WO2009060091A1 - Hydraulischer drucktransformator und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Hydraulischer drucktransformator und verfahren zu dessen betrieb Download PDF

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WO2009060091A1
WO2009060091A1 PCT/EP2008/065200 EP2008065200W WO2009060091A1 WO 2009060091 A1 WO2009060091 A1 WO 2009060091A1 EP 2008065200 W EP2008065200 W EP 2008065200W WO 2009060091 A1 WO2009060091 A1 WO 2009060091A1
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pressure
hydraulic
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low
working
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PCT/EP2008/065200
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Willem J. M. Muller
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Muller, Katherina
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    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/10—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels by utilising wheel movement for accumulating energy, e.g. driving air compressors
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    • F04B49/06—Control using electricity
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B3/00—Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic pressure transformer.
  • both the traction drives and other consumers of the working machine are often driven hydraulically, inter alia, to a stepless control of the driving speed, so the Fahrantrie- be to realize.
  • a computer decides per revolution for each cylinder between work or idle.
  • the traction drive is combined with a digital displacement pump and a hydraulic digital displacement motor.
  • Working cylinders and auxiliary consumers with different pressure requirements are assigned to separate digital displacement pumps. All pumps are lined up behind one another or independently of each other on the output of the internal combustion engine and together determine its work, whereby the engine can run largely in optimum mode and every consumer gets the power / pressure combination he needs, without a primary supply pressure, which depends on the point with the highest pressure requirement in the system, must be throttled down for all others with large heat losses and corresponding cooling effort.
  • the basic idea of the invention is not for the necessary change in the pressure of the required working fluid for the hydraulic drive or other hydraulic consumers as usual - by a sequence of hydraulic motor and hydraulic pump powered by it - to convert the hydraulically supplied energy first into mechanical energy and back through the connected hydraulic pump back into hydraulic energy at low pressure level, but directly hydraulic energy in the form of a high pressure level in hydraulic energy Shape of a lower lying, defined pressure level.
  • this hydraulic medium having a defined mean-pressure is ejected from the working space into the medium-pressure connection by the movement of the working piston and from there to the consumer connected thereto.
  • Such a hydraulic working unit may be in the form of a radial piston machine, but also in the design of an eccentric shaft pump or a rotary piston engine.
  • the hydraulic transformer is preferably not directly with a hydraulic pump delivering the high pressure in connection, but better with a high-pressure accumulator, from which the desired amount of high-pressure medium can be removed at any time.
  • the high-pressure accumulator is preferably not powered by a hydraulic pump, which is driven by a separate internal combustion engine, but rather by a free-piston engine, wherein the working space on one side of the free piston of the combustion chamber and the working space at the other end of the free piston hydraulic Pump represents.
  • a particularly simple and inexpensive to produce drive can create directly both high pressure, about for a drive, provides and can be removed, for example, directly from the high-pressure accumulator, as well as medium pressure of any desired, even variable pressure levels, as it requires more hydraulic consumers of the same machine.
  • FIG. 1 shows a radial section through a working unit of a radial piston machine
  • FIG. 2 shows a rotary valve of the axial piston machine in a section transverse to the axis of rotation of the eccentric shaft
  • FIG. 3 shows a pressure transformer in the form of a star machine with a plurality of radial piston units distributed over the circumference;
  • Figure 4 a traction drive with pressure transformer
  • Figure 5 a traction drive with brake energy recovery.
  • FIG. 1 shows in a radial section, that is cut parallel to the direction of movement of the working piston 12, a working unit in the form of a radial piston machine 13, of which several in a star-shaped arrangement cooperatively according to Figure 3 and in the same or in the axial direction of the eccentric shaft 5 * staggered, a number of non-rotatably coupled to each other eccentrics 5 working piston 12 together give the hydraulic pressure transformer M according to the invention.
  • Figure 1 shows that the working piston 12 is radially movably received in a corresponding cylinder of the housing of the machine and can move radially back and forth, and thereby supported with its inner end face on the rotatably mounted in the housing 5 eccentric.
  • the eccentric 5 is rotatably mounted on an eccentric shaft 5 *, which has no mechanical drive or output from the outside - except on the piston 12 - has.
  • the front end of the working piston 12 opposite the eccentric 5 limits the working space 4, which is thus variable in its volume and has two supply lines:
  • This working space 4 is connected to a low-pressure connection C, preferably a low-pressure accumulator, via the supply line 3 *, however, a check valve 6 is located in this supply line 3 *, whereby low-pressure medium only flows into the working space 4 from the low-pressure connection C, but not from there to drain to port C.
  • a low-pressure connection C preferably a low-pressure accumulator
  • the rotary valve comprises a rotatable valve body 2a, which is rotatably connected to the eccentric shaft 5, and depending on its rotational position over a defined rotation angle range in each case the connection to one of the connections A or B releases.
  • the rotatable valve body has, for example, an axial passage opening from the axially opening A to the opposite axially opening feed line 3 or a radially opening connection for connection to the Mitteldruckan- connection B, which also opens on the side of the supply line 3 axially in this.
  • a ring line b extends radially around the disk-shaped valve body over a defined angular range, which is connected to the medium-pressure discharge B.
  • the axial through-opening for connection to the high-pressure connection A is also preferably kidney-shaped over a defined angular region of the disk-shaped valve body, as shown in FIG.
  • the angle ranges are set so that, in particular, during the entire movement phase of the working piston 12 in the direction of reducing the volume of the working space 4, the supply line 3 is in communication with the medium pressure port B.
  • an I / O valve is also arranged, which can optionally completely close or completely open this supply line 3. A controlled, defined partial opening of this valve is not necessary and keeps the cost of this valve low.
  • the valve 1 is biased by a spring 15 in the open valve position.
  • This valve 1 serves - controlled by a controller 9, usually an electronic control - to be opened during the connection of the supply line 3 to the high pressure port A and during the movement phase of the working piston in the direction of enlargement of the working space 4 at a defined time.
  • valve 2 converts the supply line 3 into connection with the medium-pressure port B.
  • the working piston 12 which now moves in the direction of reducing the volume of the working space 4, thus presses the desired medium pressure having hydraulic medium from the working space 4 through the open
  • FIG. 4 shows a travel drive using the pressure transformer M according to the invention:
  • the driving movement so for example rotation of the wheel 17, causing hydraulic motor 16 is supplied from the medium pressure port B of the pressure transformer M via a supply line 18 with hydraulic medium.
  • the high-pressure connection A of the transformer M is connected to a high-pressure line a, which can supply energy to a plurality of pressure transformers and other consumers, and in which a high-pressure accumulator 11A can also be arranged.
  • the low-pressure inlet C is connected to a low-pressure line c, in which a low-pressure accumulator 11 C can likewise be arranged.
  • a free-piston engine which is not shown, is preferably arranged as the pump delivering hydraulic energy.
  • the medium-pressure connection B of the pressure transformer M supplies the hydraulic medium with the required pressure to it.
  • the recirculating line 19 discharging the hydraulic medium from the hydraulic machine 16 includes a directional control valve 20, from which each branch 19 a, b of the return line 19 continues on the one hand into the high-pressure line a and on the other hand into the low-pressure line c, depending on the pressure prevailing in the return line 19 Print.
  • the returning hydraulic medium in particular by means of a pressure-controlled directional control valve 20, is supplied to the low-pressure line c.
  • FIG. 5 shows the hydraulic drive of a self-propelled work machine, in which, apart from the traction drive in the form of the wheels 17 to be driven, a consumer 21, for example the hydraulic piston of an implement, must be supplied with hydraulic energy.
  • the high-pressure inlet A and the low-pressure inlet C of this pressure transformer M21 is in turn connected to the high-pressure line a on the one hand and the low-pressure line c on the other hand.
  • the return line 19 'from the consumer 21 in turn includes a directional control valve 20', from which downstream of a branch 19b with the low pressure line c is in communication, either directly or - via a further directional valve 20 "controlled - with a medium-pressure accumulator 11 B,
  • the other branch 19'a downstream of the directional valve 20 ' is connected either - as shown - to the medium-pressure port B of the pressure transformer M21 or with its high-pressure port A.
  • the medium-pressure accumulator 11 B stores hydraulic energy at a pressure level between that of the high pressure and that of the low pressure, so that the directional control valve 20 "directs the return flow into the medium-pressure accumulator 11 B, if the pressure in this branch 19 'a is higher than that in the medium-pressure accumulator 11 B.
  • the existing residual pressure level in the return line 19 ' can be utilized more efficiently than with direct introduction into the low-pressure accumulator 11 C.
  • the braking energy of both the traction drive as well as consumer users for example, upon passage of the piston in the user 21 in the direction of reduction of the working space, z. B. when sinking the tines of a forklift, are provided directly for the hydraulic drive available, without conversion of one into another type of energy, and with very little technical effort.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drucktransformator, um auf sehr einfache Weise das unter Hochdruck stehende Hydraulikmedium auf einen definierten wählbaren mittelhohen Druck zu transformieren, wie er von einzelnen hydraulischen Verbrauchern benötigt wird.

Description

Hydraulischer Drucktransformator und Verfahren zu dessen Betrieb
I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drucktransformator.
II. Technischer Hintergrund
In der Mobilhydraulik, also dem Hydraulikeinsatz bei z. B. selbstfahrenden Arbeitsmaschinen, werden häufig sowohl die Fahrantriebe als auch andere Verbraucher der Arbeitsmaschine hydraulisch angetrieben, unter anderem um eine stufenlose Regelung der Fahrgeschwindigkeit, also der Fahrantrie- be, zu realisieren.
Nachteilig sind jedoch bislang - im Vergleich zu einem mechanischen Getriebe als Fahrantrieb - die großen Verluste und relativ geringe Überset- zungsspreizung eines hydraulischen Antriebes, sowie das Fehlen einer praktikablen Möglichkeit zur Verwendung von Bremsenergie.
In den Entwicklungen der Hydraulikantriebe ist eine Tendenz zur Zeitsteuerung erkennbar: Für Radialkolbenmaschinen wird beispielsweise in der EP 1319836 der Firma Caterpillar vorgeschlagen, Arbeitsdruck bzw. Drehmo- ment nicht durch Exzenterverstellung, sondern schneller und mit weniger Verlusten durch digitale Steuerung der effektiven Arbeitszeit zu variieren, das so genannte Digital-Displacement-System. Eine Realisierung dieses Systems wurde gemäß der WO 2005/095800 der Firma Artemis präsentiert:
Ein Rechner entscheidet per Umdrehung für jeden Zylinder zwischen Arbeit oder Leerlauf. Zum Fahrantrieb wirken eine Digital-Displacement-Pumpe und ein hydraulischer Digital-Displacement-Motor zusammen. Arbeitszylindern sowie Nebenverbrauchern mit unterschiedlichem Druckbedarf sind separate Digital-Displacement-Pumpen zugeordnet. Alle Pumpen sind hinter- einander oder unabhängig voneinander auf dem Abtrieb des Verbrennungsmotors aufgereiht und bestimmen zusammen dessen Arbeit, wodurch der Motor weitgehend im Optimumbetrieb laufen kann und jeder Verbraucher diejenige Strom/Druck-Kombination bekommt, die er braucht, ohne dass ein primärer Versorgungsdruck, der sich nach der Stelle mit dem höchsten Druckbedarf im System richtet, für alle anderen unter großen Wärmeverlusten und entsprechendem Kühlungsaufwand heruntergedrosselt werden muss.
Auch das digitale Displacementsystem ist nicht ohne Nachteil: Alle Pumpen laufen, ungeachtet des Bedarfs ihrer Verbraucher, mit derjenigen Drehzahl, die für den Verbraucher mit dem höchsten Bedarf benötigt wird.
Viele Zylinder bewegen sich also nutzlos mit. Wegen der auftretenden Kavitation wäre es allerdings problematisch, sie einfach mit einem I/O-Ventil zu sperren. Deshalb benutzt die Artemis-Lösung pro Zylinder zwei Ventile, von denen je eines in der Verbindung zu einem der beiden Druckanschlüsse sowie an den beiden Totpunkten schaltbar ist. Wegen der hohen Drehzahlen werden dabei extrem schnelle und damit teuere Ventile benötigt oder ein Reduziergetriebe am Abtrieb des Verbrennungsmotors. So oder so führt die Vermeidung der Kavitation damit zum Rundpumpen großer Ölmengen. Zur Kavitationsvermeidung in Digital-Displacement-Motoren genügt eine Verbindung mit einem Rückschlagventil zwischen den Arbeitsräumen der Motoren und - über den Hohlraum, worin deren Exzenter dreht - den Nie- derdruckanschluss. Das Problem besteht darin, diesen Motor rüttelfrei laufen zu lassen, insbesondere bei niederer Fahrgeschwindigkeit.
Nötig sind eine gerade Anzahl von Zylindern in einem solchen Motor, in der Regel mindestens sechs, und ein symmetrisches Zu- und Abschalten der Ventile auch bei hohen Drehzahlen, weshalb auch Digital-Displacement- Motoren sehr schnelle Ventile brauchen.
IM. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, einen hydraulischen Drucktransformator zur Verfügung zu stellen, der Kavitation vermeidet und mit wenigeren und billigeren Ventilen auskommt und das nutzlose Rund- pumpen von Ölmengen vermeidet, und darüber hinaus einen größeren LJ- bersetzungsbereich sowie die Wiederverwendung der Bremsenergie eines Fahrantriebes auf einfache Art und Weise ermöglicht.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 8 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, für das notwendige verändern des Druckes des benötigten Arbeitsmediums für den hydraulischen Fahrantrieb oder andere hydraulische Verbraucher nicht wie üblich - durch eine Abfolge von hydraulischem Motor und davon angetriebener hydraulischen Pumpe - die hydraulisch zugeführte Energie zunächst in mechanische Energie zu verwandeln und diese durch die angeschlossene hydraulische Pumpe wieder zurück in hydraulische Energie auf niedrigem Druckniveau, sondern direkt hydraulische Energie in Form eines hohen Druckniveaus in hydraulische Energie in Form eines niedriger liegenden, definierten Druckniveaus umzuwandeln.
So werden beispielsweise in hydraulischen Arbeitsmaschinen mittels einer hydraulischen Versorgungspumpe konstant 400 oder 450 bar an Hochdruck zur Verfügung gestellt.
Diese müssen - abhängig vom momentanen Arbeitsbedarf des Fahrantriebes als auch des Druck- bzw. Strom-Bedarfes der übrigen Verbraucher die- ser Arbeitsmaschine - heruntertransformiert werden, was mit dem erfindungsgemäßen Drucktransformator auf einfache Art und Weise möglich wird, und der zusätzlich noch die Nutzung der Bremsenergie eines Fahrantriebes ermöglicht.
Dies wird erzielt, indem während des Reduzierungstaktes des Arbeitskolbens im Arbeitsraum dieser sowohl mit dem Niederdruckanschluss als auch mit dem Hochdruckanschluss - vorzugsweise abwechselnd, und zwar vorzugsweise zuerst mit dem Niederdruckanschluss und anschließend mit dem Hochdruckanschluss verbunden wird, so dass am Ende des Expansionstak- tes in dem dann gefüllten Arbeitsraum das gewünschte Mitteldruck-Niveau an Hydraulikmedium vorliegt.
Bei dem anschließenden Reduzier-Takt des Arbeitsraumes wird dieses einen definierten Mitteldruck aufweisende Hydraulikmedium durch die Bewe- gung des Arbeitskolbens aus dem Arbeitsraum in den Mitteldruckanschluss und von dort zu dem damit verbundenen Verbraucher ausgestoßen. Indem nicht nur eine, sondern mehrere solche Arbeitskolben im Drucktransformator auf derselben Welle arbeiten, auf welcher der Exzenter angeordnet ist - sei es auf jeweils einem einzelnen Exzenter oder kreisförmig angeordnet auf ein und demselben Exzenter in Form einer Sternmaschine - wird einem Verbraucher ein quasi kontinuierlicher Strom an Hydraulikmedium mit dem gewünschten, wählbaren und einstellbaren Mitteldruck zur Verfügung gestellt, und darüber hinaus die Exzenterwelle in Bewegung gehalten, indem die in der Expansionsphase befindlichen und momentan mit dem Hochdruck in Verbindung stehenden Arbeitsräume dadurch den ihnen zugeordneten Arbeitskolben so gegen den Exzenter pressen, dass dieser weitergedreht wird und die in der Reduzierungsphase befindlichen Arbeitsräume die notwendige mechanische Energie zum Ausstoßen des Hydrauklikmediums in den Mitteldruckanschluss zuführt.
Eine solche hydraulische Arbeitseinheit kann in der Bauform einer Radialkolbenmaschine vorliegen, aber auch in der Bauform einer Exzenterwellenpumpe oder einer Kreiskolbenmaschine.
Der hydraulische Transformator steht dabei vorzugsweise nicht direkt mit einer den Hochdruck liefernden hydraulischen Pumpe in Verbindung, sondern besser mit einem Hochdruckspeicher, aus dem die gewünschte Menge an Hochdruckmedium jederzeit entnommen werden kann.
Der Hochdruckspeicher wird dabei vorzugsweise nicht von einer Hydraulik- pumpe gespeist, die von einem separaten Verbrennungsmotor angetrieben wird, sondern vielmehr von einer Freikolbenmaschine, bei der der Arbeitsraum auf der einen Seite des Freikolbens der Verbrennungsraum ist und der Arbeitsraum am anderen Ende des Freikolbens die hydraulische Pumpe darstellt.
Auf diese Art und Weise lässt sich ein besonders einfacher und kostengünstig herzustellender Antrieb schaffen, der unmittelbar sowohl Hochdruck, etwa für einen Fahrantrieb, zur Verfügung stellt und der beispielsweise direkt aus dem Hochdruckspeicher entnommen werden kann, als auch Mitteldruck eines beliebig gewünschten, auch variablen Druckniveaus, wie es weitere hydraulische Verbraucher der gleichen Maschine benötigen.
c) Ausführungsbeispiele
Eine Ausführungsform des hydraulischen Drucktransformators als Radial- kolbenmaschine ist im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 : einen Radialschnitt durch eine Arbeitseinheit einer Radialkolbenmaschine,
Figur 2: ein Drehventil der Axialkolbenmaschine in einem Schnitt quer zur Rotationsachse der Exzenterwelle,
Figur 3: einen Drucktransformator in der Bauform als Sternmaschine mit mehreren über den Umfang verteilten Radialkolbeneinheiten,
Figur 4: einen Fahrantrieb mit Drucktransformator, und
Figur 5: einen Fahrantrieb mit Bremsenergierückgewinnung.
In Figur 1 ist in einem Radialschnitt, also geschnitten parallel zur Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 12, eine Arbeitseinheit in Form einer Radialkolbenmaschine 13 dargestellt, von denen mehrere in sternförmiger Anordnung zusammenwirkend gemäß Figur 3 und auf den gleichen oder in axi- aler Richtung der Exzenterwelle 5* versetzten, mehreren drehfest miteinander gekoppelten Exzentern 5 wirkenden Arbeitskolben 12 zusammen den erfindungsgemäßen hydraulischen Drucktransformator M ergeben. Figur 1 zeigt, dass der Arbeitskolben 12 radial beweglich in einem entsprechenden Zylinder des Gehäuses der Maschine aufgenommen ist und sich radial hin- und herbewegen kann, und dabei mit seiner inneren Stirnfläche auf dem drehbar im Gehäuse gelagerten Exzenter 5 abstützt.
Der Exzenter 5 ist drehfest auf einer Exzenterwelle 5* befestigt, die keinen mechanischen Antrieb oder Abtrieb von außen - außer über die Arbeitskolben 12 - besitzt. Das vom Exzenter 5 gegenüberliegende stirnseitige Ende des Arbeitskolbens 12 begrenzt den Arbeitsraum 4, der somit in seinem Volumen veränderbar ist und zwei Zuleitungen besitzt:
Über die Zuleitung 3* ist dieser Arbeitsraum 4 mit einem Niederdruckan- schluss C, vorzugsweise einem Niederdruckspeicher, verbunden, jedoch befindet sich in dieser Zuleitung 3* ein Rückschlagventil 6, wodurch aus dem Niederdruckanschluss C Niederdruckmedium lediglich in den Arbeitsraum 4 zuströmen, aber nicht von dort zum Anschluss C abfließen kann.
Anders ist dies bei der anderen Zuleitung 3, über die Druckmedium zum Ar- beitsraum 4 sowohl zu- als auch abströmen kann, denn in dieser Zuleitung 3 ist ein Zwei-Wege-Ventil 2, ausgebildet in Form eines Drehventils, angeordnet, über welches diese Zuleitung 3 wahlweise mit einem Hochdruckzufluss A, vorzugsweise in Form eines Hochdruckspeichers 11 , verbindbar ist oder mit einem Mitteldruckabfluss B, an dem üblicherweise ein diesen Mitteldruck benötigender hydraulischer Verbraucher angeschlossen ist.
Das Drehventil umfasst einen drehbaren Ventilkörper 2a, der drehfest mit der Exzenterwelle 5 verbunden ist, und je nach seiner Drehlage über einen definierten Drehwinkelbereich jeweils die Verbindung zu einem der An- Schlüsse A oder B freigibt. Zu diesem Zweck besitzt der drehbare Ventilkörper z.B. eine axiale Durchgangsöffnung von dem axial mündenden Anschluss A zu der gegenüberliegenden axial mündenden Zuleitung 3 oder einen radial mündenden Anschluss zur Verbindung mit dem Mitteldruckan- schluss B, der ebenfalls auf Seiten der Zuleitung 3 axial in diese mündet.
Zu diesem Zweck erstreckt sich radial um den scheibenförmigen Ventilkör- per herum eine Ringleitung b über einen definierten Winkelbereich, die mit dem Mitteldruckablauf B in Verbindung steht.
Auch die axiale Durchgangsöffnung zum Verbinden mit dem Hochdruckan- schluss A ist vorzugsweise nierenförmig über einen definierten Winkelbe- reich des scheibenförmigen Ventilkörpers ausgebildet, wie in Figur 2 dargestellt. Die Winkelbereiche sind so festgelegt, dass insbesondere während der gesamten Bewegungsphase des Arbeitskolbens 12 in Richtung Verringerung des Volumens des Arbeitsraumes 4 die Zuleitung 3 mit dem Mittel- druckanschluss B in Verbindung steht.
In der Zuleitung 3 ist ferner eine I/O-Ventil angeordnet, welches diese Zuleitung 3 wahlweise vollständig verschließen oder vollständig öffnen kann. Ein gesteuertes, definiertes teilweises Öffnen dieses Ventils ist nicht notwendig und hält die Kosten für dieses Ventil niedrig.
Das Ventil 1 ist mittels einer Feder 15 in die geöffnete Ventilstellung vorgespannt.
Dieses Ventil 1 dient dazu, - gesteuert von einer Steuerung 9, in der Regel einer elektronischen Steuerung - während der Verbindung der Zuleitung 3 mit dem Hochdruckanschluss A und während der Bewegungsphase des Arbeitskolbens in Richtung Vergrößerung des Arbeitsraumes 4 zu einem definierten Zeitpunkt geöffnet zu werden.
Dies bedeutet, dass während der Vergrößerung des Arbeitsraumes 4 zu Anfang dieses Ventil 1 geschlossen ist, und durch die Vergrößerung des Arbeitsraumes 4 in den Arbeitsraum 4 hinein Hydraulikmedium aus dem Nie- derdruckzulauf C angesaugt wird. Ab dem Zeitpunkt des Öffnen des Ventils 1 strömt durch die Zuleitung 3 Hochdruckmedium aus dem Hochdruckzulauf A in den Arbeitsraum 4, weshalb wegen dessen höherem Druck kein Niederdruckmedium mehr in den Arbeitsraum 4 einströmen kann und zusätzlich auch das Rückschlagventil 6 durch den anliegenden Hochdruck geschlossen wird.
Aus diese Art und Weise wird beim Füllen des Arbeitsraumes 4 dieser zunächst mit Niederdruckmedium und anschließend mit Hochdruckmedium in einem bestimmten Mengenverhältnis gemischt, so dass letztendlich bei Erreichen des maximalen Volumens des Arbeitsraumes 4 dieser mit Hydraulikmedium eines definierten mittleren Druckniveaus gefüllt ist.
Wenn sich anschließend die Bewegung des Arbeitskolbens 12 umkehrt, auf- grund der Weiterdrehung des Exzenters 5, angetrieben von einem oder mehreren der übrigen Arbeitseinheiten, stellt das Ventil 2 die Zuleitung 3 auf Verbindung mit dem Mitteldruckanschluss B um.
Der Arbeitskolben 12, der sich nun in Richtung Verkleinerung des Volumens des Arbeitsraumes 4 bewegt, presst damit das den gewünschten Mitteldruck aufweisende Hydraulikmedium aus dem Arbeitsraum 4 über das geöffnete
Ventil 1 - entgegen der Kraft der Felder 15 - und die Zuleitung 3 durch den
Mitteldruck-Ablauf B aus der Radialkolbenpumpe aus zu dem gewünschten
Verbraucher, wobei ebenfalls das Rückschlagventil 6 in der Zuleitung 3*, also zum Niederdruckanschluss C, geschlossen bleibt.
Den Zeitpunkt zum Öffnen und Schließen des Ventils 1 ermittelt die Steuerung 9 entweder aufgrund von außen vorgegebener elektronischer Signale, die der Steuerung 9 über eine Datenleitung 8 zugeführt werden, oder in Kenntnis der Drehlage der Exzenterwelle 5*, die der Drehlagensensor 7 de- tektiert und der Steuerung 9 zugeführt wird. Figur 4 zeigt einen Fahrantrieb unter Verwendung des erfindungsgemäßen Drucktransformators M:
Dabei wird der die Fahrbewegung, also beispielsweise Drehung des Rades 17, veranlassende hydraulische Motor 16 vom Mitteldruckanschluss B des Drucktransformators M über eine Zulaufleitung 18 mit Hydraulikmedium versorgt. Der Hochdruckanschluss A des Transformators M steht mit einer Hochdruckleitung a in Verbindung, die mehrere Drucktransformatoren und andere Verbraucher mit Energie versorgen kann, und in der auch ein Hoch- druckspeicher 11A angeordnet sein kann.
Analog steht der Niederdruckzulauf C mit einer Niederdruckleitung c in Verbindung, in der ebenfalls ein Niederdruckspeicher 11 C angeordnet sein kann.
Zwischen der Hochdruckleitung a und der Niederdruckleitung c ist als die hydraulische Energie liefernde Pumpe vorzugsweise ein Freikolbenmotor angeordnet, der nicht dargestellt ist.
Der Mitteldruckanschluss B des Drucktransformators M stellt aufgrund der Steuerung 9 gemäß Figur 1 , die auch mit der hydraulischen Maschine 16 in Verbindung steht, dieser das Hydraulikmedium mit dem benötigten Druck zur Verfügung.
Die von der hydraulischen Maschine 16 das Hydraulikmedium abführende Rücklaufleitung 19 enthält ein Wegeventil 20, von dem aus je ein Ast 19 a, b der Rücklaufleitung 19 einerseits in die Hochdruckleitung a und andererseits in die Niederdruckleitung c weiterführt, abhängig von dem in der Rücklaufleitung 19 herrschenden Druck. Sobald dieser um einen definierten Wert un- terhalb des Wertes der Hochdruckleitung a liegt, wird das rücklaufende Hydraulikmedium, insbesondere mittels eines druckgesteuerten Wegeventils 20, der Niederdruckleitung c zugeführt. Figur 5 zeigt den hydraulischen Antrieb einer selbstfahrenden Arbeitsma- schine, bei der also außer dem Fahrantrieb in Form der anzutreibenden Räder 17 ein Nutzverbraucher 21 , beispielsweise der hydraulische Kolben ei- nes Arbeitsgerätes, mit hydraulischer Energie versorgt werden muss.
Zusätzlich zu dem Fahrantrieb gemäß Figur 4 ist deshalb ein weiterer hydraulischer Drucktransformator M21 vorhanden, der mit seinem Mitteldruckablauf B wiederum diesen Nutzverbraucher 21 mit Hydraulikmedium versorgt.
Der Hochdruckzulauf A und der Niederdruckzulauf C dieses Drucktransformators M21 steht wiederum mit der Hochdruckleitung a einerseits sowie der Niederdruckleitung c andererseits in Verbindung.
Die Rücklaufleitung 19' vom Nutzverbraucher 21 enthält wiederum ein Wegeventil 20', von dem aus stromabwärts der eine Ast 19b mit der Niederdruckleitung c in Verbindung steht, entweder direkt oder - über ein weiteres Wegeventil 20" gesteuert - mit einem Mitteldruck-Speicher 11 B, der mit dem Niederdruckzulauf C des Drucktransformators M für den Fahrantrieb ver- bunden ist. Der andere Ast 19'a stromabwärts des Wegeventils 20' wird entweder - wie dargestellt - mit dem Mitteldruckanschluss B des Drucktrafos M21 verbunden oder mit dessen Hochdruckanschluss A.
Dabei speichert der Mitteldruckspeicher 11 B hydraulische Energie auf einem Druckniveau zwischen dem des Hochdruckes und dem des Niederdruckes, sodass das Wegeventil 20" den Rücklauf in den Mitteldruckspeicher 11 B leitet, wenn der Druck in diesem Ast 19'a höher ist als der im Mitteldruckspeicher 11 B.
Dadurch kann das vorhandene restliche Druckniveau in der Rücklaufleitung 19' effizienter ausgenutzt werden als bei direktem Einbringen in den Niederdruckspeicher 11 C. Auf diese Art und Weise kann die Bremsenergie sowohl des Fahrantriebes als auch von Nutzverbrauchern, beispielsweise bei Verfahrung des Kolbens im Nutzverbraucher 21 in Richtung Verkleinerung des Arbeitsraumes, z. B. bei Absinken der Zinken eines Gabelstaplers, unmittelbar für den hydraulischen Antrieb zur Verfügung gestellt werden, ohne Umwandlung von einer in eine andere Energieart, und mit sehr geringem technischen Aufwand.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 I/O-Ventil
2 Zweiwegeventil
2a Ventil körper
3, 3* Zuleitung
4 Arbeitsraum
5 Exzenter
5* Exzenterwelle
6 Rückschlagventil
7 Drehlagensensor
8 Datenleitung
9 Steuerung
10 Rotationsachse
11A Hochdruckspeicher
11 B Mitteldruckspeicher
11 C Niederdruckspeicher
12 Arbeitskolben
13 Radialkolbenmaschine
14 Drucktransformator
15 Feder
16 hydraulische Maschine
17 Rad
18 Zulauf-Leitung
19', 19, 19a, 19b Rücklauf-Leitung
20', 20 Wegeventil
21 Nutzverbraucher A Hochdruckzulauf
B Mitteldruckablauf a Hochdruckleitung
C Niederdruckleitung b Ringleitung
C Niederdruckzulauf
M21. M hydraulischer Drucktransformator

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Hydraulischer Drucktransformator (14) mit mehreren, auf der gleichen Exzenterwelle (5*) arbeitenden Arbeitseinheiten, insbesondere Radialkolbenmaschinen (15), bei denen jeweils ein radial zur Exzenterwelle (5') in einem Zylinder verschiebbarer Ar- beitskolben (12) mit einem Exzenter (5) der Exzenterwelle (5') in Wirkverbindung steht, der vom Arbeitskolben (12) vergrößerte oder verkleinerte Arbeitsraum (4) über Ventile (1, 2) wahlweise mit einem Hochdruckzulauf (A), Niederdruckzulauf (C) oder Mitteldruckablauf (B) verbindbar ist, - wobei der Mitteldruckablauf (B) mit dem Arbeitsraum (4) verbunden ist, wenn sich der Arbeitskolben (12) in Richtung Verkleinerung des Arbeitsraumes (4) bewegt.
2. Drucktransformator nach Anspruch 1 , d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass der Arbeitsraum (4) zwei getrennte Zuleitungen (3, 3') besitzt, von denen die eine Zuleitung (3') die Verbindung mit dem Niederdruckzulauf (C) ist und ein Rückschlagventil (6) enthält, um Abfluss in den Niederdruckzulauf (C) zu verhindern.
3. Drucktransformator nach Anspruch 1 oder 2, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass in der Zuleitung (3) für den Hochdruckzulauf (A) und den Mitteldruckablauf (B) ein Zweiwegeventil (2) angeordnet ist, welches mit der Exzenterwelle (5*) drehfest verbunden ist und über einen definierten Drehwinkelbereich der Exzenterwelle (5*) den Mitteldruckablauf (B) oder den Hochdruckzulauf (A) mit der Zuleitung(3) verbindet.
4. Drucktransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass in der Zuleitung (3) ein gesteuertes I/O-Ventil (1) vorhanden ist, welches von einer Steuerung (9) angesteuert wird.
5. Drucktransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass ein Sensor (7) die Drehlage der Exzenterwelle (5*) detektiert und mit der Steuerung 9 in Verbindung steht.
6. Drucktransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch g e ken nze i ch n et, d ass der Hochdruckzulauf (A) mit einem Hochdruckspeicher (11A) in Verbindung steht.
7. Drucktransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass der Niederdruckablauf (C) mit einem Niederdruckspeicher (11C) in Verbin- düng steht.
8. Hydraulischer Fahrantrieb mit einem hydraulischen Drucktransformator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zwischen der hydraulischen Pumpe und dem hydraulischen Motor des Fahrantriebes, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass die beim Bremsen des Fahrantriebes erzeugte hydraulische Energie wahlweise der Hochdruckseite oder der Niederdruckseite des hydraulischen Transformators, insbesondere dem Hochdruckspeicher (11A) oder dem Niederdruckspeicher (11C) zugeführt wird.
9. Hydraulischer Fahrantrieb nach Anspruch 8, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass die beim Bremsen des Nutzverbrauchers (21) erzeugte hydraulische Energie über ein Wegeventil (20', 20) wahlweise der Niederdruckseite einerseits o- der der Hochdruck- oder Mitteldruckseite des zugeordneten hydraulischen Transformators (M21 , M) andererseits zugeführt wird.
10. Hydraulischer Fahrantrieb nach Anspruch 8 oder 9, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass die hydraulische Bremsenergieleitung insbesondere des Fahrantriebes einem Bremsenergiespeicher, insbesondere einem Mitteldruckspeicher (11B) zugeführt wird, der zwischen dem Niederdruckzulauf (C) des hydraulischen Transformators für den Fahrantrieb und dem zugeordneten Niederdruckspeicher (11 C) angeordnet ist.
11. Verfahren zum Betreiben eines Drucktransformators, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass während der Bewegung des Arbeitskolbens (12) in Richtung Vergrößerung des Arbeitsraumes (4) zunächst der Niederdruck-Zulauf (C) zum Arbeitsraum (4) geöffnet wird, und zu einem definierten Zeitpunkt während dieser Bewegung des Arbeitskolbens (12) der Hochdruckzulauf (A) zum Arbeitsraum (4) geöffnet wird und insbesondere der Niederdruckzulauf (C) geschlossen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass bei der Bewegung des Arbeitskolbens (12) in Richtung Verringerung des Arbeitsraumes (4) der Mitteldruckablauf (B), insbesondere nur der Mitteldruckablauf (B), geöffnet ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, d ad u rch g e ken nze ich n et, d ass bei der Bewegung des Arbeitskolbens (12) in Richtung Verringerung des Arbeitsraumes (4) der Zeitpunkt des Umschaltens von dem geöffneten Niederdruckzulauf (C) auf Öffnen des Hochdruckzulaufes (A) bestimmt wird von einer Steuerung (9) auf Grund des dieser Steuerung (9) gemeldeten Druck- niveaus des Verbrauchers, der mit dem Mitteldruckablauf (B) verbunden ist.
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