Hydraulische Anordnung

Die Erfindung betrifft hydraulische Anordnungen mit Druckgeräten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere ist das Druckgerät ein hydro- pneumatischer Speicher (Hydrospeicher).

Zur Begrenzung der maximalen Drücke von Druckgeräten werden nach dem Stand der Technik Druckbegrenzungsventile eingesetzt. Unter gewissen Umständen (z.B. bei Hydrospeichern) ist eine derartige Druckbegrenzung auch gesetzlich vorgeschrieben (vgl. Richtlinie 79/23/EG).

Druckbegrenzungsventile öffnen bei einem vorbestimmten Druck und lassen den Druck im Druckgerät nicht weiter ansteigen, so dass Schäden (z.B. Bersten) und daraus resultierende Personenschäden vermieden werden. Druckbegrenzungsventile sind in Öffnungsrichtung vom zu begrenzenden Druck beaufschlagt, während sie in Schließrichtung meist von einer Federkraft beaufschlagt sind. Wenn also der zu begrenzende Druck bzw. die von ihm auf eine Steuerfläche eines Ventilkörpers aufgebrachte Druckkraft die Federkraft übersteigt, öffnet das Druckbegrenzungsventil. Weiter gefördertes Druckmittel fließt zu einem Tank und somit weg vom zu sichernden Druckgerät.

Nachteilig an einer Druckbegrenzung über ein Druckbegrenzungsventil ist, dass ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil, wie es normalerweise zu verwenden ist, recht teuer ist und viel Bauraum benötigt.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Anordnung mit zumindest einem Druckgerät mit einer Sicherheitseinrichtung zu schaffen, für die der Aufwand bei der Installation und laufenden Überprüfung gering ist, die wenig Bauraum benötigt und die kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Anordnung nach Patentanspruch 1. Die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung hat zumindest ein mit einer als Pumpe betreibbaren Hydromaschine verbundenes Druckgerät. Sie hat weiterhin eine Sicherheitseinrichtung, die eine Drucksensorik zum Erfassen eines Drucks im Druckgerät und eine mit der Drucksensorik verbundene elektronische Steuereinheit umfasst, über die die von der Hydromaschine abgegebene Fördermenge steuerbar ist. Damit ist eine Sicherheitseinrichtung für das Druckgerät geschaffen, die durch Zurücknahme der Hydromaschine den Druck nicht über den zulässigen Wert ansteigen lässt und damit das Druckgerät und die Umgebung vor Schäden schützt. Dabei kann auf einfache Weise über die elektronische Steuereinheit der Maximaldruck vorbestimmt und verändert werden. Der Maximaldruck kann zum Beispiel 325 bar sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Aus Gründen der Maximierung der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung hat eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Drucksensorik zwei redundante Drucksensoren, die beide dem Druckgerät zugeordnet sind.

Die Hydromaschine kann von einem Motor antreibbar sein, wobei der Motor mit der Steuereinheit verbunden ist und von ihr gesteuert werden kann. Damit kann bei Erreichen eines maximal zulässigen Drucks der Motor abgeschaltet und damit die weitere Ladung des Druckgerätes beendet werden. Durch eine Abschaltung schon vor dem Erreichen des maximal zulässigen Drucks kann ein Nachlaufen des Motors berücksichtigt werden.

Der Motor kann eine Brennkraftmaschine, z.B. ein Dieselmotor oder ein Elektromotor sein.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung sind ein Antrieb und die Hydromaschine über eine Kupplung miteinander verbunden, wobei die Kupplung mit der Steuereinheit verbunden ist und von dieser steuerbar ist. Damit kann bei Erreichen eines Maximaldrucks bzw. kurz vorher die Kupplung geöffnet werden und damit das weitere Laden des Druckgerätes beendet werden. Eine hydraulische Anordnung der beschriebenen Art wird insbesondere auch als hydraulisch regeneratives Bremssystem in Fahrzeugen eingesetzt. Beim Bremsen kann das ganze Fahrzeug als Antrieb für die Hydromaschine angesehen werden. Es wird dann kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Hydromaschine eine Verstelleinheit, die mit der Steuereinheit verbunden ist und deren Schwenkwinkel von dieser steuerbar ist. Damit kann bei Erreichen eines Maximaldrucks bzw. kurz vorher die Hydromaschine im Sinne eines Zurückschwenkens auf Hubvolumen null angesteuert und damit eine Erhöhung des Drucks im Druckgerät über den maximal zulässigen Druck hinaus vermieden werden.

Bei einer Variante der erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung ist das Druckgerät ein hydropneumatischer Hochdruckspeicher, der über eine Hochdruckleitung mit der Hydromaschine verbunden ist. Ist in der Hochdruckleitung ein Absperrventil angeordnet, so ist vorzugsweise vor und hinter dem Absperrventil je eine Druck- sensorik vorhanden.

Im Folgenden wird anhand einer einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Anordnung, wobei nur ein für die Erfindung wesentlicher Teil der Anordnung gezeigt ist.

Die Anordnung hat einen Hochdruckspeicher 1 , der von einer verstellbaren Hydromaschine 2 über eine Hochdruckleitung 4, 6 mit Druckmittel (Hydrauliköl) befüllt wird, wenn die Hydromaschine als Pumpe angetrieben wird. Die Hydromaschine 2 saugt dabei aus einem Tank T Druckmittel an. In der Hochdruckleitung 4, 6 ist ein Absperrventil 8 angeordnet, das als 2/2-Wegeventile ausgebildet ist. Die Hydromaschine 2 ist über eine Antriebswelle 10, 12 antreibbar, wobei zwischen den beiden Abschnitten 10, 12 der Antriebswelle eine Kupplung 14 vorgesehen ist.

Der Antriebswellenabschnitt 10 wird von einem Dieselmotor 16 oder über eine Getriebewelle 47 von der trägen Masse 48, zum Beispiel von einem Fahrzeug über dessen Räder, über ein Getriebe angetrieben, das im Wesentlichen aus zwei kämmenden Stirnzahnrädern 18, 20 besteht. Beim Antrieb durch das Fahrzeug wird dieses abgebremst und dessen kinetische Energie ganz oder teilweise in Druckenergie umgewandelt.

In dem Abschnitt 4 der Hochdruckleitung, der die Hydromaschine 2 mit dem Absperrventil 8 verbindet, ist über eine Druckbegrenzungsleitung 22 ein Druckbegrenzungsventil 24 angeschlossen, über das der Abschnitt 4 der Hochdruckleitung zum Tank T entlastet werden kann. Dabei ist ein Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils 24 vom Druck der Druckbegrenzungsleitung 22 in Öffnungsrichtung und von der Kraft einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt. Das Druckbegrenzungsventil 24 dient als hydraulischer Widerstand für die fördernde Hydromaschine 2, wenn der Hochdruckspeicher 1 voll ist und weiter mit der Hydromaschine 2 gebremst werden soll. Das Druckbegrenzungsventil 24 ist auf einen niedrigeren Druckwert als der Druck eingestellt, bei dem die Sicherheitseinrichtung anspricht.

Das Absperrventil 8 sperrt in einer federvorgespannten Grundstellung die Hochdruckleitung 4, 6 ab, während es in einer mit a gekennzeichneten Schaltstellung die beiden Abschnitte 4, 6 der Hochdruckleitung verbindet, so dass der Hochdruckspeicher 1 von der Verstellpumpe 2 versorgt bzw. befüllt werden kann.

Die Überwachung des Drucks im Hochdruckspeicher 1 und ggf. die Verhinderung eines weiteren Druckanstiegs im Hochdruckspeicher 1 erfolgt erfindungsgemäß über eine Sicherheitseinrichtung mit einer elektronische Druckabschaltung. Dazu sind an dem speicherseitigen Abschnitt 6 der Hochdruckleitung über eine Verbindungsleitung 26 ein Drucksensor 28 und am maschinenseitigen Abschnitt 4 der Hochdruckleitung über eine Verbindungsleitung 30 ein Drucksensor 32 angeschlossen. Die Druck- sensoren 28, 32 sind über elektrische Druckmeldeleitungen 34, 36 an eine elektronische Steuereinheit 38 angeschlossen. Weiterhin ist die Steuereinheit 38 über eine elektrische Leitung 40 mit einem Aktuator 40a des Absperrventils 8, über eine elektrische Leitung 42 mit einer Stelleinheit 42a der Pumpe 2 und über eine elektrische Leitung 44 mit einer Stelleinheit 44a der Kupplung 14 verbunden.

Die gesetzlich geforderte Druckbegrenzung im Hochdruckspeicher 1 bzw. eine Druckabschaltung im Sinne der Verhinderung eines weiteren Druckanstiegs wird dadurch gewährleistet, dass über den Drucksensor 28 kontinuierlich der Druck in dem Abschnitt 6 der Hochdruckleitung und damit der Druck im Hochdruckspeicher 1 gemessen wird. Diese Werte werden über die elektrische Druckmeldeleitung 34 zur Steuereinheit 38 übermittelt und kontinuierlich mit einem vorbestimmten Maximalwert verglichen. Schon in einem gewissen Abstand zum Maximalwert wird redundant einerseits ein Signal über die elektrische Leitung 42 zur Stelleinheit 42a zum Zurückschwenken der Hydromaschine 2 und andererseits ein Signal über die elektrische Leitung 44 zur Stelleinheit 44a zum Öffnen der Kupplung 14 gegeben. Damit wird die Druckmittelversorgung beendet und der Druck im zu überwachenden Hydrospeicher nicht über den Maximalwert hinaus erhöht. Dies wird redundant über das Öffnen der Kupplung und durch das Zurückschwenken der Hydromaschine 2 sichergestellt.

Dabei kann die Druckmessung des Abschnitts 6 der Hochdruckleitung bzw. des Hochdruckspeichers 1 auch redundant über zwei Drucksensoren 28 mit entsprechend zwei Druckmeldeleitungen 34 erfolgen. Die Drucküberschreitung kann dabei dauerhaft im Steuergerät 38 gespeichert werden, z.B. bis ein Service erfolgt ist.

Bei der Festlegung des Ansprechdrucks, bei dem die Kupplung 14 geöffnet und die Hydromaschine 2 zurück geschwenkt wird, wird eine Zeitdauer einer Öffnung der Kupplung 4 und eine Zeitdauer eines Zurückschwenkens der Hydromaschine 2 berücksichtigt. Die maximal zulässige 10%ige Drucküberhöhung in einem Hochdruckspeicher 1 wird dabei in ein Volumen AV umgerechnet. Mit dem maximalen Förderstrom AQ der Hydromaschine 2 ergibt sich die geforderte Reaktionszeit At der erfindungsgemäßen Druckbegrenzung als At = AV / AQ.

Das Öffnen der Kupplung 14 kann durch (nicht gezeigte) Drehzahlsensoren überwacht werden.

Weiterhin kann auch der Motor 16 mit der Steuereinheit 38 verbunden und von dieser steuerbar sein.

Da im Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen ist, dass das Absperrventil 8 zum Zwecke der Druckabschaltung in Sperrstellung geschaltet wird, kann eine redundante Überwachung des Speicherdrucks auch durch den Drucksensor 28 und durch den weiteren Drucksensor 32 erfolgen, der an den Leitungsabschnitt 4 angeschlossen ist.

Die beiden Drucksensoren 28 und 32 können dann auch zur Überwachung des Absperrventils 8 genutzt werden. Soll das Ventil eigentlich offen sein und werden von den beiden Drucksensoren unterschiedliche Drücke gemessen oder soll das Absperrventil eigentlich geschlossen sein und werden gleiche Drücke gemessen, liegt ein Fehler vor.

Die erfindungsgemäße hydraulische Anordnung wird insbesondere in mobilen Transport- und Arbeitsgeräten, zum Beispiel Müllfahrzeugen, Stadtbussen oder Baufahrzeugen genutzt. Bei Baufahrzeuge kann neben dem Verbrennungsmotor 16 oder einem Elektromotor oder dem ganzen Fahrzeug auch durch die Arbeitsausrüstung oder durch ein Drehwerk ein Moment auf die Getriebewelle 47 gebracht und dadurch die Hydromaschine 2 angetrieben werden.

Die Sicherheitseinrichtung kann regelmäßig überprüft werden, z.B. bei jedem Zündungsstart. Dazu kann z.B. der maximal zulässige Druck im Hydrospeicher 1 auf Atmosphärendruck gesetzt werden. Die Leistungstreiber für die Stellgeräte an der Hydromaschine 2 und an der Kupplung 14 müssen dann abschalten. Tun sie das nicht, ist der Test nicht erfolgreich, und es wird eine Fehlfunktibn angezeigt. Auf Grund der zyklischen Überwachung kann eventuell die bei auf Druckbegrenzungsventilen beruhenden Sieherheitseinrichtungen vorgeschriebene jährliche Prüfung entfallen. Die im Hydrospeicher 1 gespeicherte Druckenergie kann regenerativ zur Unterstützung des Antriebs des Fahrzeug oder des Antriebs einer Arbeitshydraulik genutzt werden. Dazu wird die Hydromaschine 2 so verstellt, dass sie unter Beibehaltung der Drehrichtung nun als Hydromotor arbeitet, für den der Hydrospeicher 1 die Druckmittelquelle darstellt und der über die Kupplung 14 ein Moment auf die Getriebewelle 47 aufbringen kann.

Offenbart ist eine hydraulische Anordnung mit zumindest einem mit einer Hydromaschine verbundenen Druckgerät und mit einer Sicherheitseinrichtung für das Druckgerät. Diese weist eine Drucksensorik zum Erfassen eines Drucks im Druckgerät und eine mit der Drucksensorik verbundene elektronische Steuereinheit auf, über die die von der Hydromaschine abgegebene Fördermenge steuerbar ist.