EP2580079A1 - Hydraulische anlage - Google Patents

Hydraulische anlage

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EP2580079A1
EP2580079A1 EP11719197.3A EP11719197A EP2580079A1 EP 2580079 A1 EP2580079 A1 EP 2580079A1 EP 11719197 A EP11719197 A EP 11719197A EP 2580079 A1 EP2580079 A1 EP 2580079A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
pressure
pressure fluid
fluid chamber
pressure medium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11719197.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Bauer
Daniel Feld
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Hydac Technology GmbH
Original Assignee
Hydac Technology GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F15B1/024—Installations or systems with accumulators used as a supplementary power source, e.g. to store energy in idle periods to balance pump load
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/86—Control during or prevention of abnormal conditions
    • F15B2211/8609—Control during or prevention of abnormal conditions the abnormal condition being cavitation

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic system, in particular for a commercial vehicle, such as a construction machine, with a pressure medium pump, which supplies a consumer with pressure medium.
  • Hydraulic equipment for commercial vehicles in particular for construction machinery, agricultural machinery and off-road work machines including forklifts, are generally composed of several hydrostatic drive systems. In addition to the steering hydraulics, these include the cooling, control and feeding hydraulics as well as the driving hydraulics. Depending on their basic structure, these systems can work partially independently of each other and fulfill their respective function.
  • the steering system In moving construction machines, the steering system is regularly operated with a steering valve with so-called "open center", a constant pump often formed as external gear pump promotes pronouncebetätigtem steering system against the pressure fluid tank of the construction machine
  • the promotion of pressure medium within an open system thus formed usually takes a Vane pump with adjustable displacement volume
  • the components cooling, control and supply circuit can be supplied with only one pressure medium pump, which can be an external gear pump with a constant flow rate Displacement volume, which is attached to a power take-off of an internal combustion engine as a motor unit.
  • a cooling motor formed, for example, as an external gear constant motor a parallel connection of the control and supply hydraulic circuit can be provided.
  • the control pressure system is used for signal transmission of certain machine characteristics, such as the control of a disk parking brake or a swivel angle adjustment device of the drive pump by means of trigger valve.
  • certain machine characteristics such as the control of a disk parking brake or a swivel angle adjustment device of the drive pump by means of trigger valve.
  • the invention is therefore based on the object to provide a hydraulic system for a commercial vehicle, which on the one hand allows a reduction in performance for the internal combustion engine and on the other hand, the problem of cavitation is solved.
  • This object is achieved with a hydraulic system with the features of claim 1 in its entirety.
  • a make-up device is part of the hydraulic system to automatically compensate for leakage oil losses and to supply the leakage losses to the low-pressure fluid chamber. The make-up device is thereby actuated during a displacement movement of a piston in the high-pressure fluid chamber, in particular when the pressure medium pump brings the piston into contact with the piston-cylinder arrangement of the make-up device.
  • the low-pressure fluid chamber and the high-pressure fluid chamber are arranged in a particularly preferred embodiment of the hydraulic system part of a single double-piston accumulator and thus in a particularly compact form in the hydraulic system.
  • the dessert makeup device may be housed in a housing containing the low pressure fluid space and the high pressure fluid space encloses be arranged. It is advantageous to design the make-up device as a piston-cylinder arrangement, wherein a single-acting piston in the sense of filling a working space of the piston-cylinder arrangement can be biased by a spring element with pressure medium. The spring element thus ensures automatic filling of the make-up device with pressure medium.
  • the relevant piston in the high-pressure fluid space is not in an end position facing the make-up device, but the high-pressure fluid space is in a partially filled state.
  • the make-up is done by the valve when it is switched by the piston.
  • the make-up device or the working space of the make-up device is connected to a fluid-carrying connection between the pressure medium container and the low-pressure fluid space such that in each case in the portion of the fluid-carrying connection between the pressure medium container and the make-up device or the make-up device and the low-pressure fluid space Check valve is arranged.
  • the two check valves have an opening direction in the sense that pressure medium from the pressure medium container in the working space of the make-up device and from there into the low-pressure fluid space can flow, but not vice versa.
  • the make-up device thus presents itself as a piston pump controlled by non-return valves as a function of the pressure in the high-pressure fluid chamber.
  • a push rod or a permanently connected to the piston of the make-up device component is thereby acted against the force of the piston acting on the spring with a pushing force.
  • the thrust force applied to the push rod by the piston of the high-pressure fluid space displaces the pressure medium in the work space of the make-up device in the direction of the low-pressure fluid space.
  • a backflow the pressure medium from the low pressure fluid space is prevented by the check valve.
  • the high pressure fluid space and the low pressure fluid space can be advantageously combined in a dual piston accumulator.
  • the double piston accumulator has a housing which accommodates at least two longitudinally movable pistons.
  • the pistons are connected to each other with a coupling element, wherein the coupling element is guided even in a central position longitudinally movable through a partition wall of the housing.
  • the dividing wall defines with the two adjacently opposed pistons a high-pressure fluid space and a low-pressure fluid space, which is operatively connected to the coupling element and defines, at least with the housing, a biasing space.
  • the pressure medium in the low-pressure fluid chamber can be used to supply a pilot control device for the flow rate and conveying direction of the pressure medium pump.
  • the coupling element is formed in a particularly preferred embodiment example as a coupling rod, the ends of which are each firmly connected to the associated piston.
  • the entire pressure medium flow can be directed from the pressure medium pump to the consumer (s) via the double piston accumulator.
  • the working space can be arranged for the dessert device.
  • the coupling rod can protrude a fixed housing piston, which changes the volume of the limited work space by a movement of the coupling rod.
  • the piston is designed in the manner of a hollow piston and is able to guide the pressure medium out of the working space or to introduce it into the working space through a channel in the longitudinal direction in its interior.
  • the piston of the high pressure fluid space may be biased by a gas pressure of a biasing space as mentioned.
  • the biasing space may be acted upon by a gas pressure in a gas supply device.
  • the preload space is limited by a fixed end wall of the housing of the high-pressure fluid chamber or the double-piston accumulator.
  • the end wall preferably has a connection point for the gas supply device, for example in the manner of a nitrogen storage.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a hydraulic system with a separate arrangement of a high-pressure fluid chamber of a low-pressure fluid chamber, with the inclusion of a pressure medium pump with VörderraumsumLite and variable displacement.
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a hydraulic system with an arrangement of the high-pressure fluid chamber and the low-pressure fluid chamber in a common housing of a double piston accumulator with actuation of the piston of the make-up device by a piston in the low-pressure fluid chamber.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a hydraulic system according to the illustration according to FIG. 1, wherein the piston of the make-up device can be actuated from another piston side of the piston in the low-pressure fluid chamber;
  • FIG. 4 is a schematic circuit diagram of a hydraulic system with an arrangement of the high-pressure fluid space and the low-pressure fluid space in a common housing of a Double piston accumulator, wherein a working space of the make-up device is arranged in a coupling element of the two pistons of the double piston accumulator; and
  • FIG. 5 shows a concluding further schematic circuit diagram of a hydraulic system according to the illustration according to FIG. 4, wherein a housing-fixed piston of the make-up device is guided through a housing wall of the low-pressure fluid chamber and fixed thereon.
  • a hydraulic circuit 1 for a work machine for example in the form of a conventional construction machine, partially in a schematic circuit diagram.
  • the hydraulic system 1 has a pressure medium pump 2, which can be driven by an internal combustion engine, for example in the form of a diesel engine.
  • Pressure medium pump 2 is designed as a reversible pump in its conveying direction, the delivery rate is also adjusted by a hydraulic pilot control device 21 accordingly.
  • a trained in the manner of a piston accumulator high-pressure fluid chamber 5 is arranged.
  • the high-pressure fluid chamber 5 is in turn arranged in a cylindrical housing 26, in which a piston 6 is guided longitudinally movable.
  • the piston 6 can be biased towards the high-pressure fluid chamber 5 by various constructive measures.
  • On its rear side for example, a working gas in the form of nitrogen gas or the like act.
  • the pressure medium pump 2 takes biased pressure medium 3 from a low-pressure fluid chamber 4, which may be arranged in a likewise cylindrical housing 27.
  • Another piston 7 is in the housing 27th also arranged axially movable and biased by a spring element or working gas in the direction of the low-pressure fluid chamber 4 out.
  • the pressure medium pump 2 thus extracts prestressed pressure medium 3 and, independently of the pressure medium requirement of the consumption or of the plurality of consumers, always conveys prestressed pressure medium into the high-pressure fluid space 5, so that cavitation in the hydraulic system is avoided.
  • the fluid pressure medium 3 prestressed in a fluid-conducting connection 28 between the low-pressure fluid chamber 4 and the pressure medium pump 2 is suitable for providing energy for the pilot-control device 21 of the pressure medium pump 2.
  • the flow rate can be changed by the actuation of a hydraulic cylinder unit and a cam ring, on the inside of which conveying elements of the pressure medium pump 2 roll off or slide off.
  • the designated 27 device needs to be no piston accumulator and could also consist of a different type of hydraulic accumulator.
  • a make-up device 8 is provided.
  • the make-up device 8 can be actuated by the piston 6 in the high-pressure fluid chamber 5.
  • the make-up device 8 is formed as a piston-cylinder arrangement 1 1, including arranged in a thickened housing cover 29, a single-acting piston 12 in a cylindrical working space 13 movable.
  • the piston 12 is acted upon on the back by a spring element 14 in the manner of a helical compression spring with a compressive force.
  • the piston 12 On its other, opposite side, the piston 12 has a piston rod 30, which opens in the direction of the piston 6 in the direction of an actuating part in the high-pressure fluid chamber 5 and the rest in the housing cover 29 is slidably guided.
  • the rear working space 13 is filled with pressure medium 3.
  • the piston 6 moves upward in the viewing direction of FIG. 1, pushing the piston rod 30 and the piston 12 of the make-up device 8 also against the pressure of the spring element 14 further up.
  • the spring bias of the compression spring 14 may also be selected such that upon an upward movement of the piston 6, the displaced volume is sufficient to move the piston 12 without the two pistons having to abut one another.
  • a fluid-carrying connection 15 from a pressure medium container 9 in the form of a conventional tank, via the make-up device 8 to the low-pressure fluid chamber 4, two check valves 16, 1 7 are arranged.
  • the check valve 16 is arranged between the pressure medium container 9 and the working space 1 3 of the make-up device 8, seen with a blocking position in the direction of the pressure medium container 9 and with an opposite opening direction, ie in the direction of the make-up device 8.
  • the further check valve 1 7 is arranged between the make-up device 8 and the low-pressure fluid chamber 4, wherein the locking direction takes place in the direction of the make-up device 8 and the opposite opening direction in the direction of the low-pressure fluid chamber 4 is provided.
  • FIGS. 2 to 5 show further exemplary embodiments of the arrangement of the high-pressure fluid chamber 5 and the low-pressure fluid chamber 4.
  • the fluid spaces mentioned here are summarized in the design of a double-piston accumulator 10.
  • a cylindrical housing 18 of the double-piston accumulator 10 has a partition wall 20 arranged approximately in its axial center.
  • the fluid spaces 4, 5 are located on both sides of the partition wall 20.
  • a high pressure fluid space 5 and on the right side a low pressure fluid space 4 are arranged in each fluid space.
  • a piston 6, 7 arranged axially movable.
  • the pistons 6, 7 are firmly connected to one another with the aid of a coupling element 19 designed as a cylindrical piston rod, so that its axial travel path, in contrast to the pistons in FIG. 1, always together in the sense of a forced connection in the same, but changing direction over the same distance he follows.
  • the coupling rod 22 is sealingly guided with sealing elements 31 in the partition wall 20.
  • the piston 6 in the high-pressure fluid chamber 5 is biased on its side facing away from the piston rod 22, originating from a pressure accumulator 25 with a working gas.
  • the end wall 32 of the prestressing space 24 formed so far has a connection point 33 for this purpose.
  • the pressure in the preload space 24 can be predetermined.
  • the low-pressure fluid chamber 4 is in all the embodiments shown starting from Fig. 2, designed in principle the same way as the high-pressure fluid chamber 5, both of which have comparable storage volumes in the other.
  • the desserts tion 8, the pressure means 3 via check valves 16, 1 7 removes the pressure medium tank 9 is arranged in an end wall 34 of the housing 18 of the double piston accumulator 10.
  • the end wall 34 is arranged diametrically opposite the end wall 32. Furthermore, the filled with the pressure medium 3 low-pressure fluid space 4 between the piston 7 and the partition wall 20 of the double piston accumulator 10 is arranged. From the low-pressure fluid chamber 4 takes the pressure medium pump 2, the pressure medium 3 and conveys it into the high-pressure fluid chamber 5, wherein the pertinent conveying direction is so far also reversible, so that a flow idströmung in the opposite direction can also be short-term.
  • the total volumes of the fluid spaces consisting of biasing space, high-pressure and low-pressure fluid space, as well as the respective rear space to the piston are substantially the same size.
  • the make-up device 8 is arranged directly in the dividing wall 20 so that the piston rod side of the piston 7 seals the piston rod 30 of the piston 12 of the piston-cylinder Can press arrangement.
  • the check valves 16, 1 7 are integrated in an advantageous manner in the housing wall of the housing 18 or in the partition wall 20 at a suitable location. The same applies to the fluid-carrying connection 15.
  • FIGS. 4 and 5 each show schematic longitudinal sections through the
  • the working space 13 of the make-up device 8 is in this case arranged in the coupling element 19.
  • the working space 13 is designed as an elongate, narrow cylinder or working space 13 running essentially over the entire length of the coupling rod 22.
  • the rod-shaped piston 12 protrudes into the working space 13 either from the end wall 34 of the housing part for the low-pressure fluid space 4 or from the end wall 32 of the high-pressure fluid space 5.
  • the piston 12 is fixedly arranged in the respective end wall 32, 34, so that the volume of the working space 13 is changed by the displacement movement of the coupling rod 22.
  • the piston 12 is designed as a hollow piston 23, wherein a continuous channel leads in the longitudinal direction of the piston 12 from the pressure medium container 9 to the working space 13 and via a coupling rod 22 arranged in the check valve 1 7 in the low-pressure fluid chamber 4.
  • Another check valve 16 is provided between the pressure medium tank 9 and the dessert device 8. The check valves 16, 1 7 open depending on the fluid pressure in the same manner as already described above.

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Abstract

Eine hydraulische Anlage, insbesondere für Nutzfahrzeug, wie eine Baumaschine, mit einer Druckmittelpumpe (2), die einen Verbraucher mit Druckmittel (3) versorgt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelpumpe (2) ein Druckmittel (3) von einem Niederdruck-Fluidraum (4) der hydraulischen Anlage (1) entnimmt und in einen Hochdruck-Fluidraum (5) fördert, der zwischen einem Verbraucher und der Druckmittelpumpe (2) angeordnet ist und dass durch eine Verfahrbewegung eines Kolbens (6, 7) in dem Hochdruck-Fluidraum (5) oder dem Niederdruck-Fluidraum (4) eine Nachspeiseeinrichtung (8) betätigbar ist, wodurch Druckmittel (3) aus einem Druckmittelbehälter (9) stammend in den Niederdruck-Fluidraum (4) nachgespeist ist.

Description

Hydac Technology GmbH, Industriegebiet, 66280 Sulzbach/Saar
Hydraulische Anlage
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Anlage, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, wie eine Baumaschine, mit einer Druckmittelpumpe, die einen Verbraucher mit Druckmittel versorgt. Hydraulische Anlagen für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Baumaschinen, Landmaschinen und Off-Road-Arbeitsmaschinen einschließlich Stapler, setzen sich im Allgemeinen aus mehreren hydrostatischen Antriebssystemen zusammen. Dazu zählen neben der Lenkhydraulik die Kühl-, Steuerungsund Speisehydraulik sowie die Fahrhydraulik. Diese Systeme können in Abhängigkeit von ihrer Grundstruktur teilweise unabhängig voneinander arbeiten und ihrer jeweiligen Funktion nachkommen.
Bei fahrenden Baumaschinen ist das Lenksystem regelmäßig mit einem Lenkventil mit sogenannter„offener Mitte" betrieben, wobei eine häufig als Außenzahnradpumpe gebildete Konstantpumpe bei nichtbetätigtem Lenksystem gegen den Druckmitteltank der Baumaschine fördert. Bei Personenkraftwagen übernimmt die Förderung von Druckmittel innerhalb eines derart gebildeten offenen Systems meist eine Flügelzellenpumpe mit einstellbarem Verdrängungsvolumen. Durch den Einsatz eines sogenannten offenen Hydraulikkreislaufes können beispielsweise die Komponenten Kühl-, Steuer- und Speisekreislauf mit nur einer Druckmittelpumpe versorgt werden. Dabei kann es sich um eine Außenzahnradpumpe mit einem konstanten Verdrängungsvolumen handeln, die an einem Nebenabtrieb einer Verbrennungskraftmaschine als Motoreinheit angebracht ist. Nach einem beispielsweise als Außenzahnrad-Konstantmotor gebildeten Kühlmotor, kann eine Parallelvorschaltung von Steuer- und Einspeisehydraulikkreislauf vorgese- hen sein. Das Steuerdrucksystem dient zur Signalübertragung von bestimmten Maschineneigenschaften, wie der Ansteuerung einer Lamellen-Feststellbremse oder einer Schwenkwinkel-Versteileinrichtung der Fahrpumpe mittels Fahrgeberventil. Durch den Einsatz des Speisesystems erfolgt sowohl die Einspeisung von frischem, gereinigtem Hydrauliköl als auch ein interner Leckageausgleich.
Die Auslegung mobiler Arbeitsmaschinen ist in den letzten Jahren zusehends durch die Anforderungen der europäischen Abgasgesetzgebung geprägt worden. So gilt seit dem Jahr 2008 für alle Motorleistungsklassen mo- biler Arbeitsmaschinen die Europäische Emissionrichtlinie INA. Nach Inkrafttreten der bereits geschlossenen Abgasstufe HIB gilt ab dem Jahr 2010 eine weitere Verringerung der Stickoxyde um bis zu 94%, was nach heutiger Auffassung nur durch den Einsatz entsprechender Partikelfilter umsetzbar ist. Eine letzte Abgasstufennorm IV 2014 sieht eine weitere Senkung der Stickoxyde um bis zu 88% gegenüber der Stufe HIB vor. Insbesondere diese letzte Abgasstufe IV stellt die Baumaschinen- und Dieselmotorenhersteller vor große Herausforderungen. Für die Installation eines selektiven Katalysator-Systems (SCR) nebst dem dazugehörigen Harnstofftank wird zusätzlicher Einbauraum an der jeweiligen Maschine benötigt, was insbesondere bei Groß-Maschinenserien zu einem hohen konstruktiven und logistischen Aufwand führen dürfte.
Unter Berücksichtigung der aufwendigen Abgasnachbehandlungssysteme und den damit verbundenen Auswirkungen stellt insbesondere die Motor- leistungsklasse bis 56kW durch das Wegfallen der EU-Abgasnorm IV eine interessante Alternative für Maschinenhersteller dar. Mittels einer energeti- sehen Optimierung der bestehenden Antriebssysteme ist eine dieselmotorische Leistungsreduzierung bis unterhalb der genannten 56kW-Leistungs- grenze erzielbar, d.h. es wird das sogenannte„downsizing" der Verbrennungskraftmaschine angestrebt.
Ferner ist es im nachveröffentlichten Stand der Technik bekannt, die Leistungsspitzen der Motoreinheit, insbesondere in Form einer Verbrennungskraftmaschine, durch den Einsatz eines Druckmittelspeichers zu kompensieren, wobei der Druckmittelspeicher in Abhängigkeit von einer momentanen Leistungsabgabe der Motoreinheit aufgeladen oder entladen wird. Dadurch lässt sich die Gesamtleistung der Motoreinheit im Sinne von downsizing auf einen vorgebbaren Wert, beispielsweise auf die gesetzlich vorgegebene Motorleistungsklasse bis 56kW, begrenzen. Die Druckmittelzufuhr zu den Verbrauchern und zu einem Druckmittelspeicher der hydraulischen Anlage wird dabei durch ein Prioritätsventil angesteuert. Ein Zu- und Abschalten der Druckmittelzufuhr zu einem oder mehreren Verbrauchern wird durch ein weiteres Ventil gesteuert.
Bei solchen und demgemäß auch bei anderen hydraulischen Anlagen kann Kavitation nicht in jedem Fall ausgeschlossen werden, so dass es wünschenswert ist, dass Druckmittel insbesondere in der Saugleitung einer Druckmittelpumpe vorzuspannen. Jede Druckerhöhung führt jedoch bei solchen hydraulischen Anlagen zu einer Reduzierung der Leistung, welche man einem Hybrid entnehmen kann.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Anlage für ein Nutzfahrzeug zu schaffen, die zum einen eine Leistungsminderung für die Verbrennungskraftmaschine erlaubt und bei der zum anderen das Problem der Kavitation gelöst ist. Diese Aufgabe wird mit einer hydraulischen Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
Dadurch, dass saugseitig der Druckmittelpumpe Druckmittel von einem Niederdruck-Fluidraum der hydraulischen Anlage entnommen und in einen Hochdruck-Fluidraum der hydraulischen Anlage gefördert wird, ist eine konstruktive Maßnahme getroffen, das von der Druckmittelpumpe angesaugte Druckmittel immer geringfügig bzw. derart vorzuspannen, dass Kavitation in der hydraulischen Anlage vermieden ist. Zudem ist eine Nachspei- seeinrichtung Bestandteil der hydraulischen Anlage um Leckölverluste automatisch auszugleichen und dem Niederdruck-Fluidraum die Leckageverluste zuzuführen. Die Nachspeiseeinrichtung wird dabei bei einer Verfahrbewegung eines Kolbens in dem Hochdruck-Fluidraum betätigt, insbesondere, wenn die Druckmittelpumpe den Kolben in Kontakt mit der Kolben- Zylinder-Anordnung der Nachspeiseeinrichtung bringt..
Allgemein ermöglicht die hydraulische Anlage mit den beiden Fluidräumen sowohl während des Ladezyklus als auch während des Endladezyklus und damit in beide mögliche Förderrichtungen der Druckmittelpumpe eine an- gepasste Vorspannung des Druckmittels, ohne insgesamt für den Betrieb des Verbrauchers hinderlich zu sein, im Sinne einer zu hohen Vorspannung des Druckmittels oder keiner Vorspannung desselben.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus dem Inhalt der Unteran- sprüche.
Der Niederdruck-Fluidraum und der Hochdruck-Fluidraum sind in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der hydraulischen Anlage Teil eines einzigen Doppelkolbenspeichers und somit in besonders kompakter Form in der hydraulischen Anlage angeordnet. Zudem kann die Nachspeiseeineinrichtung in einem Gehäuse, welches den Niederdruck-Fluidraum und den Hochdruck-Fluidraum, umschließt, angeordnet sein. Es ist vorteilhaft, die Nachspeiseeinrichtung als Kolben-Zylinder-Anordnung auszubilden, wobei ein einfach wirkender Kolben im Sinne eines Befüllens eines Arbeitsraumes der Kolben-Zylinder-Anordnung mit Druckmittel von einem Federelement vorgespannt sein kann. Das Federelement sorgt somit für eine automatische Füllung der Nachspeiseeinrichtung mit Druckmittel. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der betreffende Kolben in dem Hochdruck-Fluidraum nicht in einer, der Nachspeiseeinrichtung zugewandten Endstellung sich befindet, sondern der Hochdruck-Fluidraum in einem teilweise befüllten Zustand ist. Insbesondere erfolgt die Nachspeisung durch das Ventil, wenn es durch den Kolben geschaltet ist.
Die Nachspeiseeinrichtung bzw. der Arbeitsraum der Nachspeiseeinrichtung ist mit einer fluidführenden Verbindung zwischen dem Druckmittel- behälter und dem Niederdruck-Fluidraum dahingehend angebunden, dass jeweils in dem Teilabschnitt der fluidführenden Verbindung zwischen dem Druckmittelbehälter und der Nachspeiseeinrichtung bzw. der Nachspeiseeinrichtung und dem Niederdruck-Fluidraum ein Rückschlagventil angeordnet ist. Die beiden Rückschlagventile haben eine Öffnungsrichtung in dem Sinne, dass Druckmittel von dem Druckmittelbehälter in den Arbeitsraum der Nachspeiseeinrichtung und von dort in den Niederdruck-Fluidraum strömen kann, aber nicht umgekehrt. Die Nachspeiseeinrichtung stellt sich somit als von Rückschlagventilen in Abhängigkeit des Druckes in dem Hochdruck-Fluidraum gesteuerte Kolbenpumpe dar.
Eine Stößelstange oder ein fest mit dem Kolben der Nachspeiseeinrichtung verbundenes Bauteil wird dabei entgegen der Kraftrichtung der den Kolben beaufschlagenden Feder mit einer Schubkraft beaufschlagt. Die von dem Kolben des Hochdruck-Fluidraums auf die Stößelstange aufgebrachte Schubkraft verdrängt das Druckmittel in dem Arbeitsraum der Nachspeiseeinrichtung in Richtung auf den Niederdruck-Fluidraum. Ein Rückströmen des Druckmittels aus dem Niederdruck-Fluidraum ist durch das Rückschlagventil verhindert.
Der Hochdruck-Fluidraum und der Niederdruck-Fluidraum können vorteil- haft in einem Doppelkolbenspeicher zusammengefasst werden. Der Doppelkolbenspeicher weist eine Gehäuse auf, das mindestens zwei längsver- fahrbare Kolben aufnimmt. Die Kolben sind mit einem Kopplungselement miteinander verbunden, wobei das Kopplungselement selbst in einer mittleren Position längsverfahrbar durch eine Trennwand des Gehäuses geführt ist. Die Trennwand begrenzt mit den beiden benachbart gegenüberliegenden Kolben einen Hochdruck-Fluidraum und einen Niederdruck-Fluidraum, der mit dem Koppelungselement wirkverbunden ist und begrenzt zumindest mit dem Gehäuse zusammen ein Vorspannraum. Das Druckmittel in dem Niederdruck-Fluidraum kann zur Versorgung einer Vorsteuerungseinrichtung für die Fördermenge und Förderrichtung der Druckmittelpumpe dienen.
Das Koppel ungselement ist in einem besonders bevorzugten Ausführungs- beispiel als Koppelstange ausgebildet, deren Enden jeweils mit dem zugeordneten Kolben fest verbunden sind. Über den Doppelkolbenspeicher kann der gesamte Druckmittelstrom von der Druckmittelpumpe zu dem oder den Verbrauchern gelenkt sein. In der Koppelstange kann der Arbeitsraum für die Nachspeiseeinrichtung angeordnet sein. In die Koppelstange kann ein gehäusefester Kolben ragen, der bei einer Verfahrbewegung der Koppelstange das Volumen des durch ihn begrenzten Arbeitsraumes verändert. Der Kolben ist in der Art eines Hohlkolbens ausgebildet und vermag durch einen Kanal in Längsrichtung in seinem Inneren das Druckmittel aus dem Arbeitsraum zu führen oder in den Arbeitsraum einzubringen. Der Kolben des Hochdruck-Fluidraumes kann von einem Gasdruck eines Vorspannraumes, wie erwähnt, vorgespannt sein. Der Vorspannraum kann von einem Gasdruck in einer Gasversorgungseinrichtung beaufschlagt sein. Zu diesem Zweck ist der Vorspannraum von einer feststehenden Abschluss- wand des Gehäuses des Hochdruck-Fluidraumes oder des Doppelkolbenspeichers begrenzt. Die Abschlusswand weist vorzugsweise eine Anschlussstelle für die Gasversorgungseinrichtung auf, beispielsweise in der Art eines Stickstoffspeichers. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße hydraulische Anlage anhand verschiedener Ausführungsbeispiele nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer hydraulischen Anlage mit einer getrennten Anordnung eines Hochdruck-Fluidraumes von einem Niederdruck-Fluidraum, unter Einbezug einer Druckmittelpumpe mit Vörderrichtungsumkehr und variablem Fördervolumen;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer hydraulischen Anlage mit einer Anordnung des Hochdruck-Fluidraumes und des Nie- derdruck-Fluidraumes in einem gemeinsamen Gehäuse eines Doppelkolbenspeichers mit Betätigung des Kolbens der Nachspeiseeinrichtung durch einen Kolben in dem Niederdruck-Fluidraum;
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer hydraulischen Anlage gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 , wobei der Kolben der Nachspeiseeinrichtung von einer anderen Kolbenseite des Kolbens in dem Niederdruck-Fluidraum ansteuerbar ist;
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer hydraulischen Anlage mit einer Anordnung des Hochdruck-Fluidraumes und des Nie- derdruck-Fluidraumes in einem gemeinsamen Gehäuse eines Doppelkolbenspeichers, wobei ein Arbeitsraum der Nachspeiseeinrichtung in einem Koppelelement der beiden Kolben des Doppelkolbenspeichers angeordnet ist; und Fig. 5 ein abschließendes weiteres schematisches Schaltbild einer hydraulischen Anlage gemäß der Darstellung nach der Fig. 4, wobei ein gehäusefester Kolben der Nachspeiseeinrichtung durch eine Gehäusewand des Niederdruck-Fluidraumes geführt, sowie an dieser festgelegt ist.
In der Fig. 1 ist in einem schematischen Schaltbild teilweise eine hydraulische Anlage 1 für eine Arbeitsmaschine, beispielsweise in Form einer üblichen Baumaschine, dargestellt. Die hydraulische Anlage 1 weist eine Druckmittelpumpe 2 auf, die von einer Verbrennungskraftmaschine, bei- spielsweise in Form eines Dieselmotors, angetrieben sein kann. Die
Druckmittelpumpe 2 ist als in ihrer Förderrichtung umkehrbare Pumpe ausgebildet, deren Fördermenge zudem durch eine hydraulisch Vorsteuerungseinrichtung 21 entsprechend einstellbar ist. Stromauf ist auf der Hochdruckseite der Druckmittelpumpe 2 ein in der Art eines Kolbenspeichers ausgebildeter Hochdruck-Fluidraum 5 angeordnet. Der Hochdruck-Fluidraum 5 ist wiederum in einem zylinderförmigen Gehäuse 26 angeordnet, in dem ein Kolben 6 längsverfahrbar geführt ist. Der Kolben 6 kann durch verschiedenartige konstruktive Maßnahmen in Rich- tung auf den Hochdruck-Fluidraum 5 vorgespannt sein. Auf seiner Rückseite kann beispielsweise ein Arbeitsgas in Form von Stickstoffgas oder dergleichen wirken.
Die Druckmittelpumpe 2 entnimmt vorgespanntes Druckmittel 3 aus einem Niederdruck-Fluidraum 4, der in einem ebenfalls zylinderförmigen Gehäuse 27 angeordnet sein kann. Ein weiterer Kolben 7 ist in dem Gehäuse 27 ebenfalls axial verfahrbar angeordnet und mit einem Federelement oder Arbeitsgas in Richtung auf den Niederdruck-Fluidraum 4 hin vorgespannt. Die Druckmittelpumpe 2 entnimmt somit vorgespanntes Druckmittel 3 und fördert unabhängig von dem Druckmittelbedarf des Verbrauches oder der Mehrzahl an Verbrauchern stets vorgespanntes Druckmittel in den Hoch- druck-Fluidraum 5, so dass Kavitation in der hydraulischen Anlage vermieden ist. Zudem ist das in einer fluidführenden Verbindung 28 zwischen dem Niederdruck-Fluidraum 4 und der Druckmittelpumpe 2 vorgespannte fließende Druckmittel 3 geeignet, um Energie für die Vorsteuerungseinrich- tung 21 der Druckmittelpumpe 2 bereit zu stellen. So kann beispielsweise die Fördermenge durch die Betätigung einer hydraulischen Zylindereinheit und eines Kurvenringes, an dessen Innenseite Förderelemente der Druckmittelpumpe 2 abwälzen oder abgleiten, geändert werden. Die mit 27 bezeichnete Einrichtung braucht kein Kolbenspeicher zu sein und könnte auch aus einer anderen Art an Hydrospeicher bestehen.
Um zumindest ein iteratives Nachspeisen von Druckmittel 2 in den Niederdruck-Fluidraum 4 zu ermöglichen und um einen steten Betrieb der hydraulischen Anlage 1 mit vorgespannten Druckmittel 3 zu erreichen, ist eine Nachspeiseeinrichtung 8 vorgesehen.
In dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Nachspeiseeinrichtung 8 von dem Kolben 6 in dem Hochdruck-Fluidraum 5 betätigbar. Die Nachspeiseeinrichtung 8 ist als Kolben-Zylinder-Anordnung 1 1 ausge- bildet, wozu in einem verdickten Gehäusedeckel 29 ein einfach wirkender Kolben 12 in einem zylindrischen Arbeitsraum 13 verfahrbar angeordnet. Der Kolben 12 ist auf Rückseite von einem Federelement 14 in der Art einer Schraubendruckfeder mit einer Druckkraft beaufschlagt. Auf seiner anderen, gegenüberliegenden Seite weist der Kolben 12 eine Kolbenstange 30 auf, welche im Sinne eines Betätigungsteils in Richtung auf den Kolben 6 zugewandt in den Hochdruck-Fluidraum 5 ausmündet und im übrigen in dem Gehäusedeckel 29 gleitend geführt ist. In der in der Fig. 1 gezeigten Position des Kolbens 12 ist rückwärtiger Arbeitsraum 13 mit Druckmittel 3 befüllt. In einer Beschleunigungsphase der Druckmittelpumpe 2, in der in erhöhtem Maße Druckmittel 3 in den Hochdruck-Fluidraum 5 gefördert wird, bewegt sich der Kolben 6 in Betrachtungsrichtung der Fig. 1 gesehen nach oben und schiebt dabei die Kolbenstange 30 und den Kolben 12 der Nachspeiseeinrichtung 8 ebenfalls entgegen der Druckkraft des Federelementes 14 weiter nach oben. Die Federvorspannung der Druckfeder 14 kann auch derart gewählt sein, dass bei einer Aufwärtsbewegung des Kol- bens 6 das verdrängte Volumen reicht, um den Kolben 12 zu bewegen, ohne dass die beiden Kolben aneinanderstoßen müssten.
In einer fluidführenden Verbindung 15 von einem Druckmittelbehälter 9 in Form eines üblichen Tanks kommend, über die Nachspeiseeinrichtung 8 zu dem Niederdruck-Fluidraum 4 hin, sind zwei Rückschlagventile 16, 1 7 angeordnet. Das Rückschlagventil 16 ist zwischen dem Druckmittelbehälter 9 und dem Arbeitsraum 1 3 der Nachspeiseeinrichtung 8 angeordnet, mit einer Sperrlage in Richtung des Druckmittelbehälters 9 gesehen und mit einer entgegengesetzten Öffnungsrichtung, also in Richtung auf die Nachspeise- einrichtung 8 zu. Das weitere Rückschlagventil 1 7 ist zwischen der Nachspeiseeinrichtung 8 und dem Niederdruck-Fluidraum 4 angeordnet, wobei die Sperrrichtung in Richtung der Nachspeiseeinrichtung 8 erfolgt und die gegenüberliegenden Öffnungsrichtung in Richtung des Niederdruck-Fluid- raumes 4 vorgesehen ist. Im Hinblick auf die insoweit vorgesehenen Öff- nungs- und Sperrrichtungen der beiden Rückschlagventile 16, 1 7 ist sichergestellt, das bei dem Arbeitshub des Kolbens 12 Druckmittel 3 von der Nachspeiseeinrichtung 8 in den Niederdruck-Fluidraum 4 gefördert wird. Dies geschieht bei jedem Lastwechsel bzw., bei jeder Beschleunigungsphase der Druckmittelpumpe 2. Die Rückschlagventile 16, 1 7 verhindern auch insoweit ein ungewolltes Rückströmen des Druckmittels 3 von dem Nie- derdruck-Fluidraum 4 in den Hochdruck-Fluidraum 13 und weiter in Richtung des Druckmittelbehälters 9.
In den Fig. 2 bis 5 sind weitere Ausführungsbeispiele der Anordnung des Hochdruck-Fluidraumes 5 und des Niederdruck-Fluidraumes 4 gezeigt. Die genannten Fluidräume sind hierbei in der Bauform eines Doppelkolbenspeichers 10 zusammengefasst. Dabei weist ein zylinderförmiges Gehäuse 18 des Doppelkolbenspeichers 10 eine etwa in dessen axialer Mitte angeordnete Trennwand 20 auf. Zu beiden Seiten der Trennwand 20 befinden sich die Fluidräume 4, 5. In den gezeigten Fig. 2 bis 5 sind auf der in der jeweiligen Betrachtungsrichtung linken Seite ein Hochdruck-Fluidraum 5 und auf der rechten Seite ein Niederdruck-Fluidraum 4 angeordnet. In jedem Fluidraum ist ein Kolben 6, 7 axial verfahrbar angeordnet. Zwischen den Kolben 6, 7 und der Trennwand 20 befindet sich jeweils der Hoch- druck-Fluidraum 5 (linke Seite) und der Niederdruck-Fluidraum 4 (rechte Seite). Die Kolben 6, 7 sind mit Hilfe eines als zylindrische Kolbenstange ausgebildeten Koppelelements 19 fest miteinander verbunden, so dass ihr axialer Verfahrweg im Gegensatz zu den Kolben in der Fig. 1 immer gemeinsam im Sinne einer Zwangsanbindung in dieselbe, aber wechselnde Richtung, über dieselbe Wegstrecke erfolgt. Ferner ist die Koppelstange 22 mit Dichtelementen 31 in der Trennwand 20 abgedichtet geführt.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 bis 5 ist der Kolben 6 in dem Hochdruck-Fluidraum 5 auf seiner, der Kolbenstange 22 abgewandten Seite, mit einem Arbeitsgas aus einem Druckspeicher 25 stammend vorgespannt. Die Stirnwand 32 des insoweit gebildeten Vorspannraumes 24 weist zu diesem Zwecke eine Anschlussstelle 33 auf. Der Druck in dem Vorspannraum 24 ist vorgebbar. Der Niederdruck-Fluidraum 4 ist in allen gezeigten Ausführungsbeispielen beginnend mit der Fig. 2, in prinzipiell gleicher Weise wie der Hochdruck-Fluidraum 5 ausgelegt, die im übrigen beide vergleichbare Speichervolumen aufweisen. Die Nachspeiseeinrich- tung 8, die über Rückschlagventile 16, 1 7 das Druckmittel 3 aus dem Druckmittelbehälter 9 entnimmt ist in einer Stirnwand 34 des Gehäuses 18 des Doppelkolbenspeichers 10 angeordnet. Die Stirnwand 34 ist der Stirnwand 32 diametral gegenüberliegend angeordnet. Ferner ist der mit dem Druckmittel 3 befüllte Niederdruck-Fluidraum 4 zwischen dem Kolben 7 und der Trennwand 20 des Doppelkolbenspeichers 10 angeordnet. Aus dem Niederdruck-Fluidraum 4 entnimmt die Druckmittelpumpe 2 das Druckmittel 3 und fördert es in den Hochdruck-Fluidraum 5, wobei die dahingehende Förderrichtung insoweit auch umkehrbar ist, so dass eine Flu- idströmung in entgegengesetzter Richtung auch kurzzeitig erfolgen kann.
In den Fig. 1 bis 5 sind die Gesamtvolumina der Fluidräume bestehend aus Vorspannraum, Hochdruck- und Niederdruck-Fluidraum, sowie dem jeweils rückseitigen Raum an den Kolben im wesentlichen gleich groß.
Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist als wesentlicher Unterschied zu dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Nachspeiseeinrichtung 8 unmittelbar in der Trennwand 20 angeordnet, so dass die Koibenstangenseite des Kolbens 7 die Kolbenstange 30 des Kolbens 12 der Kolben-Zylinder-Anordnung betätigen kann. Die Rückschlagventile 16, 1 7 sind dabei in vorteilhafter Weise in der Gehäusewand des Gehäuses 18 oder in der Trennwand 20 an geeigneter Stelle integriert. Dasselbe gilt für die fluidführende Verbindung 15. Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils schematische Längsschnitte durch den
Doppelkolbenspeicher 10 in geänderten Ausführungsformen, dessen Nachspeiseeinrichtung 8 zum Leckölausgleich und zur Nachspeisung von Druckmittel 3 in den Niederdruck-Fluidraum 4 in anderer Weise als diejenigen Nachspeiseeinrichtungen 8, wie sie in den Fig. 1 bis 3 aufgezeigt sind, ausgebildet ist. Der Arbeitsraum 13 der Nachspeiseeinrichtung 8 ist hierbei in dem Koppelelement 19 angeordnet. Der Arbeitsraum 13 ist als langgestreckter, im Wesentlichen über die gesamte Länge der Koppelstange 22 verlaufender, schmaler Zylinder- oder Arbeitsraum 13 ausgebildet. In den Arbeitsraum 13 ragt entweder von der Stirnwand 34 des Gehäuseteiles für den Niederdruck-Fluidraum 4 oder von der Stirnwand 32 des Hochdruck-Fluidraumes 5 ausgehend der stabförmige Kolben 12 hinein. Der Kolben 12 ist fest in der jeweiligen Stirnwand 32, 34 angeordnet, so dass durch die Verfahrbewegung der Koppelstange 22 das Volumen des Arbeitsraumes 13 geändert wird. Der Kolben 12 ist als Hohlkolben 23 ausgebildet, wobei ein durchgehender Kanal in Längsrichtung des Kolbens 12 von dem Druckmittelbehälter 9 zu dem Arbeitsraum 13 und über ein in der Koppelstange 22 angeordnetes Rückschlagventil 1 7 in den Niederdruck-Fluidraum 4 führt. Ein weiteres Rückschlagventil 16 ist zwischen dem Druckmittelbehälter 9 und der Nachspeiseeinrichtung 8 vorgesehen. Die Rückschlagventile 16, 1 7 öffnen vom Fluiddruck abhängig in gleicher Weise wie vorstehend bereits beschrieben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Hydraulische Anlage, insbesondere für Nutzfahrzeug, wie eine Baumaschine, mit einer Druckmittelpumpe (2), die einen Verbraucher mit Druckmittel (3) versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelpumpe (2) ein Druckmittel (3) von einem Niederdruck-Fluidraum (4) der hydraulischen Anlage (1) entnimmt und in einen Hochdruck-Fluid- raum (5) fördert, der zwischen einem Verbraucher und der Druckmittelpumpe (2) angeordnet ist und dass durch eine Verfahrbewegung ei- nes Kolbens (6, 7) in dem Hochdruck-Fluidraum (5) oder dem Niederdruck-Fluidraum (4) eine Nachspeiseeinrichtung (8) betätigbar ist, wodurch Druckmittel (3) aus einem Druckmittelbehälter (9) stammend in den Niederdruck-Fluidraum (4) nachgespeist ist.
2. Hydraulische Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruck-Fluidraum (4) und der Hochdruck-Fluidraum (5) in einem Doppelkolbenspeicher (10) zusammengefasst sind.
Hydraulische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachspeiseeinrichtung (8) eine Kolben-Zylinder-Anordnung (1 1 ) ist und dass ein einfach wirkender Kolben (12) im Sinne eines Befüllens eines Arbeitsraumes (13) der Kolben-Zylinder-Anordnung (1 1) mit Druckmittel (3) von einem Energiespeicher (Federelement 14) vorgespannt ist.
Hydraulische Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer fluidführenden Verbindung (15) zwischen dem Druckmittelbehälter (9) und der Nachspeiseeinrichtung (8) und zwischen der Nachspeiseeinrichtung (8) und dem Niederdruck-Fluidraum (4) jeweils ein Rückschlagventil (16, 1 7) angeordnet ist, die einen Druckmit- telstrom von dem Druckmittelbehälter (9) zu dem Niederdruck- Fluidraum (4) ermöglicht.
Hydraulische Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachspeiseeinrichtung (8) von den Kolben (6, 7) in dem Hochdruck-Fluidraum (5) oder dem Niederdruck-Fluidraum (4) des Doppelkolbenspeichers (10) betätigbar ist.
Hydraulische Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelkolbenspeicher (10) ein Gehäuse (18) aufweist, in dem mindestens zwei längsverfahrbare Kolben (6, 7) angeordnet sind, die jeweils mit einem benachbart gegenüberliegenden Kolben (7, 6) über ein Koppelelement (19) miteinander verbunden sind, das längsverf ahrbar in einer Trennwand (20) des Gehäuses (18) geführt ist, dass die Trennwand (20) des Gehäuses (18) mit den beiden benachbart gegenüberliegenden Kolben (6, 7) den Hochdruck-Fluidraum (5) und den Niederdruck-Fluidraum (4) begrenzen, und dass die Nachspeiseeinrichtung (8) in dem Gehäuse (18) oder in dem Koppelelement (19) angeordnet ist.
Hydraulische Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittel (3) in dem Niederdruck- Fluidraum (4) zur Versorgung einer Vorsteuerungseinrichtung (21 ) für die Fördermenge und Förderrichtung der Druckmittelpumpe (2) und/oder für einen Leckölausgleich dient.
Hydraulische Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (19) aus einer Koppelstange (22) gebildet ist, deren Enden jeweils mit dem zugeordneten Kolben (6, 7) fest verbunden sind und dass in der Koppelstange (22) der Arbeitsraum (13) der Kolben-Zylinder-Anordnung (1 1) angeordnet ist, in den ein gehäusefester Hohlkolben (23) ragt, der von der fluidführenden Verbindung (15) von dem Druckmittelbehälter (9) ausgehend in Richtung zu der Nachspeiseeinrichtung (8) durchgriffen ist.
Hydraulische Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolben (6) des Doppelkolbenspeichers (10) einen Vorspannraum (24) mit einem vorgebbaren Gasinnendruck begrenzt und dass der Vorspannraum (24) mit einem Druckspeicher (25) verbunden ist.
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