WO2024002941A1 - Hydraulischer antrieb und verfahren zum regenerativen absenken eines elements einer arbeitsmaschine - Google Patents

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hydraulic
valve
connection
chamber
consumer
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Steffen Rose
Fabian WIEDMER
Dominik Thomas Hoffmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic drive and a method for regenerative lowering of an element of a work machine.
  • Mobile work machines such as excavators, telehandlers, reach stackers, and others, have booms with which heavy loads can be lifted and then lowered again after the load has been transported or moved.
  • the lowering process can take place very quickly and can be positioned less precisely, or it can be carried out more slowly and can be positioned more precisely.
  • a load is lowered dissipatively by setting a volume flow via an adjustable aperture, through which the speed can be controlled very well.
  • the proposed drive and control arrangements can expand existing systems in such a way that a regenerative lowering of an active load is possible and the Potential energy can be recovered in significant parts.
  • the arrangement can ensure that additional consumers can continue to be controlled.
  • the solution presented can in particular be designed to be modular as a possible platform and transferable to various applications.
  • a return line is provided in a hydraulic drive between a linear consumer, for example a lifting cylinder, and the hydraulic machine in order to return hydraulic fluid (hydraulic fluid, for example hydraulic oil) to drive the hydraulic machine, and at the same time a switching valve between the hydraulic machine and the valve block (directional valve arrangement). to block the connection of the hydraulic machine to the valve block.
  • the hydraulic drive is provided for or in a work machine which has a hydraulic linear consumer and at least one further hydraulic consumer, the linear consumer having a first chamber and being arranged in such a way that a volume flow of pressurized hydraulic fluid into the first chamber causes a movement of a Elements (lifting or lowering, depending on whether the hydraulic fluid flows into or out of the first chamber) of the work machine (e.g. excavator).
  • the element is, for example, a boom, a lifting platform or similar of the work machine.
  • the linear consumer in particular has one or more hydraulic cylinders (hydraulic cylinders). In principle, it can be provided that the linear consumer has several hydraulic cylinders and thus several chambers, the pressurization of which causes the same movement (e.g.
  • the hydraulic drive has an adjustable hydraulic machine, which can be pivoted to zero (ie a pivot angle of the hydraulic machine can assume both positive and negative values), and a hydraulic pump, the drives of which are mechanically coupled (mechanical energy or power can therefore be transferred between the hydraulic machine and the hydraulic pump).
  • the mechanical coupling takes place in particular via a shaft and/or a gear.
  • a hydraulic machine is a hydraulic machine that can act as both a hydraulic pump and a hydraulic motor, depending on the set (positive/negative) swivel angle.
  • the hydraulic pump can only act as a hydraulic pump, so if it is an adjustable pump it cannot be pivoted to zero.
  • a valve block which can also be referred to as a main valve, which has a first hydraulic valve input connection, a second hydraulic valve input connection, a first hydraulic consumer connection (or output connection) which is hydraulically connected to the first chamber of the linear consumer can be connected or connected, and has at least one further hydraulic consumer connection (or output connection), which can be hydraulically connected or connected to the at least one further consumer.
  • the first hydraulic valve input port is hydraulically connected to the first hydraulic consumer port in a controllable manner and the second hydraulic valve input port is hydraulically connected to the at least one further hydraulic consumer port in a controllable manner.
  • controllable refers to the fact that the valve block can be controlled so that the hydraulic connection is adjustable between a closed and an open state.
  • the valve block can, for example, be a single structural unit, e.g. be viewed as a single (main) valve, or be constructed modularly from several components, e.g. individual (sub) valves.
  • the valve block preferably comprises or is a directional control valve arrangement which has the first and a second hydraulic valve inlet connection and which has a first directional control valve on which the first hydraulic consumer connection (or output connection) is provided, and at least one second directional control valve, on which at least one further hydraulic consumer connection is provided.
  • the first directional control valve is hydraulically connected to the first valve input port and at least a second one Directional valve is hydraulically connected to the second valve input port.
  • the directional valves of the directional valve arrangement can therefore be supplied with hydraulic fluid independently of one another (ie 2-circuit hydrosystem) via the valve input connections, which can be passed on to various consumers through the directional valves.
  • the directional valve arrangement is an example of a modular design of the valve block.
  • the first consumer connection in particular the first directional control valve
  • the second valve input connection can be hydraulically connected to the second valve input connection.
  • a switching valve e.g. a switching valve or proportional valve
  • a summing valve can be provided in the valve block, in particular in the directional control valve arrangement.
  • the second valve input connection is then hydraulically connected to the first consumer connection, in particular the first directional control valve, via the connection or summing valve. It is also conceivable that this functionality may be integrated into the first directional control valve.
  • the first directional control valve is then hydraulically connected directly to the second valve input connection. Such configurations can be useful in order to be able to temporarily make the combined hydraulic power of the hydraulic machine and the hydraulic pump available to the linear consumer.
  • the at least one further consumer connection in particular the at least one second directional control valve
  • a switching valve e.g. a switching valve or proportional valve
  • a summing valve can be provided in the valve block, in particular in the directional control valve arrangement, or this functionality can optionally be integrated into the at least one second directional control valve.
  • the hydraulic fluid is supplied by the hydraulic machine and the hydraulic pump.
  • the hydraulic pump working connection is (directly) hydraulically connected to the second valve input connection.
  • a switching valve is arranged in the connection between the hydraulic machine working port and the first valve input port or is hydraulically connected between the hydraulic machine working port and the first valve input port, which is in a passage state in which the first valve input port and the Hydraulic machine working connection are hydraulically connected, and can be switched into a blocking state in which the first valve input connection and the hydraulic machine working connection are hydraulically separated. If there is no regenerative lowering or outside the lowering phase, the switching valve is particularly in the passage position. condition, so that the hydraulic machine can supply the valve block, in particular the directional valve arrangement, with hydraulic fluid, for example for lifting a load using the linear consumer.
  • the hydraulic machine working connection is hydraulically connected to a return line, which is set up to produce a volume flow of pressurized hydraulic fluid from the first chamber of the linear consumer during the lowering phase when it is connected (i.e. when the first chamber is hydraulically connected to the hydraulic drive is).
  • a suitable means e.g. valve
  • a return line directional control valve is preferably provided as part of the hydraulic drive (see below).
  • the hydraulic drive preferably has a control which is set up to control the switching valve during the lowering phase, to switch it to the blocking state, to control the valve block (in particular the first directional control valve), so that a hydraulic connection is established from the first valve input connection to the first consumer connection is closed, and to control the hydraulic machine to change the swivel angle so that it can or will be operated as a hydraulic motor. These steps take place simultaneously or at least overlapping. If the first consumer connection or the first directional valve can be hydraulically connected to the second valve input connection, the valve block or the directional valve arrangement (in particular the first directional valve and/or the switching valve and/or the summing valve) is controlled by the control during the lowering phase, so that this connection is closed.
  • the valve block or the directional valve arrangement in particular the first directional valve and/or the switching valve and/or the summing valve
  • the hydraulic drive preferably has an electrical machine which is coupled to the hydraulic machine and the hydraulic pump (in order to drive them or to be driven by them, or is mechanically coupled to the drives, for example drive shafts, the hydraulic machine and the hydraulic pump), wherein If necessary, the control is further preferably set up to control the electrical machine and / or an inverter of the electrical machine, in particular so that the electrical machine acts as an electrical generator during the lowering phase.
  • the use of an electric machine to drive the hydraulic machine and the hydraulic pump is advantageous because if the hydraulic machine recovered power exceeds the power required by the hydraulic pump, the excess power can be converted into electrical power by the electrical machine, which can be operated as a generator.
  • the electrical energy obtained can be stored in a battery, for example.
  • the hydraulic drive has a return line directional control valve which is hydraulically connected to the return line and is hydraulically connectable or connected to the first chamber of the linear consumer and is set up (when connected to the linear consumer) to provide a hydraulic passage between the return line and to close or at least partially open the first chamber in a controllable and/or adjustable manner.
  • the return directional control valve is further preferably a proportional valve.
  • the control is optionally set up to control the return line directional control valve during the lowering phase and to partially or completely open the hydraulic passage between the return line and the first chamber. Outside the lowering phase, the passage of the return directional control valve is preferably closed. Accordingly, no hydraulic fluid can flow from the linear consumer to the hydraulic machine working connection outside of the lowering phase. If the return line directional valve is a proportional valve (i.e. has intermediate positions), the volume flow from the linear consumer to the hydraulic machine working connection and thus the lowering speed can be controlled.
  • the hydraulic drive preferably has a circulation directional control valve which is hydraulically connected to the hydraulic pump working connection and a tank connection of the hydraulic pump and is designed to provide a hydraulic passage between the hydraulic pump working connection and the tank connection of the hydraulic pump in a controllable manner either to close or at least partially open.
  • the circulation directional control valve is further preferably a proportional valve.
  • the control is set up to control the circulation directional control valve during the lowering phase, to partially or completely open the hydraulic passage between the hydraulic pump working connection and the tank connection.
  • hydraulic neutral circulation losses can be avoided.
  • the hydraulic pump is a fixed displacement pump.
  • the hydraulic pump is an adjustable hydraulic pump. In this case, neutral circulation losses can be avoided even without a circulation directional control valve.
  • the hydraulic drive has a compensating directional control valve that is hydraulically connectable or connected to the first chamber and the second chamber and which, when connected, is designed to provide a hydraulic passage between the first Chamber and the second chamber can either be closed or at least partially opened in a controllable manner.
  • the compensating directional control valve is further preferably a proportional valve.
  • the control is set up to control the compensating directional control valve during the lowering phase and to partially or completely open the hydraulic passage between the first chamber and the second chamber.
  • the second chamber is approximately the second chamber of a double-acting hydraulic cylinder.
  • the second chamber can be filled accordingly with hydraulic fluid from the first chamber, so that no further supply of hydraulic fluid is necessary.
  • the second chamber can again comprise several sub-chambers, for example if the linear consumer comprises several hydraulic cylinders, which together cause the movement (raising/lowering) of the element of the work machine.
  • the switching valve and/or possibly the control is set up so that outside the lowering phase, the switching valve is or is switched to the open state.
  • the switching valve can, for example, be set up in such a way that it is automatically switched to the open state by a spring or similar if no further control signal is present.
  • active control could be carried out by the controller.
  • the return line directional valve and/or optionally the control is set up so that outside the lowering phase the hydraulic passage between the first chamber and the return line is closed, and/or is the compensation directional valve and/or optionally the control set up so that outside the lowering phase the hydraulic passage between the first chamber and the second chamber is closed, and/or the circulation directional control valve and/or optionally the control is set up so that outside the lowering phase the hydraulic passage between see the hydraulic pump working connection and the hydraulic pump tank connection being closed.
  • the closed position is assumed automatically, for example by a corresponding preload with a spring, if there is no other control, or alternatively or additionally that a corresponding control takes place by the control.
  • Figure 1 shows a hydraulic drive according to a preferred embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a hydraulic drive according to another preferred embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows the sequence of a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a hydraulic drive according to a preferred embodiment of the invention.
  • the hydraulic drive forms an open 2-circuit hydraulic system.
  • the hydraulic drive comprises a hydraulic machine 4, a hydraulic pump 6, a valve block, namely, for example, a directional valve arrangement 8, and a switching valve 10.
  • the hydraulic machine 4 and the Hydraulic pump 6 or its drive shafts are mechanically coupled to one another, that is, they can be driven together. This coupling can take place, for example, via a drive shaft or a gearbox.
  • the speeds of the hydraulic machine 4 and the hydraulic pump 6 are therefore the same or at least have a certain relationship to one another.
  • the hydraulic machine 4 and the hydraulic pump 6 are preferably driven by an electrical machine 12, which is connected via an inverter 14 to an electrical energy supply, for example a DC voltage system and/or a battery.
  • the inverter 14 can, for example, convert direct current from the electrical power supply into alternating current for the electrical machine when the electrical machine acts as an electric motor, and vice versa convert alternating current into direct current when the electrical machine acts as an electrical generator.
  • the hydraulic machine 4 is adjustable, i.e. a pivot angle of the hydraulic machine is adjustable. Furthermore, the hydraulic machine 4 can be swiveled to zero, so it can be operated both as a hydraulic pump (e.g. corresponding to positive swivel angles) and as a hydraulic motor (e.g. corresponding to negative swivel angles). Such a hydraulic machine is also referred to as “mooring capable”.
  • the hydraulic machine 4 has a (hydraulic) hydraulic machine working connection 16 and a tank connection 18, which is connected here to a tank 20. In pump operation, the hydraulic machine, for example driven by the electric machine 12, generates a flow of hydraulic fluid (from the tank) from the tank connection 18 to the hydraulic machine working connection 16.
  • a volume flow of hydraulic fluid from the hydraulic machine working connection 16 to the tank connection 18 generates a torque or a mechanical power on the drive axle of the hydraulic machine 4, with which the hydraulic pump 6 can be driven (at least partially), and, if excess mechanical power is generated, for example the electrical machine 12 can also be driven.
  • the hydraulic pump 6 here is a fixed displacement pump and has a tank connection 23 (here hydraulically connected to the tank 20) and a hydraulic pump working connection 22.
  • the hydraulic pump 6 is set up, when driven, to pump hydraulic fluid from the tank connection 23 to the hydraulic pump working connection 22.
  • the directional valve arrangement 8 has a first valve inlet connection 24 and a second valve inlet connection 25, via which the directional valve arrangement can be supplied with hydraulic fluid.
  • the directional control valve arrangement 8 includes a first directional control valve 26 and at least one second directional control valve 28, wherein the first directional control valve 26 is hydraulically connected to the first valve input connection 24 and the at least one second directional control valve 28 is hydraulically connected to the second valve input connection 25 (each in Not shown individually).
  • the directional control valve arrangement can include more than two directional control valves.
  • the directional valve arrangement shown is designed, for example, as a modular directional valve block, which can supply several directional valve sections, which can be supplied with hydraulic fluid via input sections in which the valve input connections are provided.
  • Each directional valve section corresponds to a directional valve, with respective consumer connections.
  • the directional valves of the individual directional valve sections can generally be operated or controlled independently of one another.
  • the directional control valves each have, for example, two consumer connections; in general, the directional control valves can also have a different number of consumer connections independently of one another, that is, in general they have at least one consumer connection. If the valve block is not constructed modularly, but rather as a (at least partially) uniform structural unit, the valve block is set up to implement the functionalities that are described below in connection with the directional control valve arrangement
  • the first directional control valve 26 and the at least one second directional control valve 28 each have two consumer connections, i.e. hydraulic connections to which hydraulic lines that lead to respective consumers can be connected.
  • the first directional control valve 26 and the at least one second directional control valve 28 are designed to completely or partially open or block hydraulic passages or connections from the valve input connections to the consumer connections, depending on how they are controlled, so that the flow of hydraulic fluid can be controlled to each of the consumer connections or to consumers connected to them.
  • the first consumer connection 34 can be hydraulically connected to the second valve input connection 25 and/or that the at least one further consumer connection can be hydraulically connected to the first valve input connection (via at least one suitable switching valve and/or at least a suitable summing valve and/or a corresponding functionality of the directional control valves).
  • the hydraulic pump working port 22 is hydraulically connected to the second valve input port 25.
  • the hydraulic machine working port 16 is connected to the first valve input port 24 via the switching valve 10.
  • the switching valve 10 can be switched into an open state (state shown in the figure) and a blocked state. In the open state, the switching valve 10 is open, i.e. there is an (open) hydraulic connection between the hydraulic machine working port 16 and the first valve inlet port 24, so hydraulic fluid can flow between these ports. In the blocked state, the switching valve 10 is closed, i.e. there is no hydraulic connection between the hydraulic machine working port 16 and the first valve inlet port 24, so no hydraulic fluid can flow between these ports.
  • the switching valve 10 can be actuated electrically or electromagnetically, for example, and in a further advantageous embodiment the switching valve 10 can also be controlled or actuated electro-hydraulically by, for example, so-called pressure control elements.
  • a hydraulic linear consumer 30 or hydraulic cylinder (here a differential cylinder) is shown, which is hydraulically connected to the first directional control valve 26.
  • consumer connections of the first directional control valve 26 are hydraulically connected to working connections or chambers of the linear consumer 30.
  • a first consumer connection 34 is hydraulically connected to a first chamber 38 and a second consumer connection 36 is hydraulically connected to a second chamber 40.
  • the linear consumer can also be referred to as the first hydraulic consumer or as the hydraulic primary consumer.
  • another hydraulic consumer 32 (also a differential cylinder here as an example) is shown, which is hydraulically connected to the at least one second directional control valve 28.
  • more consumers 32 than those shown can be provided, which are hydraulically connected to corresponding second directional control valves.
  • at least one further hydraulic consumer is provided, which also serves as at least one second hydraulic consumer or can be referred to as a hydraulic secondary consumer.
  • the linear consumer 30 is set up in such a way, in particular arranged on a work machine in which the hydraulic drive is used, that when hydraulic fluid is fed into the first chamber 38 of the linear consumer by appropriate control of the first directional control valve 26 (and corresponding hydraulic fluid from the second Chamber 40 is passed), a load is lifted (not shown). This can be done, for example, using a boom on the work machine. The load is lifted against the effect of gravity, assuming the machine is in a normal working position. The hydraulic fluid in the first chamber is under a corresponding pressure (caused by the load).
  • a return line directional valve 42 which here is a 2/2-way valve with an intermediate position (proportional valve), is preferably provided.
  • One port of the return line directional valve is hydraulically connected to the first chamber and the other port of the return line directional valve is hydraulically connected to the hydraulic machine working port 16 via a return line 46.
  • the return line directional control valve 42 is adjustable between a closed end position and an open end position, whereby in the closed end position (position shown in the figure) there is no hydraulic connection between the first chamber and the return line or the hydraulic machine working connection and when adjusting in the direction of the open end position, a through opening is increasingly opened or the return line directional control valve 42 is increasingly opened, so that a hydraulic connection exists between the first chamber and the return line or the hydraulic machine working connection and is opened as the cross section increases . In the open end position, the through opening is completely open.
  • the return line directional control valve 42 or its adjustment is, for example, electrically controllable, that is, the return line directional control valve 42 can be actuated, for example, electrically or electromagnetically, wherein in a further advantageous embodiment the return line directional control valve 42 is also controlled electro-hydraulically by, for example, so-called pressure control elements or can be operated.
  • the closed end position can be a position that is assumed automatically (especially special outside the lowering phase when there is no further control signal, for example, as illustrated, by a biasing element (e.g. spring) that causes a movement into the closed end position.
  • pressurized hydraulic fluid is passed from the first chamber 38 of the linear consumer 30 through the return line directional valve 42 and the return line 46 to the hydraulic machine working connection 16, so that the hydraulic machine 4 can be operated as a motor to convert hydraulic energy into mechanical energy (torque, speed).
  • the load is reduced accordingly so that potential energy is converted into mechanical energy.
  • the mechanical energy is used to drive the hydraulic pump 6 or the generator-operated electrical machine 12.
  • the first directional control valve 26 is controlled during the regenerative lowering so that there is no hydraulic connection between the first valve input connection 24 and the first consumer connection 34. If the first consumer connection 34 can be connected hydraulically 25 to the second valve input connection, this connection is closed during the regenerative lowering, the directional valve arrangement is controlled during the regenerative lowering so that there is no hydraulic connection between the second valve input connection 25 and the first consumer connection 34 exists. Preferably, the first directional control valve 26 is additionally controlled during the regenerative lowering so that there is no hydraulic connection between the first valve input connection 24 and the second consumer connection 36 (if the directional control valve arrangement is set up so that such a connection can be established).
  • the hydraulic supply of the at least one further consumer 32 is ensured by the hydraulic pump 6, which continues to supply the directional valve arrangement with hydraulic fluid via the second valve input connection 25.
  • a compensating directional valve 44 which here is a 2/2-way valve with an intermediate position, is also preferably provided between the first chamber 38 and the second chamber 40 is arranged.
  • One connection of the compensating directional valve is hydraulically connected to the first chamber (and therefore also to the first consumer connection) and the other connection of the compensating directional valve is hydraulically connected to the second chamber (and therefore also to the second consumer connection).
  • the compensation directional control valve 44 like the return directional control valve 42, is adjustable between a closed end position (no hydraulic connection between the first and second chambers) and an open end position, with a passage starting from the closed end position, in which the passage is closed, is increasingly opened (hydraulic connection with increasing cross-section between the first and second chambers).
  • the compensating directional control valve 44 can be actuated electrically or electromagnetically, for example, and in a further advantageous embodiment the compensating directional control valve 44 can also be controlled or actuated electro-hydraulically by, for example, so-called pressure control elements.
  • the closed end position can be a position that is assumed automatically (in particular outside the lowering phase when there is no further control signal, for example, as illustrated, by a biasing element (e.g. spring) that causes a movement into the closed end position.
  • the compensating directional control valve 44 allows hydraulic fluid to be directed between the chambers. In particular, it is possible to direct hydraulic fluid from the first into the second chamber during regenerative lowering, so that a supply via the first directional valve or the directional valve arrangement 8, which is only hydraulically supplied by the hydraulic pump due to the closed switching valve, is not necessary.
  • the speed of lowering can be controlled by appropriately controlling the return directional control valve 42 and/or the compensating directional control valve 44, i.e. by controlling the cross sections of the respective passages.
  • the compensation directional control valve 44 is designed here as a separate valve. Alternatively, the compensation directional control valve or its functionality could also be integrated in the first directional control valve 26.
  • a single-acting hydraulic cylinder can also be used (so that only the first chamber is pressurized with hydraulic fluid, with only the first consumer connection on the first directional valve that can be connected or connected to the first chamber is provided and the second consumer connection can be dispensed with).
  • the compensation directional control valve 44 can be dispensed with.
  • a circulation directional control valve 48 which here is a 2/2-way valve with an intermediate position, is preferably provided between the hydraulic pump working connection 22 and the tank connection 23 of the hydraulic pump 6.
  • One connection of the circulation directional control valve is hydraulically connected to the hydraulic pump working connection 22 (and therefore also to the valve input connection 24) and the other connection of the circulation directional control valve is connected to the tank connection 23 of the hydraulic pump 6 (and therefore also to the tank). hydraulically connected.
  • the circulation directional control valve 48 like the return directional control valve 42 and the compensation directional control valve 44, is adjustable between a closed end position (no hydraulic connection between the hydraulic pump working connection 22 and the tank connection 23) and an open end position, with one passage starting from the closed end position in which the passage is closed, is increasingly opened (hydraulic connection with increasing cross section between the hydraulic pump working connection 22 and the tank connection 23).
  • the circulation directional valve 48 can be actuated electrically or electromagnetically, for example, and in a further advantageous embodiment the circulation directional valve 48 can also be controlled or actuated electro-hydraulically by, for example, so-called pressure control elements.
  • the circulation directional control valve 48 can be controlled to assume an at least partially open position. This is useful because neutral circulation losses can be reduced.
  • the closed end position can be a position that is assumed automatically (in particular outside the lowering phase when there is no further control signal, for example, as illustrated, by a biasing element (e.g. spring) that causes a movement into the closed end position.
  • the hydraulic drive can further comprise an (electronic) control 50, which is set up to control the hydraulic machine 4, the switching valve 10 and the directional control valve arrangement 8 or the first directional control valve 26 and optionally the at least one second directional control valve 28.
  • the controller 50 can be set up to control the electrical machine 12 or the inverter 14, the return directional control valve 42, the compensation directional control valve 44 and the circulation directional control valve 48, if available. In any case, control can take place via appropriate control lines (not shown).
  • the controller 50 is set up to control the switching valve 10 during a regenerative lowering or during a lowering phase, so that it is switched to the blocking state, and to control the adjustable hydraulic machine 4 or its pivot angle, so that the hydraulic machine 4 acts as a hydraulic motor.
  • the swivel angle is swiveled through zero, so that the hydraulic machine generates a torque on the drive shaft for a given direction of rotation.
  • the return line directional control valve 42 is controlled by the controller 50 to switch to an at least partially open position.
  • the controller 50 also controls the first directional control valve 26 to switch to a state in which there is no hydraulic connection between the first valve input connection 24 and the first consumer connection 34.
  • the compensating directional control valve 44 is controlled to switch to an at least partially open position.
  • the lowering speed can be controlled by a suitable choice of the open position of the return line directional control valve 42 and, if necessary, the open position of the compensation directional control valve 44.
  • the controller 50 can optionally control the circulation valve 48 to switch to an at least partially open position.
  • the controller 50 can optionally control the electrical machine 12 or the inverter 14 to reduce the power output or torque output of the electrical machine 12.
  • the electric machine 12 can act as an electric generator.
  • FIG. 2 shows a hydraulic drive according to another preferred embodiment of the invention. This essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 1, so that only differences will be discussed below and reference is otherwise made to the description of FIG. 1.
  • the hydraulic pump 6 of the embodiment of Figure 2 is an adjustable hydraulic pump. Furthermore, no circulation directional control valve is provided. Since the hydraulic pump 6 is adjustable, the delivery volume flow of the hydraulic pump (at a given speed) can be adjusted, approximately corresponding to a pivot angle of the hydraulic pump 6. In particular, if during a regenerative lowering the at least one further consumer 32 requires little or no hydraulic power, the pivot angle of the hydraulic pump 6 can be adjusted to zero or close to zero, so that no or only a small delivery volume flow is generated. Accordingly, neutral circulation losses can be reduced in the hydraulic drive of FIG. 2 even without a circulation directional control valve.
  • the controller 50 is preferably set up to control the hydraulic pump 6 or its pivot angle. If no or only little hydraulic power is required by the at least one second consumer 32 during the regenerative lowering, unlike in Figure 1 where the circulation directional control valve is at least partially opened, the controller 50 can set the pivot angle of the adjustable hydraulic pump to zero or close to zero, i.e. control the adjustable hydraulic pump accordingly.
  • Figure 3 shows the sequence of a preferred embodiment of the method according to the invention. Steps that are carried out during a lowering phase are shown here. It is a method for the regenerative lowering of an element of a work machine, which is driven by a hydraulic drive according to the invention (e.g. according to Figures 1 to 2). A supply or removal of hydraulic fluid to the linear consumer causes the element to be raised or lowered.
  • step 100 the switching valve is switched to the blocking state.
  • step 110 a volume flow of hydraulic fluid is directed from the first chamber to the working port of the hydraulic machine and in step 120 the hydraulic connection from the first valve inlet port to the first consumer port is closed.
  • step 130 the pivot angle of the hydraulic machine is changed so that it acts as a hydraulic motor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für eine Arbeitsmaschine, die einen hydraulischen Linearverbraucher (30) mit einer erste Kammer (38) und wenigstens einen weiteren hydraulischen Verbraucher (32) aufweist, aufweisend: eine nulldurchschwenkbare Hydromaschine (4) und eine damit mechanisch gekoppelte Hydropumpe (6), einen Ventilblock mit einem ersten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss (24), einem zweiten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss (25), einem ersten hydraulischen Verbraucheranschluss (34), der mit der ersten Kammer (38) des Linearverbrauchers hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist, und wenigstens einem weiteren hydraulischen Verbraucheranschluss, der mit dem wenigstens einen weiteren Verbraucher hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist, wobei der erste hydraulische Ventil-Eingangsanschluss (24) in steuerbarer Weise mit dem ersten hydraulischen Verbraucheranschluss hydraulisch verbunden ist und der zweite hydraulische Ventil-Eingangsanschluss in steuerbarer Weise mit dem wenigstens einem weiteren hydraulischen Verbraucheranschluss hydraulisch verbunden ist, und wobei ein Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss verbunden ist, und ein Schaltventil (10), das zwischen einem Hydromaschinen-Arbeitsanschluss (16) und dem ersten Ventil-Eingangsanschluss verbunden ist, und das in einen Durchlasszustand und in einen Sperrzustand schaltbar ist, wobei der Hydromaschinen-Arbeitsanschluss mit einer Rückleitung verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, während einer Absenkphase einen Volumenstrom an unter Druck stehender Hydroflüssigkeit aus der ersten Kammer aufzunehmen.

Description

Hydraulischer Antrieb und Verfahren zum regenerativen Absenken eines Elements einer Arbeitsmaschine
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb und ein Verfahren zum regenerativen Absenken eines Elements einer Arbeitsmaschine.
Hintergrund der Erfindung
Mobile Arbeitsmaschinen, wie z.B. Bagger, Telehandler, Reach Stacker, und andere besitzen Ausleger, mit denen schwere Lasten angehoben und diese nach einem Transport bzw. Umsetzen der Last wieder abgesenkt werden können. Der Absenkvorgang kann hierbei je nach Anwendung sehr schnell und weniger fein positionierbar oder aber langsamer und fein positionierbar erfolgen. In der Regel erfolgt das Absenken einer Last dissipativ über die Einstellung eines Volumenstroms über eine verstellbare Blende, durch welche die Geschwindigkeit sehr gut kontrolliert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein hydraulischer Antrieb für eine oder in einer Arbeitsmaschine und ein Verfahren zum regenerativen Absenken eines Elements einer Arbeitsmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile gelten für den Antrieb und das Verfahren in gleicher Weise.
Die vorgeschlagenen Antriebs- und Steueranordnungen können bestehende Systeme in der Art erweitern, dass ein regeneratives Absenken einer aktiven Last ermöglicht wird und die potenzielle Energie in wesentlichen Teilen zurückgewonnen werden kann. Die Anordnung kann dafür Sorge tragen, dass zusätzliche Verbraucher weiterhin angesteuert werden können. Die vorgestellte Lösung kann insbesondere modular als eine mögliche Plattform aufbaubar und auf verschiedene Anwendungen übertragbar ausgeführt sein. Zur Realisierung dieser Vorteile wird bei einem hydraulischen Antrieb zwischen einem Linearverbraucher, z.B. Hubzylinder, und der Hydromaschine eine Rückleitung vorgesehen, um Hydroflüssigkeit (Hydraulikflüssigkeit, z.B. Hydrauliköl) zum Antreiben der Hydromaschine zurückzuführen, und gleichzeitig ein Schaltventil zwischen Hydromaschine und Ventilblock (Wegeventilanordnung), um die Verbindung der Hydromaschine zum Ventilblock zu sperren. Bei geschlossenem Schaltventil, d.h. das Schaltventil befindet sich im Sperrzustand, kann vom ersten Verbraucher zurückströmende Hydroflüssigkeit verwendet werden, um die Hydromaschine, die, da sie nulldurchschwenkbar ist, auch als Hydromotor wirken kann, anzutreiben. Es wird also hydraulische Leistung in mechanische Leistung gewandelt, die über die Kopplung mit Hydropumpe regeneriert wird. Überschüssige Leistung kann in elektrische Energie gewandelt und gespeichert werden. Insgesamt wird so die Regeneration von potentieller Energie einer Last, etwa eines Elements (z.B. Ausleger) einer Arbeitsmaschine, die beim Absenken einen Rückstrom unter Druck stehender Hydroflüssigkeit bewirkt, ermöglicht.
Der hydraulische Antrieb ist für eine oder in einer Arbeitsmaschine vorgesehen, die einen hydraulischen Linearverbraucher und wenigstens einen weiteren hydraulischen Verbraucher aufweist, wobei der Linearverbraucher eine erste Kammer aufweist und so angeordnet ist, dass ein Volumenstrom unter Druck stehender Hydroflüssigkeit in die erste Kammer eine Bewegung eines Elements (Heben bzw. Senken, je nachdem, ob die Hydroflüssigkeit in die oder aus der ersten Kammer strömt) der Arbeitsmaschine (z.B. Bagger) bewirkt. Das Element ist beispielsweise ein Ausleger, eine Hubplattform o.Ä. der Arbeitsmaschine. Der Linearverbraucher weist insbesondere ein oder mehrere Hydrozylinder (Hydraulikzylinder) auf. Im Prinzip kann vorgesehen sein, dass der Linearverbraucher mehrere Hydrozylinder und damit mehrere Kammern aufweist, deren Druckbeaufschlagung die gleiche Bewegung bewirkt (etwa ein Ausleger eines Baggers, der durch zwei Hydrozylinder bewegt wird). Zur Vereinfachung werden diese mehreren Kammern (falls vorhanden) im Rahmen dieser Beschreibung zusammengefasst als erste Kammer angesehen (z.B. als erste Kammer, die mehrere Teilkammern, in jedem Hydrozylinder eine, umfasst). Alternativ könnte statt "eine erste Kammer" die Formulierung "wenigstens eine erste Kammer" verwendet werden. Der hydraulische Antrieb weist eine verstellbare Hydromaschine, die nulldurchschwenkbar ist (d.h. ein Schwenkwinkel der Hydromaschine kann sowohl positive als auch negative Werte annehmen), und eine Hydropumpe, deren Antriebe mechanisch gekoppelt sind, auf (mechanische Energie bzw. Leistung kann also zwischen der Hydromaschine und der Hydropumpe übertragen werden). Die mechanische Kopplung erfolgt insbesondere über eine Welle und/oder ein Getriebe. Als Hydromaschine wird eine hydraulische Maschine bezeichnet, die sowohl als hydraulische Pumpe als auch als hydraulischer Motor wirken kann, je nach eingestelltem (positivem/negativem) Schwenkwinkel. Die Hydropumpe kann lediglich als hydraulische Pumpe wirken, ist also, falls es sich um eine verstellbare Pumpe handelt, nicht nulldurchschwenkbar.
Es ist ein Ventilblock, der auch als Haupt-Ventil bezeichnet werden kann, vorgesehen, der einen ersten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss, einen zweiten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss, einen ersten hydraulischen Verbraucheranschluss (bzw. Ausgangsanschluss), der mit der ersten Kammer des Linearverbrauchers hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist, und wenigstens einem weiteren hydraulischen Verbraucheranschluss (bzw. Ausgangsanschluss), der mit dem wenigstens einen weiteren Verbraucher hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist, aufweist. Der erste hydraulische Ventil-Eingangsanschluss ist in steuerbarer Weise mit dem ersten hydraulischen Verbraucheranschluss hydraulisch verbunden und der zweite hydraulische Ventil-Eingangsanschluss ist in steuerbarer Weise mit dem wenigstens einem weiteren hydraulischen Verbraucheranschluss hydraulisch verbunden. Der Ausdruck „in steuerbarer Weise“ bezieht sich darauf, dass der Ventilblock angesteuert werden kann, so dass die hydraulische Verbindung zwischen einem geschlossen und einem offenen Zustand verstellbar ist. Der Ventilblock kann z.B. eine einzelne Baueinheit sein, z.B. als einzelnes (Haupt-)Ventil angesehen werden, oder aus mehreren Bauelementen, z.B. einzelnen (Unter-)Ventilen, modular aufgebaut sein.
Bevorzugt umfasst bzw. ist der Ventilblock (Haupt-Ventil) eine Wegeventilanordnung, die den ersten und einen zweiten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss aufweist und die ein erstes Wegeventil, an dem der erste hydraulische Verbraucheranschluss (bzw. Ausgangsanschluss) vorgesehen ist, , und wenigstens ein zweites Wegeventil, an de der wenigstens eine weitere hydraulische Verbraucheranschluss vorgesehen ist, aufweist. Das erste Wegeventil ist mit dem ersten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbunden und das wenigstens eine zweite Wegeventil ist mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbunden. Die Wegeventile der Wegeventilanordnung können also über die Ventil-Eingangsanschlüsse unabhängig voneinander (d.h. 2-Kreis-Hydrosystem) mit Hydroflüssigkeit versorgt werden, welche durch die Wegeventile auf verschiedene Verbraucher weitergeleitet werden kann. Die Wegeventilanordnung ist ein Beispiel für einen modularen Aufbau des Ventilblocks.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der erste Verbraucheranschluss, insbesondere das erste Wegeventil mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbindbar ist. Dazu kann ein Zuschaltventil (z.B. ein Schaltventil oder Proportionalventil) oder ein Summierungsventil in dem Ventilblock, insbesondere in der Wegeventilanordnung, vorgesehen sein. Der zweite Ventil-Eingangsanschluss ist dann über das Zuschalt- bzw. Summierungsventil mit dem ersten Verbraucheranschluss, insbesondere ersten Wegeventil, hydraulisch verbunden. Es ist auch denkbar, dass diese Funktionalität gegebenenfalls in das erste Wegeventil integriert ist. Dann ist das erste Wegeventil direkt mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbunden. Solche Ausgestaltungen können zweckmäßig sein, um dem Linearverbraucher zeitweise die kombinierte hydraulische Leistung der Hydromaschine und der Hydropumpe zur Verfügung stellen zu können. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine weitere Verbraucheranschluss, insbesondere das wenigstens eine zweite Wegeventil, mit dem ersten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbindbar ist. Dazu kann wieder ein Zuschaltventil (z.B. ein Schaltventil oder Proportionalventil) oder ein Summierungsventil in dem Ventilblock, insbesondere in der Wegeventilanordnung, vorgesehen sein oder diese Funktionalität kann gegebenenfalls in das wenigstens eine zweite Wegeventil integriert sein.
Die Versorgung mit Hydroflüssigkeit erfolgt durch die Hydromaschine und die Hydropumpe. Dabei ist der Hydropumpen-Arbeitsanschluss (direkt) mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbunden. In der Verbindung zwischen dem Hydromaschinen-Arbeitsan- schluss und dem ersten Ventil-Eingangsanschluss ist ein Schaltventil angeordnet bzw. zwischen dem Hydromaschinen-Arbeitsanschluss und dem ersten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbunden, das in einen Durchlasszustand, in dem der erste Ventil-Eingangsanschluss und der Hydromaschinen-Arbeitsanschluss hydraulisch verbunden sind, und in einen Sperrzustand, in dem der erste Ventil-Eingangsanschluss und der Hydromaschinen-Arbeits- anschluss hydraulisch getrennt sind, schaltbar ist. Wenn kein regeneratives Absenken erfolgt bzw. außerhalb der Absenkphase, befindet sich das Schaltventil insbesondere im Durchlass- zustand, so dass die Hydromaschine den Ventilblock, insbesondere die Wegeventilanordnung, mit Hydroflüssigkeit versorgen kann, z.B. zum Heben einer Last mittels des Linearverbrauchers.
Weiter ist der Hydromaschinen-Arbeitsanschluss mit einer Rückleitung hydraulisch verbunden, die dazu eingerichtet ist, während der Absenkphase einen Volumenstrom an unter Druck stehender Hydroflüssigkeit aus der ersten Kammer des Linearverbrauchers, wenn dieser verbunden ist (d.h. wenn die erste Kammer mit dem hydraulischen Antrieb hydraulisch verbunden ist), aufzunehmen. Am Linearverbraucher kann ein geeignetes Mittel (z.B. Ventil) vorgesehen sein, welches einen Volumenstrom außerhalb der Absenkphase in die Rückleitung unterbindet. Abweichend davon ist dafür bevorzugt ein Rückleitungs-Wegeventil als Bestandteil des hydraulischen Antriebs vorgesehen (siehe weiter unten).
Bevorzugt weist der hydraulische Antrieb eine Steuerung auf, die dazu eingerichtet ist, während der Absenkphase das Schaltventil anzusteuern, in den Sperrzustand zu schalten, den Ventilblock (insbesondere das erste Wegeventil) anzusteuern, so dass eine hydraulische Verbindung vom ersten Ventil-Eingangsanschluss zum ersten Verbraucheranschluss geschlossen ist, und die Hydromaschine anzusteuern, den Schwenkwinkel zu ändern, so dass diese als hydraulischer Motor betrieben werden kann bzw. wird. Diese Schritte erfolgen gleichzeitig bzw. zumindest überlappend. Falls der erste Verbraucheranschluss bzw. das erste Wegeventil mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbindbar ist, wird der Ventilblock bzw. die Wegeventilanordnung (insbesondere das erste Wegeventil und/oder das Zuschaltventil und/oder das Summierungsventil) von der Steuerung während der Absenkphase angesteuert, so dass diese Verbindung geschlossen ist.
Bevorzugt weist der hydraulische Antrieb eine elektrische Maschine auf, die mit der Hydromaschine und der Hydropumpe gekoppelt ist (um diese anzutreiben oder durch diese angetrieben zu werden, bzw. mit den Antrieben, z.B. Antriebswellen, der Hydromaschine und der Hydropumpe mechanisch gekoppelt ist), wobei gegebenenfalls die Steuerung weiter bevorzugt dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine und/oder einen Inverter der elektrischen Maschine zu steuern, insbesondere so, dass die elektrische Maschine während der Absenkphase als elektrischer Generator wirkt. Die Verwendung einer elektrischen Maschine, um die Hydromaschine und die Hydropumpe anzutreiben ist vorteilhaft, da, wenn die von der Hydromaschine zurückgewonnene Leistung die von der Hydropumpe benötigte Leistung übersteigt, die überschüssige Leistung von der elektrischen Maschine, die generatorisch betrieben werden kann, in elektrische Leistung gewandelt werden kann. Die gewonnene elektrische Energie kann z.B. in einer Batterie gespeichert werden.
Bevorzugt weist der hydraulische Antrieb ein Rückleitungs-Wegeventil auf, das mit der Rückleitung hydraulisch verbunden ist und mit der ersten Kammer des Linearverbrauchers hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist und dazu eingerichtet ist (wenn mit dem Linearverbraucher verbunden), einen hydraulischen Durchgang zwischen der Rückleitung und der ersten Kammer in steuerbarer Weise und/oder regelbarer wahlweise zu schließen oder zumindest teilweise zu öffnen. Das Rückleitungs-Wegeventil ist weiter bevorzugt ein Proportionalventil. Ebenso weiter bevorzugt ist gegebenenfalls die Steuerung dazu eingerichtet, das Rücklei- tungs-Wegeventil während der Absenkphase anzusteuern, den hydraulischen Durchgang zwischen der Rückleitung und der ersten Kammer teilweise oder ganz zu öffnen. Außerhalb der Absenkphase ist der Durchgang des Rückleitungs-Wegeventils vorzugsweise geschlossen. Entsprechend kann außerhalb der Absenkphase keine Hydroflüssigkeit vom Linearverbraucher zum Hydromaschinen-Arbeitsanschluss fließen. Wenn das Rückleitungs-Wegeventil ein Proportionalventil ist (also Zwischenstellungen aufweist), kann der Volumenstrom vom Linearverbraucher zum Hydromaschinen-Arbeitsanschluss und damit die Absenkgeschwindigkeit gesteuert werden.
Bevorzugt weist der hydraulische Antrieb ein Umlauf-Wegeventil auf, das mit dem Hydropum- pen-Arbeitsanschluss und einem Tankanschluss der Hydropumpe hydraulisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen hydraulischen Durchgang zwischen dem Hydropumpen-Ar- beitsanschluss und dem Tankanschluss der Hydropumpe in steuerbarer Weise wahlweise zu schließen oder zumindest teilweise zu öffnen. Das Umlauf-Wegeventil ist weiter bevorzugt ein Proportionalventil. Ebenso weiter bevorzugt ist die Steuerung dazu eingerichtet, das Umlauf- Wegeventil während der Absenkphase anzusteuern, den hydraulischen Durchgang zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss und dem Tankanschluss teilweise oder ganz zu öffnen. Für den Fall, dass während der Absenkphase der wenigstens eine weitere Verbraucher keine oder nur wenig Leistung benötigt, können so hydraulische Neutralumlaufverluste vermieden werden. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Hydropumpe eine Konstantpumpe ist. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Hydropumpe eine verstellbare Hydropumpe. In diesem Fall können Neutralumlaufverluste auch ohne Umlauf-Wegeventil vermieden werden.
Bevorzugt, wenn der Linearverbraucher eine zweite Kammer aufweist, weist der hydraulische Antrieb ein Ausgleichs-Wegeventil auf, das mit der ersten Kammer und der zweiten Kammer hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist und das dazu eingerichtet ist, wenn verbunden, einen hydraulischen Durchgang zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer in steuerbarer Weise wahlweise zu schließen oder zumindest teilweise zu öffnen. Das Ausgleichs-Wegeventil ist weiter bevorzugt ein Proportionalventil. Ebenso weiter bevorzugt ist die Steuerung dazu eingerichtet, das Ausgleichs-Wegeventil während der Absenkphase anzusteuern, den hydraulischen Durchgang zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer teilweise oder ganz zu öffnen. Bei der zweiten Kammer handelt es sich etwa um die zweite Kammer eines doppelt wirkenden Hydrozylinders. Die zweite Kammer kann entsprechend mit Hydroflüssigkeit aus der ersten Kammer gefüllt werden, so dass keine weitere Zufuhr an Hydroflüssigkeit notwendig ist. Auch hier (wie bei der ersten Kammer) kann die zweite Kammer wieder mehrere Teilkammern umfassen, etwa wenn der Linearverbraucher mehrere Hydrozylinder umfasst, die gemeinsam die Bewegung (Heben/Senken) des Elements der Arbeitsmaschine bewirken.
Bevorzugt ist das Schaltventil und/oder gegebenenfalls die Steuerung so eingerichtet, dass außerhalb der Absenkphase das Schaltventil in den Durchlasszustand geschaltet ist bzw. wird. Das Schaltventil kann z.B. so eingerichtet sein, dass durch eine Feder o.Ä. automatisch in den Durchlasszustand geschaltet wird, wenn kein weiteres Steuersignal anliegt. Alternativ oder zusätzlich könnte eine aktive Ansteuerung durch die Steuerung erfolgen.
Bevorzugt, jeweils gegebenenfalls, ist das Rückleitungs-Wegeventil und/oder gegebenenfalls die Steuerung so eingerichtet, dass außerhalb der Absenkphase der hydraulische Durchgang zwischen der ersten Kammer und der Rückleitung geschlossen wird, und/oder ist das Ausgleichs-Wegventil und/oder gegebenenfalls die Steuerung so eingerichtet, dass außerhalb der Absenkphase der hydraulische Durchgang zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer geschlossen wird, und/oder ist das Umlauf-Wegeventil und/oder gegebenenfalls die Steuerung so eingerichtet, dass außerhalb der Absenkphase der hydraulische Durchgang zwi- sehen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss und dem Hydropumpen-Tankanschluss geschlossen wird. Auch hier kann jeweils, unabhängig voneinander, vorgesehen sein, dass die geschlossene Position automatisch, z.B. durch eine entsprechende Vorspannung mit einer Feder, eingenommen wird, wenn keine andere Ansteuerung vorliegt, bzw. alternativ oder zusätzlich, dass eine entsprechende Ansteuerung durch die Steuerung erfolgt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt einen hydraulischen Antrieb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 zeigt einen hydraulischen Antrieb gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 zeigt den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt einen hydraulischen Antrieb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der hydraulische Antrieb bildet ein offenes 2-Kreis-Hyrauliksystem. Der hydraulische Antrieb umfasst eine Hydromaschine 4, eine Hydropumpe 6, einen Ventilblock, nämlich beispielhaft eine Wegeventilanordnung 8, und ein Schaltventil 10. Die Hydromaschine 4 und die Hydropumpe 6 bzw. deren Antriebswellen sind miteinander mechanisch gekoppelt, d.h. sie sind gemeinsam antreibbar. Dies Kopplung kann z.B. über eine Antriebswelle oder ein Getriebe erfolgen. Die Drehzahlen der Hydromaschine 4 und der Hydropumpe 6 sind also gleich oder stehen zumindest in einem bestimmten Verhältnis zueinander.
Die Hydromaschine 4 und die Hydropumpe 6 werden vorzugsweise durch eine elektrische Maschine 12 angetrieben, die über einen Inverter 14 mit einer elektrischen Energieversorgung, z.B. einem Gleichspannungssystem und/oder einer Batterie verbunden ist. Der Inverter 14 kann z.B. Gleichstrom von der elektrischen Energieversorgung in Wechselstrom für die elektrische Maschine wandeln, wenn die elektrische Maschine als elektrischer Motor wirkt, und umgekehrt Wechselstrom in Gleichstrom wandeln, wenn die elektrische Maschine als elektrischer Generator wirkt.
Die Hydromaschine 4 ist verstellbar, d.h. ein Schwenkwinkel der Hydromaschine ist verstellbar. Weiterhin ist die Hydromaschine 4 nulldurchschwenkbar, kann also sowohl als hydraulische Pumpe (z.B. positiven Schwenkwinkeln entsprechend) als auch als hydraulischer Motor (z.B. negativen Schwenkwinkeln entsprechend) betrieben werden. Eine solche Hydromaschine wird auch als "mooringfähig" bezeichnet. Die Hydromaschine 4 weist einen (hydraulischen) Hydromaschinen-Arbeitsanschluss 16 und einen Tankanschluss 18, der hier mit einem Tank 20 verbunden ist, auf. Im Pumpenbetrieb erzeugt die Hydromaschine, z.B. angetrieben durch die elektrische Maschine 12, einen Strom an Hydroflüssigkeit (aus dem Tank) vom Tankanschluss 18 zum Hydromaschinen-Arbeitsanschluss 16. Im motorischen Betrieb erzeugt ein Volumenstrom an Hydroflüssigkeit vom Hydromaschinen-Arbeitsanschluss 16 zum Tankanschluss 18 ein Drehmoment bzw. eine mechanische Leistung auf der Antriebsachse der Hydromaschine 4, mit dem die Hydropumpe 6 (zumindest teilweise) angetrieben werden kann, und, falls überschüssige mechanische Leistung erzeugt wird, z.B. zusätzlich die elektrische Maschine 12 angetrieben werden kann.
Die Hydropumpe 6 ist hier eine Konstantpumpe und weist einen Tankanschluss 23 (hier mit dem Tank 20 hydraulisch verbunden) und einen Hydropumpen-Arbeitsanschluss 22 auf. Die Hydropumpe 6 ist dazu eingerichtet, wenn angetrieben, Hydroflüssigkeit vom Tankanschluss 23 zum Hydropumpen-Arbeitsanschluss 22 zu pumpen. Die Wegeventilanordnung 8 weist einen ersten Ventil-Eingangsanschluss 24 und einen zweiten Ventil-Eingangsanschluss 25 auf, über die die Wegeventilanordnung mit Hydroflüssigkeit versorgbar ist. Die Wegeventilanordnung 8 umfasst ein erstes Wegeventil 26 und wenigstens ein zweites Wegeventil 28, wobei das erstes Wegeventil 26 mit dem ersten Ventil-Eingangsanschluss 24 hydraulisch verbunden ist und das wenigstens eine zweite Wegeventil 28 mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss 25 hydraulisch verbunden ist (jeweils im Einzelnen nicht dargestellt). Im Allgemeinen kann die Wegeventilanordnung mehr als zwei Wegeventile umfassen. Die gezeigte Wegeventilanordnung ist beispielhaft als modular aufgebauter Wegeventilblock ausgeführt, der mehrere Wegeventil-Sektionen, die über Eingangs-Sektionen, in denen die Ventil-Eingangsanschlüsse vorgesehen sind, mit Hydroflüssigkeit versorgt werden können. Jede Wegeventil-Sektion entspricht einem Wegeventil, mit jeweiligen Verbraucheranschlüssen. Die Wegeventile der einzelnen Wegeventil-Sektionen sind im Allgemeinen unabhängig voneinander betätigbar bzw. steuerbar. Die Wegeventile weisen in Figur 1 beispielhaft jeweils zwei Verbraucheranschlüsse auf, im Allgemeinen können die Wegeventile unabhängig voneinander auch eine andere Anzahl von Verbraucheranschlüssen aufweisen, d.h. im Allgemeinen weisen sie wenigstens einen Verbraucheranschluss auf. Wenn der Ventilblock nicht modular, sondern als (zumindest teilweise) einheitliche Baueinheit aufgebaut ist, ist der Ventilblock dazu eingerichtet, die Funktionalitäten, die nachfolgend im Zusammenhang mit der Wegeventilanordnung beschrieben werden, zu implementieren
In der gezeigten Ausgestaltung weisen das erste Wegeventil 26 und das wenigstens eine zweite Wegeventil 28 jeweils zwei Verbraucheranschlüsse auf, d.h. hydraulische Anschlüsse, an denen hydraulische Leitungen, die zu jeweiligen Verbraucher führen angeschlossen werden können. Das erste Wegeventil 26 und das wenigstens eine zweite Wegeventil 28 sind dazu eingerichtet, je nachdem, wie sie angesteuert werden, hydraulische Durchgänge bzw. Verbindungen von den Ventil-Eingangsanschlüssen zu den Verbraucheranschlüssen ganz oder teilweise freizugeben oder zu blockieren, so dass der Fluss von Hydroflüssigkeit zu jedem der Verbraucheranschlüsse bzw. zu damit verbundenen Verbrauchern gesteuert werden kann.
Wie bereits oben erläutert kann vorgesehen sein, dass der erste Verbraucheranschluss 34 mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss 25 hydraulisch verbindbar ist und/oder dass der wenigstens eine weitere Verbraucheranschluss mit dem ersten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch verbindbar ist (über wenigstens ein geeignetes Zuschaltventil und/oder wenigstens ein geeignetes Summierungsventil und/oder eine entsprechende Funktionalität der Wegeventile).
Der Hydropumpen-Arbeitsanschluss 22 ist mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss 25 hydraulisch verbunden.
Der Hydromaschinen-Arbeitsanschluss 16 ist über das Schaltventil 10 mit dem ersten Ventil- Eingangsanschluss 24 verbunden. Das Schaltventil 10 ist in einen Durchlasszustand (in der Figur gezeigter Zustand) und einen Sperrzustand schaltbar. Im Durchlasszustand ist das Schaltventil 10 offen, d.h. es besteht eine (offene) hydraulische Verbindung zwischen dem Hydromaschinen-Arbeitsanschluss 16 und dem ersten Ventil-Eingangsanschluss 24, es kann also Hydroflüssigkeit zwischen diesen Anschlüssen fließen. Im Sperrzustand ist das Schaltventil 10 geschlossen, d.h. es besteht keine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydro- maschinen-Arbeitsanschluss 16 und dem ersten Ventil-Eingangsanschluss 24, es kann also keine Hydroflüssigkeit zwischen diesen Anschlüssen fließen. Das Schaltventil 10 ist beispielweise elektrisch bzw. elektromagnetisch betätigbar, wobei in einer weiteren vorteilhaften Ausführung das Schaltventil 10 auch elektro-hydraulisch durch z.B. sogenannte Druckregelelemente aufgesteuert bzw. betätigt werden kann.
Es ist ein hydraulischer Linearverbraucher 30 bzw. Hydrozylinder (hier ein Differentialzylinder) dargestellt, der mit dem ersten Wegeventil 26 hydraulisch verbunden ist. Hierbei sind Verbraucheranschlüsse des ersten Wegeventils 26 mit Arbeitsanschlüssen bzw. Kammern des Linearverbrauchers 30 hydraulisch verbunden. Im Einzelnen ist ein erster Verbraucheranschluss 34 mit einer ersten Kammer 38 hydraulisch verbunden und ein zweiter Verbraucheranschluss 36 mit einer zweiten Kammer 40 hydraulisch verbunden. Der Linearverbraucher kann auch als erster hydraulischer Verbraucher oder als hydraulischer Primärverbraucher bezeichnet werden.
Ebenso ist ein weiterer hydraulischer Verbraucher 32 (hier beispielhaft ebenfalls ein Differentialzylinder) dargestellt, der mit dem wenigstens einen zweiten Wegeventil 28 hydraulisch verbunden ist. Im Allgemeinen können mehr als der gezeigte weitere Verbraucher 32 vorgesehen sein, die mit entsprechenden zweiten Wegeventilen hydraulisch verbunden sind. Es ist also wenigstens ein weiterer hydraulischer Verbraucher vorgesehen, der auch als wenigstens ein zweiter hydraulischer Verbraucher oder als hydraulischer Sekundärverbraucher bezeichnet werden kann.
Der Linearverbraucher 30 ist so eingerichtet, insbesondere so an einer Arbeitsmaschine, in der der hydraulische Antrieb verwendet wird, angeordnet, dass, wenn durch entsprechende Ansteuerung des ersten Wegeventils 26 Hydraulikflüssigkeit in die erste Kammer 38 des Linearverbrauchers geleitet wird (und entsprechend Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Kammer 40 geleitet wird), eine Last angehoben wird (nicht dargestellt). Dies kann z.B. mittels eines Auslegers der Arbeitsmaschine erfolgen. Die Last wird gegen die Wirkung der Schwerkraft angehoben, wobei von einer normalen Arbeitsposition der Arbeitsmaschine ausgegangen wird. Die Hydroflüssigkeit in der ersten Kammer steht unter einem entsprechenden (von der Last bewirkten) Druck.
Zwischen der ersten Kammer 38 des Linearverbrauchers 30 und dem Hydromaschinen-Ar- beitsanschluss 16 der Hydromaschine 4 ist bevorzugt ein Rückleitungs-Wegeventil 42, das hier ein 2/2-Wegeventil mit Zwischenstellung (Proportionalventil) ist, vorgesehen. Ein Anschluss des Rückleitungs-Wegeventils ist mit der ersten Kammer hydraulisch verbunden und der andere Anschluss des Rückleitungs-Wegeventils ist über eine Rückleitung 46 mit dem Hydromaschinen-Arbeitsanschluss 16 hydraulisch verbunden. Das Rückleitungs-Wegeventil 42 ist zwischen einer Geschlossen-Endposition und einer Offen-Endposition verstellbar, wobei in der Geschlossen-Endposition (in der Figur gezeigte Position) keine hydraulische Verbindung zwischen der ersten Kammer und der Rückleitung bzw. dem Hydromaschinen-Arbeits- anschluss besteht und bei Verstellung in Richtung der Offen-Endposition eine Durchgangsöffnung zunehmend freigegeben wird bzw. das Rückleitungs-Wegeventil 42 zunehmend geöffnet wird, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen der ersten Kammer und der Rückleitung bzw. dem Hydromaschinen-Arbeitsanschluss besteht und mit zunehmendem Querschnitt freigegeben wird. In der Offen-Endposition ist die Durchgangsöffnung vollständig geöffnet. Das Rückleitungs-Wegeventil 42 bzw. dessen Verstellung ist z.B. elektrisch steuerbar, d.h. das Rückleitungs-Wegeventil 42 ist z.B. elektrisch bzw. elektromagnetisch betätigbar, wobei in einer weiteren vorteilhaften Ausführung das Rückleitungs-Wegeventil 42 auch elektro-hydrau- lisch durch z.B. sogenannte Druckregelelemente aufgesteuert bzw. betätigt werden kann. Die Geschlossen-Endposition kann eine Position sein, die automatisch eingenommen wird (insbe- sondere außerhalb der Absenkphase, wenn kein weiteres Steuersignal vorliegt, etwa, wie illustriert, durch ein Vorspannelement (z.B. Feder), das eine Bewegung in die Geschlossen- Endposition bewirkt.
Bei geschlossenem Steuerventil 10 und (zumindest teilweise) geöffnetem Rückleitungs- Wegeventil 42 wird unter Druck stehende Hydroflüssigkeit aus der ersten Kammer 38 des Linearverbrauchers 30 durch das Rückleitungs-Wegeventil 42 und die Rückleitung 46 zum Hydro- maschinen-Arbeitsanschluss 16 geleitet, so dass die Hydromaschine 4 als Motor betrieben werden kann, um hydraulische in mechanische Energie (Drehmoment, Drehzahl) zu wandeln. Die Last wird entsprechend gesenkt, so dass potentielle in mechanische Energie gewandelt wird. Die mechanische Energie wird zum Antreiben der Hydropumpe 6 bzw. der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine 12 verwendet. Insgesamt erfolgt somit während einer Absenkphase ein regeneratives Absenken, einer mittels des Linearverbrauchers gehobenen Last.
Das erste Wegeventil 26 wird während des regenerativen Absenkens so gesteuert, dass keine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Ventil-Eingangsanschluss 24 und dem ersten Verbraucheranschluss 34 besteht. Falls der erste Verbraucheranschluss 34 mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss hydraulisch 25 verbindbar ist, wird diese Verbindung während des regenerativen Absenkens geschlossen, die Wegeventilanordnung wird während des regenerativen Absenkens so gesteuert, dass keine hydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss 25 und dem ersten Verbraucheranschluss 34 besteht. Vorzugsweise wird zusätzlich das erste Wegeventil 26 während des regenerativen Absenkens so gesteuert, dass keine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Ventil-Eingangsanschluss 24 und dem zweiten Verbraucheranschluss 36 besteht (falls die Wegeventilanordnung eingerichtet ist, so dass eine solche Verbindung herstellbar ist).
Beim regenerativen Absenken (geschlossenes Steuerventil 10) ist die hydraulische Versorgung des wenigstens einen weiteren Verbrauchers 32 durch die Hydropumpe 6, die die Wegeventilanordnung über den zweiten Ventil-Eingangsanschluss 25 weiterhin mit Hydroflüssigkeit versorgt, sichergestellt.
Es ist außerdem bevorzugt ein Ausgleichs- Wegeventil 44, das hier ein 2/2-Wegeventil mit Zwischenstellung ist, vorgesehen, das zwischen der ersten Kammer 38 und der zweiten Kammer 40 angeordnet ist. Ein Anschluss des Ausgleichs-Wegeventils ist mit der ersten Kammer hydraulisch verbunden (und damit auch mit dem ersten Verbraucheranschluss) und der andere Anschluss des Ausgleichs-Wegeventils ist mit der zweiten Kammer hydraulisch verbunden (und damit auch mit dem zweiten Verbraucheranschluss). Das Ausgleichs-Wegeventil 44 ist, wie das Rückleitungs-Wegeventil 42, zwischen einer Geschlossen-Endposition (keine hydraulische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer) und einer Offen-Endposition verstellbar, wobei ein Durchgang ausgehend von der Geschlossen-Endposition, in der der Durchgang geschlossen ist, zunehmend geöffnet wird (hydraulische Verbindung mit zunehmendem Querschnitt zwischen der ersten und der zweiten Kammer). Das Ausgleichs-Wegeventil 44 ist z.B. elektrisch bzw. elektromagnetisch betätigbar, wobei in einer weiteren vorteilhaften Ausführung das Ausgleichs- Wegeventil 44 auch elektro-hydraulisch durch z.B. sogenannte Druckregelelemente aufgesteuert bzw. betätigt werden kann. Die Geschlossen-Endposition kann eine Position sein, die automatisch eingenommen wird (insbesondere außerhalb der Absenkphase, wenn kein weiteres Steuersignal vorliegt, etwa, wie illustriert, durch ein Vorspannelement (z.B. Feder), das eine Bewegung in die Geschlossen-Endposition bewirkt.
Das Ausgleichs-Wegeventil 44 ermöglicht es, Hydroflüssigkeit zwischen den Kammern zu leiten. Insbesondere wird ermöglicht, beim regenerativen Absenken Hydroflüssigkeit aus der ersten in die zweite Kammer zu leiten, so dass eine Versorgung über das erste Wegeventil bzw. die Wegeventilanordnung 8, die wegen des geschlossenen Schaltventils nur durch die Hydropumpe hydraulisch versorgt wird, nicht notwendig ist.
Beim regenerativen Absenken kann die Geschwindigkeit des Absenkens durch entsprechendes Ansteuern des Rückleitungswegeventils 42 und/oder des Ausgleichs-Wegeventils 44, d.h. durch Steuern der Querschnitte der jeweiligen Durchgänge, gesteuert werden.
Das Ausgleichs- Wegeventil 44 ist hier als gesondertes Ventil ausgeführt. Alternativ könnte das Ausgleichs-Wegeventil bzw. dessen Funktionalität auch im ersten Wegeventil 26 integriert sein.
Statt des dargestellten doppeltwirkenden Hydrozylinders als Linearverbraucher kann ebenso ein einfachwirkender Hydrozylinder verwendet wird (so dass lediglich die erste Kammer mit unter Druck stehender Hydroflüssigkeit beaufschlagt wird, wobei am ersten Wegeventil lediglich der erste, mit der ersten Kammer verbindbare bzw. verbundene Verbraucheranschluss vorgesehen ist und auf den zweiten Verbraucheranschluss verzichtet werden kann). In diesem Fall kann auf das Ausgleichs-Wegeventil 44 verzichtet werden.
Weiter ist bevorzugt zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss 22 und dem Tankanschluss 23 der Hydropumpe 6 ein Umlauf-Wegeventil 48, das hier ein 2/2-Wegeventil mit Zwischenstellung ist, vorgesehen. Ein Anschluss des Umlauf-Wegeventils ist mit dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss 22 hydraulisch verbunden (und damit auch mit dem Ventil-Eingangsanschluss 24) und der andere Anschluss des Umlauf-Wegeventils ist mit dem Tankanschluss 23 der Hydropumpe 6 (und damit auch mit dem Tank) hydraulisch verbunden. Das Umlauf-Wegeventil 48 ist, wie das Rückleitungs- Wegeventil 42 und das Ausgleichs- Wegeventil 44, zwischen einer Geschlossen-Endposition (keine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydropumpen- Arbeitsanschluss 22 und dem Tankanschluss 23) und einer Offen-Endposition verstellbar, wobei ein Durchgang ausgehend von der Geschlossen-Endposition, in der der Durchgang geschlossen ist, zunehmend geöffnet wird (hydraulische Verbindung mit zunehmendem Querschnitt zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss 22 und dem Tankanschluss 23). Das Umlauf-Wegeventil 48 ist z.B. elektrisch bzw. elektromagnetisch betätigbar, wobei in einer weiteren vorteilhaften Ausführung das Umlauf-Wegeventil 48 auch elektro-hydraulisch durch z.B. sogenannte Druckregelelemente aufgesteuert bzw. betätigt werden kann. Wenn während eines regenerativen Absenkens der wenigstens eine weitere Verbraucher 32 keine oder nur wenig hydraulische Leistung benötigt wird, kann das Umlauf-Wegeventil 48 angesteuert werden, eine zumindest teilweise geöffnete Position einzunehmen. Dies ist zweckmäßig, da so Neutralumlaufverluste verringert werden können. Die Geschlossen-Endposition kann eine Position sein, die automatisch eingenommen wird (insbesondere außerhalb der Absenkphase, wenn kein weiteres Steuersignal vorliegt, etwa, wie illustriert, durch ein Vorspannelement (z.B. Feder), das eine Bewegung in die Geschlossen-Endposition bewirkt.
Der hydraulische Antrieb kann weiterhin eine (elektronische) Steuerung 50 umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Hydromaschine 4, das Schaltventil 10 und die Wegeventilanordnung 8 bzw. das erste Wegeventil 26 und optional das wenigstens eine zweite Wegeventil 28 zu steuern. Weiter kann die Steuerung 50 dazu eingerichtet sein, jeweils soweit vorhanden, die elektrische Maschine 12 bzw. den Inverter 14, das Rückleitungs-Wegeventil 42, das Ausgleichs- Wegeventil 44 und das Umlauf- Wegeventil 48 zu steuern. Die Steuerung kann in jedem Fall über entsprechende Steuerleitungen (nicht dargestellt) erfolgen. Die Steuerung 50 ist dazu eingerichtet, während eines regenerativen Absenkens bzw. während einer Absenkphase das Schaltventil 10 anzusteuern, so dass es in den Sperrzustand geschaltet wird, und die verstellbare Hydromaschine 4 bzw. deren Schwenkwinkel anzusteuern, so dass die Hydromaschine 4 als Hydromotor wirkt. Der Schwenkwinkel wird hierbei durch Null geschwenkt, so dass die Hydromaschine bei gegebener Drehrichtung ein Drehmoment auf der Antriebwelle erzeugt. Weiterhin wird durch die Steuerung 50 das Rückleitungs-Wege- ventil 42 angesteuert, in eine zumindest teilweise geöffnete Position zu schalten. Auch wird durch die Steuerung 50 während des regenerativen Absenkens das erste Wegeventil 26 angesteuert in einen Zustand zu schalten, in dem keine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Ventil-Eingangsanschluss 24 und dem ersten Verbraucheranschluss 34 besteht. Ebenso wird gegebenenfalls das Ausgleichs-Wegeventil 44 angesteuert, in eine zumindest teilweise geöffnete Position zu schalten. Durch eine geeignete Wahl der geöffneten Position des Rückleitungs-Wegeventil 42 und gegebenenfalls der geöffneten Position des Ausgleichs- Wegeventils 44 kann die Absenkgeschwindigkeit gesteuert werden.
Wenn während des regenerativen Absenkens keine oder nur wenig hydraulische Leistung durch den wenigstens einen zweiten Verbraucher 32 benötigt wird, kann die Steuerung 50 gegebenenfalls das Umlaufventil 48 ansteuern, in eine zumindest teilweise geöffnete Position zu schalten.
Die Steuerung 50 kann während des regenerativen Absenkens (d.h. während der Absenkphase) gegebenenfalls die elektrische Maschine 12 bzw. den Inverter 14 ansteuern, die Leistungsabgabe bzw. Drehmomentabgabe der elektrischen Maschine 12 zu verringern. Insbesondere kann, wenn während des regenerativen Absenkens die von der Hydromaschine 4 abgegebene (regenerierte) Leistung die von der Hydropumpe 6 aufgenommene Leistung übersteigt, die elektrische Maschine 12 als elektrischer Generator wirken.
Figur 2 zeigt einen hydraulischen Antrieb gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Diese entspricht im Wesentlichen der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform, so dass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen wird.
Im Unterschied zur Figur 1 ist die Hydropumpe 6 der Ausführungsform der Figur 2 eine verstellbare Hydropumpe. Weiterhin ist kein Umlauf-Wegeventil vorgesehen. Da die Hydropumpe 6 verstellbar ist, kann der Fördervolumenstrom der Hydropumpe (bei gegebener Drehzahl) verstellt werden, etwa entsprechend einem Schwenkwinkel der Hydropumpe 6. Insbesondere kann, wenn während eines regenerativen Absenkens der wenigstens eine weitere Verbraucher 32 keine oder nur wenig hydraulische Leistung benötigt, der Schwenkwinkel der Hydropumpe 6 auf null oder nahe null verstellt werden, so dass kein oder nur ein geringer Fördervolumenstrom erzeugt wird. Entsprechend können im hydraulischen Antrieb der Figur 2 Neutralumlaufverluste auch ohne ein Umlauf-Wegeventil verringert werden.
Die Steuerung 50 ist in der Ausführungsform der Figur 2 bevorzugt dazu eingerichtet, die Hydropumpe 6 bzw. deren Schwenkwinkel zu steuern. Wenn während des regenerativen Absenkens keine oder nur wenig hydraulische Leistung durch den wenigstens einen zweiten Verbraucher 32 benötigt wird, kann, anders als in Figur 1 , wo das Umlauf-Wegeventil zumindest teilweise geöffnet wird, die Steuerung 50 den Schwenkwinkel der verstellbaren Hydropumpe auf null oder nahe null verstellen, d.h. die verstellbare Hydropumpe entsprechend ansteuern.
Figur 3 zeigt den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei sind Schritte, die während einer Absenkphase durchgeführt werden, gezeigt. Es handelt sich um ein Verfahren zum regenerative Absenken eines Elements einer Arbeitsmaschine, das durch einen erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb (z.B. entsprechend den Figuren 1 bis 2) angetrieben wird. Dabei bewirkt eine Zu- bzw. Abfuhr an Hydroflüssigkeit zum Linearverbraucher ein Heben bzw. Senken des Elements.
In Schritt 100 wird das Schaltventil in den Sperrzustand geschaltet. In Schritt 110 wird ein Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Kammer zum Arbeitsanschluss der Hydromaschine geleitet und in Schritt 120 die hydraulische Verbindung vom ersten Ventil-Eingangsanschluss zum ersten Verbraucheranschluss geschlossen. In Schritt 130 wird der Schwenkwinkel der Hydromaschine geändert, so dass diese als hydraulischer Motor wirkt. Diese Schritte werden im Wesentlichen gleichzeitig bzw. überlappend durchgeführt. Für eine Beschreibung der Wirkung dieser Schritte wird auf die Beschreibung der Figuren 1 bis 2 verwiesen. Wie bereits erläutert können die genannten Schritte insbesondere durch die Steuerung des hydraulischen Antriebs durchgeführt bzw. veranlasst werden.

Claims

Ansprüche
1 . Hydraulischer Antrieb für eine Arbeitsmaschine, die einen hydraulischen Linearverbraucher (30) und wenigstens einen weiteren hydraulischen Verbraucher (32) aufweist, wobei der Linearverbraucher eine erste Kammer (38) aufweist und so angeordnet ist, dass ein Volumenstrom unter Druck stehender Hydroflüssigkeit in die erste Kammer bzw. aus der ersten Kammer ein Heben bzw. ein Senken eines Elements der Arbeitsmaschine bewirkt, aufweisend eine verstellbare Hydromaschine (4), die nulldurchschwenkbar ist, und eine Hydropumpe (6), deren Antriebe mechanisch gekoppelt sind, wobei die Hydromaschine einen Hydromaschinen-Arbeitsanschluss (16) aufweist und die Hydropumpe einen Hydropum- pen-Arbeitsanschluss (22) aufweist; einen Ventilblock mit einem ersten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss (24), einem zweiten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss (25), einem ersten hydraulischen Verbraucheranschluss (34), der mit der ersten Kammer (38) des Linearverbrauchers hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist, und wenigstens einem weiteren hydraulischen Verbraucheranschluss, der mit dem wenigstens einen weiteren Verbraucher hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist, wobei der erste hydraulische Ventil-Eingangsanschluss (24) in steuerbarer Weise mit dem ersten hydraulischen Verbraucheranschluss (34) hydraulisch verbunden ist und der zweite hydraulische Ventil-Eingangsanschluss (25) in steuerbarer Weise mit dem wenigstens einem weiteren hydraulischen Verbraucheranschluss hydraulisch verbunden ist, und wobei der Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss (25) hydraulisch verbunden ist; ein Schaltventil (10), das zwischen dem Hydromaschinen-Arbeitsanschluss (16) und dem ersten Ventil-Eingangsanschluss (24) hydraulisch verbunden ist, und das in einen Durchlasszustand, in der der erste Ventil-Eingangsanschluss und der Hydromaschinen- Arbeitsanschluss hydraulisch verbunden sind, und in einen Sperrzustand, in der der erste Ventil-Eingangsanschluss und der Hydromaschinen-Arbeitsanschluss hydraulisch getrennt sind, schaltbar ist; wobei der Hydromaschinen-Arbeitsanschluss mit einer Rückleitung (46) hydraulisch verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, während einer Absenkphase einen Volumenstrom an unter Druck stehender Hydroflüssigkeit aus der ersten Kammer (38) des Linearverbrauchers, wenn dieser verbunden ist, aufzunehmen.
2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 , der Ventilblock eine Wegeventilanordnung (8) mit dem ersten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss (24) und dem zweiten hydraulischen Ventil-Eingangsanschluss (25) umfasst; wobei die Wegeventilanordnung (8) ein erstes Wegeventil (26), an dem der ersten hydraulische Verbraucheranschluss (34) vorgesehen ist, und wenigstens ein zweites Wegeventil (28), an dem der wenigstens eine weitere hydraulische Verbraucheranschluss vorgesehen ist, umfasst; wobei das erste Wegeventil (26) mit dem ersten Ventil-Eingangsanschluss (24) hydraulisch verbunden ist, wobei das wenigstens eine zweite Wegeventil (28) mit dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss (25) hydraulisch verbunden ist.
3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Steuerung (50), die dazu eingerichtet ist, während der Absenkphase, das Schaltventil (10) anzusteuern, in den Sperrzustand zu schalten, den Ventilblock, insbesondere das erste Wegeventil (26), anzusteuern, so dass eine hydraulische Verbindung vom ersten Ventil-Eingangsanschluss (24) zum ersten Verbraucheranschluss (24) geschlossen ist, und die Hydromaschine (4) anzusteuern, den Schwenkwinkel zu ändern, so dass diese als hydraulischer Motor betrieben werden kann bzw. wird.
4. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine elektrische Maschine (12), die mit der Hydromaschine (4) und der Hydropumpe (6) gekoppelt ist; wobei soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) bevorzugt dazu eingerichtet ist, die elektrische Maschine (12) und/oder einen Inverter (14) der elektrischen Maschine zu steuern, insbesondere so, dass die elektrische Maschine während der Absenkphase als elektrischer Generator wirkt.
5. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend ein Rück- leitungs-Wegeventil (42), das mit der Rückleitung (46) hydraulisch verbunden ist und mit der ersten Kammer (38) des Linearverbrauchers hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen hydraulischen Durchgang zwischen der Rückleitung (46) und der ersten Kammer (38) in steuerbarer Weise wahlweise zu schließen oder zumindest teilweise zu öffnen; wobei das Rückleitungs-Wegeventil (42) bevorzugt ein Proportionalventil ist; und/oder wobei soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) bevorzugt dazu eingerichtet ist, das Rückleitungs-Wegeventil (42) während der Absenkphase anzusteuern, den hydraulischen Durchgang zwischen der Rückleitung (46) und der ersten Kammer (38) teilweise oder ganz zu öffnen. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend ein Umlauf- Wegeventil (48), das mit dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) und einem Tankanschluss (23) der Hydropumpe hydraulisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen hydraulischen Durchgang zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) und dem Tankanschluss (23) der Hydropumpe in steuerbarer Weise wahlweise zu schließen oder zumindest teilweise zu öffnen; wobei das Umlauf- Wegeventil (48) bevorzugt ein Proportionalventil ist; und/oder wobei soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) bevorzugt dazu eingerichtet ist, das Umlauf-Wegeventil (48) während der Absenkphase anzusteuern, den hydraulischen Durchgang zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) und dem Tankanschluss (23) der Hydropumpe teilweise oder ganz zu öffnen. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Linearverbraucher (30) eine zweite Kammer (40) aufweist; wobei der hydraulische Antrieb ein Ausgleichs-Wegeventil (44) aufweist, das mit der ersten Kammer (38) und der zweiten Kammer (40) hydraulisch verbindbar bzw. verbunden ist und das dazu eingerichtet ist, wenn verbunden, einen hydraulischen Durchgang zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer in steuerbarer Weise wahlweise zu schließen oder zumindest teilweise zu öffnen; wobei das Ausgleichs-Wegeventil (44) bevorzugt ein Proportionalventil ist; und/oder wobei soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) bevorzugt dazu eingerichtet ist, das Ausgleichs-Wegeventil (44) während der Absenkphase anzusteuern, den hydraulischen Durchgang zwischen der ersten Kammer (38) und der zweiten Kammer (40) teilweise oder ganz zu öffnen. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schaltventil (10) und/oder soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) so eingerichtet ist, dass außerhalb der Absenkphase das Schaltventil in den Durchlasszustand geschaltet ist bzw. wird. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Rücklei- tungs-Wegeventil (42) und/oder soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) so eingerichtet ist, dass außerhalb der Absenkphase der hydraulische Durchgang zwischen der ersten Kammer (38) und der Rückleitung (46) geschlossen wird, und/oder das Ausgleichs-Wegeventil (44) und/oder soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) so eingerichtet ist, dass außerhalb der Absenkphase der hydraulischer Durchgang zwischen der ersten Kammer (38) und der zweiten Kammer (40) geschlossen wird, und/oder das Umlauf-Wegeventil (48) und/oder soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) so eingerichtet ist, dass außerhalb der Absenkphase der hydraulische Durchgang zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) und dem Tankanschluss (23) der Hydropumpe geschlossen wird. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Verbraucheranschluss (34), insbesondere das erste Wegeventil, mit dem zweiten Ventil- Eingangsanschluss (25) hydraulisch verbindbar ist; wobei soweit abhängig von Anspruch 3 die Steuerung (50) bevorzugt dazu eingerichtet ist, die Wegeventilanordnung während der Absenkphase zu steuern, dass keine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Verbraucheranschluss (34) und dem zweiten Ventil-Eingangsanschluss (25) besteht. Verfahren zum regenerativen Absenken eines Elements einer Arbeitsmaschine, die einen hydraulischen Linearverbraucher (30) und wenigstens einen weiteren hydraulischen Verbraucher (32) aufweist, wobei der Linearverbraucher eine erste Kammer (38) aufweist und so angeordnet ist, dass ein Volumenstrom unter Druck stehender Hydroflüssigkeit in die erste Kammer bzw. aus der ersten Kammer ein Heben bzw. ein Senken des Elements der Arbeitsmaschine bewirkt, wobei die Arbeitsmaschine einen hydraulischen Antrieb gemäß einem der vorstehenden Ansprüche aufweist; wobei während einer Absenkphase das Schaltventil in den Sperrzustand geschaltet wird (100), ein Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Kammer zum Arbeitsanschluss der Hydromaschine geleitet wird (110), eine hydraulische Verbindung vom ersten Ventil-Eingangsanschluss (24) zum ersten Verbraucheranschluss (34) geschlossen wird (120), und ein Schwenkwinkel der Hydromaschine (4) geändert wird (130), so dass diese als hydraulischer Motor wirkt. Verfahren nach Anspruch 10, wobei während der Absenkphase ein hydraulischer Durchgang zwischen der ersten Kammer (38) und der Rückleitung (46) teilweise oder ganz geöffnet wird; insbesondere unter Verwendung eines Rückleitungs-Wegeventils (42). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , wobei der Linearverbraucher (30) eine zweite Kammer (40) aufweist, wobei während der Absenkphase ein hydraulischer Durchgang zwischen der ersten Kammer (38) und der zweiten Kammer (40) teilweise oder ganz geöffnet wird; insbesondere unter Verwendung eines Ausgleichs- Wegeventils (44). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei während der Absenkphase ein hydraulischer Durchgang zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) und einem Tankanschluss (23) der Hydropumpe teilweise oder ganz geöffnet wird; insbesondere unter Verwendung eines Umlauf-Wegeventils (48). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei außerhalb der Absenkphase das Schaltventil (10) in den Durchlasszustand geschaltet wird, und bevorzugt, der hydraulische Durchgang zwischen der ersten Kammer (38) und der Rückleitung (46) geschlossen wird und/oder der hydraulischer Durchgang zwischen der ersten Kammer (38) und der zweiten Kammer (40) geschlossen wird und/oder der hydraulische Durchgang zwischen dem Hydropumpen-Arbeitsanschluss (22) und dem Hydropumpen-Tankan- schluss (23) geschlossen wird.
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