[0001] Die Erfindung betrifft eine hydraulische Druckversorgungseinheit, mit zwei abwechselnd
druckbeaufschlagten Ausgängen, mit einer reversierbare Pumpeneinheit mit zumindest
zwei Pumpen und einem alle Pumpen gemeinsam antreibenden reversierbaren Elektromotor,
allenfalls mit gegenseitig entsperrenden Rückschlagventilen vor den Ausgängen, sowie
einer Versorgung für Hydraulikmedium, wobei eine Pumpe als Niederdruckpumpe und eine
Pumpe als Hochdruckpumpe ausgelegt ist, wobei die druckbeaufschlagten Ausgänge beider
Pumpen an den gleichen Ausgang der Druckversorgungseinheit gelegt sind, weiters eine
elektrohydraulische Arbeitseinheit, umfassend einen doppeltwirkenden hydraulischen
Arbeitszylinder, eine elektrohydraulische Druckversorgungseinheit zur abwechselnden
Druckbeaufschlagung jeweils eines Arbeitsraumes des Arbeitszylinders, sowie einen
Anschluß für die externe Stromversorgung.
[0002] Für vielerlei Anwendungen bei hydraulischen Systemen besteht die Anforderung, einen
Verbraucher mit zwei Anschlüssen wechselweise an beiden Anschlüssen mit Hydraulikmedium
zu versorgen. Beispielsweise ist als Verbraucher oftmals ein hydraulischer Arbeitszylinder
vorgesehen, dessen beide Arbeitsräume wechselweise mit Druck beaufschlagt werden sollen.
Diese wechselweise Druckbeaufschlagung kann einerseits über Umschaltventilanordnungen,
aber auch in einfacherer Art über reversierbare Pumpenanordnungen erzielt werden.
Derartige Systeme sind, beispielsweise aus der
DE 197 16 081 C1 bekannt und werden vielfach eingesetzt.
[0003] Bei vielen Anwendungen hydraulischer Systeme ist gefordert, daß zu bestimmten Zeiten
oder unter bestimmten Bedingungen der Druck unterschiedliche Niveaus annimmt, ein
allenfalls angeschlossener Arbeitszylinder also unterschiedliche Kraft ausübt. Beispielsweise
ist oftmals für den größten Teil des Arbeitshubes des Arbeitszylinders keine sehr
große Kraft erforderlich, jedoch eine rasche Bewegung erwünscht. Sobald die Last zu
wirken beginnt, muss der Arbeitszylinder dann mit hoher Kraft bewegt werden, wobei
der Weg der Last oft nur einen geringen Teil des gesamten Arbeitshubes ausmacht. In
der
US 6 886 332 B2 ist ein System wie eingangs beschrieben geoffenbart, bei welchem jedoch nur eine
Seite der Druckverborgungseinheit die gewünschte Funktionalität des zweistufigen Betriebs
bietet. Die beiden Anschlüsse der Druckversorgungseinheit sind durch die Steuerleitung
für das auf lediglich einer Seite der Pumpenanordnung vorgesehene, entsperrbare Rückschlagventil
zwischen den beiden Pumpen nicht mehr unabhängig. Auch werden beide Pumpen über die
gleiche Leitung aus dem Tank versorgt. Ein ähnliches System ist auch in der
US 3 864 911 beschrieben.
[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher eine Druckversorgungseinheit, mit
welcher bis zum Erreichen eines vorgebbaren Druckniveaus eine große Menge an Hydraulikmedium
zur Verfügung gestellt werden kann, während nach Erreichen dieses Druckniveaus Hydraulikmedium
mit großem Druck zur Verfügung gestellt werden kann, wobei diese Funktion an zwei
in einfacher Weise abwechselnd druckbeaufschlagten Ausgängen erfüllt ist. Eine weitere
Aufgabe war dann eine hydraulische Arbeitseinheit, deren Arbeitszylinder einfach reversierbar
in beide Richtungen zuerst rasch verfahren werden kann, wobei anschließend bei Erhöhung
der Last, welche auch stationär anliegen kann, der Arbeitszylinder eine hohe Kraft
ausübt.
[0005] Zur Lösung der ersten Aufgabe ist die Druckversorgungseinheit dadurch gekennzeichnet,
daß beide Ausgänge der Hochdruckpumpe von der Niederdruckpumpe durch Rückschlagventile
getrennt sind und jede Pumpe über ein eigenes Wechselventil mit der Versorgung für
Hydraulikmedium verbunden ist, und daß beide Ausgänge der Niederdruckpumpe über Druckschaltventile
mit dem Tank verbindbar sind, wobei die Steueranschlüsse der Druckschaltventile mit
den Ausgängen der Hochdruckpumpe derart verbunden sind, daß der Steueranschluß desjenigen
Druckschaltventils auf der aktuell druckbeaufschlagten Seite vom aktuell druckbeaufschlagten
Ausgang der Hochdruckpumpe beaufschlagt wird. Mit dieser Schaltung stellt die Druckversorgungseinheit
für beide Ausgänge der Anordnung solange die Fördermenge beider Pumpen an Hydraulikmedium
zur Verfügung, bis im System das vorzugsweise einstellbare Druckniveau erreicht ist,
bei welchem das Druckschaltventil anspricht. Dann wird die Niederdruckpumpe durch
dieses Ventil weggeschaltet und der Verbraucher dann nur noch mit dem Fördervolumen
der Hochdruckpumpe versorgt. In einfacher Art und Weise kann unter Vermeidung von
Umschaltventilen diese Funktionalität durch einfaches Reversieren der Drehrichtung
der Pumpen an beiden Ausgängen der Druckversorgungseinheit erzielt werden, wobei die
Rückschlagventile zwischen den verschiedenen Druckstufen der Druckversorgungseinheit
auf beiden Seiten der Pumpen unabhängig von der jeweiligen anderen Seite arbeiten.
Dadurch ist größtmögliche Unabhängigkeit und damit Flexibilität für die Auslegung
der Druckversorgungseinheit auf beiden Seiten gewährleistet. Auch kann der für den
Antrieb der Pumpen verwendete Elektromotor gerade für den gewünschten höchsten Systemdruck,
d.h. für die Hochdruckpumpe, ausgelegt werden, da auf geringeren Druckniveaus selbst
bei Betrieb beider Pumpen parallel mit dem gleichen Motor das Auslangen gefunden werden
kann.
[0006] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest
eines, vorzugsweise beide, der Druckschaltventile einen unabhängig vom anderen Druckschaltventil
einstellbaren Schaltpunkt aufweist. Damit können an beiden Ausgängen unterschiedliche
Charakteristika eingestellt werden.
[0007] Vorzugsweise sind die Pumpen als Konstantpumpen ausgeführt, was das System in Bezug
auf Fertigung als auch Betrieb wesentlich vereinfacht.
[0008] Um eine möglichst autarke Einheit zu erhalten, kann gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung vorgesehen sein, daß ein Tank für das Hydraulikmedium in die Druckversorgungseinheit
integriert und jede Pumpe mit einem eigenen Wechselventil zur Druck-Tank-Umschaltung
verbunden ist.
[0009] Zur Lösung der zweiten Aufgabe ist eine elektrohydraulische Arbeitseinheit, mit einem
doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinder, dessen Arbeitsräume abwechselnd mit
Druck beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgungseinheit
gemäß einem der vorhergehenden Absätze ausgebildet und jeder Arbeitsraum des Arbeitszylinders
mit immer dem gleichen Ausgang der Druckversorgungseinheit verbunden ist. Damit kann
bei einfacher Ansteuerung ohne komplizierte Umschaltventilanordnung und kompakter
Ausführung für den Arbeitszylinder ein schneller Eilgang durch vorerst Versorgung
mit Hydraulikmedium durch beiden Pumpen gemeinsam und anschließend ein hohes Kraftniveau
erzielt werden, wenn durch die Erhöhung der Last am Arbeitszylinder das Druckniveau
soweit ansteigt, daß die Niederdruckpumpe weggeschaltet wird. Die Fördermenge wird
dann auf die durch die Hochdruckpumpe zur Verfügung gestellte Menge reduziert.
[0010] Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Arbeitszylinder
als Differentialzylinder ausgeführt ist. Dabei kann, um die gleichen Charakteristika
bezüglich Hubgeschwindigkeit und Kraftniveaus in beiden Bewegungsrichtungen des Arbeitszylinders
zu erzielen, eine entsprechend gegengleiche Einstellung der Schaltpunkte der Druckschaltventile
vorteilhaft sein.
[0011] Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, daß der Arbeitszylinder
als Gleichgangzylinder mit auf beiden Seiten ausfahrbaren Kolbenstangen ausgebildet
ist. In diesem Fall kann in einfacher Art und Weise das System vollkommen symmetrisch
ausgeführt sein. Andererseits kann natürlich bei beiden Arten von Arbeitszylindern
eine unterschiedliche Kraft/Weg-Charakteristik in den unterschiedlichen Bewegungsrichtungen
auch aufgrund unterschiedlicher Anforderungen, beispielsweise hohe Kraftausübung nur
in einer Richtung erforderlich, vorgesehen sein.
[0012] Um die sichere Haltewirkung durch den Arbeitszylinder bei Ausfall oder Stillstand
der Druckversorgungseinrichtung und andererseits den ungehinderten Arbeitshub sicherzustellen,
sind gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in den Verbindungsleitungen
zwischen der Pumpeneinheit der Druckversorgungseinheit und den Arbeitsräumen des Arbeitszylinders
durch den Druck in der jeweils anderen Leitung entsperrbare Rückschlagventile vorgesehen.
[0013] In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden.
[0014] Die Zeichnungsfigur zeigt den hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen elektrohydraulischen
Arbeitseinheit, wie sie für verschiedenste Anwendungen zum Einsatz kommen kann.
[0015] Wie in der Zeichnungsfigur zu ersehen ist, besteht die elektrohydraulische Arbeitseinheit
aus zumindest einem Arbeitszylinder 1, dessen beide Arbeitsräume 2, 3, wechselweise
mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden und derart den Kolben 4 und die Kolbenstange
5 aus- bzw. einfahren. Nicht dargestellt ist ein Anschluß für die externe Stromversorgung.
Natürlich sind, neben der Ausführung des Arbeitszylinders 1 als Differentialzylinder,
auch andere Arten von Arbeitszylindern 1 möglich, beispielsweise Gleichgangzylinder
mit auf beiden Seiten ausfahrbaren Kolbenstangen. Vorteilhafterweise sind in den Verbindungsleitungen
6, 7 zu den Arbeitsräumen 2, 3 des Arbeitszylinders 1 durch den Druck in der jeweils
anderen Leitung 7 bzw. 6 entsperrbare Rückschlagventile 8 in an sich bekannter Ausführung
vorgesehen. Diese Rückschlagventile 8 können als separate Bauteile in den Leitungen
6, 7, aber auch am Arbeitszylinder 1 selbst oder auch integriert in der nachfolgend
beschriebenen Druckversorgungseinheit vorgesehen sein.
[0016] Die hydraulische Druckversorgungseinheit in der dargestellten Ausführungsform, die
vorteilhafterweise in derartigen Arbeitseinheiten verwendet werden kann, weist zwei
abwechselnd druckbeaufschlagte Ausgänge auf, die durch die Leitungen 6, 7, gebildet
oder mit diesen Leitungen 6, 7 verbunden sind. Eine reversierbare Pumpeneinheit mit
zumindest zwei Pumpen 9, 10 und einem alle Pumpen 9, 10 gemeinsam antreibenden reversierbaren
Elektromotor 11 ist für die Förderung und den Druckaufbau im Hydraulikmedium des Systems
vorgesehen. Die Druckversorgungseinheit kann entweder an eine externe Versorgung für
Hydraulikmedium angeschlossen sein oder mit einem in die Einheit integrierten Tank
12 (in der Zeichnungsfigur doppelt dargestellt, um die Darstellung zu vereinfachen)
versehen sein, wodurch die Einheit bestmöglich autark betreibbar ist.
[0017] Damit nun bis zum Erreichen eines vorgebbaren Druckniveaus im System und damit einer
vorgebbaren Kraft des Arbeitszylinders 1 eine große Menge an Hydraulikmedium zur Verfügung
gestellt werden kann, womit ein Eilgang für den Arbeitszylinder 1 erzielt wird, während
nach Erreichen dieses Druckniveaus Hydraulikmedium mit großem Druck zur Verfügung
gestellt werden kann, ist eine der Pumpen 10 als Niederdruckpumpe und eine andere
Pumpe 9 als Hochdruckpumpe ausgelegt, wobei die druckbeaufschlagten Ausgänge beider
Pumpen 9, 10 an den gleichen Ausgang 6 bzw. 7 der Druckversorgungseinheit gelegt sind.
Damit addieren sich die Fördermengen beider Pumpen 9, 10 und es wird viel Hydraulikmedium
in die Arbeitsräume 2 bzw. 3 gefördert, so daß Kolben 4 und Kolbenstange 5 bei wenig
Last rasch ein- oder ausgefahren werden.
[0018] Die Hochdruckpumpe 9 ist von der Niederdruckpumpe 10 durch in Richtung der Niederdruckpumpe
10 sperrende Rückschlagventile 13 getrennt. Jede Pumpe 9, 10 ist auch über ein eigenes
Wechselventil 14, 15 mit der Versorgung für Hydraulikmedium bzw. dem Tank 12 verbunden.
[0019] Die beiden Ausgänge der Niederdruckpumpe 10 sind über jeweils ein Druckschaltventil
16, 17 mit dem Tank 12 verbindbar, wobei die Steueranschlüsse der Druckschaltventile
16, 17 mit den Ausgängen der Hochdruckpumpe 9 derart verbunden sind, daß der Steueranschluß
desjenigen Druckschaltventils 16, 17 auf der aktuell druckbeaufschlagten Seite auch
vom aktuell druckbeaufschlagten Ausgang der Hochdruckpumpe 9 beaufschlagt wird. Damit
liegt am jeweiligen Steueranschluß des Druckschaltventils 16, 17 der jeweils in der
Leitung 6 bzw. 7 herrschende Systemdruck an, der die Lastverhältnisse an der Kolbenstange
5 des Arbeitszylinders 1 widerspiegelt.
[0020] Sobald beispielsweise die Last beim Ausfahren der Kolbenstange größer wird bremst
diese den Hub des Arbeitszylinders 1 und der Druck in der den Arbeitsraum 2 beaufschlagenden
Leitung 6 wächst solange an, bis der Schaltpunkt des Druckschaltventils 16 erreicht
ist und dieses die Verbindung zwischen Niederdruckpumpe 10 und Tank 12 freigibt. Durch
das Rückschlagventil 13 kann das von der Hochdruckpumpe 9 geförderte Hydraulikmedium
nicht in den Tank 12 abströmen, sondern wird weiter zum Arbeitsraum 2 gefördert, in
dem sich nun der höhere Druck einstellt, so daß der Arbeitszylinder 1 die Last mit
hoher Kraft beaufschlagt.
[0021] Um unsymmetrische Geschwindigkeits- und/oder Lastverhältnisse am Arbeitszylinder
1 berücksichtigen zu können, oder auch um die Unterschiede von Differentialzylindern
ausgleichen zu können, weist vorzugsweise zumindest eines der Druckschaltventile 16,
17 einen unabhängig vom anderen Druckschaltventil 17, 16 einstellbaren Schaltpunkt
auf.
[0022] Die Pumpen 9, 10 sind vorzugsweise als Konstantpumpen ausgeführt und das Fördervolumen
der Niederdruckpumpe 10 ist größer oder gleich dem Fördervolumen der Hochdruckpumpe
9. Die Begriffe Hochdruckpumpe 9 und Niederdruckpumpe 10 sind im relativen Verhältnis
der von den Pumpen 9, 10 erzeugbaren Drücke zu sehen, das ja auch durch die Motorleistung
des Antriebs 11 der Pumpen beeinflusst ist.
1. Hydraulische Druckversorgungseinheit, mit zwei abwechselnd druckbeaufschlagten Ausgängen
(6, 7), mit einer reversierbare Pumpeneinheit mit zumindest zwei Pumpen (9 10) und
einem alle Pumpen gemeinsam antreibenden reversierbaren Elektromotor (11), allenfalls
mit gegenseitig entsperrenden Rückschlagventilen (8) vor den Ausgängen, sowie einer
Versorgung für Hydraulikmedium, wobei eine Pumpe als Niederdruckpumpe (10) und eine
Pumpe als Hochdruckpumpe (9) ausgelegt ist, wobei die druckbeaufschlagten Ausgänge
beider Pumpen an den gleichen Ausgang (6, 7) der Druckversorgungseinheit gelegt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Ausgänge der Hochdruckpumpe (9) von der Niederdruckpumpe (10) durch Rückschlagventile
(10, 13) getrennt sind und jede Pumpe (9, 10) über ein eigenes Wechselventil (14,
15) mit der Versorgung für Hydraulikmedium verbunden ist, und daß beide Ausgänge der
Niederdruckpumpe (10) über Druckschaltventile (16, 17) mit dem Tank (12) verbindbar
sind, wobei die Steueranschlüsse der Druckschaltventile (16, 17) mit den Ausgängen
der Hochdruckpumpe (9) derart verbunden sind, daß der Steueranschluß desjenigen Druckschaltventils
(16, 17) auf der aktuell druckbeaufschlagten Seite vom aktuell druckbeaufschlagten
Ausgang der Hochdruckpumpe (9) beaufschlagt wird.
2. Druckversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines, vorzugsweise beide, der Druckschaltventile (16, 17) einen unabhängig
vom anderen Druckschaltventil einstellbaren Schaltpunkt aufweist.
3. Druckversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (9, 10) als Konstantpumpen ausgeführt sind.
4. Druckversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tank (12) für das Hydraulikmedium in die Druckversorgungseinheit integriert und
jede Pumpe (9, 10) mit einem eigenen Wechselventil (14, 15) zur Druck-Tank-Umschaltung
verbunden ist.
5. Elektrohydraulische Arbeitseinheit, umfassend einen doppeltwirkenden hydraulischen
Arbeitszylinder (1), eine elektrohydraulische Druckversorgungseinheit zur abwechselnden
Druckbeaufschlagung jeweils eines Arbeitsraumes (2, 3) des Arbeitszylinders, sowie
einen Anschluß für die externe Stromversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet und jeder
Arbeitsraum (2, 3) des Arbeitszylinders (1) mit immer dem gleichen Ausgang (6, 7)
der Druckversorgungseinheit verbunden ist.
6. Arbeitseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (1) als Differentialzylinder ausgeführt ist.
7. Arbeitseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (1) als Gleichgangzylinder mit auf beiden Seiten ausfahrbaren
Kolbenstangen (5) ausgebildet ist.
8. Arbeitseinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsleitungen (6, 7) zwischen der Pumpeneinheit (9, 10) der Druckversorgungseinheit
und den Arbeitsräumen (2, 3) des Arbeitszylinders (1) durch den Druck in der jeweils
anderen Leitung entsperrbare Rückschlagventile (8) vorgesehen sind.