[0001] Die Erfindung betrifft eine hydraulische Anordnung mit einer Arbeitspumpe zum Fördern
eines Hydraulikmediums in Richtung einer hydraulischen Arbeitslast.
[0002] Bei einer derartigen Anordnung ist an die Arbeitspumpe eingangsseitig oftmals ein
Saugsieb hydraulisch angeschlossen, um unerwünschte Partikel von der Arbeitspumpe
und von den an die Arbeitspumpe angeschlossenen Hydraulikleitungen fernzuhalten. Das
Saugsieb kann einen Druckabfall erzeugen, der unter Umständen den Saugdruck an der
Eingangsseite der Arbeitspumpe beeinflusst.
[0003] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Betriebsverhalten der Arbeitspumpe
einer hydraulischen Anordnung auf technisch einfache Weise zu verbessern.
[0004] Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
[0005] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung
gehen aus den Unteransprüchen hervor.
[0006] Gemäß Patentanspruch 1 umfasst die hydraulische Anordnung eine Arbeitspumpe zum Fördern
eines Hydraulikmediums (z.B. Öl) in Richtung einer hydraulischen Arbeitslast, welche
als hydraulischer Verbraucher wirkt. Weiterhin weist die hydraulische Anordnung einen
Hydrauliktank und eine Hilfspumpe auf. Der Hydrauliktank weist einen Tankausgang für
einen hydraulischen Anschluss der Eingangsseite der Arbeitspumpe auf, sodass die Arbeitspumpe
eingangsseitig an den Hydrauliktank hydraulisch angeschlossen ist. Die Hilfspumpe
ist im Hydrauliktank gelagert und bewirkt abhängig von einer Steuerung (z.B. eines
zugehörigen elektrischen Antriebs) einen Hydraulikfluss in Richtung des Tankausganges.
[0007] Mittels der Steuerung kann die Hilfspumpe bedarfsweise aktiviert werden. Die Hilfspumpe
kann deshalb beispielsweise einen unerwünschten Druckabfall an der Eingangsseite der
Arbeitspumpe kompensieren, indem diese bei Detektion eines entsprechenden Druckabfalles
an der Arbeitspumpe aktiv Hydraulikmedium in Richtung des Tankausganges pumpt. Außerdem
kann die Hilfspumpe nach Art einer Ladefunktion die Arbeitspumpe aktiv unterstützen,
wenn letztere in der Kaltstartphase das noch nicht betriebswarme Hydraulikmedium ansaugt.
Somit können mit der Hilfspumpe gezielt etwaige zu niedrige Saugdrücke an dem Eingang
der Arbeitspumpe vermieden werden. Dies wiederum erlaubt den hydraulischen Anschluss
von Saugsieben selbst mit besonders feinmaschigen Siebgittern an der Eingangsseite
der Arbeitspumpe ohne die Gefahr zu niedriger Saugdrücke. Insgesamt kann durch die
Hilfspumpe auf technisch einfache Weise gewährleistet werden, dass einerseits unerwünschte
Partikel und andere Fremdkörper zuverlässig von der Arbeitspumpe ferngehalten werden
und andererseits zu niedrige Saugdrücke zuverlässig vermieden werden.
[0008] Die Arbeitspumpe ist beispielsweise als selbstsaugende Pumpe ausgebildet. Insbesondere
ist die Arbeitspumpe als Axialkolbenpumpe, Flügelzellenpumpe oder Zahnradpumpe ausgebildet.
[0009] Vorzugsweise erfolgt eine Steuerung des Betriebes der Hilfspumpe in Abhängigkeit
von mindestens einer erfassten physikalischen Größe der Arbeitspumpe und/oder des
Hydraulikmediums und/oder der Hilfspumpe und/oder eines Fahrzeugsystems und/oder der
Umgebung. Diese Steuerung ermöglicht einen bedarfsweisen Betrieb der Hilfspumpe, wodurch
letztere innerhalb der hydraulischen Anordnung sehr effizient und energiesparend betrieben
werden kann.
[0010] Als physikalische Größen kommen beispielsweise folgende Größen in Betracht:
- i) ein eingangsseitiger Saugdruck der Arbeitspumpe,
- ii) eine Größe, welche einen Zustand oder eine technische Qualität des Hydraulikmediums
(z.B. Temperatur, Fließverhalten, Volumenstrom, fließende Hydraulikmenge) repräsentiert,
- iii) ein elektrischer Pumpenstrom eines elektrischen Antriebs der Hilfspumpe, und/oder
- iv) eine Größe, welche eine Kühlmitteltemperatur eines Fahrzeugantriebssystems oder
eine Umgebungstemperatur repräsentiert.
[0011] Die physikalischen Größen werden insbesondere durch eine geeignete Sensorik erfasst
oder ermittelt. Die Sensorsignale können in einer geeigneten Steuereinheit verarbeitet,
z.B. mit vordefinierten Schwellenwerten verglichen werden. Aus dem Verarbeitungs-
bzw. Vergleichsergebnis können Steuersignale zur Ansteuerung des elektrischen Antriebs
der Hilfspumpe abgeleitet werden. Außerdem können einzelne Sensorsignale dazu genutzt
werden, einer von der Steuereinheit angesteuerten Anzeigeeinheit (z.B. optisch und/oder
akustisch) eine Information bezüglich eines notwendigen Ölwechsels zu übermitteln.
Hierdurch können Service- und Wartungsintervalle individuell an den tatsächlichen
Betriebszustand der hydraulischen Anordnung angepasst werden. Die Wartungsarbeiten
der hydraulischen Anordnung können somit bedarfsgerechter und kostensparender durchgeführt
werden.
[0012] Darüber hinaus kann eine Erfassung oder Messung des Pumpenstromes einer elektrisch
angetriebenen Hilfspumpe dazu dienen, indirekt den Beladungsgrad einer Filtereinheit
zu ermitteln, welche an der Hilfspumpe ausgangsseitig hydraulisch angeschlossen ist
und von dem Hydraulikmedium durchströmt wird. Abhängig von den ermittelten Werten
des Pumpenstromes kann wiederum über die bereits erwähnte Steuereinheit und über die
von ihr angesteuerte Anzeigeeinheit signalisiert werden, dass ein Austausch dieser
Filtereinheit erforderlich ist.
[0013] Ein energiesparender Betrieb der Hilfspumpe wird weiter unterstützt, indem diese
vorzugsweise durch einen Elektromotor angetrieben wird. Dieser Elektromotor wiederum
kann bedarfsweise sehr präzise und effizient von der oben erläuterten Steuereinheit
angesteuert werden. Zudem kann der elektrische Pumpenantrieb sehr raumsparend innerhalb
der hydraulischen Anordnung, insbesondere innerhalb des Hydrauliktanks, eingebaut
werden und unterstützt hierdurch einen kompakten Aufbau der gesamten Anordnung.
[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Tankausgang und einem Pumpenausgang
der Hilfspumpe ein von dem Hydraulikmedium durchströmbarer Förderkanal hydraulisch
zwischengeschaltet. Somit pumpt die Hilfspumpe in ihrem aktivierten Zustand Hydraulikmedium
durch den Förderkanal. Je nach technischer Ausgestaltung kann der Förderkanal dazu
dienen, das hindurchströmende Hydraulikmedium derart zu beeinflussen, dass das Betriebsverhalten
der Arbeitspumpe unterstützt wird.
[0015] Insbesondere ist der Förderkanal zumindest teilweise oder vollständig innerhalb des
Hydrauliktanks angeordnet. Dies unterstützt einen kompakten, raumsparenden Aufbau
der hydraulischen Anordnung. Deren Einbau in ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug
oder eine andere mobile Hydraulikanwendung ist entsprechend montagefreundlicher und
kostengünstiger.
[0016] In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Förderkanal einen von Hydraulikmedium
durchströmbaren Wärmetauscher auf. Insbesondere ist der Wärmetauscher flüssigkeitsgekühlt
und sekundärseitig von einer entsprechenden Kühlflüssigkeit durchströmt. Abhängig
von den Temperaturverhältnissen zwischen dem Wärmetauscher bzw. seiner Kühlflüssigkeit
einerseits und dem Hydraulikmedium andererseits kann der Wärmetauscher zum Wärmen
oder Kühlen des Hydraulikmediums verwendet werden. Der Wärmetauscher trägt hierdurch
zu einem weiter verbesserten Betriebsverhalten der Arbeitspumpe bei.
[0017] Vorzugsweise weist der Förderkanal eine von Hydraulikmedium durchströmbare Filtereinheit
zum Filtern von unerwünschten Partikeln und anderen das Hydraulikmedium und somit
auch den Hydraulikkreislauf beeinträchtigenden Fremdkörpern auf. Die Filtereinheit
stellt in diesem Fall einen Nebenstromfilter dar. Die Filtereinheit ist insbesondere
als Feinfilter (z.B. Filterelement aus Zellulose, Mikrofaser) mit einer besonders
feinmaschigen Filteroberfläche ausgebildet. Dies ermöglicht eine entsprechend grobmaschigere
Dimensionierung eines Rücklauffilters, der im Hydraulikkreislauf nach der hydraulischen
Arbeitslast in die Rücklaufseite der hydraulischen Anordnung eingebaut ist. Die grobmaschigere
Dimensionierung vermeidet zuverlässig etwaige unerwünschte Druckverluste der hydraulischen
Anordnung im Bereich des Rücklauffilters, wodurch die Effizienz und das hydraulische
Betriebsverhalten der hydraulischen Anordnung weiter verbessert wird.
[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Förderkanal ein Saugsieb auf. Aufgrund
der bereits erläuterten technischen Wirkung und Vorteile der Hilfspumpe kann selbst
ein - im Sinne einer effizienten Filterwirkung - verhältnismäßig feinmaschig dimensioniertes
Saugsieb, z.B. ein Drahtgeflecht, den an der Arbeitspumpe erwünschten Saugdruck nicht
beeinträchtigen.
[0019] Für eine besonders effiziente Wirkung des Saugsiebes ist dieses entlang der Strömungsrichtung
im Hydrauliktank insbesondere unmittelbar vor dem Tankausgang angeordnet und dort
an den Tankausgang hydraulisch angeschlossen.
[0020] In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kommt die hydraulische Anordnung bei
einer mobilen Hydraulik zum Einsatz, z.B. bei landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen
(insbesondere Schlepper, Traktor), Baumaschinen oder Straßenbau-Fahrzeugen. Die hydraulische
Arbeitslast ist dementsprechend vorzugsweise bei einem der vorgenannten mobilen Maschinen
bzw. Fahrzeugen enthalten. Die hydraulische Arbeitslast kann beispielsweise als Lenk-
oder Bremsaggregat, Hydromotor oder Kraftheber-Zylinder ausgebildet sein.
[0021] Die hydraulische Anordnung bzw. der diese enthaltende Hydraulikkreislauf kann in
einem Nutzfahrzeug insbesondere als ein vom Fahrzeuggetriebe getrennter Hydraulikkreis
betrieben werden. Hierdurch kann die Getriebehydraulik zuverlässig vor etwaigen Verschmutzungen
durch die Arbeitslasthydraulik geschützt werden.
[0022] Die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung wird im Folgenden anhand der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmende
bzw. vergleichbare Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung, und
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer Ausführungsformeines Förderkanals innerhalb der
Anordnung gemäß Fig. 1.
[0023] Fig. 1 zeigt eine hydraulische Anordnung 10 bzw. einen Hydraulikkreislauf mit einer
Arbeitspumpe 12 zum Fördern eines Hydraulikmediums (z.B. Öl) in Richtung einer hydraulischen
Arbeitslast 14. Letztere ist lediglich schematisch blockschaltbildartig dargestellt
und repräsentiert hinsichtlich ihrer Anzahl und ihrer Funktion unterschiedliche mögliche
hydraulische Verbraucher, beispielsweise ein Brems- oder Lenkaggregat oder einen Kraftheber-Zylinder.
Die Arbeitspumpe 12 ist mit einer Saugleitung 16 an einen Tankausgang 18 eines das
Hydraulikmedium enthaltenden Hydrauliktanks 20 bzw. Sumpfes hydraulisch angeschlossen.
Der Antrieb der Arbeitspumpe 12 kann in üblicher, hier nicht näher dargestellter Weise
von einem Fahrzeugantriebssystem in Gestalt eines Antriebsmotors abgeleitet sein.
[0024] Die in einem nicht gezeigten landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug befindliche hydraulische
Anordnung 10 weist außerdem eine mittels eines Elektromotors EM elektrisch antreibbare
Hilfspumpe 22 auf. Diese befindet sich mit einer Ansaugleitung 24 in dem Hydrauliktank
20. Die Hilfspumpe 22 kann bedarfsweise aktiviert werden und dann einen Hydraulikfluss
26 in Richtung des Tankausgangs 18 bewirken. Die bedarfsweise Aktivierung der Hilfspumpe
22 erfolgt mittels einer den Elektromotor EM ansteuernden Steuereinheit 28. Hierzu
ist die Steuereinheit 28 über eine Steuerleitung 30 mit dem Elektromotor EM verbunden.
Die entsprechenden Steuersignale S werden von der Steuereinheit 28 in Abhängigkeit
von der Erfassung und Verarbeitung mindestens einer spezifischen physikalischen Größe
generiert. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind mehrere physikalische Größen
vorgesehen. Ein Drucksensor 32 erfasst einen eingangsseitigen Saugdruck p_s an der
Arbeitspumpe 12. Außerdem wird ein Pumpenstrom I_p des Elektromotors EM gemessen und
die Messwerte an die Steuereinheit 28 übermittelt. Zudem wird eine aktuelle Temperatur
T_h des Hydraulikmediums erfasst. Mindestens eine weitere, den Zustand des Hydraulikmediums
repräsentierende Größe X_h (z.B. Fließverhalten, Ölqualität) wird erfasst und an die
Steuereinheit 28 übermittelt. Zusätzlich erhält die Steuereinheit weitere Sensordaten
aus dem Bussystem des Fahrzeugs, wie z.B. eine Kühlmitteltemperatur T_k des Fahrzeugantriebssystems
und eine Umgebungstemperatur T_u. Aus den Daten der erfassten physikalischen Größen
ermittelt die Steuereinheit 28, ob und wie lange die Hilfspumpe 22 aktiviert werden
muss und sendet die entsprechenden Steuersignale S.
[0025] Die Daten der erfassten Größen oder davon abgeleitete Maßnahmen werden von der Steuereinheit
28 an eine für den Fahrer oder Benutzer wahrnehmbare Anzeigeeinheit 34 gesendet. Letztere
kann dem Fahrer bzw. Benutzer optisch und/oder akustisch signalisieren, welche Maßnahmen
von der Steuereinheit 28 bezüglich der Hilfspumpe 22 automatisch durchgeführt werden.
Außerdem können von den erfassten Größen abgeleitete Zustände der hydraulischen Anordnung
10 signalisiert werden. Aus dem erfassten Pumpenstrom I_p kann auch ein Beladungsgrad
einer im Hydrauliktank 20 einliegenden Filtereinheit zur Reinigung des Hydraulikmediums
abgeleitet und mittels der Anzeigeeinheit 34 signalisiert werden. Insbesondere kann
im Zusammenhang mit dem ermittelten Beladungsgrad anhand der Anzeigeeinheit 28 ein
empfohlener oder notwendiger Filterwechsel signalisiert werden.
[0026] Zwischen dem Tankausgang 18 und einem Pumpenausgang 36 der Hilfspumpe 22 ist ein
von Hydraulikmedium durchströmbarer Förderkanal 38 hydraulisch zwischengeschaltet.
In Fig. 1 ist dieser Förderkanal 38 lediglich schematisch blockschaltbildartig dargestellt.
[0027] In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Förderkanals 38 dargestellt. Dieser
besteht im Wesentlichen aus einer Anordnung mehrerer Bauteile, nämlich einem dem Pumpenausgang
36 am nächsten liegenden Wärmetauscher 40, einer daran anschließenden Filtereinheit
42 und einem sich an die Filtereinheit 42 anschließenden Saugsieb 44.
[0028] Hierbei sei angemerkt, dass ungeachtet der Darstellung in Fig. 2 auch eine beliebige
andere Reihenfolge der Bauteile 40, 42 und 44 denkbar ist.
[0029] Der Wärmetauscher 40 ist von einer Kühlflüssigkeit 46 sekundärseitig durchströmt.
Die zugehörigen Kühlleitungen 48 sind hier nur abschnittsweise angedeutet.
[0030] Die Filtereinheit 42 enthält vorzugsweise ein Filterelement 50 mit einem sternförmig
gefalteten Filtermaterial.
[0031] Während der Eingang des Förderkanals 38 an den Pumpenausgang 36 der Hilfspumpe 22
hydraulisch angeschlossen ist, ist ein axialer Ausgang des Saugsiebes 44 an den Tankausgang
18 hydraulisch angeschlossen.
[0032] Im Bereich einer Rücklaufseite 52 der hydraulischen Anordnung 10 ist ein Rücklauffilter
54 eingebaut. Dieser kann hinsichtlich seiner Filterwirkung verhältnismäßig grob dimensioniert
sein, da die vorhandene Filtereinheit 42 bereits eine gewisse Filterwirkung übernimmt.
Unerwünschte Druckabfälle an dem Rücklauffilter 54 können hierdurch zuverlässig vermieden
werden.
[0033] Eine Sensorik 56 mit ggf. unterschiedlichen spezifischen Sensoren, z.B. zur Erfassung
der physikalischen Größen T_h und X_h des Hydraulikmediums, ist in der Ausführungsform
gemäß Fig. 2 an dem Förderkanal 38 angeordnet. Die Sensorik 56 sendet die Sensorsignale
an die Steuereinheit 28. In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform
sind einzelne Sensoren oder die gesamte Sensorik 56 anderen Stellen, insbesondere
außerhalb des Förderkanals 38 oder auch außerhalb des Hydrauliktanks 20, angeordnet.
[0034] Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die in den Zeichnungen dargestellten
Details nicht notwendigerweise maßstäblich sind und zum leichteren Verständnis einzelner
Merkmale der hydraulischen Anordnung 10 teilweise vergrößert oder verkleinert dargestellt
sind.
1. Hydraulische Anordnung
- mit einer Arbeitspumpe (12) zum Fördern eines Hydraulikmediums in Richtung einer
hydraulischen Arbeitslast (14),
- mit einem Hydrauliktank (20), welcher einen Tankausgang (18) für einen hydraulischen
Anschluss der Eingangsseite des Arbeitspumpe (12) aufweist, und
- mit einer Hilfspumpe (22), welche im Hydrauliktank (20) gelagert ist und abhängig
von einer Steuerung (28) einen Hydraulikfluss (26) in Richtung des Tankausganges (18)
bewirkt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Hilfspumpe (22) in Abhängigkeit von einer Erfassung mindestens einer
physikalischen Größe (p_s, T_h, X_h, I_p, T_k, T_u) der Arbeitspumpe (12) und/oder
des Hydraulikmediums (26) und/oder der Hilfspumpe (22) und/oder eines Fahrzeugsystems
und/oder der Umgebung steuerbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Hilfspumpe (22) mittels eines ansteuerbaren Elektromotors (EM) erfolgt.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tankausgang (18) und einem Pumpenausgang (36) der Hilfspumpe (22) ein
von dem Hydraulikmedium (26) durchströmbarer Förderkanal (38) hydraulisch zwischengeschaltet
ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (38) zumindest teilweise innerhalb des Hydrauliktanks (20) angeordnet
ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (38) einen von dem Hydraulikmedium (26) sekundärseitig durchströmbaren
Wärmetauscher (40) aufweist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (38) eine von dem Hydraulikmedium (26) durchströmbare Filtereinheit
(42) aufweist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (38) ein Saugsieb (44) aufweist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugsieb (44) unmittelbar vor dem Tankausgang (18) angeordnet an den Tankausgang
(18) hydraulisch angeschlossen ist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug.