SYSTEM ZUR VERBESSERUNG DER ENERGIEEFFIZIENZ BEI HYDRAULIKSYSTEMEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein System zur Verbesserung der Energieeffizienz bei Hydrauliksystemen mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] Angesichts der zunehmenden Verknappung von Ressourcen und den damit zusammenhängenden verstärkten Bemühungen, Energie einzusparen, gewinnen Systeme der vorstehenden Art zunehmend an Bedeutung. Daher kommen solche Systeme bei hydraulischen Einrichtungen und Anlagen, bei denen Aktuatoren in Form von Arbeitszylindern vorgesehen sind, häufig zum Einsatz. Bei Hub-Senk-Anwendungen lässt sich hierbei mittels des Arbeitszylinders die potentielle Energie einer angehobenen Last in hydraulische Energie umsetzen, die gespeichert und rückgespeist werden kann. Auch lässt sich ein derartiges System zur Lastkompensation anwenden.

[0003] Bei den dem Stand der Technik entsprechenden Systemen dieser Art lässt die Effizienz der Energieumsetzung zu wünschen übrig. Eine Ursache hierfür ist die Abhängigkeit der Lade- und Entladeprozesse des Hydrospeichers vom jeweiligen Systemdruck. Genauer gesagt, kann der Hydrospeicher immer nur dann aufgeladen werden, wenn der Systemdruck größer als der im Speicher auf der Gasseite befindliche Gasdruck ist. Wenn der Systemdruck in der jeweiligen Betriebssituation des Arbeitszylinders nicht aufgebaut werden kann, besteht keine Möglichkeit, Energie im Speicher aufzunehmen. Auch der Endladeprozess des Speichers ist insofern einer Einschränkung unterworfen, als immer nur dann Energie aus dem Speicher zurückgespeist werden kann, wenn der Speicherdruck noch größer als der aktuelle Systemdruck ist. Zusätzlich besteht das Problem, dass bei einem Speicherdruck, der größer ist als der am Arbeitszylinder aktuell benötigte Systemdruck, die Druckniveaus von Speicher und System durch Ventile ausgeglichen werden müssen, so dass die Energie, die in dem Differenzdruck zwischen Speicherdruck und Systemdruck steckt, durch Drosselverluste verloren geht.

[0004] Aus der DE 100 06 013 A1 geht eine Vorrichtung zur Energieeinsparung bei hydraulisch betätigbaren Arbeitsgerätschaften hervor unter Einsatz eines Kolbenspeichers. Dadurch, dass bei der bekannten Lösung eine Fluidsteuerung eine Steuerungseinrichtung aufweist, mittels der der Kolbenspeicher in einen Fluidkreis der Arbeitsgerätschaft zu- oder abschaltbar ist, und dass die Steuerungseinrichtung für die dahingehenden Schaltvorgänge eine Überwachungseinrichtung aufweist, die zumindest Systemzustände der Arbeitsgerätschaft und/oder des Kolbenspeichers erfasst, ist erreicht, dass die Vorrichtung zur Energieeinsparung nur dann zum Einsatz kommt, wenn eine Betätigung der Arbeitsgerätschaft im normalen Arbeitsbetrieb dies geboten erscheinen lässt, wobei Sonderarbeitsvorgänge mit der Maschine, bei denen die Arbeitsgerätschaft vollständig entlastet oder sehr stark belastet ist, nicht behindert werden. Damit ist mit der bekannten Lösung eine günstige Energieumsetzung erreicht.

[0005] Die US 5 971 027 A beschreibt ein System zur Verbesserung der Energieeffizienz bei Hydrauliksystemen, vorzugsweise bei Baumaschinen, mit einem Arbeitszylinder zum Bewegen eines Baggerlöffels oder einer ähnlichen Gerätschaft an einer Baumaschine, wobei der Arbeitszylinder in einem Betriebszustand als Verbraucher hydraulischer Energie und einem anderen Betriebszustand als Erzeuger hydraulischer Energie arbeitet, und mit einem Hydrospeicher, der bei einem Betriebszustand des Arbeitszylinders von diesem zur Energiespeicherung aufladbar und beim anderen Betriebszustand für eine Energieabgabe an den Arbeitszylinder entladbar ist, wobei mindestens ein Hydrospeicher in Form eines verstellbaren hydropneumatischen Kolbenspeichers vorgesehen ist, in dem mehrere Druckräume gebildet sind, die an unterschiedlich große Wirkflächen an der Fluidseite des Speicherkolbens angrenzen, und wobei das System eine Stellanordnung zum Verbinden eines Druckraumes des Kolbenspeichers mit dem Arbeitszylinder aufweist.

[0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein System der betrachteten Art zur Verfügung zu stellen, das eine noch günstigere Energieumsetzung ermöglicht.

[0007] Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein System gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

[0008] Demgemäß besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass eine Stellanordnung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von dem jeweiligen auf der Gasseite des Kolbenspeichers und am Arbeitszylinder herrschenden Druckniveau einen ausgewählten Druckraum oder mehrere ausgewählte Druckräume des Kolbenspeichers mit dem Arbeitszylinder verbindet, und dass der Stellanordnung eine Steuerlogik zugeordnet ist, die für die Ansteuerung von der Stellanordnung zugehörigen Ventilen die Signale von Sensoreinrichtungen verarbeitet, die das Druckniveau auf der Gasseite des Kolbenspeichers und den jeweiligen Betriebszustand des Arbeitszylinders darstellen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, Energie unabhängig vom Vorfülldruck auf der Gasseite des Speichers und unabhängig vom jeweiligen Lastdruck zu recyceln, weil durch Auswählen einer Wirkfläche passender Größe das jeweilig gewünschte Druckniveau am Speicher für Ladung oder Entladung genutzt werden kann. Dadurch ist bei sämtlichen Betriebszuständen eine optimale Energieumsetzung möglich.

[0009] Durch den Einsatz eines derartigen "Mehrstufenspeichers" ergibt sich ferner die Möglichkeit, die Ladezeit durch Auswahl von Wirkflächen zu beeinflussen. Wählt man beispielsweise bei konstantem Volumenstrom eine kleine Fläche, ergibt sich eine kurze Ladezeit des Speichers, während bei konstantem Volumenstrom eine größere Wirkfläche zu längerer Ladezeit führt. Durch Ausbildung einer größeren oder kleineren Anzahl von Druckräumen unterschiedlicher Kolbenwirkflächen lässt sein eine feinere oder gröbere Druckabstufung erreichen. Auch könnte, um eine besonders hohe Auflösung zu erreichen, mehr als ein Speicher mit unterschiedlichen Druckräumen vorgesehen sein.

[0010] Dabei steuert die Logik die Energietransformation, indem entsprechend dem Lastzustand am Arbeitszylinder und dem Ladezustand am Speicher entschieden wird, wie dieser geladen oder entladen wird. Dabei besteht die Möglichkeit, dass der Anwender durch eigene Vorgaben die Logik beeinflussen und damit die Arbeits-charakteristik des Systems bestimmen kann.

[0011] Hinsichtlich der Bauweise des Kolbenspeichers kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass der Speicherkolben zur Bildung unterschiedlich großer Wirkflächen als Stufenkolben gestaltet ist und an seiner Fluidseite an Zylinderflächen angrenzende Kolbenteilflächen aufweist, wobei das Speichergehäuse korrespondierende, an Zylinderflächen angrenzende Gegenflächen aufweist, die zusammen mit ihnen zugeordneten Kolbenteilflächen jeweils gesonderte Druckräume begrenzen.

[0012] Vorzugsweise sind Wirkflächen am Speicherkolben und Gegenflächen am Speichergehäuse in im axialen Abstand voneinander befindlichen Stufen angeordnet, und die Wirkflächen und Gegenflächen können in Form von Ringflächen oder Kreisflächen vorgesehen sein, die konzentrisch zur Längsachse angeordnet sind.

[0013] Hinsichtlich der Ansteuerung der Druckräume des Kolbenspeichers kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass die Stellanordnung Schaltventile aufweist, über die jeweilige Druckräume des Kolbenspeichers, die für Ladung oder Entladung ausgewählt sind, mit dem Arbeitszylinder und die übrigen Druckräume mit dem Tank verbindbar sind. Durch die Steuerlogik gesteuert, sind so ein ausgewählter Druckraum oder eine Kombination ausgewählter Druckräume für Ladung oder Entladung mit dem Arbeitszylinder verbindbar, während nicht ausgewählte Druckräume während der Entladung zum Tank hin drucklos entleerbar sind und während der Ladung aktiver Druckräume aus dem Tank nachfüllbar sind.

[0014] Hinsichtlich der Signalversorgung der Steuerlogik kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass die zugeordnete Sensoreinrichtung zumindest Drucksensoren aufweist, die für die Steuerlogik Signale liefern, die den Fülldruck der Gasseite des Kolbenspeichers und den Systemdruck am Arbeitszylinder darstellen. Vorzugsweise ist außerdem am Arbeitszylinder ein Wegsensor vorgesehen, der Kolbenstellung und/oder Kolbengeschwindigkeit des Arbeitszylinders signalisiert.

[0015] Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Stellanordnung eine mit der Druckseite einer Hydropumpe in Verbindung stehende Hauptleitung sowie von dieser zu den Fluidanschlüssen des Kolbenspeichers führende Verbindungsleitungen auf, wobei diese jeweils durch die Schaltventile wahlweise sperrbar oder freigebbar oder mit dem Tank verbindbar sind.

[0016] Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

in einem stark schematisch vereinfachten Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel eines hydropneumatischen Kolbenspeichers in einer Mehrstufenausführung für den Einsatz bei dem erfindungsgemäßen System;

Fig. 2

eine Prinzipdarstellung, die den Kolbenspeicher von Fig. 1 in Verbindung mit zugehörigen Systemkomponenten des erfindungsgemäßen Systems zeigt;

Fig. 3

den Kolbenspeicher in Verbindung mit einem in Symboldarstellung gezeigten hydraulischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels des Systems für eine Hub-Senk-Anwendung; und

Fig. 4

eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Hub-Senk-Anwendung.

[0017] Der in Fig. 1 in schematisch vereinfachter Darstellung gezeigte hydropneumatische Kolbenspeicher 1 weist einen in einem Speichergehäuse 3 axial bewegbar geführten Speicherkolben 5 auf, der im Speichergehäuse 3 eine Gasseite 7, an der sich ein Füllanschluss 9 befindet, von fluidseitigen Druckräumen trennt. Der Speicherkolben 5 ist in der Art eines Stufenkolbens derart gestaltet, dass er in Zusammenwirkung mit entsprechend gestuften Teilen des Speichergehäuses 3 fluidseitige Druckräume 19, 21, 23 und 25 begrenzt, die an unterschiedlich große Wirkflächen an der Fluidseite des Speicherkolbens 5 angrenzen. In Fig. 1 sind diese Wirkflächen, von der größtflächigen bis zur kleinstflächigen, mit 11, 13, 15 und 17 bezeichnet. Dabei sind die Wirkflächen 11, 13 und 15 jeweils durch zur Längsachse konzentrische Kreisringflächen gebildet, die die innerste Wirkfläche 17 in Form einer Kreisfläche umgeben. An die Wirkflächen 11, 13 und 15 angrenzende Druckräume 19, 21 bzw. 23 sind durch Gegenflächen 27 bzw. 29 bzw. 31 des Speichergehäuses 3 sowie durch Zylinderflächen 35 des Zylindergehäuses 3 und Zylinderflächen 37 am Speicherkolben 5 begrenzt. Der an die Wirkfläche 17 angrenzende Druckraum 25 ist durch eine Gegenfläche 33 des Speichergehäuses 3 sowie eine Zylinderfläche 39 des Speicherkolbens 5 begrenzt.

[0018] Für jeden Druckraum 19, 21, 23, 25 ist ein Fluidanschuss 41, 43, 45 bzw. 47 vorgesehen. Wie die Wirkflächen 11, 13, 15 und 17 am Speicherkolben 5 sind die zugeordneten Gegenflächen 27, 29, 31 bzw. 33 am Speichergehäuse 3 in axial zueinander beabstandeten Stufen angeordnet.

[0019] Die Fig. 2 zeigt den Kolbenspeicher 1 in Verbindung mit zugeordneten Systemkomponenten, wobei ein Aktuator 49 in Wirkverbindung mit einer Stellanordnung 51 ist. Wie bereits bemerkt, kann als Aktuator 49 ein Arbeitszylinder 58 (Fig. 3) vorgesehen sein, der beispielsweise Bestandteil einer Hub-Senk-Anordnung ist. Der Stellanordnung 51 ist eine Steuerlogik 53 zugeordnet, die mittels einer Steuer- und Regeleinheit 55 eine Ventilanordnung 57 der Stellanordnung 51 betätigt. Die Ventilanordnung 57 weist, wie anhand der Fig. 3 und 4 näher ausgeführt wird, Schaltventile auf, die ausgewählte Fluidverbindungen zwischen Aktuator 49 und den Fluidanschlüssen 41, 43, 45, 47 des Kolbenspeichers 1 herstellen, um wahlweise die Druckräume 19, 21, 23 und 25 für Lade- oder Entladevorgänge zu aktivieren. Hierfür verarbeitet die Steuerlogik 53 Signale, die von Sensoreinrichtungen geliefert sind und die Betriebszustände von Aktuator 49 und Kolbenspeicher 1 darstellen. Von den Sensoreinrichtungen ist in Fig. 2 lediglich ein Drucksensor 59 am Füllanschluss 9 des Kolbenspeichers 1 gezeigt.

[0020] Die Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße System in Verbindung mit einer Hub-Senk-Anordnung, wobei der Aktuator einen Arbeitszylinder 58 zum Heben und Senken einer Last 61 aufweist. Zur Erzeugung der von der Steuerlogik 53 zu verarbeitenden Signale sind am Arbeitszylinder 58 ein den Lastdruck erkennender Drucksensor 63 und ein die Hub-Senk-Geschwindigkeit ermittelnder Wegsensor 65 vorgesehen. Eine Hydropumpe 67, ausgangsseitig abgesichert durch ein Druckbegrenzungsventil 69, ist mit einer den Systemdruck führenden Hauptleitung 71 der Stellanordnung 51 verbunden. Diese weist für die Verbindung zwischen der Hauptleitung 71 und den Fluidanschlüssen 41, 43, 45 und 47 des Kolbenspeichers 1 jeweils eine Verbindungsleitung 73, 75, 77 und 80 auf. In jeder der Verbindungsleitungen befindet sich eine von der Steuerlogik 53 betätigbare Ventilgruppe, symbolhaft bezeichnet mit v₁, v₂, usw., wobei jede Ventilgruppe aus zwei schnellschaltenden 2/2-Wege-Ventilen gebildet ist, die mit 79 und 81 bezeichnet und bei den Ventilgruppen v₁ bis v₄ mit dem Index 1 bis 4 gekennzeichnet sind. Über die Wegeventile 81 ist die zugehörige Verbindungsleitung mit dem zugehörigen Fluidanschuss des Kolbenspeichers 1 verbindbar oder sperrbar. Über die Wegeventile 79 ist die jeweilige Verbindungsleitung 73, 75, 77, 80 mit dem Tank 83 verbindbar.

[0021] Für einen Hubvorgang ist die Hauptleitung 71 über ein Ventil, das zur Steuerung der Hubgeschwindigkeit als proportionales Drosselventil 87 ausgebildet ist, mit dem Arbeitszylinder 58 verbindbar. Ein Fluidfilter 85 wird beim Senken des Arbeitszylinders 58 durchströmt. Ferner ist zur Sicherung des diesbezüglichen Hydraulikreises ein Druckbegrenzungsventil 86 eingesetzt. Die Hubbewegung erfolgt mit Hilfe der im Kolbenspeicher gespeicherten Energie durch einen Entladevorgang aus einem ausgewählten Druckraum 19, 21, 23, 25 oder aus mehreren ausgewählten Druckräumen, die das passende Druckniveau für die Hubbewegung der Last 61 besitzen. Bei Absenkbewegungen wird die potentielle Energie der Last 61 als hydraulische Energie im Kolbenspeicher 1 gespeichert, indem ein Ladevorgang über ein die Senkgeschwindigkeit einstellendes Proportional-Drosselventil 84 und eine ausgewählte Verbindungsleitung 73, 75, 77, 80 oder über mehrere ausgewählte Verbindungsleitungen zu einem betreffenden Fluidanschluss 41, 43, 45, 47 erfolgt, wobei eines oder mehrere der Wegeventile 81 geöffnet ist bzw. sind und Wegeventile 79 nicht gewählter Verbindungsleitungen die Verbindung zum Tank 83 herstellen. Durch diese Verbindung sind nicht gewählte Druckräume 19, 21, 23, 25 des Kolbenspeichers 1 bei Entladevorgängen drucklos und bei Ladevorgängen aus dem Tank 83 nachfüllbar. Ein an der Hauptleitung 71 befindliches Wegeventil 88 ermöglicht es, das System bei Bedarf drucklos zu machen oder zu entleeren.

[0022] Im Betrieb wird zum Senken einer Last mit Energie-Rückgewinnung der Lastdruck am Zylinder 58 mittels des Drucksensors 63 an die Steuerlogik 53 übermittelt, ebenso wie der Gasdruck im Speicher 1, der durch den Drucksensor 59 ermittelt ist. Durch diese Informationen kann die Regelung entscheiden, wie die zur Verfügung stehende potentielle Energie des Zylinders 58 optimal in den Speicher 1 zurückgespeist wird. Bei geringen Lasten wird eine große Wirkfläche gewählt, um den Speicher auf ein hohes Druckniveau zu laden. Liegt eine hohe Last 61 am Zylinder 58 an, wird mit einer kleinen Wirkfläche der Speicher 1 geladen. Die Senkgeschwindigkeit der Last wird über das proportionale Drosselventil 84 eingestellt.

[0023] Die durch das System bewirkte Lastkompensation kann durch Anwählen und/oder Umschalten der geeigneten Wirkflächen unstetig erfolgen, wobei mit einer genügend großen Anzahl an im Speicher 1 zur Verfügung gestellten Druckstufen eine Auflösung erreichbar ist, um die Last ruckfrei zu senken. Um eine Last 61 bei geladenem Kolbenspeicher 1 mit oder ohne Hilfe der Pumpe 67 zu heben, werden entsprechend der Last 61 am Zylinder 58 in Abhängigkeit vom Gasdruck im Speicher 1 die entsprechende Wirkfläche oder die entsprechenden Wirkflächen gewählt. Um die Bewegung der Last 61 ruckfrei anzufahren, wird vorzugsweise zunächst ein kleineres Druckniveau gewählt. Die Geschwindigkeit zum Anheben der Last 61 wird über das proportionale Drosselventil 87 eingestellt, wobei die Druckdifferenz durch die geeignete Auswahl der Wirkflächen des Speichers 1 möglichst klein gehalten bleibt, so dass eine verlustarme Umwandlung der Speicherenergie in Hubarbeit möglich ist.

[0024] Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 unterscheidet sich vom Beispiel von Fig. 3 lediglich insofern, als an den Proportional-Drosselventilen 84 und 87 jeweils eine Druckwaage 89 bzw. 90 vorgesehen ist, um eine konstante Druckdifferenz am zugeordneten Proportional-Drosselventil 84, 87 zu erzeugen. Dadurch lassen sich bei einem Umschalten der Wirkflächen des Speichers 1 Sprünge der Druckdifferenz am jeweiligen Proportional-Drosselventil 84, 87 kompensieren.

[0025] Anstelle der Proportional-Drosselventile 84, 87 können bei Verwendung schnellschaltender Wegeventile 79 und 81 diese auch durch Pulsweitenmodulation angesteuert werden, wodurch, abhängig von der Impulsmodulation, ein gewünschter mittlerer Volumenstrom einstellbar ist.

Ansprüche

1. System zur Verbesserung der Energieeffizienz bei Hydrauliksystemen, mit mindestens einem Arbeitszylinder (58), der in einem Betriebszustand als Verbraucher hydraulischer Energie und in einem anderen Betriebszustand als Erzeuger hydraulischer Energie arbeitet, und mit einem Hydrospeicher (1), der bei einem Betriebszustand des Arbeitszylinders (58) von diesem zur Energiespeicherung aufladbar und beim anderen Betriebszustand für eine Energieabgabe an den Arbeitszylinder (58) entladbar ist, wobei mindestens ein Hydrospeicher in Form eines verstellbaren hydropneumatischen Kolbenspeichers (1) vorgesehen ist, in dem mehrere Druckräume (19, 21, 23, 25), die an unterschiedlich große Wirkflächen (11, 13, 15, 17) an der Fluidseite des Speicherkolbens (5) angrenzen, gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellanordnung (51) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von den jeweiligen auf der Gasseite des Kolbenspeichers (1) und am Arbeitszylinder (58) herrschenden Druckniveaus einen ausgewählten Druckraum (19, 21, 23, 25) oder mehrere ausgewählte Druckräume (19, 21, 23, 25) des Kolbenspeichers (1) mit dem Arbeitszylinder (58) verbindet, und dass der Stellanordnung (51) eine zum System gehörende Steuerlogik (53) zugeordnet ist, die für die Ansteuerung von der Stellanordnung (51) zugehörigen Ventilen (79, 81) die Signale von Sensoreinrichtungen (59, 63) des Systems verarbeitet, die das Druckniveau auf der Gasseite des Kolbenspeichers (1) und den jeweiligen Betriebszustand des Arbeitszylinders (58) darstellen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (5) zur Bildung unterschiedlicher Wirkflächen (11, 13, 15, 17) als Stufenkolben gestaltet ist und an seiner Fluidseite an Zylinderflächen (35, 37, 39) angrenzende Kolbenteilflächen aufweist und dass das Speichergehäuse (3) korrespondierende, an Zylinderflächen (35, 37) angrenzende Gegenflächen (27, 29, 31, 33) aufweist, die zusammen mit ihnen zugeordneten Kolbenteilflächen jeweils gesonderte Druckräume (19, 21, 23, 25) begrenzen.

3. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wirkflächen (11, 13, 15, 17) am Speicherkolben (5) und Gegenflächen (27, 29, 31, 33) am Speichergehäuse (3) in im axialen Abstand voneinander befindlichen Stufen angeordnet sind.

4. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wirkflächen (11, 13, 15, 17) und Gegenflächen (27, 29, 31, 33) in Form von Ringflächen oder Kreisflächen vorgesehen sind, die konzentrisch zur Längsachse angeordnet sind.

5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellanordnung (51) Schaltventile (79, 81) aufweist, über die jeweilige Druckräume (19, 21, 23, 25), die für Ladung oder Entladung ausgewählt sind, mit dem Arbeitszylinder (58) und die übrigen Druckräume (19, 21, 23, 25) mit dem Tank (83) verbindbar sind.

6. System nach einem der Ansprüche2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtungen zumindest Drucksensoren (59, 63) aufweisen, die für die Steuerlogik (53) Signale liefern, die den Fluiddruck der Gasseite des Kolbenspeichers (1) und den Systemdruck am Arbeitszylinder (58) darstellen.

7. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellanordnung (51) eine mit der Druckseite einer Hydropumpe (67) in Verbindung stehende Hauptleitung (71) sowie von dieser zu den Fluidanschlüssen (41, 43, 45, 47) des Kolbenspeichers (1) führende Verbindungsleitungen (73, 75, 77, 80) aufweist und dass diese jeweils durch die Schaltventile (79, 81) wahlweise sperrbar, freigebbar oder mit dem Tank (83) verbindbar sind.

Claims

1. A system for improving the energy efficiency in hydraulic systems, having at least one working cylinder (58) which operates as a consumer of hydraulic energy in one operating state, and as a generator of hydraulic energy in another operating state, and having a hydraulic accumulator (1) which can be charged by the working cylinder for storing energy in one operating state of the working cylinder (58), and which can be discharged for delivering energy to the working cylinder (58) in another operating state, at least one hydraulic accumulator being provided in the form of an adjustable hydropneumatic piston accumulator (1) in which a plurality of pressure chambers (19, 21, 23, 25) are formed which adjoin effective surfaces (11, 13, 15, 17) of different sizes on the fluid side of the accumulator piston (5), characterised in that an adjustment assembly (51) is provided which is designed such that it connects a selected pressure chamber (19, 21, 23, 25) or a number of selected pressure chambers (19, 21, 23, 25) of the piston accumulator (1) to the working cylinder (58) dependently upon the respective pressure level that prevails on the gas side of the piston accumulator (1) and at the working cylinder (58), and that a control logic unit (53) that forms part of the system is associated with the adjustment assembly (51), which control logic unit processes the signals from sensor devices (59, 63) for the control of the valves (79, 81) associated with the adjustment assembly (51), which sensor devices display the pressure level on the gas side of the piston accumulator (1) and the respective operating state of the working cylinder (58).

2. The system according to Claim 1, characterised in that the accumulator piston (5) is configured as a step piston for the formation of different active surfaces (11, 13, 15, 17) and has partial piston surfaces that are adjacent to cylinder surfaces (35, 37, 39) on the fluid side thereof, and in that the accumulator housing (3) has corresponding mating surfaces (27, 29, 31, 33) that are adjacent to cylinder surfaces (35, 37), which mating surfaces together with partial piston surfaces associated therewith, each delimit separate pressure chambers (19, 21, 23, 25).

3. The system according to any of the preceding claims, characterised in that active surfaces (11, 13, 15, 17) on the accumulator piston (5) and mating surfaces (27, 29, 31, 33) on the accumulator housing (3) are disposed an axial distance apart from one another.

4. The system according to any of the preceding claims, characterised in that the active surfaces (11, 13, 15, 17) and the mating surfaces (27, 29, 31, 33) are provided in the form of annular surfaces or circular surfaces which are arranged concentrically to the longitudinal axis.

5. The system according to any of the preceding claims, characterised in that the adjustment assembly (51) has selector valves (79, 81) by means of which respective pressure chambers (19, 21, 23, 25), which are selected for charging or discharging, can be connected to the working cylinder (58), and the remaining pressure chambers (19, 21, 23, 25) can be connected to the tank (83).

6. The system according to any of Claims 2 to 6, characterised in that the sensor devices have at least pressure sensors (59, 63) which provide signals to the control logic unit (53), which signals indicate the filling pressure on the gas side of the piston accumulator (1) and the system pressure at the working cylinder (58).

7. The system according to any of the preceding claims, characterised in that the adjustment assembly (51) comprises a main line (71) that is connected to the pressure side of a hydraulic pump (67), as well as connecting lines (73, 75, 77, 80) that run from the latter to the fluid ports (41, 43, 45, 47) of the piston accumulator (1), and that these connecting lines are each able to be selectively blocked, released or connected to the tank (83) by means of the switching valves (79, 81).

Revendications

1. Système d'amélioration du rendement énergétique de systèmes hydrauliques, comprenant au moins un cylindre (58) de travail, qui, dans un état de fonctionnement, fonctionne en consommateur d'énergie hydraulique et, dans un autre état de fonctionnement, en producteur d'énergie hydraulique, et comprenant un accumulateur (1) hydraulique, qui, dans un état de fonctionnement du cylindre (58) de travail, peut être chargé par celui-ci pour accumuler de l'énergie et, dans l'autre état de fonctionnement, peut être déchargé pour céder de l'énergie au cylindre (58) de travail, dans lequel au moins un accumulateur hydraulique est prévu sous la forme d'un accumulateur (1) à piston hydropneumatique réglable, dans lequel il est formé plusieurs espaces (19, 21, 23, 25) sous pression, qui sont voisins de surfaces (11, 13, 15, 17) actives de dimensions différentes du côté du fluide du piston (5) accumulateur, caractérisé en ce qu'il est prévu un agencement (51) de réglage, constitué de manière à mettre, en fonction des niveaux de pression régnant du côté du gaz de l'accumulateur (1) à piston et sur le cylindre (58) de travail, un espace (19, 21, 23, 25) sous pression sélectionné ou plusieurs espaces (19, 21, 23, 25) sous pression sélectionnés de l'accumulateur (1) à piston en communication avec le cylindre (58) de travail et en ce qu'à l'agencement (51) de réglage est associée une logique (53) de commande, qui appartient au système et qui, pour commander des vannes (79, 81) appartenant à la commande de l'agencement (51) de réglage, traite les signaux de dispositifs (59, 63) de capteur du système, qui représentent l'état de pression du côté du gaz de l'accumulateur (1) à piston et l'état de fonctionnement respectif du cylindre (58) de travail.

2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (5) de l'accumulateur est conformé pour la formation de différentes surfaces (11, 13, 15, 17) actives comme piston à échelons et a, sur son côté de fluide, des sous-surfaces de piston voisines de surfaces (35, 37, 39) du cylindre et en ce que l'enveloppe (3) de l'accumulateur a des surfaces (27, 29, 31, 33) antagonistes correspondantes voisines de surfaces (35, 37) du cylindre, surfaces antagonistes qui, ensemble avec des sous-surfaces du piston qui leur sont associées, délimitent respectivement des espaces (19, 21, 23, 25) sous pression particuliers.

3. Système suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces (11, 13, 15, 17) actives du piston (5) de l'accumulateur et des surfaces (27, 29, 31, 33) antagonistes de l'enveloppe (3) de l'accumulateur sont disposées en paliers se trouvant à une distance axiale l'un de l'autre.

4. Système suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des surfaces (11, 13, 15, 17) actives et des surfaces (27, 29, 31, 33) antagonistes sont prévues sous forme de surfaces annulaires ou de surfaces circulaires disposées concentriquement à l'axe longitudinal.

5. Système suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement (51) de réglage a des vannes (79, 81) pilotes, par lesquelles des espaces (19, 21, 23, 25) sous pression, qui sont sélectionnés pour la charge ou la décharge, peuvent communiquer avec le cylindre (58) de travail et les autres espaces (19, 21, 23, 25) sous pression avec le réservoir (83).

6. Système suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les dispositifs de capteur ont au moins des capteurs (59, 63) de pression, qui fournissent, pour la logique (53) de commande, des signaux, lesquels représentent la pression du fluide du côté du gaz de l'accumulateur (1) à piston et la pression du système au cylindre (58) de travail.

7. Système suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement (51) de réglage a un conduit (71) principal en communication avec le côté refoulement d'une pompe (67) hydraulique, ainsi que des conduits (73, 75, 77, 80) de liaison menant de celui-ci aux raccords (41, 43;, 45, 47) de fluide de l'accumulateur (1) à piston, en ce que ces conduits (73, 75, 77, 80) peuvent, au choix, par les vannes (79, 81) pilotes, être obturés, dégagés ou reliés au réservoir (83).

Zeichnung