DE3931699C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, vorzugsweise Baumaschine, mit einer Verbrennungskraftmaschine mit hydrostatischen Antrieben nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei der Inbetriebnahme von mobilen Arbeitsmaschinen, beispiels­ weise Hydraulikbaggern oder Radladern, mit Verbrennungskraft­ maschinen und hydrostatischen Antrieben ergeben sich bei einem Kaltstart, insbesondere im Winter, Probleme aus der hohen Viskosität der kalten Hydraulikflüssigkeit. Die kalte Hydraulik­ flüssigkeit führt nicht nur zu einem erhöhten Verschleiß in den hydrostatischen Antrieben, sie beeinträchtigt auch die volle Einsatzfähigkeit der Arbeitsmaschine bis zu einer ausreichenden Erwärmung des Hydrauliköls, die durch die innere Reibung des Hydrauliköls in den hydrostatischen Antrieben erreicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine mobile Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, bei der das Hydrauliköl vor der Inbetriebnahme der hydrostatischen Antriebe soweit erwärmt wird, daß es eine einen einwandfreien Betrieb gewährleistende Mindestviskosität aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer mobilen Arbeitsmaschine der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Viskosität des Hydrauliköls steht in einem bestimmbaren Verhältnis zu dessen Temperatur. Nach der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine wird das in dem Tank befindliche Hydrauliköl durch Führen in einem Heizkreislauf zweckmäßigerweise so weit erwärmt, daß es eine Viskosität von weniger als 1000 mm²/s aufweist.

Durch das in der zu der Reinseite des Tanks führenden Leitung angeordnete Ölfilter ist gewährleistet, daß nur reines Öl an den Hydraulikpumpen angesaugt wird. Da die Viskosität des Hydrauliköls eine Funktion der Temperatur des Hydrauliköls ist, wird das thermostatisch gesteuerte Umschaltventil so eingestellt, daß es den Heizkreislauf durch Umschalten auf den Ölfilter überbrückt, wenn das Hydrauliköl eine zweckmäßige Mindesttemperatur und damit auch eine Mindestviskosität aufweist. In beiden Betriebsstellungen wird das von den Verbrauchern zurückfließende Hydrauliköl über den Ölfilter wieder der Reinseite des Hydrauliktanks zugeführt.

Aus der DE-OS 21 50 710 ist eine Einrichtung zur Erwärmung von Hydraulikflüssigkeiten für hydraulische Betriebsanlagen bekannt, bei der eine ein- und auslaßseitig an das Hydrauliksystem der Betriebsanlage angeschlossenen Hilfspumpe mit einer auf ihrer Druckseite angeordneten Durchflußwiderstandsvorrichtung zur Erwärmung der Druckflüssigkeit auf die Betriebstemperatur vorgesehen ist. Das bei der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine verwirklichte Prinzip der Erwärmung des Hydrauliköls durch dessen Führung in einem Heizkreislauf ist also an sich bekannt.

In dem Heizkreislauf kann eine Wärmequelle angeordnet sein, die dem Hydrauliköl Wärme zuführt. Zweckmäßigerweise ist jedoch in der Rückführleitung ein Heizventil angeordnet, das nach dem Prinzip eines Überdruckventils arbeitet. Durch dieses Heizventil wird das Hydrauliköl in der Weise gedrosselt, daß es sich durch innere Reibung in der gewünschten Weise erwärmt.

Die zusätzlich vorgesehene Hydraulikspeisekreislaufpumpe kann eine volumetrisch arbeitende Hydraulikpumpe oder eine hydraulische Strömungspumpe üblicher Bauart sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reinseite des Tanks von dessen Rücklaufseite durch ein Überdruckventil getrennt ist. Nach dieser Ausgestaltung läßt sich somit das Hydrauliköl in die Reinseite unter Überdruck einspeisen, so daß von den Hydraulikpumpen des hydrostatischen Antriebs unter Überdruck stehendes Hydrauliköl angesaugt wird und günstige Ansaugbedingungen sichergestellt sind. Das Überdruckventil der Reinseite bestimmt den Vorspanndruck des sauberen Hydrauliköls, das sich in einem abgeschotteten Raum des Hydrauliktanks befindet. Wird von der Hydraulikspeisekreislaufpumpe über den Druckfilter eine überschüssige Ölmenge gefördert, fließt dieses über das ein Vorspannventil bildende Überdruckventil in die Rücklaufseite des Hydrauliktanks. In der Rücklaufseite des Hydrauliktanks herrscht Atmosphärendruck.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl die Reinseite wie auch die Rücklaufölseite als eigene Tanks ausgebildet, die miteinander verbunden sind.

Zur Kühlung des Kühlwassers des Dieselmotors und des Hydraulik­ öls ist üblicherweise eine Lüfterrad vorgesehen, das fest an den Dieselmotor angebaut ist. Dieses Lüfterrad läuft ständig mit der Dieselmotordrehzahl mit und verbraucht Energie. Das Mitlaufen des Lüfterrades ist grundsätzlich jedoch nur erforderlich, wenn entweder die Kühlwassertemperatur des Dieselmotors und/oder die Temperatur des Hydrauliköls der Hydraulikanlage bestimmte Grenz­ werte überschreitet. Nach einer erfinderischen Weiterbildung ist daher vorgesehen, daß die hydraulische Speisekreislaufpumpe durch eine Leitung mit einem hydraulischen Lüftermotor verbunden ist, der den Wasserkühler der Verbrennungskraftmaschine und den Ölkühler anbläst, wobei die Ablaufseite des hydraulischen Lüfter­ motors über das thermostatisch gesteuerte Umschaltventil auf die über den Ölfilter zur Reinseite des Tanks führende Leitung um­ schaltbar ist. Nach dieser erfinderischen Ausgestaltung läuft also das Lüfterrad nur dann mit, wenn ein Kühlbedarf für das Kühlwasser des Motors oder das Hydrauliköl oder beide gegeben ist. Nach dieser Ausgestaltung läßt sich das Lüfterrad zwischen dem Hydraulikölmotor, bei dem es sich zweckmäßigerweise um einen Strömungsmotor handelt, unabhängig von dem Dieselmotor unterbrin­ gen und antreiben, so daß ein besonders günstiger Kühlluftstrom erreichbar ist. Diese Ausgestaltung trägt insbesondere den beeng­ ten Platzverhältnissen in einer Baumaschine Rechnung, so daß sich eine kompakte Bauweise insbesondere auch im Hinblick auf Maßnahmen zur Geräuschdämmung erreichen lassen.

Bei dem thermostatisch gesteuerten Umschaltventil handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Fünfwegeventil, das im reinen Heizbetrieb, in dem das in dem Tank befindliche Hydrauliköl in einem Heizkreislauf geführt wird, die von der hydraulischen Speisekreislaufpumpe und dem hydraulischen das Lüfterrad antreibenden Motor zu dem Hydraulikfilter führenden Leitungen sperrt. In der Betriebsstellung, in der das Hydrauliköl auf Mindestbetriebstemperatur erwärmt und über den Druckfilter der Reinseite zugeführt wird, befindet sich das Fünfwegeventil in einer Stellung, in der die hydraulische Speisekreislaufpumpe mit der zu der Reinseite des Tanks führenden Leitung verbunden ist, in der das Filter angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Druckseite der hydraulischen Speisekreislaufpumpe einerseits über das Heizventil mit dem Ölfilter verbunden. Parallel dazu ist die Druckseite mit einem in der Zuführleitung zum hydrau­ lischen Lüftermotor angeordneten Thermostatventil verbunden. Die parallel geschalteten Ventile, d.h. das Heizventil und das Thermostatventil, sind dabei so ausgelegt, daß zunächst beim An­ heizen des Hydrauliköls das Heizventil geöffnet ist, so daß während des Aufheizvorgangs das Hydrauliköl über die hydrau­ lische Speisekreislaufpumpe aus der Rücklaufölseite des Tanks gepumpt wird und über den Filter in die Reinseite des Tanks ge­ leitet wird, von wo es über die Hydraulikpumpen wieder unmittel­ bar der Rücklaufölseite zugeführt wird, ohne den Verbrauchern zugespeist zu werden. Eine Speisung der Verbraucher mit dem Hydrauliköl erfolgt erst, wenn es die erforderliche Viskosität erreicht hat. Bei einem weiteren Aufwärmen des Hydrauliköls, bei dem ein Kühlen des im Kreislauf geführten Hydrauliköls notwendig wird, öffnet das dem hydraulischen Lüftermotor vorgeschaltete Thermostatventil, während das Heizventil schließt. Somit wird der Hydraulikölvolumenstrom nun parallel zum eingangs beschrie­ benen Weg geführt, wobei er gleichzeitig den als Wasser- und Öl­ kühler dienenden Lüfter antreibt.

Ist Kühlen des Kühlwassers und Hydrauliköls erforderlich, befindet sich das Fünfwegventil in einer Stellung, in der die Ablaufseite des hydraulischen Lüftermotors mit dem Filter in Verbindung steht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der mit einer Verbrennungskraftmaschine versehenen hydrostatischen Antriebe einer Baumaschine während des Führens des Hydrauliköls in einem Heizkreislauf,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung in einer Schaltstellung, in der das bereits vorgewärmte Hydrauliköl der Reinseite des Hydrauliktanks über ein Filter zugeführt wird,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, in der das erwärmte Öl über einen ein Lüfterrad antreibenden hydraulischen Motor und ein Ölfilter der Reinseite des Tanks zugeführt wird,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der mit einer Ver­ brennungskraftmaschine versehenen hydrostatischen An­ triebe einer Baumaschine, während des Führens des Hydrauliköls in einem Heizkreislauf gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung, in der das erwärmte Öl über einen ein Lüfterrad antreibenden hydraulischen Motor und ein Ölfilter der Reinseite des Tanks zugeführt wird.

Eine Verbrennungskraftmaschine 1 (Dieselmotor 1) treibt eine Speisekreislaufpumpe 2, die aus einer hydraulischen Strömungspumpe besteht, an. Diese Speise­ kreislaufpumpe 2 saugt aus der Rücklaufseite 3 (Schmutzseite 3) des Hydrauliktanks 4 Hydrauliköl an. Die Druckseite der hydraulischen Speisekreis­ laufpumpe 2 ist über eine Leitung 5 mit einer zu der Schmutz­ seite 3 des Hydrauliktanks 4 führenden Rücklaufleitung 6 verbunden, in der ein Heizventil 7 angeordnet ist, das nach dem Prinzip eines Überdruckventils arbeitet. Die Druckseite der Speisekreislaufpumpe 2 ist weiterhin über eine Leitung 8 mit einem hydraulischen Lüftermotor 9 verbunden, der die Welle des Lüfterrades 10 antreibt. Das Lüfterrad 10 ist neben dem Dieselmotor 1 in der Weise angeordnet, daß es den Wasserkühler 11 des Dieselmotors und den Ölkühler 12 der hydrostatischen Antriebe anbläst. Die Ablaufleitung 13 des Lüftermotors 9 ist über ein thermostatisch gesteuertes Umschaltventil 14 (Fünfwegeventil 14) mit der zu dem Ölfilter 16 führenden Leitung 17 verbindbar. Das Ölfilter 16 ist durch eine Leitung 18 mit der Reinseite 19 des Hydrotanks 4 verbunden. Die Reinseite 19 ist durch eine Wandung 20 von der Schmutzseite 3 des Hydrotanks 4 getrennt. In der Wandung 20 ist ein Überdruckventil 21 angeordnet, das das in die Reinseite über das Öl- Filter 16 eingespeiste Hydrauliköl unter einem vorbestimmten Vorspanndruck hält.

Aus der Reinseite saugen von dem Dieselmotor 1 angetriebene gesteuerte Hydraulikpumpen 22, 23 des hydrostatischen Antriebssystems ein unter dem Vorspanndruck stehendes Hydrauliköl an. Die steuerbaren Hydraulikpumpen 22, 23 können in üblicher Weise die Hydromotoren und Hydraulikzylinder sowie Steuerventile der Verbraucher mit hydraulischem Drucköl speisen. Von den Hydraulikpumpen 22, 23 oder den zugeschalteten Verbrauchern strömt das Hydrauliköl über die Rückführleitungen 24, 25 und den Ölkühler 12 in die Schmutzseite 3 des Hydrauliktanks 4 zurück.

In den Schaltstellungen des Fünfwegeventils gem. Fig. 1 und Fig. 2 strömt das von den Verbrauchern kommende Hydrauliköl über die Rücklaufleitung 24 zum Ölfilter 16 und von da aus auf die Reinseite 19 des Hydrauliktanks.

Die Schmutzseite 3 des Hydrauliktanks 4 steht über einen Luft­ filter 26 mit der Atmosphäre in Verbindung, so daß in dieser atmosphärischer Druck herrscht.

Fig. 1 zeigt den Betriebszustand während des Aufheizens des Hydrauliköls. Der gestartete Dieselmotor 1 saugt über die Speise­ kreislaufpumpe 2 kaltes Hydrauliköl aus der Schmutzseite 3 des Hydrauliktanks 4 an und speist dieses über die Leitungen 5 und 6 sowie das Heizventil 7 wieder in die Schmutzseite 3 ein. Während dieses Betriebzustandes befindet sich das thermostatisch gesteuerte Fünfwegeventil 14 in einer Stellung, in der die von der Speisekreislaufpumpe 2 und von dem Lüftermotor 9 zu dem Ölfilter 16 führenden Leitungen 5 und 13 gesperrt sind. Das von den Verbrauchern zurückströmende Öl kann dabei über das Fünfwegeventil 14 und den Ölfilter 16 auf die Reinseite 19 des Hydrauliktanks 4 zurückfließen. Das Rückschlagventil 27 verhindert den Abfluß des Hydrauliköls zum Ölkühler.

In dem aus Fig. 2 ersichtlichen Betriebszustand hat das in dem Schmutztank 3 befindliche Hydrauliköl bereits seine Mindest­ betriebstemperatur erreicht, so daß das durch die Öltemperatur gesteuerte Umschaltventil 14 die von der Speisekreislaufpumpe 2 kommende Leitung 5 über die Leitung 15 auf die zu dem Ölfilter 16 führende Leitung 17 umgeschaltet hat, ohne daß aber das Heizventil 7 abgeschaltet ist. Die Speisekreislaufpumpe 2 fördert daher das Hydrauliköl über den Ölfilter 16 in die Reinseite 19 des Hydrauliktanks 4, so daß sich in der Reinseite ein entsprechender durch das Überdruckventil 21 gesteuerter Vor­ spanndruck aufbaut. Wird der Druck zu hoch, spricht das Heizven­ til 7 als Schutzventil an. Das wie ein Überdruckventil funk­ tionierende Heizventil 7 ist auf einen entsprechenden Druck ein­ gestellt. Das von den Verbrauchern zurückfließende Öl wird auch in dieser Schaltstellung über die Leitung 17 und den Ölfilter 16 in die Reinseite 19 des Hydrauliktanks 4 zurückgeführt. Das Rück­ schlagventil 27 verhindert in diesem Schaltzustand eine Rückwir­ kung des von der Speisekreislaufpumpe 2 geförderten Öls auf die Verbraucher.

Überschreitet das Hydrauliköl seine Betriebstemperatur, spricht das thermostatisch gesteuerte Umschaltventil 14 erneut an und sperrt die von der Druckseite der Speisekreislaufpumpe 2 zu dem Ölfilter 16 führenden Leitungen 5, 15 und verbindet die Abström­ seite des Lüftermotors 9 mit dem Ölfilter 16, so daß das Lüfter­ rad 10 angetrieben und das von der Speisekreislaufpumpe geförder­ te Öl über den Lüftermotor 9 und den Ölfilter 16 in die Reinsei­ te 19 des Tanks 4 eingespeist wird.

Aufgrund der jeweiligen Öltemperatur wird das thermostatisch ge­ steuerte Umschaltventil 14 gemäß Fig. 1 in eine Schaltstellung geschaltet, in der das Hydrauliköl vorgeheizt wird. In der Schaltstellung des thermostatisch gesteuerten Umschaltventils 14 gemäß Fig. 2 wird das Hydrauliköl über das Ölfilter 16 in die Rein­ seite 19 eingespeist, wobei aufgrund der inneren Reibung in dem Filter eine weitere Erwärmung des Hydrauliköls eintritt.

Die Fig. 3 zeigt das thermostatisch gesteuerte Umschaltventil 14 in einer Schaltstellung, in der das Hydrauliköl gekühlt und ge­ filtert wird. Das Fünfwegeventil 14 befindet sich dabei in einer Schaltstellung, in der das von den Verbrauchern zurückfließende Öl über die Leitung 24 dem Ölkühler 12 zugeführt wird. Von dort aus fließt es über die Leitung 25 auf die Schmutzseite 3 des Hydrauliktanks 4.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird das zunächst noch kalte Hydrauliköl von der Speisekreislaufpumpe 2 angesaugt und über die Leitung 5 dem Heizventil 7 zugeführt, welches während des Aufwärmens des Hydrauliköls in geöffneter Stellung ist. Vom Heizventil 7 aus wird das Hydrauliköl dem Ölfilter 16 zugeführt und über die Reinseite 19 von den Hydrauliklaufpumpen 22 und 23 angesaugt. Im noch kalten Zustand werden die Verbraucher von den Hydrauliklaufpumpen 22 und 23 noch nicht gespeist. Das noch kalte und damit höher viskose Hydrauliköl wird vielmehr über die Rückführleitungen 24 und 25 unmittelbar der Schmutzseite 3 des Hydrauliktanks zugeführt. Erst nach Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur werden über die Hydraulikpumpen 22 und 23 die zuschaltbaren Verbraucher gespeist.

Bei zu starker Erwärmung des Hydrauliköls schließt das Heizventil 7 selbsttätig und das parallel geschaltete Thermostatventil 26 öffnet sich, wie in Fig. 5 dargestellt. Demnach wird das heiße Hydrauliköl nun über die Zuleitung 8 und das Thermostatventil 26 dem hydraulischen Strömungsmotor 9 zugeführt, wodurch das Lüfterrad 10 angetrieben wird. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel muß allerdings in Kauf genommen werden, daß der Ölfilter 16 ständig mit dem Druck der Speisekreislaufpumpe 2 beaufschlagt wird.

Claims (10)

1. Mobile Arbeitsmaschine, vorzugsweise Baumaschine, mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit hydrostatischen Antrieben, bestehend aus mindestens einer von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Hydraulikpumpe, die Hydraulikmotore und/oder Hydraulikzylinder der Antriebe mit aus einem Tank angesaugten Hydrauliköl speist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskraftmaschine (1) zusätzlich eine hydraulische Speisekreislaufpumpe (2) antreibt, die Hydrauliköl aus der Rücklaufseite (3) des eine Reinseite (19) und eine Rücklaufseite (3) aufweisenden Tanks (4) ansaugt und dieses während einer Aufwärmphase nach Durchlaufen des Heizkreislaufs wieder in die Rücklaufseite (3) einspeist, daß ein thermostatisch gesteuertes Umschaltventil (14) vorgesehen ist, das die Speisekreislaufpumpe (2) nach Beendigung der Aufwärmphase von dem Heizkreislauf (6, 7) auf eine in die Reinseite (19) des Tanks (4) führende Leitung (17, 18) umschaltet, in der ein Ölfilter (16) angeordnet ist, und daß Hydraulikpumpen (22, 23) Hydrauliköl aus der Reinseite (19) ansaugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Speisekreislaufpumpe (2) eine volumetrisch arbeitende Pumpe oder eine Strömungspumpe ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem Tank führende und mit der Druckseite der Speisekreislaufpumpe (2) in Verbindung stehende Leitung (5, 6) ein Heizventil (7) angeordnet ist, das nach dem Prinzip eines Überdruckventils arbeitet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizventil (7) gleichzeitig das Schutzventil für den Ölfilter (16) bildet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinseite (19) des Tanks (4) von dessen Rücklaufseite (3) durch eine Wandung (20) getrennt ist, in der ein Überdruckventil (21) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinseite (19) und die Rücklaufölseite (3) jeweils als selbständiger Tank ausgeführt sind, wobei beide Tanks durch Leitungen verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatisch gesteuerte Umschaltventil (14) als Fünfwegeventil ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisekreislaufpumpe (2) durch eine Leitung (8) mit einem hydraulischen Lüftermotor verbunden ist, der über ein Lüfterrad (10) den Wasserkühler (11) der Verbrennungskraftmaschine und den Ölkühler (12) der hydrostatischen Antriebe anbläst.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufseite des Lüftermotors (19) über das thermostatisch gesteuerte Umschaltventil (14) auf die über den Ölfilter (16) zur Reinseite (19) des Tanks (4) führende Leitung (17, 18) umschaltbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (8) ein Thermostatventil (26) dem hydraulischen Lüftermotor vorgeschaltet ist.