zero percent via the actuating piston.
  • An intermediate circuit is, in particular, a generally known electrical device that, as an energy storage device, electrically couples several electrical networks at an intermediate current or voltage level, e.g., via a converter.
  • a capacitor is also a generally known energy storage device.
  • this ensures that the hydraulic cylinder comes to a standstill (pump no longer delivers fluid or is in the zero percent position and/or the motor no longer drives the pump).
  • Steps a) and b) are carried out together, in particular, meaning that the braking of the motor (e.g. by a braking resistor - possibly electrically actuated and mechanically acting or exclusively electrically acting) and/or the actuation of the valve is carried out (only) by the electrical energy of the uninterruptible power supply.
  • the braking of the motor e.g. by a braking resistor - possibly electrically actuated and mechanically acting or exclusively electrically acting
  • the actuation of the valve is carried out (only) by the electrical energy of the uninterruptible power supply.
  • valve would otherwise move, in particular, to a basic position in which the actuating piston is moved to one of the end positions, so that the pump would then be adjusted to -100% or +100% swivel angle and the hydraulic cylinder would be moved further.
  • step b) completely consumes the energy supplied by the uninterruptible power supply.
  • the hydraulic cylinder assembly is de-energized after step b), meaning that no power is supplied. electrical energy is no longer available in the hydraulic cylinder assembly (i.e., in the control unit, the uninterruptible power supply, or other components).
  • the control unit is, in particular, a data processing system that includes means suitable for carrying out the procedure, whether equipped, configured, or programmed to execute the procedure.
  • the control unit is supplied with electrical energy by the power supply when a fault occurs.
  • the present procedure involves supplying the control unit with electrical energy via the uninterruptible power supply (UPS) if the power supply fails or is interrupted (e.g., by an emergency stop switch). The initiation of motor braking and/or the described actuation of the valve then takes place via the UPS.
  • UPS uninterruptible power supply
  • the means include, for example, a processor and a memory in which instructions to be executed by the processor are stored, as well as data lines or transmission devices that enable the transmission of instructions, measurements, data or the like between the aforementioned elements.
  • the “means” may include, in particular, one or more of the following components: control(s), microcontroller, data storage, data connection, display devices (such as a display), counter or timer, at least one additional sensor, a power source (the uninterruptible power supply, which may be integrated with the control unit or implemented separately), etc.
  • a computer program comprising commands which, when executed by a computer, cause the computer to perform the described procedure or the steps of the described procedure.
  • a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause it to perform the described procedure or the steps of the described procedure.
  • the explanations regarding the procedure are particularly applicable to the hydraulic cylinder unit, the data processing system and/or the computer-implemented procedure (i.e., the computer program and the computer-readable storage medium) and vice versa.
  • the described hydraulic cylinder arrangement and method enable the hydraulic cylinder unit to be brought to a controlled standstill within a short time (provided no external forces are moving it), particularly despite the presence of a swivel angle control system.
  • the actuating piston when moved to its home position, would, depending on the pressure supply to the swivel angle control system's valve, either be moved out of its zero position (i.e., zero percent swivel angle) or, for example, be moved only relatively slowly and imprecisely towards the zero position by a spring.
  • the pump motor Due to the continued power supply from the uninterruptible power supply, the pump motor is not (initially) switched off without torque, but is actively braked to zero rpm.
  • a braking resistor is used, in particular, to brake the motor.
  • shut-off valves on the hydraulic cylinder are not required. Furthermore, there are no pressure losses caused by these additional shut-off valves. Additionally, the chambers of the hydraulic cylinder are not isolated (by the shut-off valves), which can sometimes be undesirable. Pressure spikes, which can occur when shut-off valves are suddenly activated, also cannot occur between (any existing) shut-off valves and the pump. Of course, shut-off valves can be provided if necessary or helpful.
  • a PLC a generally known programmable logic controller
  • UPS power steering regulator
  • the control of the swivel angle control valve is housed in external electronics, which are then also supplied with power via the UPS.
  • the UPS described here can alternatively be implemented as an additional 24V power supply, which is powered from the described intermediate circuit. Both Power supplies provide an additional redundancy module. As long as the intermediate circuit is still charged, 24V [volts] are also present.
  • the Fig. 1 shows a first embodiment of a hydraulic cylinder arrangement 1 according to the state of the art
  • the hydraulic cylinder assembly 1 comprises a hydraulic cylinder 2, an adjustable pump 4 driven by a motor 3, and two shut-off valves 14. This prevents any (residual) movement of the piston of the hydraulic cylinder 2 after the hydraulic cylinder assembly 1 has been switched off.
  • the shut-off valves 14 interrupt the hydraulic connection between the two chambers of the hydraulic cylinder 2 and the pump 4.
  • the motor 3, which drives the pump 4, is thereby de-energized.
  • FIG. 2 Figure 1 shows a second embodiment of a hydraulic cylinder arrangement 1 according to the prior art. Reference is made to the explanations regarding the Fig. 1 will be referred.
  • shut-off valves 14 are provided, so the piston of the hydraulic cylinder 2 continues to move as the medium is pumped by the pump 4.
  • a simple activation of a start-stop (STO) on the motor 3 only brings the pump 4 to a standstill once the kinetic energy of the motor 3 and the pump 4 has dissipated (provided no external hydraulic forces act on the pump 4).
  • the pump 4 pumps according to its direction of rotation and, if applicable, its swivel angle 11.
  • FIG. 3 Figure 1 shows a third embodiment of a hydraulic cylinder arrangement 1 according to the prior art. The explanations regarding the Fig. 2 will be referred.
  • This hydraulic cylinder arrangement 1 includes a swivel angle control system 5.
  • the hydraulic cylinder arrangement 1 comprises a hydraulic cylinder 1 (with piston), a motor 3 for driving an adjustable pump 4, the pump 4, and a swivel angle control system 5 for the pump 4, wherein the swivel angle control system 5 has at least one actuating piston 6 for adjusting the pump 4 and an electrically controlled valve 7 for controlling the actuating piston 6.
  • At least one delivery direction or the swivel angle 11 of the pump 4, and thus a movement of the hydraulic cylinder 2 or the piston, can be controlled via the swivel angle control system 5.
  • the pump 4 can be controlled via the swivel angle control system 5 between -100% (maximum delivery rate of the pump 4 in a first direction), zero% (no delivery of a Medium through pump 4) and +100% (maximum flow rate of pump 4 in a second direction) adjustable.
  • the swivel angle control valve 7 If the (swivel angle control) valve 7 is switched to its de-energized basic position analogous to the STO of the motor 3, the swivel angle 11 that is set at the pump 4, and thus whether and in which direction the pump 4 delivers, depends on the valve basic position, the valve pressure supply and the presence of springs in the swivel cradle.
  • HS5 control valve 7 i.e., a 4/4-way valve
  • the minimum displacement of the pump 4 is the basic position, which is shown here. In this position, one chamber of the actuating piston 6 is connected to the pressure port 12 and the other chamber of the actuating piston 6 to the return line 13. This basic position is also reached if the HS5 control valve 7 is de-energized due to a fault (e.g., broken cable, etc.).
  • a fault e.g., broken cable, etc.
  • an additional (second) valve 16 and an additional (second) piston 17 or cylinder can be provided (see Fig. 4 ).
  • FIG. 4 Figure 1 shows a fourth embodiment of a hydraulic cylinder arrangement 1 according to the prior art. The explanations regarding the Fig. 3 will be referred.
  • this hydraulic cylinder arrangement 1 provides a second valve 16 and a second piston 17.
  • the electrically actuated 4/4-way valve acting as the (first) valve 7, regulates the pressure conditions in the actuating piston 6 and thus pivots the pump 4.
  • the first valve 7 is energized and relieves the second piston 17, rendering it ineffective.
  • the illustrated home position in which one (first) chamber of the actuating piston 6 is connected to the return line 13 and thus relieved of pressure.
  • the other (second) chamber of the actuating piston 6 is connected to the pressure port 12 and thus to the actuating pressure. This causes the actuating piston 6 to move towards the first chamber.
  • the second valve 16 is deactivated, connecting the second piston 17 (or cylinder) to the pressure port 12. This allows the second piston 17 to extend to an adjustable end stop (which corresponds to the center position, i.e., the zero percent position of the pump 4).
  • the effective area of the second piston 17 is larger than the effective area of the actuating piston 6, ensuring that the end position of the second piston 17 (or cylinder) is always reached, which again corresponds to the center position, i.e., the zero percent position of the pump 4.
  • FIG. 5 Figure 1 shows a first embodiment of a hydraulic cylinder arrangement. Further details on the... Figs. 1 to 4 will be referred.
  • the hydraulic cylinder assembly 1 comprises a hydraulic cylinder 2, a motor 3 for driving an adjustable pump 4, the pump 4 itself, and a swivel angle control system 5 for the pump 4.
  • the swivel angle control system 5 includes a control piston 6 for adjusting the pump 4 and an electrically controlled valve 7 for controlling the control piston 6.
  • the swivel angle control system 5 allows for the control of at least one delivery direction or swivel angle 11 of the pump 4 (between -100% and +100% of the delivery rate) and thus a movement of the hydraulic cylinder 2.
  • the hydraulic cylinder assembly 1 includes an electrical control unit 8 for operating at least the motor 3 and the valve 7.
  • the hydraulic cylinder arrangement 1 also has an uninterruptible power supply 9, so that in the event of a power supply failure 10 for the control unit 8, e.g. by actuating the emergency stop switch 15, at least the Control unit 8 can be supplied with electrical energy by the uninterruptible power supply 9.
  • valve 7 can be controlled via the energy provided by the uninterruptible power supply 9 so that a swivel angle 11 of the pump 4 can be adjusted to zero % via the actuating piston 6.
  • the motor 3 can also be braked to zero rpm via a braking resistor 22 using the energy provided by the uninterruptible power supply 9.
  • the uninterruptible power supply 9 comprises a capacitor 23 or an intermediate circuit connected to the power supply 10, wherein the capacitor 23 or the intermediate circuit provides the energy for the supply of at least the control unit 8 in the event of a failure of the power supply 10.
  • the uninterruptible power supply 9 ensures that the hydraulic cylinder 1 comes to a standstill (pump 4 no longer pumps or is in the zero percent position and the motor 3 no longer drives the pump 4).
  • the method for operating the hydraulic cylinder arrangement 1 comprises, in the event of a power supply failure 10 according to step a), supplying at least the control unit 8 with electrical energy from the uninterruptible power supply 9.
  • step b) the motor 3 is braked to zero rpm by the energy provided by the uninterruptible power supply 9 and the valve 7 is actuated by the energy provided by the uninterruptible power supply, so that a swivel angle 11 of the pump 4 is adjusted to zero % via the actuating piston 6.
  • Steps a) and b) are carried out together, meaning that the braking of the motor 3 and the actuation of the valve 7 and thus of the actuating piston 6 are carried out solely by the electrical energy of the uninterruptible power supply 9.
  • valve 7 would otherwise move into the illustrated basic position, in which the actuating piston 6 is moved to one of the end positions, so that the pump 4 would then be adjusted to -100% or +100% swivel angle 11 and the hydraulic cylinder 1 would be moved further.
  • step b) the energy supplied by the uninterruptible power supply 9 is completely consumed. Therefore, after step b), the hydraulic cylinder assembly 1 is de-energized, meaning that no electrical energy remains in the hydraulic cylinder assembly 1 (i.e., in the control unit 8, the uninterruptible power supply 9, or other components).
  • FIG. 6 A second embodiment of a hydraulic cylinder arrangement 1 is shown. The descriptions regarding Fig. 5 will be referred.
  • FIG. 6 A hydraulic cylinder arrangement 1 with a differently configured uninterruptible power supply 9.
  • the uninterruptible power supply 9 is designed as an additional 24V power supply 19, which is supplied from the DC link 18. Both power supplies 19 (power supply 19 and power supply of the DC link 18) lead to an additional redundancy module 20. As long as the DC link 18 is still charged, 24V is also available.
  • FIG. 6 A PLC 21 is still supplied with power via the uninterruptible power supply 9.
  • the control of the (rotating angle control) valve 7 is housed in an external electronics unit 24, which is also supplied with power via the uninterruptible power supply 9.

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Abstract

Hydraulikzylinderanordnung (1), zumindest umfassend einen Hydraulikzylinder (2), einen Motor (3) zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe (4), die Pumpe (4) sowie ein Schwenkwinkelregelsystem (5) für die Pumpe (4), wobei das Schwenkwinkelregelsystem (5) zumindest einen Stellkolben (6) zur Verstellung der Pumpe (4) und ein elektrisch ansteuerbares Ventil (7) zum Regeln des Stellkolbens (6) aufweist; wobei über das Schwenkwinkelregelsystem (5) zumindest eine Förderrichtung der Pumpe (4) und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders (2) regelbar ist; wobei die Hydraulikzylinderanordnung (1) eine elektrische Steuereinheit (8) zum Betrieb zumindest des Motors (3) sowie des Ventils (7) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinderanordnung (1) eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (9) aufweist, so dass bei einem Ausfall einer Stromversorgung (10) für die Steuereinheit (8) zumindest die Steuereinheit (8) von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (9) mit elektrischer Energie versorgbar ist.Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikzylinderanordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hydraulikzylinderanordnung und ein Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikzylinderanordnung. Ein Hydraulikzylinder ist insbesondere zwischen mindestens zwei (Extrem-)Stellungen verstellbar. Dabei wird ein Kolben innerhalb des Zylinders verlagert. Für die Verlagerung des Kolbens wird ein hydraulisches Medium dem Zylinder zugeführt. Das Medium wird von einer Pumpe gefördert. Die Pumpe kann z. B. von einem elektrischen Motor angetrieben werden. Zum Hin- und Herbewegen des Kolbens kann der Zylinder z. B. zwei Kammern umfassen, die in Abhängigkeit von der gewünschten Stellung des Kolbens mit dem Medium beaufschlagbar sind.
  • Es ist bekannt, dass bei Hydraulikzylinderanordnungen z. B. nach einer Abschaltung der Hydraulikzylinderanordnung eine (Rest-)Bewegung des Kolbens verhindert werden kann. Dafür können z. B. Absperrventile vorgesehen sein, durch die eine hydraulische Verbindung zwischen einer Kammer bzw. den Kammern des Zylinders und der Pumpe unterbrochen wird. Der zum Antrieb der Pumpe vorgesehene Motor wird dabei insbesondere drehmomentfrei geschaltet.
  • Die Schaltung in einen drehmomentfreien Zustand (in dem also der Motor kein Drehmoment zum Antrieb oder Abbremsen bereitstellt) wird als "safe-torque-off" (STO) bezeichnet.
  • Eine derartige Abschaltung der Hydraulikzylinderanordnung kann durch unterschiedliche Ereignisse ausgelöst werden:
    • ein Not-Aus der Hydraulikzylinderanordnung wird betätigt;
    • es liegt ein Fehler im System vor bzw. wird erkannt;
    • Stromausfall
  • Sollten z. B. keine Absperrventile vorgesehen sein, wird der Kolben so weiterbewegt, wie von der Pumpe das Medium gefördert wird. Ein einfaches Auslösen eines STO am Motor führt insbesondere erst zu einem Stillstand der Pumpe, wenn die kinetische Energie des Motors und der Pumpe abgebaut ist (sofern keine externen hydraulischen Kräfte auf die Pumpe wirken). Die Pumpe fördert entsprechend ihrer Drehrichtung und ggf. ihres Schwenkwinkels.
  • Es sind auch Hydraulikzylinderanordnungen mit einem Schwenkwinkelregelsystem bekannt. Die Hydraulikzylinderanordnung umfasst dann einen Hydraulikzylinder (mit Kolben), einen Motor zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe, die Pumpe sowie ein Schwenkwinkelregelsystem für die Pumpe, wobei das Schwenkwinkelregelsystem zumindest einen Stellkolben zur Verstellung der Pumpe und ein elektrisch ansteuerbares Ventil zum Regeln des Stellkolbens aufweist. Über das Schwenkwinkelregelsystem ist zumindest eine Förderrichtung der Pumpe und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders bzw. des Kolbens regelbar. Die Pumpe ist über das Schwenkregelsystem zwischen -100 % (maximale Fördermenge der Pumpe in einer ersten Richtung), null % (keine Förderung eines Mediums durch die Pumpe) und +100 % (maximale Fördermenge der Pumpe in einer zweiten Richtung) verstellbar.
  • Schaltet man das (Schwenkwinkelregel-)Ventil analog zum STO des Motors in dessen stromlose Grundstellung, so hängt es von der Ventilgrundstellung, der Ventil-Druckversorgung und dem Vorhandensein von Federn in der Schwenkwiege ab, welcher Schwenkwinkel sich an der Pumpe einstellt und damit ob und in welche Richtung die Pumpe fördert.
  • Bei einer sogenannten A4 HS5-Pumpe mit angeschlossenem Steuerdruck und stromlosen Proportionalventil bzw. HS5-Regelventil (als Ventil) ist z. B. die minimale Verdrängung der Pumpe die Grundstellung. Diese Grundstellung wird auch erreicht, wenn das HS5-Regelventil aufgrund einer Störung stromlos ist (z. B. Kabelbruch etc.). Im Gegensatz zu einem offenen Kreislauf, bei dem die Pumpe bis zu einem minimalen Endanschlag (null % Fördermenge) schwenkt, schwenkt die Pumpe im geschlossenen Kreislauf über die Nullstellung bis auf -100 % Fördermenge (Richtungsumkehr). In diesem Fall beschleunigt der an die Pumpe angeschlossene Verbraucher, z. B. ein Hydraulikzylinder oder hydraulischer Motor) maximal in eine Bewegungsrichtung. Durch die Implementierung einer Nullschwenk-Funktion in das bekannte HS5(E)-Regelsystem kann dieses Verhalten verhindert werden.
  • Um also z. B. bei Pumpen mit solch einer ungünstiger Grundstellung des Schwenkwinkelregelventils ein Schwenken der Pumpe auf null % bei stromlosen Schwenkwinkelregelventil zu ermöglichen, kann z. B. eines zusätzliches (zweites) Ventil und ein zusätzlicher (zweiter) Kolben bzw. Zylinder vorgesehen sein.
  • Im Normalbetrieb der Hydraulikzylinderanordnung regelt das elektrisch betätige 4/4-Wegeventil als (erstes) Ventil die Druckverhältnisse im Stellkolben und verschwenkt damit die Pumpe. Das erste Ventil ist dabei mit Strom beaufschlagt und entlastet den zweiten Kolben, der so wirkungslos/ kraftlos ist. Im Fehlerfall des (ersten) Ventils fährt dieses in eine Grundstellung, in der die eine (erste) Kammer des Stellkolbens mit dem Rücklauf verbunden und so entlastet wird. Die andere (zweite) Stellkolbenkammer wird mit dem Stelldruck verbunden. Dies bewirkt das Verschieben des Stellkolbens hin zur ersten Kammer. Um zu unterbinden, dass dabei die Endlage des Stellkolbens (in der eine maximale Fördermenge der Pumpe eingestellt ist) erreicht wird, wird das zweite Ventil deaktiviert und verbindet dabei den zweiten Kolben bzw. Zylinder mit dem Stelldruck. Dadurch fährt der zweite Kolben bis hin zu einem einstellbaren Endanschlag (welcher der Mittelstellung, also der null % Stellung der Pumpe entspricht) aus. Die wirksame Fläche des zweiten Kolbens ist größer als die wirksame Fläche des Stellkolbens, so dass sichergestellt ist, dass immer die Endposition des zweiten Kolbens bzw. Zylinders erreicht wird, was wiederum der Mittelstellung, also der null % Stellung der Pumpe entspricht.
  • Für die Realisierung dieser Hydraulikzylinderanordnung ist aber der zweite Kolben und das zweite Ventil erforderlich.
  • Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Problem zumindest teilweise zu lindern und insbesondere eine kostengünstigere Lösung für eine Hydraulikzylinderanordnung bereitzustellen, mit der ein geordneter schneller Stillstand des Hydraulikzylinders erreichbar ist.
  • Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen. Die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale können in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander und/oder mit Merkmalen der Beschreibung kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt weitere Ausführungsvarianten an.
  • Hierzu trägt eine Hydraulikzylinderanordnung bei, zumindest umfassend einen Hydraulikzylinder, einen Motor zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe, die Pumpe sowie ein Schwenkwinkelregelsystem für die Pumpe, wobei das Schwenkwinkelregelsystem zumindest einen Stellkolben zur Verstellung der Pumpe und ein elektrisch ansteuerbares Ventil zum Regeln des Stellkolbens aufweist. Über das Schwenkwinkelregelsystem ist zumindest eine Förderrichtung der Pumpe (insbesondere zwischen -100 % und + 100 % Fördermenge) und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders regelbar. Die Hydraulikzylinderanordnung weist eine elektrische Steuereinheit zum Betrieb zumindest des Motors sowie des Ventils auf.
  • Die Hydraulikzylinderanordnung weist (zudem) eine unterbrechungsfreie Stromversorgung auf, so dass bei einem Ausfall einer Stromversorgung für die Steuereinheit zumindest die Steuereinheit von der unterbrechungsfreien Stromversorgung mit elektrischer Energie versorgbar ist.
  • Insbesondere ist bei einem Ausfall der Stromversorgung für die Steuereinheit zumindest das Ventil über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung bereitgestellte Energie so ansteuerbar, dass über den Stellkolben ein Schwenkwinkel der Pumpe auf null % verstellbar ist.
  • Insbesondere ist bei einem Ausfall der Stromversorgung für die Steuereinheit zumindest der Motor über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung bereitgestellte Energie auf null U/min abbremsbar, insbesondere über einen Bremswiderstand.
  • Insbesondere umfasst die unterbrechungsfreie Stromversorgung einen Kondensator oder einen Zwischenkreis, der mit der Stromversorgung verbunden ist, wobei der Kondensator oder der Zwischenkreis bei einem Ausfall der Stromversorgung die Energie für die Versorgung zumindest der Steuereinheit bereitstellt.
  • Der Kondensator bzw. der Zwischenkreis ist insbesondere derart dimensioniert, dass darin ausreichend elektrische Energie gespeichert ist bzw. werden kann. Ausreichend heißt insbesondere, dass zumindest der Motor auf null U/min [Umdrehungen/Minute] abgebremst werden kann und/ oder das Ventil solange derart angesteuert werden kann, dass über den Stellkolben der Schwenkwinkel der Pumpe auf null % verstellt wird.
  • Ein Zwischenkreis ist insbesondere eine grundsätzlich bekannte elektrische Einrichtung, die als Energiespeicher mehrere elektrische Netze auf einer zwischengeschalteten Strom- oder Spannungsebene z. B. über einen Umrichter elektrisch koppelt. Auch ein Kondensator ist als Energiespeicher grundsätzlich bekannt.
  • Insbesondere sind auch als Module ausgeführte unterbrechungsfreie Stromversorgungen bekannt.
  • Insbesondere kann so sichergestellt werden, dass der Hydraulikzylinder zum Stillstand gelangt (Pumpe fördert nicht mehr bzw. ist in der null %-Stellung und/oder der Motor treibt die Pumpe nicht mehr an).
  • Es wird weiter ein Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikzylinderanordnung, insbesondere zum Betrieb der beschriebenen Hydraulikzylinderanordnung vorgeschlagen. Die Hydraulikzylinderanordnung umfasst zumindest einen Hydraulikzylinder, einen Motor zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe, die Pumpe sowie ein Schwenkwinkelregelsystem für die Pumpe, wobei das Schwenkwinkelregelsystem zumindest einen Stellkolben zur Verstellung der Pumpe und ein elektrisch ansteuerbares Ventil zum Regeln des Stellkolbens aufweist. Über das Schwenkwinkelregelsystem ist zumindest eine Förderrichtung der Pumpe und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders regelbar. Die Hydraulikzylinderanordnung weist eine elektrische Steuereinheit zum Betrieb zumindest des Motors sowie des Ventils und eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) auf. Das Verfahren umfasst bei Ausfall einer Stromversorgung zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Versorgen zumindest der Steuereinheit mit elektrischer Energie aus der unterbrechungsfreien Stromversorgung; und (dadurch) zumindest
    2. b) Abbremsen des Motors durch die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung bereitgestellte Energie auf null U/min oder Ansteuern des Ventils über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung bereitgestellte Energie, so dass über den Stellkolben ein Schwenkwinkel der Pumpe auf null % verstellt wird.
  • Die Schritte a) und b) werden insbesondere gemeinsam durchgeführt, das heißt, dass (nur) durch die elektrische Energie der unterbrechungsfreien Stromversorgung das Abbremsen des Motors (z. B. durch einen - ggf. elektrisch betätigten und mechanisch wirkenden oder ausschließlich elektrisch wirkenden Bremswiderstand) und/oder das Ansteuern des Ventils erfolgt.
  • Ohne die Ansteuerung des Ventils würde sich das Ventil sonst insbesondere in eine Grundstellung bewegen, bei der der Stellkolben in eine der Endstellungen überführt wird, so dass die Pumpe dann auf -100 % oder +100 % Schwenkwinkel verstellt und der Hydraulikzylinder weiter verfahren werden würde.
  • Insbesondere wird durch Schritt b) die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung bereitgestellte Energie vollständig verbraucht. Insbesondere ist die Hydraulikzylinderanordnung nach Schritt b) stromlos, das heißt, dass dann keine elektrische Energie mehr in der Hydraulikzylinderanordnung (also in der Steuereinheit, der unterbrechungsfreien Stromversorgung oder anderen Komponenten) vorhanden ist.
  • Die Steuereinheit ist insbesondere ein System zur Datenverarbeitung, das Mittel aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen. Insbesondere wird die Steuereinheit außerhalb eines Störungsfalls von der Stromversorgung mit elektrischer Energie versorgt. Das vorliegende Verfahren umfasst, dass, wenn die Stromversorgung ausfällt oder unterbrochen wird (z. B. durch einen Not-Aus-Schalter), die Steuereinheit über die unterbrechungsfreie Stromversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird. Über die unterbrechungsfreie Stromversorgung erfolgt dann also das Initiieren der Motorabbremsung und/oder das beschriebene Ansteuern des Ventils.
  • Die Mittel umfassen z. B. einen Prozessor und einen Speicher, in dem durch den Prozessor auszuführende Befehle gespeichert sind, sowie Datenleitungen oder Übertragungseinrichtungen, die eine Übertragung von Befehlen, Messwerten, Daten oder ähnlichem zwischen den angeführten Elementen ermöglichen.
  • Die "Mittel" können insbesondere eine oder mehrere folgender Komponenten umfassen: Steuerung(en), Mikrocontroller, Datenspeicher, Datenverbindung, Anzeigegeräte (wie z.B. ein Display), Zähler bzw. Zeitglied (Timer), mindestens ein weiterer Sensor, eine Energiequelle (die unterbrechungsfreie Stromversorgung, die ggf. mit der Steuereinheit integriert oder aber separat davon ausgeführt sein kann), etc.
  • Es wird weiter ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
  • Es wird weiter ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
  • Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Hydraulikzylindereinheit, das System zur Datenverarbeitung und/oder das computerimplementierte Verfahren (also das Computerprogramm und das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
  • Die beschriebene Hydraulikzylinderanordnung bzw. das beschriebene Verfahren ermöglicht die Überführung der Hydraulikzylindereinheit in einen geordneten Stillstand des Hydraulikzylinders innerhalb einer kurzen Zeit (sofern keine externen Kräfte diesen bewegen), insbesondere trotz Vorhandenseins eines Schwenkwinkelregelsystems. Ohne die unterbrechungsfreie Stromversorgung würde der Stellkolben, wenn er in seine Grundstellung überführt wird bzw. dann dort angeordnet ist, je nach Druckversorgung des Ventils des Schwenkwinkelregelsystems, aus seiner Nulllage (also null % Schwenkwinkel) herausbewegt oder z. B. über eine Feder nur relativ langsam und ungenau Richtung Nulllage bewegt werden. Der Motor der Pumpe wird, infolge der weiteren Stromversorgung durch die unterbrechungsfreie Stromversorgung (zunächst) nicht drehmomentenfrei geschaltet, sondern aktiv auf null U/min abgebremst. Zum Abbremsen des Motors wird insbesondere ein Bremswiderstand genutzt.
  • Infolge der Bereitstellung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung sind insbesondere keine Absperrventile am Hydraulikzylinder erforderlich. Zudem entstehen keine Druckverluste durch diese sonst vorhandenen zusätzlichen Absperrventile. Weiter werden die Kammern des Hydraulikzylinder nicht abgesperrt (durch die Absperrventile), was ggf. unerwünscht sein kann. Auch zwischen (sonst ggf. vorhandenen) Absperrventilen und Pumpe können keine Druckspitzen entstehen, die sonst bei plötzlich aktivierten Absperrventilen auftreten können. Selbstverständlich können Absperrventile aber, falls erforderlich oder hilfreich, zusätzlich bereitgestellt werden.
  • Infolge der Bereitstellung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung ist auch insbesondere die eingangs beschriebene Sonderausführung des Schwenkwinkelregelsystems nicht erforderlich (mit zweitem Ventil und zweitem Kolben).
  • Insbesondere können die folgenden Ereignisse durch die beschriebene Hydraulikzylinderanordnung bzw. das beschriebene Verfahren wie folgt gelöst werden:
    • Ereignis A: Not-Aus
      Es wird ein Not-Aus-Schalter betätigt, d. h. die Stromversorgung wird unterbrochen. Der Motor der Hydraulikzylinderanordnung wird schnellstmöglich auf null U/min abgebremst. Der Schwenkwinkel der Pumpe wird schnellstmöglich auf 0 % geregelt. Der Hydraulikzylinder gelangt in Folge dieser Maßnahmen (schnellstmöglich) zum Stillstand. Ggf. nach Ablauf einer Wartezeit (insbesondere weniger als eine Sekunde) wird der Motor drehmomentfrei (STO) geschaltet.
    • Ereignis B: Fehler
      Es liegt ein Fehler in der Hydraulikzylinderanordnung vor (z. B. ist eine Temperatur einer Komponente zu hoch). Der Motor der Hydraulikzylinderanordnung wird schnellstmöglich auf null U/min abgebremst. Der Schwenkwinkel der Pumpe wird schnellstmöglich auf 0 % geregelt. Der Hydraulikzylinder gelangt in Folge dieser Maßnahmen (schnellstmöglich) zum Stillstand.
    • Ereignis C: Stromausfall
      • Die Spannungsversorgung der Hydraulikzylinderanordnung fällt aus. Die Steuereinheit der Hydraulikzylinderanordnung (also z. B. ein Umrichter, das Ventil des Schwenkwinkelregelsystems, ein Schwenkwinkelwegaufnehmer, der an dem Stellkolben und/oder der Pumpe angeordnet ist) wird über die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) bzw. ein USV-Modul weiterhin mit Strom bzw. elektrischer Energie versorgt. Die Druckversorgung für das Schwenkwinkelregelventil kann insbesondere noch mit elektrischer Energie versorgt und entsprechend aufrechterhalten werden. Alternativ kann die Druckversorgung so ausgeführt sein,
      • dass für eine gewisse Dauer noch genügend Druck und Volumenstrom bereitgestellt wird (z. B. kann die Druckversorgung aus einem Speicher für das Druckmedium erfolgen, der sukzessive über eine Düse entlastet wird). Der Motor der Hydraulikzylinderanordnung wird schnellstmöglich auf null U/min abgebremst. Der Schwenkwinkel der Pumpe wird schnellstmöglich auf 0 % geregelt. Der Hydraulikzylinder gelangt in Folge dieser Maßnahmen (schnellstmöglich) zum Stillstand. Erst wenn die unterbrechungsfreie Stromversorgung keine elektrische Energie bzw. keinen Strom mehr liefert, ist die komplette Hydraulikzylinderanordnung stromlos.
  • Je nach Aufbau der Hydraulikzylinderanordnung kann es insbesondere auch sein, dass eine SPS (eine grundsätzlich bekannte speicherprogrammierbare Steuerung) noch über die USV mit Strom versorgt wird und je nach Systemaufbau kann es auch sein, dass die Regelung des Schwenkwinkelregelventils in einer externen Elektronik untergebracht ist, die dann ebenfalls über die USV mit Strom versorgt wird.
  • Die hier beschriebene USV kann alternativ auch als ein zusätzliches 24V Netzteil ausgeführt sein, welches aus dem beschriebenen Zwischenkreis versorgt wird. Beide Netzteile führen zu einem zusätzlichen Redundanzmodul. Solange der Zwischenkreis noch geladen ist, sind entsprechend auch 24V [Volt] vorhanden.
  • Die Verwendung unbestimmter Artikel ("ein", "eine", "einer" und "eines"), insbesondere in den Ansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nun anhand von Figuren näher erläutert, ohne dass diese Ausführungen die Erfindung selbst beschränken. Soweit es nachfolgend nicht explizit ausgeschlossen wird, können auch in den Figuren gezeigte Teilaspekte bzw. einzelne Merkmale miteinander und/oder mit den Merkmalen der Ansprüche bzw. vorhergehenden Beschreibung kombiniert werden. Soweit Bauteile in unterschiedlichen Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen sind, gelten deren Beschreibungen sinngemäß für alle diese Bauteile, soweit nicht explizit etwas anderes vorgetragen ist. Die Figuren zeigen schematisch:
    • Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung gemäß dem Stand der Technik,
    • Fig. 2 eine zweite Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung gemäß dem Stand der Technik,
    • Fig. 3 eine dritte Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung gemäß dem Stand der Technik,
    • Fig. 4 eine vierte Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung gemäß dem Stand der Technik,
    • Fig. 5 eine erste Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung und
    • Fig. 6 eine zweite Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung.
  • Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung 1 gemäß dem Stand der Technik
  • Die Hydraulikzylinderanordnung 1 umfasst einen Hydraulikzylinder 2, eine von einem Motor 3 angetriebene, verstellbare Pumpe 4 sowie zwei Absperrventile 14. Damit kann nach einer Abschaltung der Hydraulikzylinderanordnung 1 eine (Rest-)Bewegung des Kolbens des Hydraulikzylinders 2 verhindert werden kann. Mittels der Absperrventile 14 wird eine hydraulische Verbindung zwischen den zwei Kammern des Hydraulikzylinders 2 und der Pumpe 4 unterbrochen. Der zum Antrieb der Pumpe 4 vorgesehene Motor 3 wird dabei drehmomentfrei geschaltet.
  • Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung 1 gemäß dem Stand der Technik. Auf die Ausführungen zu der Fig. 1 wird verwiesen.
  • Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante sind keine Absperrventile 14 vorgesehen, so dass der Kolben des Hydraulikzylinders 2 so weiterbewegt wird, wie von der Pumpe 4 das Medium gefördert wird. Ein einfaches Auslösen eines STO am Motor 3 führt erst zu einem Stillstand der Pumpe 4, wenn die kinetische Energie des Motors 3 und der Pumpe 4 abgebaut ist (sofern keine externen hydraulischen Kräfte auf die Pumpe 4 wirken). Die Pumpe 4 fördert entsprechend ihrer Drehrichtung und ggf. ihres Schwenkwinkels 11.
  • Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung 1 gemäß dem Stand der Technik. Auf die Ausführungen zu der Fig. 2 wird verwiesen.
  • Diese Hydraulikzylinderanordnung 1 umfasst ein Schwenkwinkelregelsystem 5. Die Hydraulikzylinderanordnung 1 umfasst einen Hydraulikzylinder 1 (mit Kolben), einen Motor 3 zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe 4, die Pumpe 4 sowie ein Schwenkwinkelregelsystem 5 für die Pumpe 4, wobei das Schwenkwinkelregelsystem 5 zumindest einen Stellkolben 6 zur Verstellung der Pumpe 4 und ein elektrisch ansteuerbares Ventil 7 zum Regeln des Stellkolbens 6 aufweist. Über das Schwenkwinkelregelsystem 5 ist zumindest eine Förderrichtung bzw. der Schwenkwinkel 11 der Pumpe 4 und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders 2 bzw. des Kolbens regelbar. Die Pumpe 4 ist über das Schwenkregelsystem 5 zwischen -100 % (maximale Fördermenge der Pumpe 4 in einer ersten Richtung), null % (keine Förderung eines Mediums durch die Pumpe 4) und +100 % (maximale Fördermenge der Pumpe 4 in einer zweiten Richtung) verstellbar.
  • Schaltet man das (Schwenkwinkelregel-)Ventil 7 analog zum STO des Motors 3 in dessen stromlose Grundstellung, so hängt es von der Ventilgrundstellung, der Ventil-Druckversorgung und dem Vorhandensein von Federn in der Schwenkwiege ab, welcher Schwenkwinkel 11 sich an der Pumpe 4 einstellt und damit ob und in welche Richtung die Pumpe 4 fördert.
  • Bei einer sogenannten A4 HS5-Pumpe mit angeschlossenem Steuerdruck (Druckanschluss 12) und stromlosen Proportionalventil bzw. HS5-Regelventil (als Ventil 7, also ein 4/4-Wege Ventil) ist die minimale Verdrängung der Pumpe 4 die Grundstellung, die hier dargestellt ist. Dabei ist die eine Kammer des Stellkolbens 6 mit dem Druckanschluss 12 und die andere Kammer des Stellkolbens 6 mit dem Rücklauf 13 verbunden. Diese Grundstellung wird auch erreicht, wenn das HS5-Regelventil 7 aufgrund einer Störung stromlos ist (z. B. Kabelbruch etc.). Im Gegensatz zu einem offenen Kreislauf, bei dem die Pumpe 4 bis zu einem minimalen Endanschlag (null % Fördermenge) schwenkt, schwenkt die Pumpe 4 im geschlossenen Kreislauf über die Nullstellung bis auf -100 % Fördermenge (Richtungsumkehr). In diesem Fall beschleunigt der an die Pumpe 4 angeschlossene Hydraulikzylinder 2 maximal in eine Bewegungsrichtung. Durch die Implementierung einer Nullschwenk-Funktion (siehe Fig. 4) in das bekannte HS5(E)-Regelsystem kann dieses Verhalten verhindert werden.
  • Um also z. B. bei Pumpen 4 mit solch einer ungünstiger Grundstellung des Schwenkwinkelregelventils (Ventil 7) ein Schwenken der Pumpe 4 auf einen Schwenkwinkel 11 von null % bei stromlosen Schwenkwinkelregelventil 7 zu ermöglichen, kann z. B. eines zusätzliches (zweites) Ventil 16 und ein zusätzlicher (zweiter) Kolben 17 bzw. Zylinder vorgesehen sein (siehe Fig. 4).
  • Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung 1 gemäß dem Stand der Technik. Auf die Ausführungen zu der Fig. 3 wird verwiesen.
  • Im Unterschied zur dritten Ausführungsvariante sind bei dieser Hydraulikzylinderanordnung 1 ein zweites Ventil 16 und ein zweiter Kolben 17 vorgesehen.
  • Im Normalbetrieb der Hydraulikzylinderanordnung 1 regelt das elektrisch betätige 4/4-Wegeventil als (erstes) Ventil 7 die Druckverhältnisse im Stellkolben 6 und verschwenkt damit die Pumpe 4. Das erste Ventil 7 ist dabei mit Strom beaufschlagt und entlastet den zweiten Kolben 17, der so wirkungslos/ kraftlos ist. Im Fehlerfall des (ersten) Ventils 7 fährt dieses in die dargestellte Grundstellung, in der die eine (erste) Kammer des Stellkolbens 6 mit dem Rücklauf 13 verbunden und so entlastet wird. Die andere (zweite) Kammer des Stellkolbens 6 ist dem Druckanschluss 12 und damit mit dem Stelldruck verbunden. Dies bewirkt das Verschieben des Stellkolbens 6 hin zur ersten Kammer. Um zu unterbinden, dass dabei die Endlage des Stellkolbens 6 (in der eine maximale Fördermenge der Pumpe 4 eingestellt ist) erreicht wird, wird das zweite Ventil 16 deaktiviert und verbindet dabei den zweiten Kolben 17 bzw. Zylinder mit dem Druckanschluss 12. Dadurch fährt der zweite Kolben 17 bis hin zu einem einstellbaren Endanschlag (welcher der Mittelstellung, also der null % Stellung der Pumpe 4 entspricht) aus. Die wirksame Fläche des zweiten Kolbens 17 ist größer als die wirksame Fläche des Stellkolbens 6, so dass sichergestellt ist, dass immer die Endposition des zweiten Kolbens 17 bzw. Zylinders erreicht wird, was wiederum der Mittelstellung, also der null % Stellung der Pumpe 4 entspricht.
  • Für die Realisierung dieser Hydraulikzylinderanordnung 1 sind aber der zweite Kolben 17 und das zweite Ventil 16 erforderlich.
  • Fig. 5 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung 1. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 4 wird verwiesen.
  • Die Hydraulikzylinderanordnung 1 umfasst einen Hydraulikzylinder 2, einen Motor 3 zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe 4, die Pumpe 4 sowie ein Schwenkwinkelregelsystem 5 für die Pumpe 4, wobei das Schwenkwinkelregelsystem 5 einen Stellkolben 6 zur Verstellung der Pumpe 4 und ein elektrisch ansteuerbares Ventil 7 zum Regeln des Stellkolbens 6 aufweist. Über das Schwenkwinkelregelsystem 5 ist zumindest eine Förderrichtung bzw. ein Schwenkwinkel 11 der Pumpe 4 (zwischen -100 % und + 100 % Fördermenge) und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders 2 regelbar. Die Hydraulikzylinderanordnung 1 weist eine elektrische Steuereinheit 8 zum Betrieb zumindest des Motors 3 sowie des Ventils 7 auf.
  • Die Hydraulikzylinderanordnung 1 weist zudem eine unterbrechungsfreie Stromversorgung 9 auf, so dass bei einem Ausfall einer Stromversorgung 10 für die Steuereinheit 8, z. B. durch Betätigen des Not-Aus-Schalters 15 zumindest die Steuereinheit 8 von der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9 mit elektrischer Energie versorgbar ist.
  • Bei einem Ausfall der Stromversorgung 10 für die Steuereinheit 8 ist das Ventil 7 über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9 bereitgestellte Energie so ansteuerbar, dass über den Stellkolben 6 ein Schwenkwinkel 11 der Pumpe 4 auf null % verstellbar ist.
  • Bei einem Ausfall der Stromversorgung 10 für die Steuereinheit 8 ist auch der Motor 3 über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9 bereitgestellte Energie auf null U/min über einen Bremswiderstand 22 abbremsbar.
  • Insbesondere umfasst die unterbrechungsfreie Stromversorgung 9 einen Kondensator 23 oder einen Zwischenkreis, der mit der Stromversorgung 10 verbunden ist, wobei der Kondensator 23 oder der Zwischenkreis bei einem Ausfall der Stromversorgung 10 die Energie für die Versorgung zumindest der Steuereinheit 8 bereitstellt.
  • Über die unterbrechungsfreie Stromversorgung 9 kann somit sichergestellt werden, dass der Hydraulikzylinder 1 zum Stillstand gelangt (Pumpe 4 fördert nicht mehr bzw. ist in der null %-Stellung und der Motor 3 treibt die Pumpe 4 nicht mehr an).
  • Das Verfahren zum Betrieb der Hydraulikzylinderanordnung 1 umfasst bei Ausfall der Stromversorgung 10 gemäß Schritt a) das Versorgen zumindest der Steuereinheit 8 mit elektrischer Energie aus der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9. Gemäß Schritt b) erfolgt das Abbremsen des Motors 3 durch die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9 bereitgestellte Energie auf null U/min und das Ansteuern des Ventils 7 über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung bereitgestellte Energie, so dass über den Stellkolben 6 ein Schwenkwinkel 11 der Pumpe 4 auf null % verstellt wird.
  • Die Schritte a) und b) werden gemeinsam durchgeführt, das heißt, dass nur durch die elektrische Energie der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9 das Abbremsen des Motors 3 und das Ansteuern des Ventils 7 und damit des Stellkolbens 6 erfolgt.
  • Ohne die Ansteuerung des Ventils 7 würde sich das Ventil 7 sonst in die dargestellte Grundstellung bewegen, bei der der Stellkolben 6 in eine der Endstellungen überführt wird, so dass die Pumpe 4 dann auf -100 % oder +100 % Schwenkwinkel 11 verstellt und der Hydraulikzylinder 1 weiter verfahren werden würde.
  • Im Rahmen des Schrittes b) wird die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9 bereitgestellte Energie vollständig verbraucht. Die Hydraulikzylinderanordnung 1 ist daher nach Schritt b) stromlos, das heißt, dass dann keine elektrische Energie mehr in der Hydraulikzylinderanordnung 1 (also in der Steuereinheit 8, der unterbrechungsfreien Stromversorgung 9 oder anderen Komponenten) vorhanden ist.
  • Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Hydraulikzylinderanordnung 1. Auf die Ausführungen zu Fig. 5 wird verwiesen.
  • Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 zeigt Fig. 6 eine Hydraulikzylinderanordnung 1 mit einer anders ausgeführten unterbrechungsfreien Stromversorgung 9. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung 9 ist als ein zusätzliches 24V Netzteil 19 ausgeführt, welches aus dem Zwischenkreis 18 versorgt wird. Beide Netzteile 19 (Netzteil 19 und Netzteil des Zwischenkreises 18) führen zu einem zusätzlichen Redundanzmodul 20. Solange der Zwischenkreis 18 noch geladen ist, sind entsprechend auch 24V vorhanden.
  • Zudem wird in Fig. 6 eine SPS 21 noch über die unterbrechungsfreie Stromversorgung 9 mit Strom versorgt. Die Regelung des (Schwenkwinkelregel-)Ventils 7 ist in einer externen Elektronik 24 untergebracht, die ebenfalls über die unterbrechungsfreie Stromversorgung 9 mit Strom versorgt wird.

Claims (6)

  1. Hydraulikzylinderanordnung (1), zumindest umfassend einen Hydraulikzylinder (2), einen Motor (3) zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe (4), die Pumpe (4) sowie ein Schwenkwinkelregelsystem (5) für die Pumpe (4), wobei das Schwenkwinkelregelsystem (5) zumindest einen Stellkolben (6) zur Verstellung der Pumpe (4) und ein elektrisch ansteuerbares Ventil (7) zum Regeln des Stellkolbens (6) aufweist; wobei über das Schwenkwinkelregelsystem (5) zumindest eine Förderrichtung der Pumpe (4) und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders (2) regelbar ist; wobei die Hydraulikzylinderanordnung (1) eine elektrische Steuereinheit (8) zum Betrieb zumindest des Motors (3) sowie des Ventils (7) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinderanordnung (1) eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (9) aufweist, so dass bei einem Ausfall einer Stromversorgung (10) für die Steuereinheit (8) zumindest die Steuereinheit (8) von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (9) mit elektrischer Energie versorgbar ist.
  2. Hydraulikzylinderanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei bei einem Ausfall der Stromversorgung (10) für die Steuereinheit (8) zumindest das Ventil (7) über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (9) bereitgestellte Energie so ansteuerbar ist, dass über den Stellkolben (6) ein Schwenkwinkel (11) der Pumpe (4) auf null % verstellbar ist.
  3. Hydraulikzylinderanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einem Ausfall der Stromversorgung (10) für die Steuereinheit (8) zumindest der Motor (3) über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (9) bereitgestellte Energie auf null U/min abbremsbar ist.
  4. Hydraulikzylinderanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unterbrechungsfreie Stromversorgung (9) einen Kondensator oder einen Zwischenkreis umfasst, der mit der Stromversorgung (10) verbunden ist, wobei der Kondensator oder der Zwischenkreis bei einem Ausfall der Stromversorgung (10) die Energie für die Versorgung zumindest der Steuereinheit (8) bereitstellt.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikzylinderanordnung (1), wobei die Hydraulikzylinderanordnung (1) zumindest einen Hydraulikzylinder (2), einen Motor (3) zum Antrieb einer verstellbaren Pumpe (4), die Pumpe (4) sowie ein Schwenkwinkelregelsystem (5) für die Pumpe (4) umfasst, wobei das Schwenkwinkelregelsystem (5) zumindest einen Stellkolben (6) zur Verstellung der Pumpe (4) und ein elektrisch ansteuerbares Ventil (7) zum Regeln des Stellkolbens (6) aufweist; wobei über das Schwenkwinkelregelsystem (5) zumindest eine Förderrichtung der Pumpe (4) und damit eine Bewegung des Hydraulikzylinders (2) regelbar ist; wobei die Hydraulikzylinderanordnung (1) eine elektrische Steuereinheit (8) zum Betrieb zumindest des Motors (3) sowie des Ventils (7) und eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (9) aufweist; wobei das Verfahren bei Ausfall einer Stromversorgung (10) zumindest die folgenden Schritte umfasst:
    a) Versorgen zumindest der Steuereinheit (8) mit elektrischer Energie aus einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (9); und zumindest
    b) Abbremsen des Motors (3) durch die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (9) bereitgestellten Energie auf null U/min oder Ansteuern des Ventils (7) über die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (9) bereitgestellte Energie, so dass über den Stellkolben (6) ein Schwenkwinkel (11) der Pumpe (4) auf null % verstellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei durch Schritt b) die von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (9) bereitgestellten Energie vollständig verbraucht wird.
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