SE523110C2 - Hydraulsystem - Google Patents

Description

523 110 « » u n n. 2 med ett dylikt utformat hydraulsystem är emellertid att det vid styrning av flödet med strypventiler utvecklas värme, vilket är negativt för i systemet ingående komponenter och därför i vissa fall kräver installation av kostsamma kylsystem. Värmeutveck- lingen innebär även en ofördelaktig energiförlust.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är därför att anvisa ett hyd- raulsystem, vilket möjliggör ett mer effektivt utnyttjande av an- vänd energi än hos hydraulsystem enligt tidigare känd teknik.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen med ett hydraulsystem av det inledningsvis nämnda slaget, hos vilket pumpen är anordnad att styra flödet av hydraulvätskan i nämnda krets, och det hyd- rauliska drivorganet är styrbart väsentligen endast genom styr- ning av flödet av hydraulvätskan i nämnda krets medelst pumpen.

Tack vare att det hydrauliska drivorganet är styrbart väsentligen endast genom styrning av flödet av hydraulvätskan i nämnda krets medelst pumpen undviks den värmeutveckling och energi- förlust som är förknippad med styrning av det hydrauliska drivor- ganet genom strypning av flödet hos hydraulvätskan i lednings- systemet med ventiler. Vidare behöver pumpen endast drivas vid de tillfällen det hydrauliska drivorganet skall manövreras, vilket bidrar till en minskad energiförbrukning hos hydraulsystemet.

Dessutom är pumpens arbete relaterat till styrningen av det hyd- rauliska drivorganet. Exempelvis kräver en mindre rörelse hos ett hydrauliskt drivorgan i form av en hydraulcylinder mindre arbete hos pumpen, förutsatt att belastningen på hydraulcylindern inte förändras. Med ett uppfinningsenligt hydraulsystem medges även användning av en mindre mängd hydraulvätska jämfört med hyd- raulsystem enligt tidigare teknik, eftersom styrning av det hyd- rauliska drivorganet endast kräver styrning av flödet hos hydraul- vätskan i den till det hydrauliska drivorganet anslutna lednings- kretsen, d v s inget överflödigt flöde av hydraulvätska behöver n u ø | . 1, cirkuleras genom ledningssystemet för att erhålla önskad styr- ning av det hydrauliska drivorganet.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar hydraulsystemet medel för regenerering av till det hydrauliska drivorganet, på grund av belastning av det hydrauliska drivorga- net, överförd mekanisk energi. Härigenom är det möjligt att rege- nerera energi som överförts till det hydrauliska drivorganet på grund av belastning av denna, vilken energi sedan kan användas för valfritt ändamål.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inklu- derar nämnda energiregenereringsmedel motorn, vilken är an- ordnad att vara drivbar som generator av pumpen, för regenere- ring av energi när nämnda till det hydrauliska drivorganet över- förda mekaniska energi omvandlas till fluidenergi hos hydraul- vätskan i nämnda krets och därigenom driver pumpen. Således är motorn anordnad att både driva pumpen för styrning av flödet av hydraulvätska i nämnda krets och därigenom styrning av det hydrauliska drivorganet och fungera som generator för regenere- ring av energi erhållen från det hydrauliska drivorganet. Därmed erfordras inga tillkommande anordningar för regenerering av energi. r Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är motorn drivbar med av nämnda energiregenereringsmedel re- genererad energi. Följaktligen möjliggörs på fördelaktigt sätt en minskad energiförbrukning hos hydraulsystemet.

Ytterligare fördelar med, fördelaktiga särdrag hos samt använd- ningsområden för uppfinningen framgår av övriga osjälvständiga patentkrav samt den följande beskrivningen. a a n . oo u n - o a ~ u - n . » » o .- KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Nedan beskrivs såsom exempel anförda föredragna utföringsfor- mer av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritning, på vil- ken: Fig 1 schematiskt illustrerar ett hydraulsystem enligt en fö- redragen utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN l fig 1 illustreras schematiskt ett hydraulsystem enligt en föredra- gen utföringsform av uppfinningen. Det i fig 1 illustrerade hyd- raulsystemet innefattar ett hydrauliskt drivorgan i form av en hyd- raulcylinder 1. Det påpekas att detta endast är en möjlig ut- föringsform och det är naturligtvis möjligt att förse hydraul- systemet med valfritt antal hydraulcylindrar, beroende på vilken uppgift hydraulsystemet är avsett att lösa. Vidare påpekas att det även är möjligt att utnyttja mångahanda andra typer av hyd- rauliska drivorgan, såsom exempelvis olika slags hydrauliska ställdon och hydrauliska motorer.

Ett ledningssystem, schematiskt angivet vid 10, är förbundet med hydraulcylindern för ledning av hydraulvätska till och från hyd- raulcylindern 1. Lämpligt val av hydraulvätska görs enkelt av en fackman på området, varför detta ej kommer att diskuteras vi- dare. Ledningssystemet 10 innefattar en till hydraulcylindern 1 ansluten Iedningskrets 11 innehållande hydraulvätska. Vidare in- nefattar hydraulsystemet en pump 12 för alstrande av ett flöde hos hydraulvätskan i ledningssystemet och en motor 13 för driv- ning av pumpen 12. Fastän pumpen 12 och motorn 13 i fig 1 il- lustreras som två separata komponenter inses det att dessa skulle kunna vara anordnade i en och samma enhet utgörande en komponent.

Pumpen 12 är anordnad att styra flödet av hydraulvätskan i nämnda krets 11 och hydraulcylindern 1 är styrbar väsentligen endast genom styrning av flödet av hydraulvätskan i nämnda krets 11 medelst pumpen 12. Styrningen av hydraulcylindern 1 sker alltså väsentligen endast genom att medelst pumpen 12 styra flödet av hydraulvätska i kretsen 11 och följaktligen inte genom att medelst några ventiler styra flödet till och från hyd- raulcylindern.

Den i fig 1 illustrerade hydraulcylindern 1 innefattar en kolv 2, med vilken en kolvstång 3 är förbunden. Kolven 2 delar in hyd- raulcylindern i två skilda kammare, nämligen en första kammare 4 och en andra kammare 5. Kolven 2 och kolvstången 3 är rörliga fram och åter i hydraulcylindern 1. Kretsen 11 har en anslutning till den första kammaren 4 och en anslutning till den andra kam- maren 5.

Företrädesvis är pumpen 12 anordnad att styra riktningen hos flödet av hydraulvätskan i kretsen 11 och därigenom styra verk- ningsriktningen hos hydraulcylindern 1, d v s i vilken riktning kol- ven 2 och kolvstången 3 skall förflytta sig. Genom styrning av riktningen hos flödet av hydraulvätskan i kretsen 11 kan alltså kolven 2 och därmed kolvstången 3 bringas att förflytta sig i rikt- ning av den dubbelriktade pilen l. Medelst pumpen 12 alstras således ett flöde hos hydraulvätskan i endera riktningen i kretsen 11, varigenom det alstras ett högre tryck antingen i den första kammaren 4 eller i den andra kammaren 5, beroende på vald flö- desriktning hos hydraulvätskan i kretsen 11, vilket tryck pressar kolven 2 i vald riktning av den dubbelriktade pilen l.

Företrädesvis är pumpen 12 anordnad att styra flödeshastigheten hos flödet av hydraulvätskan i kretsen 11 och därigenom styra verkningshastigheten hos hydraulcylindern 1, d v s med vilken hastighet kolven 2 och kolvstången 3 skall förflytta sig i endera av den dubbelriktade pilens l riktningar.

Enligt den i fig 1 il|ustrerade utföringsformen av uppfinningen är motorn 13, vilken driver pumpen 12, anordnad att styra pumpen 12 för styrning av flödet av hydraulvätskan i kretsen 11. Alltså styrs flödet i kretsen 11 genom styrning av motorn. Exempelvis kan motorn 13 vara så anordnad att den vid höga motorvarv bringar pumpen 12 att alstra en hög flödeshastighet i kretsen 11 respektive vid låga motorvarv bringar pumpen 12 att alstra en låg flödeshastighet i kretsen 11. Motorn 13 kan även vara anordnad att vid höga motorvarv bringa pumpen 12 att alstra högt tryck hos hydraulvätskan på en sida om pumpen 12 i kretsen 11 samt vid mindre höga motorvarv bringa pumpen 12 att alstra mindre högt tryck hos hydraulvätskan på en sida om pumpen 12 i kretsen 11. l den i fig 1 illustrerade utföringsformen av uppfinningen är en inrättning 14 ansluten till motorn 13 för drivning och styrning av motorn 13, vilken i sin tur är anordnad att styra pumpen 12. ln- rättningen 14 innefattar lämpligen en anslutning till en energi- källa för drivning av motorn 13. Enligt den illustrerade utförings- formen av uppfinningen är motorn 13 elektriskt driven. Exempel- vis kan inrättningen 14 vara ansluten till ett elnät, men enligt denna utföringsform av uppfinningen är det anordnat batterier, företrädesvis återuppladdningsbara batterier, i inrättningen 14 för drivning av motorn 13. Givetvis är det även tänkbart att anordna drivning av motorn 13 på valfritt annat sätt. Motorn 13 skulle till exempel kunna vara en bensindriven eller dieseldriven motor. l den i fig 1 illustrerade utföringsformen av uppfinningen är hyd- raulcylindern 1 avsedd att påverka en bom 6, vilken exempelvis kan vara anordnad hos en industritruck för lyftning och sänkning av last. Det betonas att detta endast är ett i förklarande syfte anfört exempel och skall ingalunda tolkas såsom någon begräns- ning av föreliggande uppfinning. Hydraulcylinderns 1 kolvstång 3 är vid sin kolven 2 motsatta ände 8 via ett fäste 9 ledat förbun- den med bommen 6. Genom styrning av hydraulcylindern 1 me- delst pumpen 12 och därigenom förskjutning av kolven 2 och kolvstången 3 i riktning av pilen l kan bommen 6, vilken är 523 110 :Is :àffï ~ 7 svängbar kring en svängningsaxel 7, bringas att svänga i riktning av den dubbelriktade pilen ll.

Företrädesvis innefattar hydraulsystemet medel för regenerering av till hydraulcylindern 1, på grund av belastning av hydraulcylin- dern 1, överförd mekanisk energi.

Vid svängning av bommen 6 i riktning uppåt i fig 1 överförs energi från hydraulcylindern 1 till bommen 6. Genom denna svängning erhåller bommen 6 en högre lägesenergi. Nämnda energiregenereringsmedel är avsedda att regenerera mekanisk energi som överförs till hydraulcylindern, såsom exempelvis vid sänkning av bommen 6 då bommens lägesenergi och mekanisk energi från annan belastning på bommen 6 överförs till hyd- raulcylindern 1. Många typer av energiregenereringsmedel är tänkbara inom ramen för uppfinningen. Till exempel skulle det vara möjligt att anordna fjädringsorgan för upptagande och senare utnyttjande av till hydraulcylindern 1 överförd mekanisk energi.

Enligt den i fig 1 illustrerade utföringsformen av uppfinningen in- kluderar nämnda energiregenereringsmedel motorn 13. Motorn är anordnad att vara drivbar som generator av pumpen 12. Vid be- lastning av hydraulcylindern, såsom exempelvis av bommen 6, överförs mekanisk energi till hydraulcylindern 1, där energin om- vandlas till fluidenergi hos hydraulvätskan i kretsen 11 genom att kolven 2 av nämnda belastning trycks i endera riktning hos den dubbelriktade pilen l. På detta sätt alstras ett flöde hos hyd- raulvätskan i kretsen 11, vilket driver pumpen 12, vilken i sin tur driver motorn 13 som generator för regenerering av den till hyd- raulcylindern överförda mekaniska energin.

Företrädesvis innefattar hydraulsystemet även medel för lagring av regenererad energi. Sådana energilagringsmedel kan omfatta kondensatorer, olika typer av ackumulatorer och liknande. Enligt den illustrerade utföringsformen av uppfinningen innefattar 523 110 vf. na nämnda energilagringsmedel ett eller flera återuppladdningsbara batterier anordnade i inrättningen 14.

Lämpligen är motorn 13 anordnad att vara drivbar med av nämnda energiregenereringsmedel regenererad energi, vilken exempelvis kan vara lagrad i nämnda energilagringsmedel. Detta möjliggör en minskad total energiåtgång för drivning av motorn, vilket är särskilt fördelaktigt i det fall motorn 13 är anordnad att drivas av batterier.

Volymen hydraulvätska i hydraulcylinderns 1 första kammare 4 när kolven 2 befinner sig i sitt ena ändläge, det högra ändläget i fig 1, är större än volymen hydraulvätska i hydraulcylindern när kolven 2 befinner sig i sitt andra ändläge, det vänstra ändläget som illustrerat i fig 1. Skillnaden mellan dessa två volymer är vä- sentligen volymen av kolvstången 3 i den andra kammaren 5.

Med anledning av detta måste hydraulvätska tillföras respektive avlägsnas från kretsen 11 när hydraulcylindern styrs så att kol- ven 2 förflyttar sig i hydraulcylindern 1. För tillförsel och avlägs- nande av hydraulvätska är det anslutet tre ledningar 20, 21 och 22 till kretsen 11, vilka ledningar även är anslutna till en tank för hydraulvätska, schematiskt angiven vid 19. För att styra flöde av hydraulvätska mellan tanken 19 och kretsen 11 är det anordnat ventiler 16, 17, 18 i ledningarna 20, 21, 22. I ledningen 20 är det anordnat en ventil 16. l ledningen 22 är det anordnat en ventil 18, vilken i den illustrerade utföringsformen är en så kallad back- ventil, d v s ventilen 18 släpper bara igenom hydraulvätska i en riktning, vilket i fig 1 är indlkerat av pilen lll. Vidare är det även anordnat en ventil 17 i ledningen 21.

Vidare är det i kretsen 11 anordnat en ventil 15, vilken är inrättad att vara stängd och därmed ej tillåta något flöde av hydraulvätska i kretsen 11 då hydraulcylindern 1 ej skall utföra någon rörelse.

Vid styrning av hydraulcylindern 1 öppnas följaktligen ventilen 15 för att tillåta flöde av hydraulvätska i kretsen 11. I avsaknad av en dylik ventil, vilken i stängt läge förhindrar flöde i kretsen 11, skulle belastning på hydraulcylindern via kolvstången 3 ej möta v u Q | -ø n 523 110 aa .mv något motstånd, varvid kolvstången 3 och kolven 2 skulle kunna förflytta sig i riktning av pilen I under alstrande av ett flöde i kretsen 11. Ventilen 15 är alltså i sitt stängda läge avsedd att fixera hydraulcylinderns kolv och kolvstång i en bestämd position oberoende av mängden belastning på hydraulcylindern.

Nedan följer nu en kort beskrivning av funktionen vid drift av hydraulsystemet enligt den i fig 1 illustrerade utföringsformen av uppfinningen.

När hydraulcylindern 1 skall styras så att kolven 2 och kolv- stången 3 förflyttar sig åt höger i fig 1, d v s vid höjning av bom- men 6, styrs pumpen 12 av motorn 13 att alstra ett flöde hos hyd- raulvätskan i kretsen 11 i riktning medurs. Härvid hålls ventilerna 16 och 17 stängda, d v s inget flöde av hydraulvätska tillåts mel- lan tanken 19 och kretsen 11 via ledningarna 20 och 21. Den ex- tra volym hydraulvätska som behöver tillföras kretsen 11 motsva- rande den av kolvstången 3 upptagna volymen i hydraulcylindern 1 sugs automatiskt upp från tanken genom ledningen 22 via backventilen 18. ' Vid sänkning av bommen 6, alltså när hydraulcylindern 1 skall styras så att kolven 2 och kolvstången 3 förflyttar sig åt vänster i fig 1, öppnas ventilen 15 så att flöde hos hydraulvätskan i kret- sen 11 tillåts. Bommens 6 massa och eventuell belastning på bommen 6, exempelvis därpå uppburen last, belastar hydraulcy- lindern 1, d v s trycker kolvstången 3 åt vänster i fig 1 utmed riktningen av pilen I, varvid det alstras ett flöde hos hydraul- vätskan i kretsen 11 i riktning moturs. Detta flöde driver pumpen 12, vilken i sin tur driver motorn 13 som därvid drivs som gene- rator för regenerering av energi enligt vad som beskrivits ovan.

På detta sätt möjliggörs alltså ett fördelaktigt utnyttjande av den mekaniska energi som överförs till hydraulcylindern 1.

Exempelvis kan den regenererade energin användas för àteruppladdning av de i inrättningen 14 för drivning av motorn 13 anordnade batterierna. l det fall batteridrift utnyttjas möjliggör en dylik regenerering av energi en längre driftstid för batterierna. .23 110 ''''' " u :e .ha 1 o v ø :o Exempelvis i fallet med ett batteridrivet fordon medför regenereringen av energi längre körning mellan laddningar av batterierna och en minskning av risken för ofrivilliga stillestånd för batteriladdning under arbetspass.

Hastigheten hos flödet i kretsen 11 vid regenerering av energi, och därmed hastigheten hos sänkningen av bommen 6, styrs ge- nom drivning av motorn 13 så att pumpen 12 bromsar det av be- lastningen på hydraulcylindern alstrade flödet moturs i kretsen 11. Den på grund av kolvstångens 3 volym överskjutande voly- men hydraulvätska som i samband med flödet i kretsen 11 vid regenerering av energi måste avlägsnas fràn kretsen 11 tappas av genom ledningen 21 genom att ventilen 17 öppnas.

Då bommen skall sänkas längre, d v s då kolven 2 och kolv- stàngen 3 skall förskjutas längre åt vänster i fig 1, än vad som âstadkommes på grund av bommens 6 massa och eventuell be- lastning på bommen 6 måste pumpen aktivt alstra ett flöde i kret- sen 11 för styrning av hydraulcylindern. Detta inträffar exempel- vis då det finns önskemål om nedpressning av bommen 6 med kraft. För att hydraulvätskan då inte skall pressas ut till tanken 19 via ledningen 21 stängs ventilen 17. Den på grund av kolv- stångens 3 volym överskjutande volymen hydraulvätska som skall avlägsnas från kretsen 11 tappas istället av via ledningen genom att ventilen 16 öppnas.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan en mängd möjlig- heter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en ge- nomsnittsfackman på uppfinningens område utan avvikande från uppfinningens grundtanke, sådan denna definieras i bifogade patentkrav.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 . u ~ n en v 52.3 1 10 11 Patentkrav

1. Hydraulsystem, innefattande åtminstone ett hydrauliskt drivor- gan (1), ett med det hydrauliska drivorganet förbundet lednings- system (10) för ledning av hydraulvätska till och från det hydrau- liska drivorganet, varvid ledningssystemet innefattar en till det hydrauliska drivorganet ansluten ledningskrets (11) innehållande hydraulvätska, en pump (12) för alstrande av ett flöde hos hy- draulvätskan i ledningssystemet samt en motor (13) för drivning av pumpen, varvid pumpen (12) är anordnad att styra flödet av hydraulvätskan i nämnda krets (11), samt varvid det hydrauliska drivorganet (1) är styrbart väsentligen endast genom styrning av flödet av hydraulvätskan i nämnda krets (11) medelst pumpen (12), kännetecknat därav, att det innefattar medel för regenere- ring av till det hydrauliska drivorganet (1), på grund av belastning av det hydrauliska drivorganet, överförd mekanisk energi, att nämnda energiregenereringsmedel inkluderar motorn (13), vilken är anordnad att vara drivbar som generator av pumpen (12), för regenerering av energi när nämnda till det hydrauliska drivor- ganet (1) överförda mekaniska energi omvandlas till fluidenergi hos hydraulvätskan i nämnda krets (11) och därigenom driver pumpen (12), att det hydrauliska drivorganet (1) är en hydraulcylinder, att hydraulcylindern har två på motsatta sidor om en kolv (2) anordnade, hydraulvätska innehållande kammare (4, 5) med en till kolven ansluten kolvstång (3) mottagen i den ena kammaren (5), och att systemet innefattar en inrättning (16- 22) anordnad att åstadkomma tillförsel av hydraulvätska till nämnda ledningskrets (11) vid styrning av hydraulcylindern (1) att förflytta kolven i en nämnda ena kammares (5) volym minskande riktning och tappning av ledningskretsen (11) på hydraulvätska vid förflyttning av kolven i motsatt riktning.

2. Hydraulsystem enligt krav 1, kännetecknat därav, att det inne- fattar medel för lagring av regenererad energi. 10 15 20 25 30 523 110 12

3. Hydraulsystem enligt krav 2, kännetecknat därav, att nämnda energilagringsmedel innefattar åtminstone ett återuppladdnings- bart batteri.

4. Hydraulsystem enligt något av kraven 1-3, kännetecknat där- av, att motorn (13) är drivbar med av nämnda energiregenere- ringsmedel regenererad energi.

5. Hydraulsystem enligt krav 4, kännetecknat därav, att motorn (13) är drivbar med i nämnda energilagringsmedel lagrad regene- rerad energi.

6. Hydraulsystem enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att pumpen (12) är anordnad att styra riktningen hos flödet av hydraulvätskan i nämnda krets (11) och därigenom styra verk- ningsriktningen hos det hydrauliska drivorganet (1 ).

7. Hydraulsystem enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att pumpen (12) är anordnad att styra flödeshastigheten hos flödet av hydraulvätskan i nämnda krets (11) och därigenom styra verkningshastigheten hos det hydrauliska drivorganet (1).

8. Hydraulsystem enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att motorn (13), vilken driver pumpen (12), är anordnad att styra pumpen för styrning av flödet av hydraulvätskan i nämnda krets (11).

9. Hydraulsystem enligt något föregående krav, kännetecknat därav, att nämnda motor (13) är en elektriskt driven motor.