DE102009060225A1 - Hydraulische Anordnung - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine hydraulische Anordnung mit zumindest einem mit einer als Pumpe betreibbaren Hydromaschine verbundenen Druckgerät und mit einer Sicherheitseinrichtung für das Druckgerät. Diese weist eine Drucksensorik zum Erfassen eines Drucks im Druckgerät und eine mit der Drucksensorik verbundene elektronische Steuereinheit auf, über die die von der Hydromaschine abgegebene Fördermenge steuerbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft hydraulische Anordnungen mit Druckgeräten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere ist das Druckgerät ein hydropneumatischer Speicher (Hydrospeicher).
- Zur Begrenzung der maximalen Drücke von Druckgeräten werden nach dem Stand der Technik Druckbegrenzungsventile eingesetzt. Unter gewissen Umständen (z. B. bei Hydrospeichern) ist eine derartige Druckbegrenzung auch gesetzlich vorgeschrieben (vgl. Richtlinie 79/23/EG).
- Druckbegrenzungsventile öffnen bei einem vorbestimmten Druck und lassen den Druck im Druckgerät nicht weiter ansteigen, so dass Schäden (z. B. Bersten) und daraus resultierende Personenschäden vermieden werden. Druckbegrenzungsventile sind in Öffnungsrichtung vom zu begrenzenden Druck beaufschlagt, während sie in Schließrichtung meist von einer Federkraft beaufschlagt sind. Wenn also der zu begrenzende Druck bzw. die von ihm auf eine Steuerfläche eines Ventilkörpers aufgebrachte Druckkraft die Federkraft übersteigt, öffnet das Druckbegrenzungsventil. Weiter gefördertes Druckmittel fließt zu einem Tank und somit weg vom zu sichernden Druckgerät.
- Nachteilig an einer Druckbegrenzung über ein Druckbegrenzungsventil ist, dass ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, wie es normalerweise zu verwenden ist, recht teuer ist und viel Bauraum benötigt.
- Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Anordnung mit zumindest einem Druckgerät mit einer Sicherheitseinrichtung zu schaffen, für die der Aufwand bei der Installation und laufenden Überprüfung gering ist, die wenig Bauraum benötigt und die kostengünstig ist.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Anordnung nach Patentanspruch 1.
- Die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung hat zumindest ein mit einer als Pumpe betreibbaren Hydromaschine verbundenes Druckgerät. Sie hat weiterhin eine Sicherheitseinrichtung, die eine Drucksensorik zum Erfassen eines Drucks im Druckgerät und eine mit der Drucksensorik verbundene elektronische Steuereinheit umfasst, über die die von der Hydromaschine abgegebene Fördermenge steuerbar ist. Damit ist eine Sicherheitseinrichtung für das Druckgerät geschaffen, die durch Zurücknahme der Hydromaschine den Druck nicht über den zulässigen Wert ansteigen lässt und damit das Druckgerät und die Umgebung vor Schäden schützt. Dabei kann auf einfache Weise über die elektronische Steuereinheit der Maximaldruck vorbestimmt und verändert werden. Der Maximaldruck kann zum Beispiel 325 bar sein.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
- Aus Gründen der Maximierung der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung hat eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Drucksensorik zwei redundante Drucksensoren, die beide dem Druckgerät zugeordnet sind.
- Die Hydromaschine kann von einem Motor antreibbar sein, wobei der Motor mit der Steuereinheit verbunden ist und von ihr gesteuert werden kann. Damit kann bei Erreichen eines maximal zulässigen Drucks der Motor abgeschaltet und damit die weitere Ladung des Druckgerätes beendet werden. Durch eine Abschaltung schon vor dem Erreichen des maximal zulässigen Drucks kann ein Nachlaufen des Motors berücksichtigt werden.
- Der Motor kann eine Brennkraftmaschine, z. B. ein Dieselmotor oder ein Elektromotor sein.
- Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung sind ein Antrieb und die Hydromaschine über eine Kupplung miteinander verbunden, wobei die Kupplung mit der Steuereinheit verbunden ist und von dieser steuerbar ist. Damit kann bei Erreichen eines Maximaldrucks bzw. kurz vorher die Kupplung geöffnet werden und damit das weitere Laden des Druckgerätes beendet werden. Eine hydraulische Anordnung der beschriebenen Art wird insbesondere auch als hydraulisch regeneratives Bremssystem in Fahrzeugen eingesetzt. Beim Bremsen kann das ganze Fahrzeug als Antrieb für die Hydromaschine angesehen werden. Es wird dann kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt.
- Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Hydromaschine eine Verstelleinheit, die mit der Steuereinheit verbunden ist und deren Schwenkwinkel von dieser steuerbar ist. Damit kann bei Erreichen eines Maximaldrucks bzw. kurz vorher die Hydromaschine im Sinne eines Zurückschwenkens auf Hubvolumen null angesteuert und damit eine Erhöhung des Drucks im Druckgerät über den maximal zulässigen Druck hinaus vermieden werden.
- Bei einer Variante der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung ist das Druckgerät ein hydropneumatischer Hochdruckspeicher, der über eine Hochdruckleitung mit der Hydromaschine verbunden ist. Ist in der Hochdruckleitung ein Absperrventil angeordnet, so ist vorzugsweise vor und hinter dem Absperrventil je eine Drucksensorik vorhanden.
- Im Folgenden wird anhand einer einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben.
- Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung, wobei nur ein für die Erfindung wesentlicher Teil der Anordnung gezeigt ist.
- Die Anordnung hat einen Hochdruckspeicher
1 , der von einer verstellbaren Hydromaschine2 über eine Hochdruckleitung4 ,6 mit Druckmittel (Hydrauliköl) befüllt wird, wenn die Hydromaschine als Pumpe angetrieben wird. Die Hydromaschine2 saugt dabei aus einem Tank T Druckmittel an. In der Hochdruckleitung4 ,6 ist ein Absperrventil8 angeordnet, das als 2/2-Wegeventile ausgebildet ist. - Die Hydromaschine
2 ist über eine Antriebswelle10 ,12 antreibbar, wobei zwischen den beiden Abschnitten10 ,12 der Antriebswelle eine Kupplung14 vorgesehen ist. - Der Antriebswellenabschnitt
10 wird von einem Dieselmotor16 oder über eine Getriebewelle47 von der trägen Masse48 , zum Beispiel von einem Fahrzeug über dessen Räder, über ein Getriebe angetrieben, das im Wesentlichen aus zwei kämmenden Stirnzahnrädern18 ,20 besteht. Beim Antrieb durch das Fahrzeug wird dieses abgebremst und dessen kinetische Energie ganz oder teilweise in Druckenergie umgewandelt. - In dem Abschnitt
4 der Hochdruckleitung, der die Hydromaschine2 mit dem Absperrventil8 verbindet, ist über eine Druckbegrenzungsleitung22 ein Druckbegrenzungsventil24 angeschlossen, über das der Abschnitt4 der Hochdruckleitung zum Tank T entlastet werden kann. Dabei ist ein Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils24 vom Druck der Druckbegrenzungsleitung22 in Öffnungsrichtung und von der Kraft einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt. Das Druckbegrenzungsventil24 dient als hydraulischer Widerstand für die fördernde Hydromaschine2 , wenn der Hochdruckspeicher1 voll ist und weiter mit der Hydromaschine2 gebremst werden soll. Das Druckbegrenzungsventil24 ist auf einen niedrigeren Druckwert als der Druck eingestellt, bei dem die Sicherheitseinrichtung anspricht. - Das Absperrventil
8 sperrt in einer federvorgespannten Grundstellung die Hochdruckleitung4 ,6 ab, während es in einer mit a gekennzeichneten Schaltstellung die beiden Abschnitte4 ,6 der Hochdruckleitung verbindet, so dass der Hochdruckspeicher1 von der Verstellpumpe2 versorgt bzw. befüllt werden kann. - Die Überwachung des Drucks im Hochdruckspeicher
1 und ggf. die Verhinderung eines weiteren Druckanstiegs im Hochdruckspeicher1 erfolgt erfindungsgemäß über eine Sicherheitseinrichtung mit einer elektronische Druckabschaltung. Dazu sind an dem speicherseitigen Abschnitt6 der Hochdruckleitung über eine Verbindungsleitung26 ein Drucksensor28 und am maschinenseitigen Abschnitt4 der Hochdruckleitung über eine Verbindungsleitung30 ein Drucksensor32 angeschlossen. Die Drucksensoren28 ,32 sind über elektrische Druckmeldeleitungen34 ,36 an eine elektronische Steuereinheit38 angeschlossen. Weiterhin ist die Steuereinheit38 über eine elektrische Leitung40 mit einem Aktuator40a des Absperrventils8 , über eine elektrische Leitung42 mit einer Stelleinheit42a der Pumpe2 und über eine elektrische Leitung44 mit einer Stelleinheit44a der Kupplung14 verbunden. - Die gesetzlich geforderte Druckbegrenzung im Hochdruckspeicher
1 bzw. eine Druckabschaltung im Sinne der Verhinderung eines weiteren Druckanstiegs wird dadurch gewährleistet, dass über den Drucksensor28 kontinuierlich der Druck in dem Abschnitt6 der Hochdruckleitung und damit der Druck im Hochdruckspeicher1 gemessen wird. Diese Werte werden über die elektrische Druckmeldeleitung34 zur Steuereinheit38 übermittelt und kontinuierlich mit einem vorbestimmten Maximalwert verglichen. Schon in einem gewissen Abstand zum Maximalwert wird redundant einerseits ein Signal über die elektrische Leitung42 zur Stelleinheit42a zum Zurückschwenken der Hydromaschine2 und andererseits ein Signal über die elektrische Leitung44 zur Stelleinheit44a zum Öffnen der Kupplung14 gegeben. Damit wird die Druckmittelversorgung beendet und der Druck im zu überwachenden Hydrospeicher nicht über den Maximalwert hinaus erhöht. Dies wird redundant über das Öffnen der Kupplung und durch das Zurückschwenken der Hydromaschine2 sichergestellt. - Dabei kann die Druckmessung des Abschnitts
6 der Hochdruckleitung bzw. des Hochdruckspeichers1 auch redundant über zwei Drucksensoren28 mit entsprechend zwei Druckmeldeleitungen34 erfolgen. Die Drucküberschreitung kann dabei dauerhaft im Steuergerät38 gespeichert werden, z. B. bis ein Service erfolgt ist. - Bei der Festlegung des Ansprechdrucks, bei dem die Kupplung
14 geöffnet und die Hydromaschine2 zurück geschwenkt wird, wird eine Zeitdauer einer Öffnung der Kupplung14 und eine Zeitdauer eines Zurückschwenkens der Hydromaschine2 berücksichtigt. Die maximal zulässige 10%ige Drucküberhöhung in einem Hochdruckspeicher1 wird dabei in ein Volumen ΔV umgerechnet. Mit dem maximalen Förderstrom ΔQ der Hydromaschine2 ergibt sich die geforderte Reaktionszeit Δt der erfindungsgemäßen Druckbegrenzung alsΔt = ΔV/ΔQ. - Das Öffnen der Kupplung
14 kann durch (nicht gezeigte) Drehzahlsensoren überwacht werden. - Weiterhin kann auch der Motor
16 mit der Steuereinheit38 verbunden und von dieser steuerbar sein. - Da im Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen ist, dass das Absperrventil
8 zum Zwecke der Druckabschaltung in Sperrstellung geschaltet wird, kann eine redundante Überwachung des Speicherdrucks auch durch den Drucksensor28 und durch den weiteren Drucksensor32 erfolgen, der an den Leitungsabschnitt4 angeschlossen ist. - Die beiden Drucksensoren
28 und32 können dann auch zur Überwachung des Absperrventils8 genutzt werden. Soll das Ventil eigentlich offen sein und werden von den beiden Drucksensoren unterschiedliche Drücke gemessen oder soll das Absperrventil eigentlich geschlossen sein und werden gleiche Drücke gemessen, liegt ein Fehler vor. - Die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung wird insbesondere in mobilen Transport- und Arbeitsgeräten, zum Beispiel Müllfahrzeugen, Stadtbussen oder Baufahrzeugen genutzt. Bei Baufahrzeuge kann neben dem Verbrennungsmotor
16 oder einem Elektromotor oder dem ganzen Fahrzeug auch durch die Arbeitsausrüstung oder durch ein Drehwerk ein Moment auf die Getriebewelle47 gebracht und dadurch die Hydromaschine2 angetrieben werden. - Die Sicherheitseinrichtung kann regelmäßig überprüft werden, z. B. bei jedem Zündungsstart. Dazu kann z. B. der maximal zulässige Druck im Hydrospeicher
1 auf Atmosphärendruck gesetzt werden. Die Leistungstreiber für die Stellgeräte an der Hydromaschine2 und an der Kupplung14 müssen dann abschalten. Tun sie das nicht, ist der Test nicht erfolgreich, und es wird eine Fehlfunktion angezeigt. Auf Grund der zyklischen Überwachung kann eventuell die bei auf Druckbegrenzungsventilen beruhenden Sicherheitseinrichtungen vorgeschriebene jährliche Prüfung entfallen. - Die im Hydrospeicher
1 gespeicherte Druckenergie kann regenerativ zur Unterstützung des Antriebs des Fahrzeug oder des Antriebs einer Arbeitshydraulik genutzt werden. Dazu wird die Hydromaschine2 so verstellt, dass sie unter Beibehaltung der Drehrichtung nun als Hydromotor arbeitet, für den der Hydrospeicher1 die Druckmittelquelle darstellt und der über die Kupplung14 ein Moment auf die Getriebewelle47 aufbringen kann. - Offenbart ist eine hydraulische Anordnung mit zumindest einem mit einer Hydromaschine verbundenen Druckgerät und mit einer Sicherheitseinrichtung für das Druckgerät. Diese weist eine Drucksensorik zum Erfassen eines Drucks im Druckgerät und eine mit der Drucksensorik verbundene elektronische Steuereinheit auf, über die die von der Hydromaschine abgegebene Fördermenge steuerbar ist.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hochdruckspeicher
- 2
- Hydromaschine
- 4
- Drucksensor
- 4, 6
- Hochdruckleitung
- 8
- Absperrventil
- 10, 12
- Antriebswelle
- 14
- Kupplung
- 16
- Motor
- 18, 20
- Stirnzahnrad
- 22
- Druckbegrenzungsleitung
- 24
- Druckbegrenzungsventil
- 26, 30
- Verbindungsleitung
- 28, 32
- Drucksensor
- 34, 36
- elektrische Druckmeldeleitung
- 38
- Steuereinheit
- 40
- elektrische Leitung
- 40a
- Aktuator
- 42
- elektrische Leitung
- 42a
- Stelleinheit
- 44
- elektrische Leitung
- 44a
- Stelleinheit
- 47
- Getriebewelle
- 48
- träge Masse
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Richtlinie 79/23/EG [0002]
Claims (8)
- Hydraulische Anordnung mit zumindest einem mit einer als Pumpe betreibbaren Hydromaschine (
2 ) verbundenen hydraulischen oder hydropneumatischen Druckgerät (1 ) und mit einer Sicherheitseinrichtung (28 ,34 ,32 ,36 ,38 ,42 ,42a ,44 ,44a ) für das Druckgerät (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (28 ,34 ,32 ,36 ,38 ,42 ,42a ,44 ,44a ) eine Drucksensorik (28 ,32 ) zum Erfassen eines Drucks im Druckgerät (1 ) und eine mit der Drucksensorik (28 ,32 ) verbundene elektronische Steuereinheit (38 ) aufweist, über die die von der Hydromaschine (2 ) abgegebene Fördermenge steuerbar ist. - Hydraulische Anordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Drucksensorik (
28 ,32 ) zwei redundante Drucksensoren hat. - Hydraulische Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Hydromaschine (
2 ) von einem Motor (16 ) antreibbar ist, und wobei der Motor (16 ) mit der Steuereinheit (38 ) verbunden und von dieser steuerbar ist. - Hydraulische Anordnung nach Patentanspruch 3, wobei der Motor (
16 ) eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor ist. - Hydraulische Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Hydromaschine (
2 ) und ein Antrieb (16 ,48 ) über eine Kupplung (14 ) miteinander verbunden sind, die mit der Steuereinheit (38 ) verbunden ist und von dieser steuerbar ist. - Hydraulische Anordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, wobei die Hydromaschine (
2 ) eine Verstellmaschine (2 ) ist, die mit der Steuereinheit (38 ) verbunden und deren Hubvolumen von der Steuereinheit (38 ) steuerbar ist. - Hydraulische Anordnung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das Druckgerät (
1 ) ein hydropneumatischer Hochdruckspeicher (1 ) ist, der über eine Hochdruckleitung (4 ,6 ) mit der Hydromaschine (2 ) verbunden ist, wobei in der Hochdruckleitung (4 ,6 ) ein Absperrventil (8 ) angeordnet ist, und wobei an der Hochdruckleitung (4 ,6 ) vor und hinter dem Absperrventil (8 ) je eine Drucksensorik (28 ,32 ) angeordnet ist. - Hydraulische Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei zwischen dem Druckgerät (
1 ) und der Hydromaschine (2 ) ein Absperrventil (8 ) angeordnet ist, und wobei vor und hinter dem Absperrventil (8 ) je eine Drucksensorik (28 ,32 ) angebracht ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: WINTER, BRANDL, FUERNISS, HUEBNER, ROESS, KAIS, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |