NL1006143C2

NL1006143C2 - Hydraulic system with constant pressure in pressure line.

Info

Publication number: NL1006143C2
Application number: NL1006143A
Authority: NL
Inventors: Peter Augustinus Johann Achten
Original assignee: Innas Free Piston Bv
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-12-01
Also published as: DE69817343T2; EP0985087A1; EP0985087B1; DE69817343D1; WO1998054450A1

Description

Hydraulisch systeem met constante druk in drukleiding.Hydraulic system with constant pressure in pressure line.

De uitvinding betreft een hydraulisch systeem omvattende een drukleiding, een pomp voor een vloeistoftoevoer, bijvoorbeeld van olie, naar de onder druk staande druklei-5 ding, een of meer lineaire of roterende hydromotoren met respectievelijk een constant zuigeroppervlak of een constant slagvolume en die belast kunnen worden met variabele lasten, een of meer hydraulische transformatoren voor het omzetten van een ononderbroken vloeistofstroom met een pri-10 maire druk in een ononderbroken vloeistofstroom met een secundaire druk die gekoppeld zijn tussen de drukleiding en de hydromotoren, een drukaccumulator gekoppeld aan de drukleiding tussen de pomp en de hydraulische transformatoren, een druksensor voor het meten van de druk in de drukleiding 15 en een besturing die verbonden is met de druksensor voor het regelen van een in hoofdzaak constante druk in de drukleiding door de opbrengst van de pomp te regelen.The invention relates to a hydraulic system comprising a pressure line, a pump for a liquid supply, for example of oil, to the pressurized pressure line, one or more linear or rotary hydraulic motors with a constant piston surface or a constant displacement, respectively, which can be loaded with variable loads, one or more hydraulic transformers for converting a continuous fluid flow of primary pressure into a continuous fluid flow of secondary pressure coupled between the pressure line and the hydraulic motors, a pressure accumulator is coupled to the pressure line between the pump and the hydraulic transformers, a pressure sensor for measuring the pressure in the pressure line 15 and a control connected to the pressure sensor for controlling a substantially constant pressure in the pressure line by controlling the flow of the pump.

Dergelijke systemen zijn bekend en kunnen worden gebruikt in systemen waarbij een aantal hydromotoren aange-20 dreven moeten worden. Door het toepassen van de hydraulische transformatoren kunnen de hydromotoren snel reageren op lastveranderingen zonder dat daarbij energie verloren gaat bijvoorbeeld doordat de druk naar een lager niveau gesmoord wordt. Hierdoor ontstaat een verliesvrij dynamisch 25 systeem dat snel kan reageren op lastveranderingen en waarbij ook terugwinning van energie mogelijk is.Such systems are known and can be used in systems where a number of hydromotors have to be driven. By using the hydraulic transformers, the hydromotors can react quickly to load changes without losing energy, for example by throttling the pressure to a lower level. This creates a lossless dynamic system that can respond quickly to load changes and which also allows energy recovery.

Voor een goede werking van het hydraulische systeem is het noodzakelijk dat de pomp op snelle wijze kan reageren op de veranderingen in de oliestroom, zodat de druk in de 30 drukleiding min of meer constant blijft. De bekende oplossing hiervoor is om een pomp te kiezen met een verstelbare opbrengst, waarbij de verstelinrichting krachtig uitgevoerd moet worden. Het nadeel van dergelijke pompen is·dat ze zeer kostbaar zijn en tevens dat het meestal hydraulisch 35 uitgevoerde servosysteem veel energie vraagt, waardoor het 1006143 2 voordeel van de grotere efficiency door het gebruik van de hydraulische transformatoren voor een belangrijk deel weer teniet gedaan wordt. Een andere bekende oplossing is het toepassen van drukaccumulatoren met een groot volume. Het 5 nadeel hiervan is dat dergelijke drukaccumulatoren zeer kostbaar zijn, een groot gewicht hebben en veel ruimte nodig hebben.In order for the hydraulic system to function properly, it is necessary that the pump can respond quickly to the changes in the oil flow, so that the pressure in the pressure line remains more or less constant. The known solution for this is to choose a pump with an adjustable flow, whereby the adjusting device has to be powerful. The drawback of such pumps is that they are very expensive and also that the servo system, which is usually hydraulic, requires a lot of energy, whereby the advantage of the greater efficiency due to the use of the hydraulic transformers is largely undone again. Another known solution is to use large volume pressure accumulators. The drawback of this is that such pressure accumulators are very expensive, have a great weight and require a lot of space.

De uitvinding beoogt de genoemde nadelen op te heffen en daartoe omvat de pomp met de besturing verbonden scha-10 kelmiddelen voor het aanpassen van de opbrengst van de pomp door de vloeistoftoevoer naar de drukleiding afwisselend in te schakelen en uit te schakelen.The object of the invention is to eliminate the drawbacks mentioned and for this purpose the pump comprises switching means connected to the control for adjusting the output of the pump by alternately switching on and off the liquid supply to the pressure line.

Door het gebruik van schakelmiddelen voor het inschakelen en uitschakelen van de vloeistoftoevoer van de pomp 15 naar de drukleiding is snelle aanpassing aan een veranderende afname van vloeistof mogelijk. Het blijkt namelijk dat de schakelmiddelen zeer snel kunnen reageren waardoor het mogelijk blijkt de druk op het gewenste niveau te houden.By the use of switching means for switching on and off the liquid supply from the pump 15 to the pressure line, rapid adaptation to a changing decrease of liquid is possible. It has been found that the switching means can react very quickly, which makes it possible to keep the pressure at the desired level.

20 Overeenkomstig een uitvoering van de uitvinding heeft de pomp na inschakelen een in hoofdzaak constante opbrengst per slag. Een dergelijke pomp is eenvoudig en daardoor relatief goedkoop.In accordance with an embodiment of the invention, the pump after switching on has a substantially constant flow per stroke. Such a pump is simple and therefore relatively inexpensive.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding 25 is de pomp een vrije-zuiger aggregaat omvattende een vrij beweegbare zuiger, een hydraulisch aandrijfsysteem voor het besturen van de beweging van de vrije-zuiger en een pompcy-linder waarin een met de pompcylinder verbonden pompzuiger kan bewegen en waarbij de schakelmiddelen deel uit maken 30 van het hydraulisch aandrijfsysteem.According to an embodiment of the invention, the pump is a free-piston unit comprising a freely movable piston, a hydraulic drive system for controlling the movement of the free-piston and a pump cylinder in which a pump piston connected to the pump cylinder can move and the shifting means being part of the hydraulic drive system.

Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat een met een motor aangedreven pomp, een door de besturing bediende klep die de zuigzijde en de perszijde van de pomp met elkaar in verbinding kan brengen en een terugslagklep 35 in de aansluiting aan de drukleiding. Hierdoor is op een- 1006143 3 voudige wijze een pomp gerealiseerd die snel kan reageren op veranderende vraag en daarmee op veranderingen in het door het systeem afgenomen vermogen terwijl de motor bijvoorbeeld met een min of meer constant of langzaam verande-5 rend toerental kan blijven draaien.Another embodiment of the invention comprises a motor-driven pump, a control valve operated to connect the suction side and the discharge side of the pump and a check valve 35 in the connection to the pressure line. As a result, a pump has been realized in a simple manner that can react quickly to changing demand and thus to changes in the power consumed by the system, while the motor can, for example, continue to run at a more or less constant or slowly changing speed. .

Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat een met een motor aangedreven pomp en een terugslagklep in de aansluiting aan de drukleiding waarbij schakelmiddelen voor het in en uit kan schakelen van de motor. Bij een dergelij-10 ke uitvoering wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van een gelijkstroommotor die snel geschakeld kan worden en snel op toeren is, waardoor snel reageren op veranderingen in de belasting van het systeem mogelijk is.Another embodiment of the invention comprises a motor-driven pump and a non-return valve in the connection to the pressure pipe, whereby switching means for switching the motor on and off. Such an embodiment, for example, uses a DC motor which can be switched quickly and has a high speed, enabling rapid response to changes in the load on the system.

Overeenkomstig een verdere verbetering van de uitvin-15 ding kunnen pomp en motor bij tegengestelde draairichting hydraulische energie om zetten in electrische energie en waarbij middelen aanwezig zijn voor het afhankelijk van de druk in de drukleiding verbinden van de drukleiding met de drukzijde van de pomp. Hierdoor is het op eenvoudige wijze 20 mogelijk om de energie die door de hydraulische transformatoren in de drukleiding wordt gebracht weer om te zetten in electrische energie, waardoor deze energie niet verloren gaat.In accordance with a further improvement of the invention, the pump and motor can convert hydraulic energy into electrical energy in the opposite direction of rotation and wherein means are present for connecting the pressure line to the pressure side of the pump depending on the pressure in the pressure line. This makes it possible in a simple manner to convert the energy brought back into the pressure line by the hydraulic transformers into electrical energy, so that this energy is not lost.

Overeenkomstig een verdere verbetering zijn de bestu-25 ringen van de hydraulische transformatoren met elkaar verbonden met een vermogensbegrenzing voor het begrenzen van het door de hydraulische transformatoren te leveren vermogen. Hierdoor wordt voorkomen dat tijdens het gebruik de vloeistofafname uit de drukleiding groter wordt dan de 30 maximaal door de pomp te leveren vloeistof, waardoor te grote drukverlaging in de drukleiding zou optreden, hetgeen ongewenst is.According to a further improvement, the controls of the hydraulic transformers are interconnected with a power limitation for limiting the power to be supplied by the hydraulic transformers. This prevents the liquid take-off from the pressure pipe from becoming larger than the maximum liquid to be supplied by the pump during use, as a result of which too great a pressure drop in the pressure pipe would occur, which is undesirable.

Overeenkomstig een verdere verbetering is de vermogensbegrenzing voorzien van middelen voor het selectief 35 toewijzen van vermogen aan bepaalde gebruikers. Hierdoor 1006143 4 kan bereikt worden dat bepaalde verbruikers in een systeem steeds voldoende vermogen beschikbaar hebben, hetgeen de werking van een apparaat of de veiligheid ten goede kan komen.According to a further improvement, the power limitation is provided with means for selectively allocating power to certain users. As a result, 1006143 4 can be achieved that certain consumers in a system always have sufficient power available, which can benefit the operation of an appliance or the safety.

5 Overeenkomstig een verdere verbetering van de uitvin ding heeft het actieve volume van de drukaccumulator een zodanige afmeting dat toevoer aan de drukaccumulator van de minimale hoeveelheid vloeistof die door een pomp geleverd kan worden na inschakelen en onmiddellijk uitschakelen een 10 drukverhoging tot gevolg heeft die in hoofdzaak overeenkomt met een maximaal toelaatbare pulsvormige drukverhoging in de drukleiding. Het is gebleken dat het voldoende is om de grootte van de drukaccumulator in hoofdzaak te bepalen aan de hand van de pomp en de schakelmiddelen, waardoor de 15 drukaccumulator relatief klein kan worden uitgevoerd, hetgeen een aanzienlijke kostenbesparing geeft.In accordance with a further improvement of the invention, the active volume of the pressure accumulator has such a size that supply to the pressure accumulator of the minimum amount of liquid that can be supplied by a pump after start-up and immediate shut-down results in a pressure increase which is essentially corresponds to a maximum permissible pulse-shaped pressure increase in the pressure pipe. It has been found that it is sufficient to determine the size of the pressure accumulator mainly on the basis of the pump and the switching means, as a result of which the pressure accumulator can be made relatively small, which gives considerable cost savings.

Overeenkomstig een verdere verbetering is in het geval er meer dan een pomp elke pomp voorzien is van een drukaccumulator met het voor het beperken van de drukverhoging 20 benodigde volume.According to a further improvement, if more than one pump, each pump is provided with a pressure accumulator with the volume required to limit the pressure increase.

Tevens omvat de uitvinding een werkwijze voor het instellen van de hydraulische transformatoren in een hydraulisch systeem met een of meer pompen voor toevoer van onder druk staande vloeistof aan een drukleiding en een of meer 25 verbruikers die via een van een besturing voorziene hydraulische transformator verbonden zijn met de drukleiding. In een dergelijk systeem is er het risico dat de door de hydraulische transformatoren afgenomen energie groter is dan de energie die door de pompen kan worden toegevoerd, waar-30 door de druk in de drukleiding daalt en het systeem ontregeld wordt.The invention also comprises a method for setting the hydraulic transformers in a hydraulic system with one or more pumps for supplying pressurized liquid to a pressure pipe and one or more consumers connected via a hydraulic transformer provided with a control to the pressure pipe. In such a system, there is a risk that the energy drawn by the hydraulic transformers is greater than the energy that can be supplied by the pumps, causing the pressure in the pressure line to drop and the system to be deregulated.

Overeenkomstig de uitvinding worden de hydraulische transformatoren zodanig ingesteld dat het door de transformatoren afgenomen vermogen kleiner is dan het maximaal door 1006143 5 de pompen aan de drukleiding te leveren vermogen. Hierdoor wordt voorkomen dat de ongewenste situatie optreedt.In accordance with the invention, the hydraulic transformers are set such that the power consumed by the transformers is less than the maximum power to be supplied to the pressure line by the pumps. This prevents the unwanted situation from occurring.

Overeenkomstig een verbetering van de werkwijze wordt door de hydraulische transformatoren in de drukleiding te-5 ruggeleid vermogen berekend als door de pompen geleverd vermogen. Hierdoor wordt optimaal gebruik gemaakt van de energie terugwinning die door het gebruik van het systeem mogelijk is.In accordance with an improvement in the method, power returned by the hydraulic transformers in the pressure line is calculated as power supplied by the pumps. This makes optimum use of the energy recovery that is possible through the use of the system.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van 10 enkele uitvoeringsvoorbeelden die worden besproken met behulp van een tekening, waarin figuur 1 een schematisch diagram van een eerste uitvoeringsvorm toont van een hydraulisch systeem met hydromoto-ren met hydraulische transformatoren gevoed uit een de 15 drukleiding met constante druk, waarbij de pomp een vrije-zuiger aggregaat is, figuur 2 een schematisch diagram van een tweede uitvoeringsvorm toont van een hydraulisch systeem overeenkomstig figuur 1, waarbij de pomp een roterende pomp is die aange-20 dreven wordt door een motor, figuur 3 een schematisch diagram van een derde uitvoeringsvorm toont van een hydraulisch systeem overeenkomstig figuur 1, waarbij de pomp een roterende pomp is die wordt aangedreven door een gelijkstroom motor die gevoed wordt 25 uit een accu en die ook energie aan de accu kan terug leveren, figuur 4 in een diagram het verloop van de druk bij de aansluiting van een in figuur 1 getoonde hydromotor toont als deze een belastingsprong van + 65 % ondervindt, 30 figuur 5 in een diagram het verloop van de volumestroom door de in figuur 1 getoonde hydromotor toont bij de belas-tingsprong van + 65 %, figuur 6 in een diagram het verloop van de volumestroom naar de hydraulische transformator toont, die gekoppeld is 35 met de in figuur 1 getoonde hydromotor bij de belastingsprong van + 65 %, 1006143 6 figuur 7 in een diagram het verloop van de verstelsignaal naar de hydraulische transformator toont, die gekoppeld is met de in figuur 1 getoonde hydromotor bij de belasting-sprong van + 65 %, en 5 figuur 8 in een diagram het verloop van de druk toont in de accumulator die gevoed wordt met een vrije-zuiger motor overeenkomstig figuur 1 bij de in figuur 4-7 getoonde be-lastingsprong.The invention is explained below with reference to some exemplary embodiments which are discussed with the aid of a drawing, in which figure 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a hydraulic system with hydromotors with hydraulic transformers fed from a pressure pipe with constant pressure, the pump being a free-piston unit, figure 2 shows a schematic diagram of a second embodiment of a hydraulic system according to figure 1, the pump being a rotary pump driven by a motor, figure 3 shows a schematic diagram of a third embodiment of a hydraulic system according to figure 1, wherein the pump is a rotary pump which is driven by a direct current motor fed from a battery and which can also supply energy to the battery, figure 4 in a diagram show the course of the pressure at the connection of a hydraulic motor shown in figure 1 t if it experiences a load jump of + 65%, figure 5 in a diagram shows the course of the volume flow through the hydraulic motor shown in figure 1 at the load jump of + 65%, figure 6 in a diagram shows the course of the volume flow to the hydraulic transformer, which is coupled to the hydraulic motor shown in figure 1 at the + 65% load jump, 1006143 6 figure 7 shows in a diagram the progression of the adjustment signal to the hydraulic transformer, which is coupled to the figure shown in figure 1 shows the hydraulic motor at the load jump of + 65%, and FIG. 8 shows in a diagram the course of the pressure in the accumulator fed by a free-piston motor according to FIG. 1 in the figures shown in FIG. 4-7. load jump.

De diagrammen geven de verschillende onderdelen sche-10 matisch weer, waarbij bekende en in hydraulische systemen gebruikelijke constructies, zoals ondermeer voor beveiliging van motoren en dergelijke niet zijn weergegeven. In de verschillende figuren zijn overeenkomstige onderdelen zoveel mogelijk voorzien van dezelfde verwijzingscijfers.The diagrams schematically represent the various parts, while known constructions which are usual in hydraulic systems, such as, inter alia, for motor protection and the like, are not shown. In the different figures, corresponding parts are provided with the same reference numbers as much as possible.

15 In figuur 1 is een hogedruk leiding 1 getoond met een hogedruk accumulator 2 en een druk pA en een lagedruk leiding 13 met een lagedruk accumulator 14 en een druk pT. Een hydraulische transformator 11 voorzien van een transforma-torregeling 7A wordt gevoed uit de hogedrukleiding 1. Een 20 roterende hydromotor 10 met een constante slag wordt gevoed uit de hydraulische transformator 11 en wordt belast met een koppel M. Door de hydromotor 10 stroomt olie met een druk pB en een oliestroom Qe uit de hydraulische transformator, waarbij de druk pB mede afhankelijk is van het kop-25 pel M en van de instelling van de hydraulische transformator 11. De hydraulische transformator 11 is voorzien van de transformatorregeling 7A die er voor zorgt dat de transformator 11 een zodanige instelling heeft dat de motor het ingestelde toerental zo veel mogelijk aanneemt, wat betekent 30 dat QB zoveel mogelijk constant is, waarbij de verandering van de belasting met het koppel M wordt gecompenseerd door de instelling van de hydraulische transformator 11.Figure 1 shows a high-pressure line 1 with a high-pressure accumulator 2 and a pressure pA and a low-pressure line 13 with a low-pressure accumulator 14 and a pressure pT. A hydraulic transformer 11 provided with a transformer control 7A is fed from the high-pressure line 1. A rotating hydraulic motor 10 with a constant stroke is fed from the hydraulic transformer 11 and is loaded with a torque M. Oil flows through the hydraulic motor 10 with a pressure pB and an oil flow Qe from the hydraulic transformer, the pressure pB being partly dependent on the coupling M and on the setting of the hydraulic transformer 11. The hydraulic transformer 11 is provided with the transformer control 7A which ensures that the transformer 11 has such a setting that the motor assumes the set speed as much as possible, which means that QB is as constant as possible, the change of the load with the torque M being compensated by the setting of the hydraulic transformer 11.

Een hydraulische transformator 9 die samenwerkt met een lineaire motor 8 wordt eveneens gevoed vanuit de hoge-35 druk leiding 1, terwijl er bovendien nog andere niet ge- 1006143 7 toonde gebruikers tussen de hogedruk leiding 1 en de lage-druk leiding 13 geplaatst kunnen zijn.A hydraulic transformer 9 which cooperates with a linear motor 8 is also fed from the high-pressure line 1, while in addition, other unused 1006143 7 users may be placed between the high-pressure line 1 and the low-pressure line 13. .

De hogedruk leiding 1 wordt met onder druk staande olie gevoed door een vrije-zuiger aggregaat 15, dat bekend 5 is bijvoorbeeld uit WO 93/10345, waarvan de inhoud hierbij geacht wordt te zijn ingesloten. Een in het aggregaat 15 gemonteerde vrije-zuiger wordt bewogen onder invloed van een hydraulisch aandrijfsysteem 3 en daarbij wordt de beweging van de vrije zuiger gestart met een startklep 4 zodra 10 pA onder een ingestelde waarde van bijvoorbeeld 30 MPa komt. Na 22 msec, welke tijd nodig is voor het tot ontbranding brengen van het lucht/brandstof mengsel in de motor, wordt gedurende 11 msec olie geleverd aan de drukleiding 1. De hoeveelheid geleverde olie is 0,033 1, hetgeen bij een 15 maximum slagfrequentie van 30 Hz en een hogedruk pA van 30 MPa een vermogen geeft van 30 kW. De hogedruk accumulator 2 heeft een volume van 0,7 1 en een restvolume van 0,1 1, zodat 0,61 als gasvolume beschikbaar is voor het dempen van de pulsaties ten gevolge van de pulserende olietoevoer. Dit 20 volume is voldoende om de veranderingen in de druk tijdens de olietoevoer en afwezigheid van afvoer te beperken tot ongeveer 1 MPa, hetgeen toelaatbaar wordt geacht.The high-pressure line 1 is fed with pressurized oil through a free-piston unit 15, which is known, for example, from WO 93/10345, the contents of which are hereby considered to be included. A free piston mounted in the aggregate 15 is moved under the influence of a hydraulic drive system 3 and the movement of the free piston is started with a start valve 4 as soon as 10 pA falls below a set value of, for example, 30 MPa. After 22 msec, which is time to ignite the air / fuel mixture in the engine, oil is delivered to pressure line 1 for 11 msec. The amount of oil supplied is 0.033 l, which is at a maximum stroke rate of 30 Hz and a high pressure pA of 30 MPa gives a power of 30 kW. The high-pressure accumulator 2 has a volume of 0.7 l and a residual volume of 0.1 l, so that 0.61 is available as a gas volume for damping the pulsations due to the pulsating oil supply. This volume is sufficient to limit the changes in pressure during the oil supply and absence of discharge to about 1 MPa, which is considered permissible.

De hogedruk leiding 1 is voorzien van een drukmeter 5 die verbonden is met een pompregeling 6. Als de druk in de 25 hogedruk leiding 1 daalt onder de ingestelde waarde schakelt de pompregeling 6 het vrije-zuiger aggregaat 15 in dat vervolgens olie zal toevoeren totdat de druk weer op het vereiste niveau is. Indien de olievraag kleiner is dan de capaciteit van het vrije-zuiger aggregaat 15 zal het na el-30 ke slag even stil staan voordat de volgende slag gemaakt zal worden. Nadat de druk onder de ingestelde waarde komt zal de startklep 4 een signaal krijgen van de pompregeling 6, zodat de volgende slag gemaakt wordt. Hoewel dit in figuur 1 niet getoond is, is het ook denkbaar dat meerdere 35 vrije-zuiger aggregaten parallel gekoppeld zijn, die allen door de pompregeling 6 worden aangestuurd.The high-pressure line 1 is provided with a pressure gauge 5 which is connected to a pump control 6. When the pressure in the high-pressure line 1 falls below the set value, the pump control 6 switches on the free-piston unit 15 which will then supply oil until the press is back to the required level. If the oil demand is less than the capacity of the free-piston unit 15, it will stand still for a short time after each stroke before the next stroke will be made. After the pressure drops below the set value, the start valve 4 will receive a signal from the pump control 6, so that the next stroke is made. Although this is not shown in figure 1, it is also conceivable that several free-piston units are coupled in parallel, all of which are controlled by the pump control 6.

1006143 81006143 8

De transformator regelingen 7A zijn verbonden met een maximum vermogensregeling 7. Deze maximum vermogensregeling 7 zorgt er voor dat het gezamenlijke vermogen dat door de transformatoren wordt opgenomen niet groter wordt dan het 5 vermogen van de beschikbare pompen, bijvoorbeeld pomp 15. Daarbij wordt ook rekening gehouden met het door een transformator aan de hogedruk leiding 1 teruggeleverde vermogen.The transformer controls 7A are connected to a maximum power control 7. This maximum power control 7 ensures that the combined power absorbed by the transformers does not exceed the 5 power of the available pumps, for example pump 15. This is also taken into account with the power supplied by a transformer to the high-pressure line 1.

Een voorbeeld van een toepassing van deze regeling bij een vorkheftruck met een rij aandrijving en een hefaandrij-10 ving, is dat het vermogen van rijden of heffen beperkt wordt als de last geheven wordt, maar dat het door het zakken van de last vrijkomende vermogen beschikbaar kan komen voor de rij aandrijving. Indien vermogen door een hydraulische transformator wordt teruggeleid naar de hogedruk lei-15 ding 1 en er is geen vermogensbehoefte, dan loopt de druk op boven een ingestelde waarde en opent een overdruk beveiliging 12, waarbij de energie door smoring wordt omgezet in warmte en verloren gaat.An example of an application of this control to a forklift with a drive train and a lift drive is that the driving or lifting power is limited when the load is lifted, but the power released by lowering the load is available can come for the drive. If power is returned by a hydraulic transformer to the high-pressure line 1 and there is no power requirement, the pressure rises above a set value and an overpressure protection 12 opens, whereby the energy is converted into heat by smothering and lost .

Het is mogelijk om het hydraulisch systeem uit te leg-20 gen met grote drukaccumulatoren, waardoor veel energie teruggewonnen kan worden. Ook is het mogelijk om de overdruk-beveiliging 12 af te stellen op 10 MPa boven de minimale druk van 30 MPa, zodat veel energie kan worden opgeslagen. De transformator regeling 7A en de maximum vermogensrege-25 ling 7 krijgen ook de drukinformatie van de drukmeter 5 en passen de sturing van de hydraulische transformatoren 9 en 11 overeenkomstig aan aan de hogere drukken.It is possible to explain the hydraulic system with large pressure accumulators, so that a lot of energy can be recovered. It is also possible to adjust the overpressure protection 12 to 10 MPa above the minimum pressure of 30 MPa, so that a lot of energy can be stored. The transformer control 7A and the maximum power control 7 also receive the pressure information from the pressure gauge 5 and adapt the control of the hydraulic transformers 9 and 11 accordingly to the higher pressures.

In figuur 2 is een pomp 17 met constant slagvolume getoond, die wordt aangedreven door een motor 16. De motor 16 30 kan een verbrandingsmotor zijn, waarvan het toerental slecht relatief langzaam kan variëren of bijvoorbeeld een draaistroom motor met een constant toerental. Het door deze bekende motoren te leveren koppel kan zeer snel variëren.Figure 2 shows a pump 17 with constant displacement, which is driven by a motor 16. The motor 16 can be an internal combustion engine, the speed of which can vary only relatively slowly or, for example, a three-phase motor with a constant speed. The torque to be supplied by these known motors can vary very quickly.

De perszijde en de zuigzijde van de pomp 17 kunnen worden 35 kortgesloten met een kortsluitklep 18 en de perszijde is 1006143 9 via een terugslagklep 19 verbonden met de hogedruk leiding 1. In plaats van de lagedruk leiding is hier schematisch een retourtank 20 getoond. Door de kortsluitklep 18 te sluiten zal de door de pomp 17 verpompte olie naar de hoge-5 druk leiding 1 stromen, waarbij de pomp 17 tegen de druk pA pompt. Nadat de hogedruk pA de vereiste waarde heeft gekregen schakelt de pompregeling 6 de kortsluitklep 18 open en verpompt de pomp 17 min of meer drukloos, waarbij de motor 16 bijna geen vermogen meer levert.The discharge side and the suction side of the pump 17 can be short-circuited with a short-circuit valve 18 and the discharge side is connected to the high-pressure line 1 via a non-return valve 19, instead of the low-pressure line, a return tank 20 is shown schematically here. By closing the short-circuit valve 18, the oil pumped by the pump 17 will flow to the high-pressure line 1, the pump 17 pumping against the pressure pA. After the high pressure pA has obtained the required value, the pump control 6 opens the short-circuit valve 18 and pumps 17 the pump to a greater or less pressure, the motor 16 supplying almost no power.

10 In figuur 3 is een pomp 22 met constante slag getoond, welke ook als motor kan functioneren. De pomp 22 is gekoppeld aan een gelijkstroom motor 21, die ook als generator kan functioneren. De motor 21 wordt gevoed uit electrische accu 23 via een schakelaar 24. Doordat de motor 21 gevoed 15 wordt uit de electrische accu 23 is dit systeem bijzonder geschikt voor een mobiele toepassing bijvoorbeeld een vorkheftruck. Op het moment dat met de drukmeter 5 gemeten wordt dat de druk in de drukleiding lager is dan ingesteld, dan wordt de motor 21 in geschakeld en wordt de olie via de 20 terugslagklep 19 naar de hogedruk leiding 1 verpompt. Daarbij is de klep 25 gesloten. Bij energie terugwinning, bijvoorbeeld bij het remmen van een mobiel werktuig, kan de druk groter worden dan een ingestelde waarde. Dan wordt door de pompregeling 6 de klep 25 geopend, waarna de pomp 25 22 als motor gaat werken en de motor 21 gaat als generator werken. De getoonde klep 25 wordt bediend van uit de pompregeling 6, er is echter ook een uitvoering mogelijk waarbij de klep 25 hydraulisch bedient wordt en opent als de druk in de hogedruk leiding 1 stijgt boven een instelbare 30 waarde. De opgewekte stroom wordt op niet nader aangegeven wijze teruggeleid naar de electrische accu 23.In figure 3 a pump 22 with constant stroke is shown, which can also function as a motor. The pump 22 is coupled to a direct current motor 21, which can also function as a generator. The motor 21 is powered from electric battery 23 via a switch 24. Because the motor 21 is powered from the electric battery 23, this system is particularly suitable for a mobile application, for example a forklift truck. When the pressure gauge 5 measures that the pressure in the pressure line is lower than set, the motor 21 is switched on and the oil is pumped via the non-return valve 19 to the high-pressure line 1. The valve 25 is thereby closed. With energy recovery, for example when braking a mobile implement, the pressure can exceed a set value. Then the valve 25 is opened by the pump control 6, after which the pump 22 starts operating as a motor and the motor 21 starts operating as a generator. The valve 25 shown is operated from the pump control 6, however an embodiment is also possible in which the valve 25 is operated hydraulically and opens when the pressure in the high-pressure line 1 rises above an adjustable value. The current generated is returned to the electric battery 23 in an unspecified manner.

De hiervoor beschreven uitvoeringsvoorbeelden geven verschillende mogelijkheden weer waarbij het ook denkbaar is dat uitvoeringen, schakelingen of bedieningsmogelijkhe-35 den en dergelijke zoals beschreven in de ene uitvoering ook toepasbaar zijn in een van de andere uitvoeringen. Naast de 1006143 10 beschreven toepassingen met dubbelzijdige hydromotoren kan de uitvinding onverkort toegepast kan worden in situaties met enkelzijdig belaste hydraulische cylinders.The exemplary embodiments described above show various possibilities, it being also conceivable that embodiments, circuits or operating options and the like as described in one embodiment can also be used in one of the other embodiments. In addition to the applications with double-sided hydromotors described, the invention can be applied in full in situations with single-sided loaded hydraulic cylinders.

Ten aanzien van de beschreven regelaars is in het mid-5 den gelaten hoe deze gerealiseerd worden. Het is daarbij denkbaar om electro-mechanische regelaars te gebruiken, waarbij sensoren voor wat betreft bijvoorbeeld het meten van een vloeistofstroom, een toerental, een verplaatsing of een druk electronisch de meetwaarden electronisch doorgeven 10 aan een electronische besturing, waarna bijvoorbeeld de hydraulische transformator met een stappenmotor, een servomotor of een hydraulisch servosysteem wordt ingesteld. Het is echter ook denkbaar dat volledig of deels een hydraulisch systeem wordt toegepast, waarbij bijvoorbeeld kleppen di-15 reet op een druk of een drukverhouding kunnen schakelen.With regard to the described controllers, no attention has been paid to how these are realized. It is conceivable here to use electro-mechanical controllers, in which sensors electronically transmit the measured values electronically to an electronic controller, for example with regard to measuring a liquid flow, a speed, a displacement or a pressure, after which, for example, the hydraulic transformer with a stepper motor, servo motor or hydraulic servo system is set. However, it is also conceivable that a hydraulic system is used wholly or partly, in which, for example, valves that can switch to a pressure or a pressure ratio.

Is figuur 4-8 is in de verschillende figuren getoond hoe het in figuur 1 getoonde systeem reageert op een last-sprong van + 65 % op koppel M op het tijdstip t - 0,2 sec en een lastsprong terug naar het oorspronkelijke moment M 20 op het tijdstip t = 0,6 sec. Daarbij is er mee gerekend dat de hydraulische transformator snel kan reageren op de veranderende lastomstandigheden, doordat het verstelsysteem van de hydraulische transformator is zodanig uitgevoerd dat bij een systeem waarbij de snelheid van de motor met een 25 regelkring geregeld wordt de bandbreedte van het geregelde systeem ongeveer 7 Hz bedraagt. Een dergelijke bandbreedte is haalbaar als het verstelsysteem zwaar is uitgevoerd, of als de te verstellen hydraulische transformator is uitgevoerd overeenkomstig de hydraulische transformator zoals 30 die beschreven is in de aanvrage PCT/NL97/00084 van dezelfde aanvrager, welk document in zijn geheel geacht wordt deel uit te maken van dit document.Figure 4-8 shows in the various figures how the system shown in figure 1 responds to a load jump of + 65% on torque M at time t - 0.2 sec and a load jump back to the original moment M 20 at time t = 0.6 sec. It has been taken into account that the hydraulic transformer can respond quickly to the changing load conditions, because the adjustment system of the hydraulic transformer is designed such that in a system in which the speed of the motor is controlled by a control circuit, the bandwidth of the controlled system is approximately 7 Hz. Such a bandwidth is achievable if the adjustment system is heavy-duty, or if the hydraulic transformer to be adjusted is designed in accordance with the hydraulic transformer as described in application PCT / NL97 / 00084 by the same applicant, which document is deemed to be a whole from this document.

In figuur 4 is het verloop van druk ps getoond zoals deze bij de aansluiting van de hydromotor 10 plaats vindt 1006143 11 en die vooral het gevolg is van de belasting M en de instelling van de hydraulische transformator 11.Figure 4 shows the course of pressure ps as it takes place at the connection of the hydraulic motor 10 1006143 11 and which is mainly due to the load M and the setting of the hydraulic transformer 11.

In figuur 5 is het verloop van de oliestroom Qs uit de hydraulische transformator 11 naar de hydromotor 10 ge-5 toond, waarbij zichtbaar is dat de hydromotor tengevolge van de belasting een lager toerental krijgt (QB is lager).Figure 5 shows the course of the oil flow Qs from the hydraulic transformer 11 to the hydromotor 10, it being visible that the hydromotor gets a lower speed as a result of the load (QB is lower).

In figuur 6 is het verloop van de oliestroom QA uit de hogedruk leiding 1 naar de hydraulische transformator 11 getoond. In figuur 7 is een stuursignaal δ getoond dat de 10 door de transformator regeling 7A gegenereerde instelling van de hydraulische transformator 10 weergeeft.Figure 6 shows the course of the oil flow QA from the high-pressure line 1 to the hydraulic transformer 11. In Fig. 7, a control signal δ is shown which represents the setting of the hydraulic transformer 10 generated by the transformer control 7A.

In figuur 8 is de druk pA in de hogedruk accumulator 2 getoond. Zichtbaar is dat het vrije-zuiger aggregaat start als de druk onder het ingestelde niveau van 30 MPa daalt, 15 en dat de olietoevoer na een vertraging van 22 msec start en dan 11 msec duurt, de vertraging wordt veroorzaakt doordat de vrije-zuiger eerst een compressieslag moet doen, waarna tijdens de expansieslag de bij verbranding vrijkomende energie wordt afgegeven aan het hydraulisch systeem. 20 Doordat de wachttijden tussen de startmomenten variëren wordt de aanpassing aan de verschillende opbrengsten gerealiseerd. Duidelijk blijkt dat ook bij het toepassen van een kleine drukaccumulator de drukfluctuaties zeer gering zijn en dat door pulsmodulatie snel reageren op de veranderende 25 energie behoefte mogelijk is.Figure 8 shows the pressure pA in the high-pressure accumulator 2. It is visible that the free piston unit starts when the pressure drops below the set level of 30 MPa, 15 and that the oil supply starts after a delay of 22 msec and then lasts 11 msec, the delay is caused by the free piston first compression stroke, after which during the expansion stroke the energy released during combustion is delivered to the hydraulic system. 20 Because the waiting times vary between the start times, the adjustment is made to the different yields. It clearly appears that also when a small pressure accumulator is used, the pressure fluctuations are very small and that pulse modulation allows a rapid response to the changing energy requirement.

10061431006143

Claims

Hydraulic system comprising a pressure pipe (1), a pump (15; 17; 22) for a liquid supply, for example of oil, to the pressurized pressure pipe, one or 5 more linear or rotary hydraulic motors (8, 10) with respectively a constant piston surface or stroke volume and capable of being loaded with variable loads (M), one or more hydraulic transformers (9,11) for converting a continuous fluid flow at a primary pressure (pA) into a continuous liquid flow at a secondary pressure (pB) coupled between the pressure line and the hydraulic motors, a pressure accumulator (2) coupled to the pressure line between the pump and the hydraulic transformers, a pressure sensor (5) for measuring the pressure (pA) in the pressure line and a controller (6) connected to the pressure sensor for controlling a substantially constant pressure in the pressure line by controlling the flow of the pump, characterized in that the pump (15; 17; 22) the controller includes connected switching means 20 (4; 18; 24) for adjusting the flow of the pump by alternately turning on and off the liquid supply to the pressure line.

2. Hydraulic system according to claim 1, wherein the pump after switching on has a substantially constant flow per stroke.

Hydraulic system according to claim 1 or 2, with a free-piston unit (15) as a pump comprising a freely movable piston, a hydraulic drive system (3) for controlling the movement of the free-piston and a pump cylinder in which a the pump piston connected to the pump cylinder can move and wherein the switching means (4) are part of the hydraulic drive system.

Hydraulic system according to claim 1 or 2 comprising a motor (16) driven pump (17), a control valve (18) which can connect the suction side 1006143 and the discharge side of the pump and a non-return valve (19) in the connection on the pressure pipe.

Hydraulic system according to claim 1 or 2, comprising a motor (21) driven pump (22) and a non-return valve (19) in the connection to the pressure pipe and switching means (24) for switching the motor on and off .

Hydraulic system according to claim 5, in which the pump and motor can convert hydraulic energy into electrical energy in the opposite direction of rotation and wherein means (25) are present for connecting the pressure line to the pressure side of the pressure line depending on the pressure in the pressure line. the pump.

Hydraulic system according to any one of the preceding claims, wherein the controls (7A) of the hydraulic transformers are connected to a power limitation (7) for limiting the power to be supplied by the hydraulic transformers.

Hydraulic system according to claim 7 the power limitation (7) is provided with means for selectively allocating power to certain users.

Hydraulic system according to any one of the preceding claims, wherein the active volume of the pressure accumulator (2) is dimensioned such that supply to the pressure accumulator of the minimum amount of liquid that can be supplied by a pump after switching on and immediately switching off a pressure increase. which substantially corresponds to a maximum allowable pulse-shaped pressure increase in the pressure line.

Hydraulic system according to claim 9, in which in case there is more than one pump, each pump is provided with a pressure accumulator with the volume required to limit the pressure increase. 1006143

Method for setting the hydraulic transformers (9,11) in a hydraulic system with one or more pumps (15; 17; 22) for supplying pressurized liquid to a pressure line (1) and one or more consumers (8,10) connected to the pressure line via a hydraulic transformer provided with a control (7,7A), characterized in that the hydraulic transformers are set such that the power consumed by the transformers is less than the maximum by pumps to deliver power to the pressure line.

A method according to claim 11, wherein power returned by the hydraulic transformers in the pressure line is calculated as power supplied by the pumps. 1006143