Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System mit einem hydraulisch ansteuerbaren Arbeitszylinder, der ein Zylindergehäuse aufweist mit einer darin längsverfahrbar geführten, in gegenläufigen Richtungen ansteuerbaren Kolben-Stangen-Einheit, die das Zylindergehäuse in einen Kolbenraum und einen Stangenraum unterteilt und mit zwei Proportional-Druckregelventi- len, von denen eines dem Kolbenraum und das andere dem Stangenraum zugeordnet ist.

Durch EP 1 642 035 B 1 ist ein gattungsgemäßes hydraulisches System bekannt mit einem hydraulisch ansteuerbaren Antriebsteil mit zwei gegenläufigen Antriebsrichtungen, wobei für mindestens eine Antriebsrichtung mindestens ein Druckregler, insbesondere in Ventilform vorgesehen ist, sowie eine Drossel zwischen dem Druckregler und dem Antriebsteil, wobei zur Erkennung des Lastzustandes des Antriebsteils eine Sensorik vorgesehen ist, in Form eines Druckaufnehmers, der für jede Antriebsrichtung des Antriebsteiles in dem zugeordneten fluidführenden Strang zwischen Drossel und Antriebsteil geschaltet ist, wobei der Druckaufnehmer die momentane Lastsituation am Antriebsteil erfaßt, wobei der Druckregler in seiner Grundstellung die Sekundärseite des Systemes mit einem Tankanschluß verbindet, und wobei bei Ansteuerung des Druckreglers der Sekundärdruck auf den Druck der proportionalen Vorsteuerung abzüglich der am Ventilkolben des Druckreglers angreifenden Federkraft geregelt ist.

Hierdurch ist ein Steuerungs- und Regelungskonzept realisiert, mit dem basierend auf einem an sich bekannten Grundsystem (DE 44 07 370 A1 ) sich für hydraulisch ansteuerbare Antriebsteile, wie hydraulische Arbeitszylinder oder Hydroantriebsmotoren, eine Druck-, Wege-, Geschwindigkeits- und Positionserfassung für die bewegbaren Komponenten des jeweiligen gewählten Antriebsteiles erreichen lässt. Über den jeweiligen Druckregler, insbesondere in Ventilform, lassen sich in hohem Maße dynamische und genaue Ansteuerungsvorgänge je nach hydraulischem Anwendungsfall realisieren. Mit diesem bekannten System unter Verwendung von Druckreglern und entsprechenden Drosseln kann auf die ansonsten übliche Wegeventiltechnik zum Ansteuern der Bewegung eines Antriebsteiles verzichtet werden, so dass die Verlustleistung und die Störanfälligkeit reduziert ist bei gleichzeitiger Erhöhung der Reaktionszeit für das hydraulische System.

Trotz dieser Vorteile hat die bekannte Lösung einen an sich erhöhten Energiebedarf, da zum Erhöhen oder Senken der Kraft an der Kolben-Stangen- Einheit des Arbeitszylinders im Wechsel Hydraulikmedium, wie Öl, von der Stangenseite oder der Kolbenseite zum Tank hin abgelassen werden muss und dabei die Druckregelventile entsprechend bestromt ständig am Regeln sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösung diese dahingehend weiter zu verbessern, dass ein energiesparender Betrieb ermöglicht ist. Eine dahingehende Aufgabe löst ein hydraulisches System mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit. Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 in eine fluidführende Verbindung zwischen dem Stangenraum und dem dem Stangenraum zugeordneten Proportional-Druckregelventil eine Verbindungsleitung geschaltet ist, die auf eine Eingangsseite des Proportional- Druckregelventils für den Kolbenraum geführt ist, so dass beim Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit das aus dem Stangenraum verdrängte Fluid in den Kolbenraum des Zylindergehäuses gelangt, ist im Rahmen einer Art Regenerationsbetrieb es ermöglicht, dass beim Ausfahren des Arbeitszylinders das auf der Stangen- oder Ringseite auszutragende Hydraulikmedium nicht zum Tank geführt wird, sondern im Rahmen eines Einspeichervorganges direkt für die Kolbenseite für eine dahingehende Hubbewegung einzusetzen.

Aufgrund der Druckübersetzung in einem üblichen, als Arbeitszylinder eingesetzten Differentialzylinders ist dabei der Hydraulikdruck auf der Stangen- oder Ringseite des Arbeitszylinders immer höher als auf der Kolbenseite, so dass aus diesem höheren Druckniveau heraus energiesparend die Kolbenseite mit Fluid gespeist werden kann. Dergestalt lässt sich mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen System zwanglos eine Kraftregelung für den Arbeitszylinder erreichen, beispielsweise lässt sich trotz Auftreten von Störeinflüssen die Kraft an der Kolben-Stangen-Einheit des Differentialzylinders konstant halten. Ferner lässt sich nach Vorgabe eine Betätigungskraft einstellen und im Übrigen eine Positionsregelung für die Kolben-Stangen- Einheit im Bedarfsfall erreichen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des hydraulischen Systems ist vorgesehen, dass in die fluidführende Verbindung zwischen dem Stangenraum und dem dem Stangenraum zugeordneten Proportional- Druckregelventil vor einer Abzweigstelle in die Verbindungsleitung ein, vorzugsweise federbelastetes, Rückschlagventil angeordnet ist, das in Richtung des Stangenraums zur Abzweigstelle hin öffnet. Es könnte auch auf das genannte Rückschlagventil verzichtet werden, aber durch Verwendung des genannten Rückschlagventils ist jedenfalls gewährleistet, dass der von der Stangen- oder Ringseite abzuführende Volumenstrom auch zur Kolbenseite hin zwangsweise fließt und nicht ungewollt in den Tank über die Rücklaufleitung zurückströmt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen hydraulischen Systems, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels einer Rechnersteuerung und daran angeschlossener Sensoren, wie Druck- und/oder Wegesensoren sowohl die Kolbenseite als auch die Stangenseite des Arbeitszylinders daraufhin überprüft werden, ob die einzustellende Betätigungskraft auch erreicht wird, die bauartbedingt insofern begrenzt ist, als der damit einhergehende, maximale auf der Kolbenseite sich einstellende Druck dem maximalen Druck auf der Stangenseite entspricht, der wiederum dem Versorgungsdruck der Druckversorgungsquelle entspricht. Es ergibt sich somit in vorteilhafter Weise das gleiche Verhalten wie bei einer hydraulischen Plungerschaltung, d.h. zum Einfahren des Arbeitszylinders wird nur die Ringfläche mit Druck beaufschlagt, zum Ausfahren hingegen beide Seiten des Kolbens. Unterstellt die Kolbenfläche wäre doppelt so groß wie die Kolbenfläche auf der Stangenseite wirkt dergestalt auf der Kolbenfläche dann eine vorgebbare Kraft, der eine halb so große Kraft auf der Stangen- oder Ringflächenseite entgegenwirkt. Dergestalt fährt also in energiesparender Weise der Kolben nur mit „halber Kraft" auseinander.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in der Art eines hydraulischen Schaltplanes den grundlegenden Aufbau des hydraulischen Systems. Die Figur zeigt ein hydraulisches System mit einem hydraulisch ansteuerbaren Arbeitszylinder 10, der als sogenannter Differentialzylinder ausgebildet ist. Der Arbeitszylinder 10 weist in üblicher Weise ein Zylindergehäuse 12 auf mit einer darin längsverfahrbar geführten, in gegenläufigen Richtungen ansteuerbaren Kolben-Stangen-Einheit 14, die das Zylindergehäuse 12 in einem Kolbenraum 16 und eine Stangenraum 18 unterteilt, der fachsprachlich auch als Ringraum bezeichnet wird. Die Schaltung nach der Figur weist ferner zwei Proportional-Druckregelventile 20, 22 auf, von denen ein Pro- portional-Druckregelventil 20 dem Kolbenraum 16 und das andere Druckregelventil 22 dem Stangenraum 18 zugeordnet ist.

Dahingehende Proportionalventile 20, 22 sind üblich und bilden jeweils ein Stetigventil aus, das mit Hilfe eines Proportional magneten 24 nicht nur diskrete Ventil-Schaltstellungen zulässt, sondern einen stetigen Übergang der Ventilöffnung erlaubt. In der Hydraulik werden solche Proportionalventile 20, 22 häufig besonders dort eingesetzt, wo veränderliche Volumenströme zu steuern sind. Demgemäß können die Ventile 20, 22 beliebige Zwischenstellungen zwischen der einen und der anderen Ventilstellung einnehmen. In der Ventilstellung nach der Figur sind die beiden Ventile 20, 22 in ihrer unbetätigten Grundstellung gezeigt, die bei unbestromten Proportionalmagneten 24 durch die Wirkung einer Ventilfeder 26 eingenommen ist sowie unter der Wirkung eines Fluiddruckes, der über eine Steuerleitung 28 gleichgerichtet zur Kraft der Ventilfeder 26 auf den Schieber des jeweiligen Ventils 20, 22 einwirkt, wobei die jeweilige Steuerleitung 28 den Druck am Ausgang 1 des jeweiligen Ventils 20, 22 abgreift. Jedes der beiden Ventile 20, 22 weist neben einem Ausgang 1 zwei Eingänge 2, 3 auf, wobei der Eingang 2 des Proportional-Druckregelventiles 22 an einen Druckversorgungsanschluss P angeschlossen ist, an dem der Fluiddruck einer Druckversorgungsquelle ansteht, beispielsweise realisiert durch eine übliche Hydropumpe (nicht dargestellt). Der weitere Eingang 3 des Ventils 22 ist ebenso wie der Eingang 3 des Ventiles 20 an eine Rücklaufleitung 32 angeschlossen, die zu einem für solche Systeme üblichen Tank T führen.

In eine fluidführende Verbindung 34 zwischen dem Stangenraum 18 und dem dem Stangenraum 18 zugeordneten Proportional-Druckregelventil 22, ist in eine Abzweigstelle 38 eine Verbindungsleitung 40 geschaltet, die zu der anderen Eingangsseite 2 des Proportional-Druckregelventiles 22 für den Kolbenraum 16 geführt ist, so dass beim Ausfahren der Kolben-Stangen-Ein- heit 14 in Blickrichtung auf die Figur nach oben hin, das aus dem Stangenraum 18 verdrängte Fluid bei einer Ansteuerung des Proportional-Druckre- gelventiles 20 durch Betätigen des zugehörigen Proportional magneten 24 in den Kolbenraum 16 des Zylindergehäuses 12 gelangt.

Gemäß der Darstellung nach der Figur sind beide Ventile 20, 22 in ihrer Grundstellung gezeigt, bei der der jeweilige Ausgang 1 fluidführend in Verbindung ist mit dem zugehörigen Eingang 3, der für beide Ventile 20, 22 über die Rücklaufleitung 32 zum Tank T führt. Um ungewollt ein Rückströmen von Fluid von Seiten der Abzweigstelle 38 in Richtung des Ausganges 1 des Proportional-Druckregelventiles 22 zu verhindern, ist in die dahingehende Verbindungsleitung 36 ein federbelastetes Rückschlagventil 42 geschaltet, das in Richtung zu der Abzweigstelle 38 hin federbelastet öffnet.

Zum Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit 14 aus dem Zylindergehäuse 12 gelangt das dem Stangenraum 18 zugehörige Proportional-Druckregelventil 22 in eine betätigte Stellung, bei der Fluid unter vorgebbarem Druck, vorzugsweise von einer Hydropumpe stammend, bei entsprechend geöffnetem Rückschlagventil 42 über die Abzweigstelle 38 und die Verbindungsleitung 40 sowie über das in einer gleichfalls betätigten Stellung befindliche, dem Kolbenraum 16 zugeordnete Proportional-Druckregelventil 20 in den Kolbenraum 16 gelangt, so dass aufgrund des Flächenverhältnisses zwischen Stangen- oder Ringseite zu der Kolbenseite die Ausfahrbewegung der Einheit 14 unterstützt ist.

Zum entgegengesetzten Einfahren der Kolben-Stangen-Einheit 14 in das Zylindergehäuse 12 des Arbeitszylinders 10 hinein gelangt das dem Stangenraum 18 zugehörige Proportional-Druckregelventil 22 in eine betätigte Stellung, bei der dann Fluid unter vorgebbarem Druck, vorzugsweise wiederum von der Hydropumpe P stammend, in den Stangenraum 18 gelangt, bei gleichzeitigem Verdrängen von Fluid aus dem Kolbenraum 16 über das ihm zugehörige, unbetätigte Proportional-Druckregelventil 20 in Richtung der Rücklaufleitung 32 zum Vorratstank T. Da das Proportional-Druckregelventil 20 für den Kolbenraum 16 dann seine in der Figur gezeigte Grundstellung einnimmt, ist der in der Verbindungsleitung 40 anstehende Pumpendruck von Seiten der Druckversorgungsquelle P an den insoweit sperrenden Eingang 2 des Ventils 20 angeschlossen, so dass die Fluid-Volumenverdrängung aus dem Kolbenraum 16 in Richtung des Vorratstankes T von Seiten der Anschlussstelle 1 nach 3 des Ventils 20 nicht behindert ist. Wie sich des Weiteren aus der Figur ergibt, ist derselbe Eingang 3 beider Proportional- Druckregelventile 20, 22 an die Rücklaufleitung 32 angeschlossen und der jeweilige Eingang 3 ist in der unbetätigten Ausgangsstellung des jeweiligen Proportional-Druckregelventiles 20, 22 zumindest in einer Fluidrichtung gesehen mit dem Kolbenraum 16 verbunden. Da das Rückschlagventil 42 bei der Realisierung des hydraulischen Systems nach der Figur nicht zwingend ist, würde bei dessen Wegfall insoweit auch der Stangenraum 18 in der gezeigten Grundstellung des Ventiles 22 über den Eingang 3 und die Rücklaufleitung 32 an den Tank T angeschlossen sein.

In einer übergeordneten Eogik unter Einbezug einer Rechnersteuerung kann geprüft werden, ob die einzustellende Kraft an der Kolben-Stangen-Einheit 14 auch erreicht werden kann. Dies wird konzeptbedingt begrenzt, insofern als der maximale auf der Kolbenseite, also dem Kolbenraum 16, einzustellende Druck dem maximalen Ringdruck, also dem Druck im Stangenraum 18 entspricht, der wiederum dem Pumpendruck der Druckversorgungsquelle P entspricht. Hiermit ergibt sich ein vergleichbares Verhalten wie bei einer hydraulischen Plungerschaltung. Dabei gilt: max PKO ^KO PRIORI — p _P (Ä _Ko Ä _Ri ) , mit Pmax,Ko Pmax,Ri Und Pmax,Ri PP > Wobei p _Ri der Druck auf der Ring- oder Stangenseite,

Ä _Ri die Fläche des Kolbens auf der Ring- oder Stangenseite, p _Ko der Druck auf der Kolbenseite, und

A _KO die Fläche des Kolbens auf der Kolbenseite ist.

Zur Überwachung der Drucksituation sowohl im Kolbenraum 16 als auch im Stangenraum 18 dienen übliche Drucksensoren 44. Zusätzlich oder alternativ zu den beiden gezeigten Drucksensoren 44 könnte auch ein nicht näher dargestelltes und beschriebenes Wegmesssystem für die Positionsüberwachung der Kolben-Stangen-Einheit 14 eingesetzt sein, die einen Rückschluss auf die Drucksituation in den Räumen 16, 18 ermöglicht.

Mit dem dahingehenden Betriebsverfahren ist eine Kraftregelung für den Arbeitszylinder 10 erreicht, wobei eine Betätigungskraft für die Kolben-Stan- gen-Einheit 14 nach Vorgabe sich einstellen lässt oder man hält bedarfsweise die Kraft konstant bei Auftreten von Störeinflüssen auf die Einheit 14. Des Weiteren besteht die Möglichkeit mit dem dahingehenden hydraulischen System für den Arbeitszylinder 10 eine Positionsregelung durchzuführen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Möglichkeit das abzulassende Öl auf der Ringseite des Differentialzylinders 10 für die Kolbenseite zu verwenden. Aufgrund der gewählten Druckübersetzung bei der Realisierung des Differentialzylinders ist dann der Druck auf der Ringseite immer höher als der auf der Kolbenseite, so dass aus diesem höheren Druckniveau heraus die Kolbenseite in energieeffizienter Weise gespeist werden kann.

Die hier zum Einsatz kommenden Proportional-Druckregelventile 20, 22 sind nicht als konventionelle Wegeventile anzusehen; vielmehr erlauben diese (20, 22) abhängig von der am Ventil anstehenden Druckdifferenz den Durchfluss einer spezifischen Volumenmenge durch das Ventil und regeln insoweit den Druck im System. Demgemäß kann der Druck im jeweiligen

Raum 16, 18 des Hydraulikzylinders 10 proportional zum Steuersignal des zugehörigen Ventils 20, 22 eingeregelt werden, was mit Wegeventilen der anderen Art nicht möglich ist.