IT201800001114A1 - Unita' di recupero di potenza idraulica - Google Patents

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IT201800001114A1
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hydraulic circuit
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pressure
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Alessandro Benevelli
Marco Pietro Ciarrocchi
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Cnh Ind Italia Spa
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “UNITA' DI RECUPERO DI POTENZA IDRAULICA”
La presente invenzione riguarda un circuito idraulico di una macchina da lavoro, in particolare un'unità di recupero di potenza per un circuito di potenza idraulica di una macchina da lavoro.
I veicoli per l’edilizia comprendono una pluralità di elementi quali bracci di sollevamento, pale o manipolatori che sono attivati tramite attuatori a controllo idraulico.
Gli attuatori sono solitamente controllati grazie a circuiti idraulici che comprendono essenzialmente una sorgente di fluido, un’unità di potenza configurata per aumentare la pressione di fluido, una valvola principale a cui gli utilizzatori sono collegati fluidicamente ed un tubo di ritorno collegato fluidicamente a un serbatoio del circuito.
Solitamente, il tubo di ritorno della valvola principale è collegato fluidicamente al serbatoio tramite una valvola di non ritorno configurata per generare una contropressione costante preimpostata, normalmente compresa tra 3 e 5 bar. Tale contropressione è essenziale al fine di migliorare la controllabilità degli accessori e/o per spillare olio a pressione costante per la lubrificazione di altri sottosistemi del veicolo.
La valvola di non ritorno può essere realizzata come un elemento di chiusura che è spinto elasticamente contro un’uscita del condotto del tubo di ritorno che permette il passaggio di fluido a una pressione predeterminata, ovvero inferiore di 3-5 bar alla pressione della valvola principale, al fine di mantenere la differenza di contropressione tra ingresso e uscita della valvola principale.
Tuttavia è chiaro che la contropressione summenzionata è uno spreco di potenza del fluido in pressione nella valvola principale.
Inoltre, la valvola di non ritorno ha un valore costante e preimpostato di contropressione che non può essere modificato in funzione dell’esigenza.
Pertanto, si avverte la necessità di migliorare i circuiti idraulici esistenti per il controllo degli accessori in veicoli da lavoro allo scopo di migliorare le loro controllabilità e di ridurre i costi.
Un obiettivo della presente invenzione è di soddisfare la necessità summenzionata.
L’obiettivo summenzionato è ottenuto da un circuito idraulico come rivendicato nella rivendicazione 1 e da un metodo secondo la rivendicazione 12.
Per una migliore comprensione della presente invenzione, una forma di realizzazione preferita è descritta nel seguito, a titolo di esempio non limitativo, facendo riferimento ai disegni allegati in cui:
● la figura 1 è una rappresentazione schematica di un circuito secondo l’invenzione;
● la figura 2 è una rappresentazione schematica di un circuito secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione; e
● la figura 3 è una rappresentazione schematica di un circuito secondo una forma di realizzazione alternativa dell’invenzione.
Nelle figure allegate, gli stessi numeri di riferimento identificano lo stesso elemento attraverso forme di realizzazione diverse. I termini “primo” o “secondo” non sono utilizzati in modo limitativo ma solo a scopo di chiarezza, ad esempio la presenza di un “primo” elemento non necessita di conseguenza la presenza di un “secondo” elemento.
La Figura 1 descrive un circuito idraulico 1 per una macchina da lavoro essenzialmente comprendente una sorgente 2 di fluido, un’unità di potenza 3 collegata fluidicamente alla sorgente 2 e configurata per aumentare la pressione del fluido tra un ingresso 3a e un’uscita 3a dell’unità di potenza 3. Com’è noto, l’unità di potenza 3 può essere una pompa di qualsiasi tipologia, ad esempio una pompa elettrica o una pompa supportata dal motore del veicolo da lavoro.
Il circuito idraulico 1 inoltre comprende una valvola principale 5 comprendente un ingresso 5a collegato fluidicamente all’unità di potenza 3 e un’uscita 5b collegata fluidicamente a un serbatoio 6 del circuito 1. La valvola principale 5 può essere realizzata in qualsiasi modo noto ed è collegata fluidicamente ad almeno un accessorio 7.
Secondo la presente invenzione, il circuito idraulico 1 comprende un'unità di recupero di potenza 10 che è interposta fluidicamente tra l’uscita 5b della valvola principale 5 e il serbatoio 6, in particolare l’unità di recupero 10 comprende un ingresso 10a collegato fluidicamente all’uscita 5b della valvola principale 5 e un’uscita 10b collegata fluidicamente al serbatoio 6.
L’unità di recupero di potenza 10 è configurata per usare il fluido in pressione che scorre dall’uscita 5b al serbatoio 6 al fine di generare potenza W. Inoltre l’unità di recupero di potenza 10 è configurata per mantenere un valore preimpostato di contropressione in corrispondenza dell’uscita 5b della valvola principale 5.
La figura 2 descrive una forma di realizzazione preferita del circuito idraulico 1 secondo quanto precede.
Il circuito idraulico 1 comprende una sorgente 2 di fluido, un’unità di potenza 3 collegata fluidicamente alla sorgente 2 e configurata per aumentare la pressione del fluido tra un primo ingresso 3a e un’uscita 3a dell’unità di potenza 3.
L’unità di potenza 3 può preferibilmente comprendere un volano idraulico o altri mezzi per consentire funzionalità di avvio e arresto idraulico (Hydraulic Start and Stop, HSS) o di aumento di potenza (Power Boost).
Il circuito idraulico 1 comprende una valvola principale 5 avente un ingresso 5a collegato fluidicamente all’unità di potenza 3 e un’uscita 5b collegata fluidicamente a un serbatoio 6 del circuito 1. L’unità di potenza 3 è configurata per forzare il fluido a scorrere nella valvola principale 5. La valvola principale di fluido 5 inoltre comprende almeno una coppia di ingresso e uscita 5c, 5d i quali sono collegati fluidicamente a un rispettivo accessorio 7.
Vantaggiosamente, il circuito idraulico 1 comprende un’unità di recupero di potenza 10 comprendente un ingresso 10a collegato fluidicamente all’uscita 5b della valvola principale 5 e una prima uscita 10b collegata fluidicamente al serbatoio 6.
L’unità di recupero di potenza 10 comprende essenzialmente un motore 12 interposto fluidicamente tra l’ingresso 10a dell’unità di recupero 10 e il serbatoio 6. Il motore 12 è configurato per far ruotare l’albero 14 grazie al passaggio del fluido in pressione e per opporre una resistenza al fluido allo scopo di generare una contropressione preimpostata in corrispondenza dell’uscita 5b della valvola principale 5.
Preferibilmente il motore 12 può essere un motore idraulico a cilindrata fissa il cui albero di uscita 14 può essere accoppiato a un accessorio, ad esempio una pompa a cilindrata variabile 15.
L’unità di recupero di potenza 10 può comprendere un sensore di pressione 16 collocato a valle rispetto all’ingresso 10a e a monte rispetto al motore 12 configurato per rilevare la contropressione del fluido che scorre dall’uscita 5b di valvola principale 5 nell’unità di recupero di potenza 10.
L’unità di recupero di potenza 10 può inoltre comprendere un’unità di controllo (non mostrata) configurata per raccogliere i dati di pressione rilevati dal sensore 16 e controllare la resistenza del motore 12 allo scopo di ottenere come risultato una contropressione desiderata in corrispondenza dell’uscita 5b di valvola principale 5 come controllo a circuito chiuso. Tale resistenza del motore 12 è variata variando la resistenza dell’accessorio collegato all’albero 14, ovvero, nel caso descritto, variando la cilindrata della pompa 15.
L’unità di recupero di potenza 10 può inoltre comprendere una valvola di sicurezza 13 che è posizionata in parallelo al motore 12 per fungere da bypass se la pressione di fluido a monte del motore 12 raggiunge un livello alto intollerabile, ovvero in caso di emergenza.
In particolare un ingresso 13a della valvola di sicurezza 13 è collegato fluidicamente all’uscita 5b a monte rispetto al motore 12 e un’uscita 13b della valvola di sicurezza 13 è collegata fluidicamente al serbatoio 6 a valle rispetto al motore 12.
L’unità di recupero di potenza 10 può inoltre comprendere una valvola di bypass 18 posizionata in parallelo al motore 12 e alla valvola di sicurezza 13 per fungere da secondo bypass se la pressione di fluido a monte del motore 12 raggiunge un elevato livello di pressione, ma inferiore al livello di pressione impostato della valvola di sicurezza 13.
La valvola di bypass 18 può essere utile in condizioni di funzionamento peculiari e limitate quando non è possibile mantenere il livello di pressione in corrispondenza dell’uscita 5b della valvola principale 5. A scopo di esempio, il motore 12 può essere dimensionato a una portata specifica, se la portata di fluido dall’uscita 5b aumenta, tale fluido deve essere scaricato e può essere scaricato grazie alla valvola di bypass 18.
In particolare, un ingresso 18a della valvola di bypass 18 è collegato fluidicamente all’uscita 5b a monte rispetto al motore 12 e un’uscita 18b della valvola di sicurezza 13 è collegata fluidicamente al serbatoio 6 a valle rispetto al motore 12.
Nella forma di realizzazione descritta, la pompa 15 comprende un ingresso 15a collegato fluidicamente all’uscita 12b del motore 12 a monte rispetto al serbatoio 6. La pompa 15 è configurata per spillare parte del fluido che scorre dall’uscita 12b al serbatoio 6 e per aumentare la pressione di tale fluido che scorre tra l’ingresso 15a e un’uscita 15b della pompa. L’uscita 15b può essere collegata fluidicamente ad almeno un accumulatore idraulico 20. Come descritto in precedenza, la pompa 15 può essere una pompa a cilindrata variabile.
L’almeno uno accumulatore idraulico 20 è configurato per conservare il fluido in pressione, il quale è pompato dalla pompa 15 dalla sua uscita 15b. Tale accumulatore idraulico 20 è inoltre collegato fluidicamente a un secondo ingresso 3c dell’unità di potenza 3. Quando necessario, l’accumulatore idraulico 20 può raccogliere il fluido pressurizzato conservato nell’unità di potenza 3 per realizzare le funzionalità di avvio e arresto o di aumento di potenza note.
Il funzionamento della forma di realizzazione sopradescritta è il seguente.
Il fluido agente è aspirato nell’unità di potenza 3 in cui è pressurizzato e scorre nella valvola principale 5 per essere utilizzato dagli accessori 7.
Il fluido può spillare, quando richiesto dall’uscita 5b a un livello di pressione preimpostato secondo la resistenza fluidica dell’unità di recupero di potenza 10 che è interposta tra l’uscita 5b e il serbatoio 6.
Il fluido in pressione, scorrendo nel motore 12 dall’uscita 5b al serbatoio 6, produce energia facendo ruotare l’albero 14.
La resistenza fluidica summenzionata è impostata variando la resistenza dell’accessorio accoppiato all’albero 14, ovvero la pompa 15, secondo il controllo a circuito chiuso descritto grazie al sensore di pressione 16. In particolare, la resistenza della pompa 15 può essere variata modificando la sua velocità di rotazione e la sua cilindrata.
Una sovrappressione occasionale in corrispondenza dell’uscita 5b, ad esempio dovuta ad una portata maggiore dell’uscita 5b che non può essere scaricata attraverso il motore 12, scorre direttamente al serbatoio 6 grazie alla valvola di sicurezza 13 o alla valvola di bypass 18 secondo il livello di pressione preimpostato di ciascuna valvola. L’energia dell’albero 14 è utilizzata per far ruotare la pompa 15 e, secondo l’esempio descritto, tale rotazione è utilizzata per spillare parte del fluido che scorre attraverso il motore 12 al fine di essere accumulato negli accumulatori 20 per possibile utilizzo nell’attivazione della caratteristica di avvio e arresto dell’unità di potenza 3.
Il fluido rimanente scorre verso il serbatoio 6.
Nella figura 3 è descritta una forma di realizzazione alternativa del circuito idraulico 1.
Secondo tale forma di realizzazione alternativa l’unità di recupero di potenza 10 comprende un generatore 25 anziché la pompa 15. Di conseguenza, la rotazione dell’albero 14 è utilizzata per produrre energia elettrica e può essere conservata in batterie del veicolo o usata per il funzionamento di utilizzi elettrici del veicolo in tempo reale.
Come descritto nella forma di realizzazione preferita, un’unità di controllo può controllare la resistenza del generatore 25 per variare la contropressione in corrispondenza dell’uscita 5b della valvola principale 5 grazie al circuito di controllo con il sensore 16.
Il funzionamento della forma di realizzazione alternativa sopradescritta è simile al funzionamento della forma di realizzazione preferita.
In questa forma di realizzazione l’energia dell’albero 14 è utilizzata per generare potenza elettrica grazie al generatore 25 e tale energia elettrica è conservata o utilizzata secondo le necessità del veicolo.
La presente invenzione è anche relativa a un metodo per controllare la pressione del fluido in corrispondenza dell’uscita 5b in un circuito idraulico 1 come descritto in precedenza.
Il metodo summenzionato comprende le seguenti fasi: - acquisire la pressione del fluido in corrispondenza dell’uscita 5b di una valvola principale tramite il sensore 16;
- trasmettere il valore di pressione all’unità di controllo che è configurata per memorizzare quest’ultimo; e - controllare tramite l’unità di controllo la resistenza dell’unità di recupero 10 per variare detta pressione di fluido in corrispondenza dell’uscita 5b.
La resistenza dell’unità di recupero 10 può essere variata variando la resistenza del motore 12 o della pompa 15 o del generatore 25 come descritto in precedenza.
Alla luce di quanto precede, i vantaggi di un circuito idraulico 1 secondo l’invenzione sono evidenti.
L’uso di un’unità di recupero di potenza 10 secondo l’invenzione consente di recuperare parte dell’energia del fluido che scorre fuori dall’uscita 5b.
In particolare, l’uso di un motore 12 per recuperare parte di tale energia del fluido consente di trasformare tale energia in energia di rotazione di un albero 14 che può essere utilizzato da un accessorio del veicolo quale una pompa 15 o un generatore 25.
Inoltre, grazie all’uso di una pompa 15, parte del fluido del motore 12 può essere spillato e accumulato nell’accumulatore 20 per ottenere una funzione di avvio e arresto dell’unità di potenza 3.
Inoltre la contropressione tra l’uscita 5b e 5a può essere variata secondo un valore preimpostato variando la resistenza del motore 12 o della pompa 15/del generatore 25.
Infine, fornendo un circuito di controllo tra la contropressione preimpostata tra l’uscita 5b e la resistenza del motore 12, è possibile automatizzare tale controllo in un modo efficiente.
È chiaro che possono essere realizzate modifiche al circuito idraulico 1 descritto che non si estendano oltre l’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.
Ad esempio, le forme di realizzazione summenzionate possono essere combinate insieme per utilizzare l’energia di rotazione dell’albero 14 sia per generare elettricità tramite un generatore 15 sia per pompare il fluido negli accumulatori 20.
Inoltre, la pompa 15 può essere utilizzata per pompare il fluido in un diverso circuito idraulico ausiliario e può essere una pompa a cilindrata fissa.
Inoltre il motore 12 può essere un motore a cilindrata variabile; in questo modo la valvola di bypass 18 può essere assente o il suo utilizzo può essere fortemente limitato.
Infine il circuito di controllo della contropressione in corrispondenza dell’uscita 5b tramite il sensore 16 può essere realizzato in diversi modi, ovvero tramite un controllo a circuito aperto o mediante diverse tipologie di sensore.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito idraulico (1) di un sistema di controllo idraulico per un veicolo per l’edilizia, detto circuito (1) comprendendo una sorgente (2) di fluido, un’unità di potenza (3) collegata fluidicamente a detta sorgente (2) ed essendo configurata per aumentare la pressione di detto fluido allo scopo di forzare quest’ultimo a scorrere in una valvola principale (5), detta valvola principale (5) comprendendo almeno una prima apertura (5a) collegata fluidicamente a detta unità di potenza (3) e una seconda apertura (5b) collegata fluidicamente a un serbatoio (6) di detto circuito (1), caratterizzato dal fatto che detto circuito (1) comprende inoltre un'unità di recupero di potenza (10) interposta fluidicamente tra detta seconda apertura (5b) e detto serbatoio (6), detta unità di recupero di potenza (10) essendo configurata per recuperare parte dell’energia del fluido che scorre tra detta seconda apertura (5b) e detto serbatoio (6).
  2. 2. Circuito idraulico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità di recupero di potenza (10) è inoltre configurata per mantenere un valore preimpostato di contropressione di detto fluido tra detta prima apertura (5a) e detta seconda apertura (5b).
  3. 3. Circuito idraulico (1) secondo qualsiasi delle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detta unità di recupero di potenza (10) comprende un motore (12) interposto fluidicamente tra detta seconda apertura (5b) e detto serbatoio (6), detto motore (12) essendo configurato per utilizzare l’energia di detto fluido che scorre attraverso di esso per far ruotare un albero (14).
  4. 4. Circuito idraulico (1) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto albero (14) è accoppiato a una pompa.
  5. 5. Circuito idraulico (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto motore (12) è un motore a cilindrata fissa e detta pompa (13) è una pompa a cilindrata variabile.
  6. 6. Circuito idraulico (1) secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che detto albero (14) è accoppiato a un generatore (25).
  7. 7. Circuito idraulico (1) secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che detta pompa (15) è configurata per spillare parte del fluido che scorre in uscita da detto motore (12) e che pompa quest’ultimo ad almeno un accumulatore idraulico (20), detto accumulatore idraulico (20) essendo collegato fluidicamente a un’apertura di detta unità di potenza (3).
  8. 8. Circuito idraulico (1) secondo qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal comprendere una valvola di sicurezza (13) configurata per bypassare detto motore quando la pressione di detto fluido in corrispondenza di detta seconda apertura (5b) raggiunge un valore preimpostato.
  9. 9. Circuito idraulico (1) secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal comprendere una valvola di bypass (18) configurata per bypassare detto motore quando la pressione di detto fluido in corrispondenza di detta seconda apertura (5b) raggiunge un valore preimpostato che è inferiore al valore preimpostato di detta valvola di sicurezza (13).
  10. 10. Circuito idraulico (1) secondo qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal comprendere un sensore (16) configurato per rilevare la pressione di detto fluido in corrispondenza di detta seconda apertura (5b).
  11. 11. Circuito idraulico (1) secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal comprendere un’unità di controllo configurata per ricevere il valore di pressione rilevato da detto sensore (16) e controllare detto motore (12) al fine di variare il valore preimpostato di pressione in corrispondenza della seconda apertura (5b).
  12. 12. Metodo per controllare la pressione di un fluido in corrispondenza di un’apertura (5b) di una valvola principale (5) di un circuito idraulico (1) secondo qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente le fasi di: - acquisire la pressione di detto fluido in corrispondenza di detta apertura (5b) tramite un sensore - trasmettere detto valore ad un’unità di controllo configurata per memorizzare detto valore; - controllare tramite detta unità di controllo la resistenza di detta unità di recupero di potenza (10) secondo detto valore di pressione di detto fluido in corrispondenza dell’apertura (5b).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998029664A1 (fr) * 1996-12-26 1998-07-09 Komatsu Ltd. Appareil de recuperation d'huile de retour sous pression provenant d'actionneurs
DE102006046127A1 (de) * 2006-09-28 2008-04-03 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinheit
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