DE102018218218A1

DE102018218218A1 - Servohydraulischer Antrieb

Info

Publication number: DE102018218218A1
Application number: DE102018218218.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gellner; Michael Goldbach; Gottfried Hendrix
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-04-30
Also published as: US20200132091A1; US11015620B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen servohydraulischen Antrieb mit einer in ihrem Hubvolumen durch eine hydraulische Verstelleinrichtung verstellbaren hydrostatischen Verdrängermaschine, mit einer Elektromaschine, die mit der Verdrängermaschine mechanisch drehzahlgekoppelt ist, mit einem Hydrozylinder, der mit der Verdrängermaschine über eine erste Arbeitsleitung und über eine zweite Arbeitsleitung fluidisch verbunden ist und durch Umkehrung des Fluidflusses durch die Verdrängermaschine in entgegengesetzte Richtungen betätigbar ist, und mit einem auf einen Niederdruck vorgespannten Hydrospeicher, der über eine Ventilanordnung jeweils mit der Arbeitsleitung fluidisch verbunden ist, in der der niedrigere Druck herrscht. Der servohydraulische Antrieb umfasst eine Versorgungseinheit, von der die Verstelleinrichtung unabhängig von dem augenblicklichen Druck in den Arbeitsleitungen mit unter einem für die Verstellung notwendigen Druck stehenden Druckmittel versorgbar ist. Somit ist eine aktive und lastdruckunabhängige Verstellung des Hubvolumens der hydrostatischen Verdrängermaschine möglich.

Description

Die Erfindung betrifft einen servohydraulischen Antrieb mit einer in ihrem Hubvolumen durch eine hydraulische Verstelleinrichtung verstellbaren hydrostatischen Verdrängermaschine, mit einer drehzahlregelbaren Elektromaschine, die mit der Verdrängermaschine mechanisch drehzahlgekoppelt ist, mit einem Hydrozylinder, der mit der Verdrängermaschine über eine erste Arbeitsleitung und über eine zweite Arbeitsleitung fluidisch verbunden ist und durch Umkehrung des Fluidflusses durch die Verdrängermaschine in entgegengesetzte Richtungen betätigbar ist, und mit einem auf einen Niederdruck vorgespannten Hydrospeicher, der über eine Ventilanordnung jeweils mit der Arbeitsleitung fluidisch verbunden ist, in der der niedrigere Druck herrscht.
Ein derartiger ein hydraulisch geschlossenes System darstellender servohydraulischer Antrieb ist aus der DE 10 2012 020 581 A1 bekannt. Die hydrostatische Verdrängermaschine ist nach den Angaben in der Schrift mechanisch mit einem elektrischen Servomotor gekoppelt. Als elektrischer Servomotor bezeichnet man üblicherweise Elektromotoren, deren Drehzahl regelbar ist. Somit ist auch die Drehzahl der Verdrängermaschine regelbar. Außerdem ist gemäß der Beschreibung der DE 10 2012 020 581 A1 das Hubvolumen der Verdrängermaschine einstellbar. Das Hubvolumen ist dabei die Druckmittelmenge, die von der Verdrängermaschine pro Umdrehung als Pumpe gefördert oder als Motor geschluckt wird. Nähere Angaben über die Verstelleinrichtung für das Hubvolumen, insbesondere nähere Angaben über die Druckmittelversorgung der Verstelleinrichtung finden sich in der DE 10 2012 020 581 A1 nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten servohydraulischen Antrieb so weiterzuentwickeln, dass das Hubvolumen der Verdrängermaschine aktiv und lastunabhängig verstellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem servohydraulischen Antrieb mit den eingangs genannten Merkmalen durch eine Versorgungseinheit gelöst, von der die Verstelleinrichtung unabhängig von dem augenblicklichen Druck in den Arbeitsleitungen mit unter einem für die Verstellung notwendigen Druck stehenden Druckmittel versorgbar ist.
Das Hubvolumen der Hydromaschine ist insbesondere deshalb verstellbar, um bei hohen Lastdrücken, insbesondere in einem Druckhaltebetrieb ein kleines Hubvolumen einstellen zu können, so dass das von dem Elektromotor aufzubringende Drehmoment nicht übermäßig groß wird. Insofern genügt für das Hubvolumen eine Zweipunktverstellung zwischen einem maximalen Hubvolumen und einem minimalen Hubvolumen, wobei üblicherweise durch eine Zufuhr von Stellflüssigkeit in eine von einem Stellkolben der Verstelleinrichtung begrenzte Stellkammer auf das minimale Hubvolumen und nach einer Entlastung der Stellkammer von Druck durch eine Feder und gegebenenfalls durch Triebwerkskräfte auf das maximale Hubvolumen verstellt wird. Dabei kann es vorkommen, dass während eines Eilgangs der Lastdruck nicht den für eine Verstellung notwendigen Mindestdruck von zum Beispiel 50 bar erreicht. Wird erst nach einem Anstieg des Lastdruckes zu Beginn eines Krafthubs das Hubvolumen verstellt, so kann sich dies negativ auf die Qualität eines Werkstücks auswirken. Erfindungsgemäß ist nun eine aktive und lastdruckunabhängige Verstellung des Hubvolumens der hydrostatischen Verdrängermaschine möglich.
Eine Zweipunktverstellung wird auf einfache Weise dadurch erhalten, dass ein Schaltventil mit einer ersten Schaltstellung, in der die Verstelleinrichtung mit Stelldruck beaufschlagt ist, und mit einer zweiten Schaltstellung vorhanden ist, in der die hydraulische Verstelleinrichtung bis auf einen Druck, der kleiner ist als ein Mindeststelldruck, von Druck entlastet ist.
Den Abfall des Stelldrucks unter den Mindeststelldruck erhält man auf einfache Weise dadurch, dass in der zweiten Schaltstellung des Schaltventils ein mit der Verstelleinrichtung verbundener, erster Anschluss des Schaltventils zu einem zweiten Anschluss des Schaltventils offen ist, der mit einem zum Niederdruckspeicher führenden Entlastungsfluidpfad verbunden ist. Dieser führt vorzugsweise unter Umgehung eines Leckageanschlusses der Verdrängermaschine zum Niederdruckhydrospeicher.
Zweckmäßigerweise ist das Schaltventil in die Versorgungseinheit integriert.
Die Versorgungseinheit kann ohne jedwede Abhängigkeit von dem Zustand und der Betriebsweise des die Verdrängermaschine und den Hydrozylinder aufweisenden hydraulischen Hauptkreises immer die für die Verstellung notwendige Menge an Stellflüssigkeit zur Verfügung stellen, wenn die Versorgungseinheit eine Zusatzpumpe mit einem Druckanschluss, über den die Verstelleinrichtung mit Druckmittel versorgbar ist, und mit einem Sauganschluss, der mit dem Niederdruckspeicher verbunden ist, und einen Elektromotor umfasst, von dem die Zusatzpumpe antreibbar ist. Der Elektromotor treibt die Zusatzpumpe unabhängig von dem Elektromotor an, der mit der Verdrängermaschine des Hauptkreises mechanisch gekoppelt ist.
An sich ist es denkbar, die Zusatzpumpe immer nur dann anzutreiben, wenn sie Stellflüssigkeit liefern soll, und sie in der übrigen Zeit durch Ausschalten des Elektromotors stillzusetzen. Durch ein zum Druckanschluss der Zusatzpumpe hin sperrendes Rückschlagventil könnte ein Rückfluss von Stellflüssigkeit durch die Zusatzpumpe verhindert werden. Es wird jedoch eine Weiterbildung bevorzugt, gemäß der der Druckanschluss der Zusatzpumpe mit einem zum Niederdruckspeicher führenden Entlastungsfluidpfad verbindbar ist. In diesem befinden sich vorteilhafterweise eine Filter- und/oder eine Kühleinrichtung für das Druckmittel. Somit ist die Zusatzpumpe zumindest zeitweise Komponente eines Filtrations- und/oder Kühlkreislaufes, der vom Niederdruckspeicher ausgeht und zu diesem zurückführt.
Der Druckanschluss der Zusatzpumpe kann direkt mit der Verstelleinrichtung verbunden und über das Schaltventil mit dem Entlastungsfluidpfad verbindbar sein. Das bedeutet, dass das Schaltventil zugleich die Verstelleinrichtung und die Zusatzpumpe mit dem Entlastungsfluidpfad verbindet. Und es bedeutet, dass die Zusatzpumpe den Stelldruck solange aufrechterhalten und gegen einen hydraulischen Widerstand wie zum Beispiel ein Druckbegrenzungsventil fördern muss, solange das minimale Hubvolumen eingestellt sein soll. Erst zum Verstellen auf das maximale Hubvolumen schaltet das Schaltventil, so dass die Zusatzpumpe nur bei eingestelltem maximalen Hubvolumen in den Entlastungsfluidpfad fördert.
Demgegenüber werden Energieverluste reduziert, wenn die Versorgungseinheit einen Stelldruckhydrospeicher umfasst und das Schaltventil außer dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss einen dritten Anschluss hat, der mit dem Stelldruckhydrospeicher verbunden ist, wobei der erste Anschluss des Schaltventils in dessen erster Schaltstellung mit dem dritten Anschluss und in der zweiten Schaltstellung des Schaltventils mit dem zweiten Anschluss verbunden ist. Das Schaltventil verbindet also die Verstelleinrichtung entweder mit dem Stelldruckhydrospeicher oder mit dem Entlastungsfluidpfad, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltventils der Stelldruckhydrospeicher den notwendigen Stelldruck ohne Energieverluste aufrechterhalten kann.
Der Stelldruckhydrospeicher ist vorteilhafterweise von der Zusatzpumpe aufladbar.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist dazu ein zweites Schaltventil vorhanden, das einen ersten Anschluss, der mit dem Druckanschluss der Zusatzpumpe verbunden ist, und eine erste Schaltstellung, in der über das zweite Schaltventil der Druckanschluss der Zusatzpumpe mit dem Stelldruckhydrospeicher verbunden ist, und eine zweite Schaltstellung hat, in der über das zweite Schaltventil der Druckanschluss der Zusatzpumpe mit einem zum Niederdruckspeicher führenden Entlastungsfluidpfad verbunden ist.
Der Stelldruckhydrospeicher kann anstelle von einer Zusatzpumpe auch aus der jeweils den höheren Druck führenden Arbeitsleitung aufladbar sein. Unter Umständen ist diese Speicheraufladung nur in der voll ausgefahrenen oder voll eingefahrenen Position des Hydrozylinders möglich, da in diesen Positionen ein ausreichend hoher Lastdruck aufgebaut werden kann.
Der Stelldruckhydrospeicher kann auch als Druckübersetzer mit einer großen Kolbenfläche, die an eine Niederdruckkammer angrenzt, und mit einer mit der großen Kolbenfläche mechanisch verbundenen kleinen Kolbenfläche, die an eine Hochdruckkammer angrenzt, ausgebildet sein, wobei die Niederdruckkammer mit dem Niederdruckhydrospeicher und die Hochdruckkammer mit dem dritten Anschluss des Schaltventils verbunden ist, dessen erster Anschluss mit der Verstelleinrichtung verbunden ist. Der Stelldruckhydrospeicher ist dann im Prinzip ein Kolbenspeicher mit einem Differentialkolben, der an der großen Fläche von dem im Niederdruckhydrospeicher herrschenden, weitgehend konstanten Niederdruck beaufschlagt wird. Durch die von dem weitgehend konstanten Niederdruck an der großen Kolbenfläche erzeugte Kraft ist unabhängig von der Position der Kolbenflächen und spannt die sich vor der kleinen Kolbenfläche befindliche Stelldruckflüssigkeit auf den notwendigen Stelldruck vor. Der Speicher wird gefüllt, indem der Hochdruckkammer Stelldruckflüssigkeit zugeführt wird, wobei sich die Kolbenflächen verschieben und sich das Volumen der Hochdruckkammer vergrößert und sich das Volumen der Niederdruckkammer verkleinert.
Vier Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen servohydraulischen Antriebs sind als hydraulische Schaltung in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem eine Zusatzpumpe die Verstelleinrichtung direkt mit Druckflüssigkeit versorgt,
2 das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem von der Zusatzpumpe ein Stelldruckhydrospeicher aufladbar ist,
3 das dritte Ausführungsbeispiel, bei dem ein Stelldruckhydrospeicher aus den Arbeitsleitungen aufgeladen wird, und von der Zusatzpumpe ein Stelldruckhydrospeicher aufladbar ist,
4 das vierte Ausführungsbeispiel, bei dem ein Stelldruckhydrospeicher als Druckübersetzer ausgebildet ist.

Bei allen vier Ausführungsbeispielen umfasst der servohydraulische Antrieb eine hydrostatische Verdrängermaschine 10, die sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden kann und deren Hubvolumen mit Hilfe einer Verstelleinrichtung 11 zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert verstellbar ist. Die Verdrängermaschine hat einen ersten Arbeitsanschluss 12 und einen zweiten Arbeitsanschluss 13 und ist zum Beispiel eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, bei der das Hubvolumen durch ein Verschwenken der Schrägscheibe verstellt wird. Mit der Verdrängermaschine ist mechanisch ohne Zwischenschaltung eines Getriebes eine in ihrer Drehzahl regelbare Elektromaschine 14 gekoppelt, wobei über diese Koppelung die Elektromaschine in einem Betrieb als Motor die Verdrängermaschine in deren Betrieb als Pumpe in beide Drehrichtungen antreiben und in einem Betrieb als Generator von der Verdrängermaschine in deren Betrieb als Motor in beide Drehrichtungen angetrieben werden kann. Die Drehzahl der aus Verdrängermaschine und Elektromaschine bestehenden Maschinenkombination wird von einem Drehzahlsensor 15 erfasst.
Der servohydraulische Antrieb umfasst außerdem einen Hydrozylinder 16, der als Differentialzylinder mit einem Kolben 17 und einer einseitigen Kolbenstange 18 und somit mit einem kolbenstangenseitigen, ringförmigen Zylinderkammer 19 und mit einer kolbenstangenabseitigen, im Querschnitt kreisscheibenförmigen Zylinderkammer 20 ausgebildet ist. Die Zylinderkammer 20 ist ohne Zwischenschaltung eines Ventils direkt über eine Arbeitsleitung 21 mit dem Arbeitsanschluss 12 der Verdrängermaschine 10 verbunden. In einer Arbeitsleitung 22 zwischen dem Arbeitsanschluss 13 der Verdrängermaschine 10 und der Zylinderkammer 19 des Hydrozylinders 16 ist ein Senkbremsventil 23 angeordnet, das in sich mehrere Funktionen vereinigt, nämlich das Halten einer an der Kolbenstange 18 des Hydrozylinders ziehenden Last, die Begrenzung des in der Zylinderkammer 19 auftretenden Drucks, das Aufsteuern zum gewollten Absenken einer Last und eine Rückschlagventilfunktion zum Heben einer Last. Das Senkbremsventil 23 unterteilt die Arbeitsleitung 22 in einen verdrängernahen Abschnitt 24 und einen zylindernahen Abschnitt 25.
Der servohydraulische Antrieb umfasst des Weiteren einen im folgenden kurz Hydrospeicher genannten hydropneumatischen Akkumulator 29, der zum Beispiel als Blasenspeicher oder Membranspeicher ausgebildet ist und der auf einen niedrigen Druck von zum Beispiel 5 bar vorgespannt ist. Der Hydrospeicher 29 ist an eine Niederdrucksammelleitung 30 angeschlossen. Diese ist mit der Arbeitsleitung 21 über ein zu dieser hin öffnendes Rückschlagventil 31 und mit dem zwischen dem Arbeitsanschluss 13 und dem Senkbremsventil 23 liegenden Abschnitt der Arbeitsleitung 22 über ein zu dieser hin öffnendes Rückschlagventil 32 fluidisch verbunden. Zwischen der Niederdrucksammelleitung 30 und der Arbeitsleitung 21 sind außerdem ein Druckbegrenzungsventil 33, durch das der Druck in der Arbeitsleitung 21 und damit in der Zylinderkammer 20 auf einen maximalen Wert begrenzt ist, und ein entsperrbares Rückschlagventil 34 angeordnet, das zu der Arbeitsleitung 21 hin öffnet und durch einen Druck in dem Abschnitt 24 der Arbeitsleitung 22 entsperrbar ist. Nach einer Entsperrung des entsperrbaren Rückschlagventils 34 kann Druckflüssigkeit aus der Arbeitsleitung 21 zur Niederdrucksammelleitung 30 und damit zum Hydrospeicher 29 fließen. Zwischen der Niederdrucksammelleitung 30 und dem Abschnitt 24 der Arbeitsleitung 22 sind außerdem ein Druckbegrenzungsventil 35, durch das der Druck in dem Abschnitt 24 der Arbeitsleitung 22 und damit in der Zylinderkammer 19 auf einen maximalen Wert begrenzt ist, und ein entsperrbares Rückschlagventil 36 angeordnet, das zu dem Abschnitt 24 der Arbeitsleitung 21 hin öffnet und durch einen Druck in der Arbeitsleitung 21 entsperrbar ist. Nach einer Entsperrung des entsperrbaren Rückschlagventils 36 kann Druckflüssigkeit aus dem Abschnitt 24 der Arbeitsleitung 21 zur Niederdrucksammelleitung 30 fließen.
Das Rückschlagventil 31 und das Druckbegrenzungsventil 33 sowie das Rückschlagventil 32 und das Druckbegrenzungsventil 35 sind üblicherweise jeweils zu einem sogenannten Drucknachsaugventil zusammengefasst.
Schließlich ist ein Leckageanschluss 37 der Verdrängermaschine 10 über ein zur Niederdrucksammelleitung 30 und damit zum Hydrospeicher 29 hin öffnendes Rückschlagventil 38 mit dem Hydrospeicher 29 fluidisch verbunden.
Verschiedene Sensoren dienen zur Überwachung und zur Steuerung des servohydraulischen Antriebs. Mit dem Drehzahlsensor 15 wird, wie schon erwähnt, die Drehzahl der hydrostatischen Verdrängermaschine 10 und der Elektromaschine 14 erfasst. Mit einem Temperatursensor 46 wird die Temperatur der aus der Verdrängermaschine 10 zur Niederdrucksammelleitung 30 fließenden Leckflüssigkeit erfasst. Mit einem Drucksensor 47 wird der Druck in der Niederdrucksammelleitung 30 und damit in dem Hydrospeicher 29 erfasst. Mit einem Drucksensor 48 wird der Druck in der Zylinderkammer 20 erfasst. Mit einem Drucksensor 49 wird der Druck in der Zylinderkammer 19 erfasst. Mit einem Beschleunigungssensor 50 wird die Beschleunigung des Kolbens 17 des Hydrozylinders 16 erfasst. Aus der Beschleunigung kann durch Integration die Geschwindigkeit und durch eine weitere Integration die Position des Kolbens 17 errechnet werden.
Die Verstelleinrichtung 11 für das Hubvolumen der Verdrängermaschine 10 weist einen Stellzylinder 55 auf, in dem ein an eine Stellkammer 56 angrenzender Stellkolben 57 in Längsrichtung bewegbar ist. Der Stellkolben 57 ist mit der Schrägscheibe der Verdrängermaschine 10 derart mechanisch verbunden, dass von ihm eine Druckkraft auf die Schrägscheibe ausgeübt werden kann, um die Schrägscheibe um eine Schwenkachse zu drehen und in die Position mit kleinem Hubvolumen zu verstellen. Entgegen der von dem Stellkolben 57 auf die Schrägscheibe ausgeübten Kraft und in die entgegengesetzte Schwenkrichtung der Schrägscheibe wirken die Kraft einer Rückstellfeder 58, die anders als in den Figuren schematisch dargestellt nicht am Stellkolben, sondern direkt an der Schrägscheibe abgestützt ist, und wegen einer exzentrischen Anordnung der Schwenkachse bezüglich der Drehachse der Triebwelle der Verdrängermaschine 10 insbesondere die Triebwerkskräfte.
Zur Versorgung der Verstelleinrichtung 11 mit Druckflüssigkeit dient eine Versorgungseinheit 59. Für diese ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine Zusatzpumpe 60 mit einem konstanten Hubvolumen vorgesehen, die von einem einfachen Elektromotor 61 in eine einzige Drehrichtung antreibbar ist. Die Zusatzpumpe 60 hat einen Sauganschluss 62, der über ein manuell betätigbares Ventil 63 mit der Niederdrucksammelleitung 30 verbunden ist, und einen Druckanschluss 64, an den die Stellkammer 56, ein Druckbegrenzungsventil 65 und ein erster Anschluss 66a eines im Bypass zu dem Druckbegrenzungsventil 65 angeordneten 2/2-Wegeventils 66 angeschlossen sind. Das Wegeventil 66 nimmt unter dem Einfluss einer Druckfeder eine geöffnete Ruhestellung ein und ist elektromagnetisch in eine Sperrstellung umschaltbar. Stromab des Druckbegrenzungsventils 65 und eines zweiten Anschlusses 66b Wegeventil 66 sind in einem Entlastungsfluidpfad 72 in Reihe zueinander eine Filtereinrichtung 67 mit einem Filterelement 68 und mit einem im Bypass zu dem Filterelement angeordneten Umgehungsrückschlagventil 69, das öffnet, wenn der Druckabfall über das Filterelement einen bestimmten Wert überschreitet, und stromab der Filtereinrichtung 67 eine Kühleinrichtung 70 angeordnet. In der Kühleinrichtung 70 gekühlte Druckflüssigkeit fließt über ein in dem Entlastungsfluidpfad 72 angeordnetes manuell betätigbares Ventil 71 in die Niederdrucksammelleitung 30.
Es sei nun angenommen, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Verdrängermaschine 10 auf maximales Hubvolumen eingestellt ist und Druckflüssigkeit in die Arbeitsleitung 21 und damit in die Zylinderkammer 20 fördert. Der Lastdruck ist zunächst niedrig. Das Wegeventil 66 ist offen. Die Zusatzpumpe 60 wird von dem Elektromotor 61 angetrieben und fördert Druckflüssigkeit aus der Niederdrucksammelleitung 30 über das Wegeventil 66, die Filtereinrichtung 67 und die Kühleinrichtung 70 zurück zur Niederdrucksammelleitung, wobei der Druck am Druckanschluss 64 und damit in der Stellkammer 56 bedingt durch die hydraulischen Widerstände der Filtereinrichtung 67 und der Kühleinrichtung 70 nur leicht über dem Niederdruck liegt. Wenn der Widerstand gegen ein weiteres Ausfahren der Kolbenstange 18 und damit der Lastdruck zunimmt, soll die Verdrängermaschine auf das minimale Hubvolumen verstellt werden. Dazu wird das Wegeventil 66 geschlossen. Der Druck am Druckanschluss 64 der Zusatzpumpe 60 und damit in der Stellkammer 56 steigt an und erreicht die für die Verstellung notwendige Höhe von zum Beispiel 50 bar, so dass der Stellkolben 57 ausfährt und die Schrägscheibe gegen die Kraft der Rückstellfeder 58 und gegen die Triebwerkskräfte verschwenkt. Der Druck in der Stellkammer 56 wird durch das Druckbegrenzungsventil 65 auf einen leicht über dem maximal notwendigen Stelldruck liegenden Wert begrenzt.
Soll die Verdrängermaschine wieder auf das maximale Hubvolumen verstellt werden, so wird das Wegeventil 66 geöffnet. Dadurch wird die Stellkammer 56 von Druck entlastet und die Rückstellfeder und die Treibwerkskräfte vermögen die Schrägscheibe wieder auf maximales Hubvolumen zu verschwenken.
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 der Druckanschluss 64 der Zusatzpumpe 60 direkt mit der Stellkammer 56 verbunden ist, weist das Ausführungsbeispiel nach 2 in der Druckmittelversorgung für die Verstelleinrichtung 11 einen Stelldruckhydrospeicher 75 auf. Es ist ein 3/2-Wegeschaltventil 76 vorhanden, das den Druckanschluss 64 der Zusatzpumpe 60 in einer Ruhestellung, die es unter der Wirkung einer Feder einnimmt, im Bypass zu einem wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 vorhandenen Druckbegrenzungsventil 65 mit der Reihenschaltung der Filtereinrichtung 67 und der Kühleinrichtung 70 und in einer betätigten Schaltstellung mit dem Stelldruckhydrospeicher 75 verbindet. Das Druckbegrenzungsventil 65 ist an diese Verbindung zwischen dem Wegeventil 76 und dem Stelldruckhydrospeicher 75 angeschlossen und begrenzt den Speicherdruck.
Es ist ein weiteres 3/2-Wegeschaltventil 77 vorhanden, das die Stellkammer 56 über eine ersten Anschluss 77a und einen zweiten Anschluss 77b in einer Ruhestellung mit dem Bypass zu dem Druckbegrenzungsventil 65 und über den ersten Anschluss 77a und einen dritten Anschluss 77c in einer geschalteten Stellung mit dem Stelldruckhydrospeicher 75 verbindet.
Es sei nun wiederum angenommen, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Verdrängermaschine 10 auf maximales Hubvolumen eingestellt ist und Druckflüssigkeit in die Arbeitsleitung 21 und damit in die Zylinderkammer 20 fördert. Der Lastdruck ist zunächst niedrig. Die Wegeventile 76 und 77 befinden sich in ihrer in 2 gezeigten Ruhestellungen, so dass die Zusatzpumpe unter Umgehung des Druckbegrenzungsventils 65 in den Filter- und Kühlkreislauf fördert und die Stellkammer 56 von Druck entlastet ist. Wenn der Widerstand gegen ein weiteres Ausfahren der Kolbenstange 18 und damit der Lastdruck zunimmt, soll die Verdrängermaschine auf das minimale Hubvolumen verstellt werden. Dazu wird das Wegeventil 77 umgeschaltet, so dass die Stellkammer 56 mit dem Stelldruckhydrospeicher 75 verbunden ist. Der Druck in der Stellkammer 56 steigt auf den Speicherdruck an, so dass der Stellkolben 57 ausfährt und die Schrägscheibe gegen die Kraft der Rückstellfeder 58 und gegen die Triebwerkskräfte verschwenkt. Zum Laden des Stelldruckhydrospeichers 75 wird das Wegeventil 76 umgeschaltet, so dass der Stelldruckhydrospeicher 75 mit dem Druckanschluss der Zusatzpumpe 60 verbunden ist. Dieses Aufladen des Stelldruckhydrospeichers 75 kann zu jedem Zeitpunkt innerhalb eines Bewegungszyklus des Hydrozylinders 16 geschehen. Der Druck in dem Stelldruckhydrospeicher 75 kann dabei durch das Druckbegrenzungsventil 65 auf einen Wert begrenzt werden, der einen oder mehrere Stellvorgänge ohne erneutes Aufladen möglich macht.
Soll die Verdrängermaschine wieder auf das maximale Hubvolumen verstellt werden, so wird das Wegeventil 77 in seine in 2 gezeigte Ruhestellung gebracht. Dadurch wird die Stellkammer 56 von Druck entlastet und die Rückstellfeder und die Treibwerkskräfte vermögen die Schrägscheibe wieder auf maximales Hubvolumen zu verschwenken.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 sind keine Zusatzpumpe und keine Filtereinrichtung und keine Kühleinrichtung vorgesehen. Der wie bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 als Blasenspeicher oder als Membranspeicher ausgebildete Stelldruckhydrospeicher 75 wird über eine Auswahlschaltung bestehend aus zwei Rückschlagventilen 78 und 79 jeweils von dem Arbeitsanschluss 12 oder 13 der Verdrängermaschine 10 her aufgeladen, in dem gegenüber dem anderen Arbeitsanschluss der höhere Druck ansteht. Das bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 mit seinem Eingang an den Stelldruckhydrospeicher 75 und mit seinem Ausgang an die Niederdrucksammelleitung 30 angeschlossene Druckbegrenzungsventil 65 dient zur reinen Absicherung des Speichers und soll möglichst nicht ansprechen, da bei einem Ansprechen des Druckbegrenzungsventils unnötigerweise Druckflüssigkeit aus den Arbeitsleitungen entnommen würde. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist ein 3/2-Wegeschaltventil 77 vorhanden. Die Stellkammer 56 der Verstelleinrichtung 11 ist in der Ruhestellung des Wegeschaltventils 77 mit der Niederdrucksammelleitung 30 verbunden und damit von Druck entlastet. In der betätigten Schaltstellung des Wegeschaltventils 77 ist die Stellkammer 56 mit dem Stelldruckspeicher 75 verbunden und damit mit dem hohen Speicherdruck beaufschlagt. Somit wird also durch Umschalten des Wegeschaltventils 77 die Verdrängermaschine von minimalem Hubvolumen auf maximales Hubvolumen und umgekehrt verstellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist der Stelldruckhydrospeicher als Druckübersetzer 80 ausgebildet mit einer großen Kolbenfläche 81, die an eine mit der Niederdrucksammelleitung 30 und damit mit dem Niederdruckspeicher verbundene Niederdruckkammer 82 angrenzt, und mit einer mit der großen Kolbenfläche 81 mechanisch verbundenen kleinen Kolbenfläche 83, die an eine Hochdruckkammer 84 angrenzt. Die Kolbenflächen 81 und 83 befinden sich an einem Stufenkolben 85, wobei der Raum an der Stufe zur Atmosphäre entlastet ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 wird die Hochdruckkammer 84 des Druckübersetzers 80 über eine Auswahlschaltung bestehend aus zwei Rückschlagventilen 78 und 79 jeweils von dem Arbeitsanschluss 12 oder 13 der Verdrängermaschine 10 her aufgeladen, in dem gegenüber dem anderen Arbeitsanschluss der höhere Druck ansteht.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 ist ein 3/2-Wegeschaltventil 77 vorhanden. Die Stellkammer 56 der Verstelleinrichtung 11 ist in der Ruhestellung des Wegeschaltventils 77 mit der Niederdrucksammelleitung 30 verbunden und damit von Druck entlastet. In der betätigten Schaltstellung des Wegeschaltventils 77 ist die Stellkammer 56 mit der Hochdruckkammer 84 des Druckübersetzers 80 verbunden und damit mit einem hohen Druck beaufschlagt. Somit wird also durch Umschalten des Wegeschaltventils 77 die Verdrängermaschine von minimalem Hubvolumen auf maximales Hubvolumen und umgekehrt verstellt.
Wenn man annimmt, dass das Verhältnis zwischen der großen Kolbenfläche 81 und der kleinen Kolbenfläche 83 gleich 10 ist und der Niederdruck in dem Niederdruckhydrospeicher 29 5 bar beträgt, so steht in einem Kräftegleichgewicht an dem Stufenkolben 85 in der Hochdruckkammer 84 ein Druck von 50 bar an. Ist der Druck an einem der Arbeitsanschlüsse 12 oder 13 der Verdrängermaschine höher als 50 bar, so strömt Druckflüssigkeit über das entsprechende Rückschlagventil 78 oder 79 in die Hochdruckkammer. Der Stufenkolben 85 wird dabei unter Verkleinerung des Volumens der Niederdruckkammer 82 bis an einen Anschlag verschoben, so dass der Druck in der Hochdruckkammer unter Kompression der Druckflüssigkeit in der Hochdruckkammer 84 bis auf einen an dem Arbeitsanschluss mit dem höheren Druck anstehenden maximalen Druck ansteigt. Im Folgenden ist die Verdrängermaschine 10 von dem großen Hubvolumen auf das kleine Hubvolumen verstellbar, selbst wenn weder am Arbeitsanschluss 12 noch am Arbeitsanschluss 13 der Verdrängermaschine der für die Verstellung notwendige Stelldruck ansteht. Bei einer Verstellung wird zunächst Kompressionsdruckflüssigkeit verbraucht, ehe sich dann bei weiterem Verbrauch von Druckflüssigkeit bei der augenblicklichen oder einer folgenden Verstellung der Stufenkolben 85 des Druckübersetzers unter Verkleinerung des Volumens der Hochdruckkammer und unter Aufrechterhaltung eines Drucks von 50 bar in der Hochdruckkammer 84 des Druckübersetzers bewegt.
Bei den beiden Ausführungsbeispielen nach den 3 und 4 ist die Aufladung der Stelldruckhydrospeicher 75 beziehungsweise 80 nur in definierten Positionen des Hydrozylinders 16, insbesondere in den Positionen, in denen die Kolbenstange 18 voll eingefahren oder voll ausgefahren ist, und/ oder dann möglich, wenn an den beiden Rückschlagventilen ein genügend hoher Druck (Lastdruck) ansteht.
Bezugszeichenliste

10: hydrostatische Verdrängermaschine
11: Verstelleinrichtung für Hubvolumen
12: erster Arbeitsanschluss von 10
13: zweiter Arbeitsanschluss von 10
14: Elektromaschine
15: Drehzahlsensor
16: Hydrozylinder
17: Kolben von 16
18: Kolbenstange von 16
19: kolbenstangenseitige Zylinderkammer von 16
20: kolbenstangenabseitige Zylinderkammer von 16
21: Arbeitsleitung
22: Arbeitsleitung
23: Senkbremsventil
24: Abschnitt von 22
25: Abschnitt von 22
29: Hydrospeicher
30: Niederdrucksammelleitung
31: Rückschlagventil
32: Rückschlagventil
33: Druckbegrenzungsventil
34: entsperrbares Rückschlagventil
35: Druckbegrenzungsventil
36: entsperrbares Rückschlagventil
37: Leckageanschluss von 10
46: Temperatursensor
47: Drucksensor
48: Drucksensor
49: Drucksensor
50: Beschleunigungssensor
55: Stellzylinder
56: Stellkammer
57: Stellkolben
58: Rückstellfeder
59: Versorgungseinheit
60: Zusatzpumpe
61: Elektromotor
62: Sauganschluss von 60
63: Ventil
64: Druckanschluss von 60
65: Druckbegrenzungsventil
66: 2/2-Wegeventil
66a: erster Anschluss von 66
66b: zweiter Anschluss von 66
67: Filtereinrichtung
68: Filterelement von 67
69: Umgehungsrückschlagventil von 67
70: Kühleinrichtung
71: Ventil
72: Entlastungsfluidpfad
75: Stelldruckhydrospeicher
76: 3/2-Wegeschaltventil
77: 3/2-Wegeschaltventil
77a: erster Anschluss von 77
77b: zweiter Anschluss von 77
77c: dritter Anschluss von 77
80: Druckübersetzer
81: große Kolbenfläche von 80
82: Niederdruckkammer von 80
83: kleine Kolbenfläche von 80
84: Hochdruckkammer
85: Stufenkolben von 80

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012020581 A1 [0002]

Claims

Servohydraulischer Antrieb mit einer in ihrem Hubvolumen durch eine hydraulische Verstelleinrichtung (11) verstellbaren hydrostatischen Verdrängermaschine (10), mit einer Elektromaschine (14), die mit der Verdrängermaschine (10) mechanisch drehzahlgekoppelt ist, mit einem Hydrozylinder (16), der mit der Verdrängermaschine (10) über eine erste Arbeitsleitung (21) und über eine zweite Arbeitsleitung (22) fluidisch verbunden ist und durch Umkehrung des Fluidflusses durch die Verdrängermaschine (10) in entgegengesetzte Richtungen betätigbar ist, und mit einem auf einen Niederdruck vorgespannten Niederdruckhydrospeicher (29), der über eine Ventilanordnung (31, 32, 34, 36) jeweils mit der Arbeitsleitung (21, 22) fluidisch verbunden ist, in der der niedrigere Druck herrscht, gekennzeichnet durch, eine Versorgungseinheit (60, 75, 80), von der die Verstelleinrichtung (11) unabhängig von dem augenblicklichen Druck in den Arbeitsleitungen (21, 22) mit unter einem für die Verstellung notwendigen Stelldruck stehenden Druckmittel versorgbar ist.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 1, wobei ein Schaltventil (66, 77) mit einer ersten Schaltstellung, in der die hydraulische Verstelleinrichtung (11) mit Stelldruck beaufschlagt ist, und mit einer zweiten Schaltstellung vorhanden ist, in der die hydraulische Verstelleinrichtung (11) bis auf einen Druck, der kleiner ist als ein Mindeststelldruck, von Druck entlastet ist.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 2, wobei in der zweiten Schaltstellung ein mit der hydraulischen Verstelleinrichtung (11) verbundener, erster Anschluss (66a, 77a) des Schaltventils (66, 77) zu einem zweiten Anschluss (66b, 77b) des Schaltventils (66, 77) offen ist, der mit einem zum Niederdruckhydrospeicher (29) führenden Entlastungsfluidpfad (72) verbunden ist.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 3, wobei der Entlastungsfluidpfad (72) unter Umgehung eines Leckageanschlusses der Verdrängermaschine (10) zum Niederdruckhydrospeicher (29) führt.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 2, 3 oder 4, wobei das Schaltventil (66, 77) in die Versorgungseinheit (59) integriert ist.
Servohydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Versorgungseinheit (59) eine Zusatzpumpe (60) mit einem Druckanschluss (64), über den die hydraulische Verstelleinrichtung (11) mit Druckmittel versorgbar ist, und mit einem Sauganschluss (62), der mit dem Niederdruckhydrospeicher (29) verbunden ist, und einen Elektromotor (61) umfasst, von dem die Zusatzpumpe (60) antreibbar ist.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 6, wobei der Druckanschluss (64) der Zusatzpumpe (60) mit einem zum Niederdruckhydrospeicher (29) führenden Entlastungsfluidpfad (72) verbindbar ist.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 7, wobei sich in dem Entlastungsfluidpfad (72) eine Filtereinrichtung (68) und/oder eine Kühleinrichtung (70) für das Druckmittel befinden.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 7 oder 8, wobei der Druckanschluss (64) der Zusatzpumpe (60) direkt mit der hydraulischen Verstelleinrichtung (11) verbunden ist und über das Schaltventil (66) mit dem Entlastungsfluidpfad verbindbar ist.
Servohydraulischer Antrieb nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Versorgungseinheit (59) einen Stelldruckhydrospeicher (75, 80) umfasst und wobei das Schaltventil (77) außer dem ersten Anschluss (77a) und dem zweiten Anschluss (77b) einen dritten Anschluss (77c) hat, der mit dem Stelldruckhydrospeicher (75, 80) verbunden ist, und wobei der erste Anschluss (77a) des Schaltventils (77) in dessen erster Schaltstellung mit dem dritten Anschluss (77c) und in der zweiten Schaltstellung des Schaltventils mit dem zweiten Anschluss (77b) verbunden ist.
Servohydraulischer Antrieb nach einem der Patentansprüche 6 bis 8, wobei die Versorgungseinheit (59) einen Stelldruckhydrospeicher (75) umfasst, wobei das Schaltventil (77) außer dem ersten Anschluss (77a) und dem zweiten Anschluss (77b) einen dritten Anschluss (77c) hat, der mit dem Stelldruckhydrospeicher (75) verbunden ist, wobei der erste Anschluss (77a) des Schaltventils (77) in dessen erster Schaltstellung mit dem dritten Anschluss (77c) und in der zweiten Schaltstellung des Schaltventils (77) mit dem zweiten Anschluss (77b) verbunden ist und wobei der Stelldruckhydrospeicher (75) von der Zusatzpumpe (60) aufladbar ist.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 11, wobei ein zweites Schaltventil (76) mit einer ersten Schaltstellung, in der über das zweite Schaltventil (76) der Druckanschluss (64) der Zusatzpumpe (60) mit dem Stelldruckhydrospeicher (75) verbunden ist, und mit einer zweiten Schaltstellung vorhanden ist, in der über das zweite Schaltventil (76) der Druckanschluss (64) der Zusatzpumpe (60) mit dem zum Niederdruckhydrospeicher (29) führenden Entlastungsfluidpfad (72) verbunden ist.
Servohydraulischer Antrieb nach Patentanspruch 10, wobei der Stelldruckhydrospeicher (75, 80) aus der jeweils den höheren Druck führenden Arbeitsleitung (21, 22) aufladbar ist.
Servohydraulischer Antrieb nach einem der Patentansprüche 10 bis 13, wobei der Stelldruckhydrospeicher (80) als Druckübersetzer mit einer großen Kolbenfläche (81), die an eine Niederdruckkammer (82) angrenzt, und mit einer mit der großen Kolbenfläche (81) mechanisch verbundenen kleinen Kolbenfläche (83), die an eine Hochdruckkammer (84) angrenzt, ausgebildet ist, wobei die Niederdruckkammer (82) mit dem Niederdruckhydrospeicher (29) und die Hochdruckkammer (84) mit dem dritten Anschluss des Schaltventils (77) verbunden ist, dessen erster Anschluss mit der hydraulischen Verstelleinrichtung (11) verbunden ist.