Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem, ein Verfahren zum Justieren eines Fördervolumens in einem hydraulischen Antriebssystem und die Verwendung des hydraulischen Antriebssystems zur Steuerung eines Hydraulikzylinders. Hydraulische Antriebssysteme werden in vielen Arten von industriellen Anwendungen eingesetzt. So finden sich gattungsgemäße hydraulische Antriebssysteme in Anlagen der Umformtechnik wie z.B. Pressen, Walzanlagen sowie im Allgemeinen im Bau von hydraulischen Aggregaten.

Aus der Druckschrift DE 10 2010 020 690 Al ist ein Antriebssystem mit zwei mechanisch gekoppelten Hydromaschinen bekannt. Diese werden von einem

Primärantrieb angetrieben. In dem gezeigten hydraulischen Antriebssystem werden zwei Hydromaschinen von einem Motor über eine Antriebswelle gemeinsam drehzahlvariabel angetrieben. Der Motor ist als ein Elektromotor ausgebildet. Der besagte Elektromotor kann mit einer veränderlichen Drehzahl und Drehrichtung betrieben werden. Die zwei Hydromaschinen des besagten hydraulischen

Antriebssystems sind jeweils über einen hydraulischen Anschluss mit einer jeweiligen Seite des Hydraulikzylinders und somit der entsprechenden Hydraulikzylinderfläche, sowie mit einem Reservoir fluidhydraulisch verbunden. Die zwei Hydromaschinen können auf der Antriebswelle so angeordnet sein, dass eine der zwei Hydromaschinen die Funktion einer Pumpe abbildet und die andere Hydromaschine als Motor fungiert. So kann beispielsweise die erste Hydromaschine für eine Drehrichtung im Uhrzeigersinn die Funktionalität einer Pumpe bereitstellen und die zweite Hydromaschine fungiert als ein Motor. Durch eine Drehrichtungsänderung der Hydromaschine, so dass diese gegen den Uhrzeigersinn angetrieben werden, übernimmt die erste Hydromaschine die Funktionalität eines Motors und die zweite Hydromaschine fungiert als eine Pumpe.

Die Problematik der in der DE 10 2010 020 690 Al beschriebenen Lösung besteht darin, dass das Förder- bzw. Schluckvolumen der zwei mechanisch gekoppelten Hydromaschinen genau auf das Zylinderflächenverhältnis abgestimmt werden muss. Dies führt zu einer sehr eingeschränkten Nutzungsmöglichkeit, da weder die Hydromaschinen mit definiertem Förder- bzw. Schluckvolumen, noch der Zylinderstangen bzw. der -kolbenstangendurchmesser beliebig variiert werden kann. Das Zylinderflächenverhältnis wird in der Regel durch die Antriebsaufgabe und deren Rahmenbedingungen bestimmt. Hydromaschinen stehen mit fest abgestuftem Förder- bzw. Schluckvolumen zur Verfügung. Wird das Fördervolumen der beiden Hydromaschinen nicht genau auf das Zylinderflächenverhältnis angepasst, kommt es zu einem Summendruckanstieg über den Zylinderhub. Dieser Druckanstieg führt zu einer geringeren Nutzkraft des Zylinders, da das Zylinderkammerdruckniveau nicht beliebig hoch sein darf. Weiterhin führt die feste Verbindung von jeweils einer Hydromaschine zu einer Zylinderkammer dazu, dass bei Verwendung eines Differentialzylinders mit einem beispielhaftem Flächenverhältnis von 2: 1, die eine Hydromaschine ein doppelt so großes Fördervolumen aufweist wie die andere und dementsprechend groß ausgebildet sein muss. Dies hat Auswirkungen auf den Platzbedarf und die Kosten des gezeigten Antriebssystems.

Weiterhin ist aus der Druckschrift EP 292 1700 Al ein hydraulisches Antriebssystem mit einer Hydromaschine in Radialkolbenbauweise mit Steuerzapfen bekannt. Die Hydromaschine wird von einem Motor drehzahlvariabel angetrieben. Die Hydromaschine weist wenigstens drei hydraulische Anschlüsse auf, wobei das Fördervolumen der hydraulischen Anschlüsse durch den Steuerzapfen bestimmt wird. Das Fördervolumen ist das Volumen des Hydraulikfluides, welches pro Umdrehung des Motors durch den Querschnitt einer Komponente fließt. Eine Lösung der Differentialzylinderanpassung wird in dieser Druckschrift über den genannten Steuerzapfen der Hydromaschine gelöst. Auch bei der in der Druckschrift EP 292 1700 Al dargestellten Lösung ergibt sich die Problematik, dass der Steuerzapfen genau an das Zylinderflächenverhältnis angepasst werden muss. Dies hat zur Folge, dass der Summendruck in Abhängigkeit vom Zylinderhub variiert.

Ferner sind im Stand der Technik Verstellpumpen bekannt. In hydraulischen Antriebssystemen wird ein Hydraulikzylinder von wenigstens zwei Hydromaschinen betrieben, wobei wenigstens eine Hydromaschine eine Verstellpumpe ist. In einer Verstellpumpe wird die Verstellung des Hubrings und somit der Flügel der Verstellumpe über einen hydraulischen Zylinder bewegt. Dieser Zylinder muss mit Druck und hydraulischem Fluid beaufschlagt werden, was die Notwendigkeit eines Proportionalventils zur Steuerung des Zylinders zur Folge hat. Hieraus ergibt sich ein hoher baulicher und konstruktionsbedingter Aufwand. Ferner ist ein Steuersystem für diesen Zylinder notwendig, was zu einem erhöhten energetischen Problem führt, da ein Konstantdrucksystem benötigt wird, welches dieses Proportionalventil versorgt. Daher ist eine Verstellpumpe mit Bezug auf ihren Aufbau und deren Versorgung ineffizient und entsprechend kompliziert und durch die weiteren Komponenten wartungsanfällig und verringert zuverlässig und in der Anschaffung und Wartung, sowie Reparatur kostenintensiv.

Bei dem Betrieb eines Hydraulikzylinders soll der Summendruck in dem hydraulischen System konstant bleiben, um eine maximale Nutzkraft zur Verfügung zu haben. Wird der Hydraulikzylinder von einem hydraulischen Antriebssystem, welches nur einen Motor aufweist betrieben, so muss der Volumenstrom, der an den beiden Hydraulikzylinderseiten anliegt, genau auf das Verhältnis der beiden Hydraulikzylinderseiten angepasst werden. Wird beispielsweise ein Differentialzylinder mit einem Flächenverhältnis von 2: 1 von einem hydraulischen Antriebssystem betrieben, so muss das Verhältnis des Fördervolumens an den hydraulischen Anschlüssen der beiden Hydraulikzylinderseiten auch 2: 1 sein.

Die Problematik, die sich daraus für die im Stand der Technik bekannten hydraulischen Antriebssysteme ergibt, ist, dass die Fördervolumen der hydraulischen Anschlüsse der Hydromaschine(n), die mit den Hydraulikzylinderseiten verbunden sind, an den Hydraulikzylinder angepasst werden müssen. Dies geschieht im Stand der Technik durch die Auswahl der zwei Hydromaschinen bzw. des Steuerzapfens. Die Hydromaschinen haben hier ein nicht variables Fördervolumen. Das durch den Steuerzapfen zur Verfügung gestellte Fördervolumen ist ebenfalls nicht variabel. Wird nun das hydraulische Antriebssystem an einen Hydraulikzylinder angeschlossen, der nicht das Volumenverhältnis aufweist auf das das hydraulische Antriebssystem ausgelegt ist, so muss mindestens eine der Hydromaschinen bzw. der Steuerzapfen ausgetauscht werden. Diese ist mit erheblichem Arbeitsaufwand und Kosten verbunden, da mindestens eine der zwei Hydromaschinen ausgetauscht werden muss und eine dritte Hydromaschine, die ein anderes Fördervolumen als die auszutauschende Hydromaschine aufweist, stattdessen eingebaut werden muss. Alternativ muss der Steuerzapfen ausgebaut werden und durch einen Steuerzapfen, der ein anderes Fördervolumen als der zuvor verwendete Steuerzapfen aufweist, ersetzt werden. Dieses ganze Verfahren ist nicht nur zeit- und kostenintensiv, sondern auch fehleranfällig, was im weiteren Verlauf zu Ausfallzeiten und Nacharbeiten führen kann.

Eine der Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe kann somit darin bestehen, die im Stand der Technik erkannten Nachteile wenigstens teilweise zu beheben und ein hydraulisches Antriebssystem bereitzustellen, bei dem das Fördervolumen der Hydromaschine(n) an einen Hydraulikzylinder angepasst werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt durch ein hydraulisches Antriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des hydraulischen Antriebssystems ergeben sich aus den Unteransprüchen zu dem hydraulischen Antriebssystem.

Erfindungsgemäß weist das hydraulische Antriebssystem eine erste Hydromaschine und eine zweite Hydromaschine auf. Die erste Hydromaschine und die zweite Hydromaschine sind mechanisch miteinander verbunden. Beispielweise können die erste Hydromaschine und die zweite Hydromaschine über eine Antriebswelle mechanisch miteinander verbunden sein. Die erste Hydromaschine und die zweite Hydromaschine sind eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Hydromaschine.

Ferner werden die erste Hydromaschine und die zweite Hydromaschine gemeinsam von einem drehzahlvariablen Antrieb betrieben. Der drehzahlvariable Antrieb kann als ein drehzahlvariabler oder drehrichtungsvariabler Elektromotor ausgebildet sein. Im Wesentlichen bestehen drehzahlvariable Antriebe aus einem elektrischen Motor, einer Hydraulikpumpe und einem Frequenzumrichter, dessen Software die Motordrehzahl kontinuierlich lastabhängig für den optimalen Betriebspunkt einstellt. Beispielsweise liefert eine elektrisch angetriebene Konstantpumpe einen bedarfsorientierten Volumenstrom, um je nach Aufgabe Druck, Geschwindigkeit, Leistung, Position oder Kraft zu regeln.

Zudem ist vorgesehen, dass die erste Hydromaschine und die zweite Hydromaschine hydraulisch mit wenigstens einem ersten Hydraulikzylinder verbunden sind. Der Hydraulikzylinder weist vorzugsweise eine erste Hydraulikzylinderfläche und eine zweite Hydraulikzylinderfläche auf. Der Hydraulikzylinder ist vorzugsweise als ein Differentialzylinder ausgebildet. Alternativ kann der Hydraulikzylinder als ein Gleichgangzylinder ausgebildet sein. Die erste Hydraulikzylinderseite und die zweite Hydraulikzylinderseite des Hydraulikzylinders können sowohl jeweils als die Ringseite, als auch als die Kolbenseite des Hydraulikzylinders ausgebildet sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weisen die erste Hydromaschine und/oder die zweite Hydromaschine ein justierbares Fördervolumen auf.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Justieren eine manuelle mechanische Hubeinstellung zu verstehen. Mittels der manuellen mechanischen Hubeinstellung kann das Fördervolumen pro Pumpenumdrehung bestimmt werden. Insbesondere bei Kolbenpumpen und Flügelzellenpumpen können mittels dieser Einstellung der Hub der Kolben oder Flügel manuell eingestellt werden. Diese Hubeinstellung führt zu einer Veränderung des Fördervolumens pro Umdrehung. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Fördervolumen mechanisch justierbar ist.

Die so gewählte Hubeinstellung kann mittels einer mechanischen Fixiereinrichtung arretiert werden. Bei einer Hubeinstellung über eine Verstellspindel kann die Arretierung über eine Kontermutter erfolgen.

Das Fördervolumen am hydraulischen Anschluss der ersten Hydraulikzylinderseite und das Fördervolumen am hydraulischen Anschluss der zweiten Hydraulikzylinderseite kann somit an das Volumenverhältnis der ersten Hydraulikzylinderseite und der zweiten Hydraulikzylinderseite angepasst werden.

In vorteilhafter Weise kann eine ideale Einstellung des Fördervolumens auf das Zylinderflächenverhältnis erfolgen. Ein Summendruckanstieg über den Zylinderhub und damit eine Reduzierung der Nutzkraft kann vermieden werden. Ferner ist vorteilhaft, dass das Fördervolumen nur einmalig entsprechend einem ersten Justierparameter mechanisch justiert werden muss. Es muss keine permanente Verstellung erfolgen.

Insbesondere wird mit der vorliegenden Erfindung ein zuverlässiges und Energie effizientes hydraulisches Antriebssystem bereitgestellt, indem die Systemdruckerhöhung im Speziellen bei Differentialzylindern unterbunden wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Verhältnis der Fördervolumen der ersten Hydromaschine und der zweiten Hydromaschine mechanisch auf ein Flächenverhältnis der ersten Hydraulikzylinderfläche und der zweiten Hydraulikzylinderfläche justierbar. Hierbei sollte das Verhältnis des Fördervolumens der ersten Hydromaschine zu dem Fördervolumen der zweiten Hydromaschine dem Flächenverhältnis der beiden Hydraulikzylinderseiten entsprechen. Der Volumenstrom Q in dem hydraulischen Antriebssystem wird über die veränderbare Drehzahl der ersten und der zweiten Hydromaschine bereitgestellt und die Justierung des Fördervolumens erfolgt über den Justierparameter.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird ein Fördervolumen (Volumen V = dQ/dt des hydraulischen Antriebssystems durch einen bestimmten Justierparameter gesteuert. Im Sinne der Erfindung entspricht der Fördervolumen dem Volumen des Hydraulikfluides, welches pro Zeiteinheit in dem hydraulischen Antriebssystem bewegt wird. Der Justierparameter kann beispielsweise mit einem Verfahren gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ermittelt werden. Insbesondere ergibt sich der bestimmte Justierparameter (spezifische) mit Bezug auf den angeschlossenen Zylinder. Dieser wird für den verwendeten Zylinder bestimmt und eingestellt. Der bestimmte Justierparameter resultiert aus dem Flächenverhältnis der Zylinderflächen des Zylinders.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die erste Hydraulikzylinderfläche und die zweite Hydraulikzylinderfläche unterschiedlich. In der Regel werden Differentialzylinder eingesetzt, die mit nur einer Kolbenstange ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise zu einer verkürzten Baulänge führen, zu einer größeren erzielbaren Kraft auf der Kolbenseite und zu einem vereinfachten Dichtungsaufbau am Hydraulikzylinder. Es ist bekannt, dass ca. 80% der in der Praxis eingesetzten Hydraulikzylinder als Differentialzylinder ausgebildet sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Hydromaschine und/oder die zweite Hydromaschine aus einer Gruppe von Pumpen ausgewählt ist, welche wenigstens eine Verdrängerpumpe aufweist. Hierbei kann die Hydromaschine beispielsweise als eine Axialkolbenpumpe, Radialkolbenpumpe oder Flügelzellenpumpe, Zahnradpumpe, Spindelpumpe und dergleichen ausgebildet sein. Weiterhin ist vorgesehen, dass die manuell justierbare Pumpe als eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Axialkolbenpumpe, Radialkolbenpumpe, oder Flügelzellenpumpe ausgebildet ist.

Die Axialkolbenpumpe wird in der Hydraulik zur Umwandlung von mechanischer in hydraulische Energie eingesetzt. Mittels der Axialkolbenpumpe lässt sich der Volumenstrom verstellen.

Bei der Radialkolbenpumpe sind die Arbeitskolben im Gegensatz zu der Axialkolbenpumpe radial und senkrecht zur Antriebswelle angeordnet. Die Radialkolbenpumpe zeichnet sich durch ihren guten Wirkungsgrad aus.

Die Flügelzellenpumpe ist eine Verdrängerpumpe mit einem Hohlzylinder in dem ein weiterer Zylinder rotiert. Das Fördervolumen ist mechanisch justierbar und/oder einstellbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Hydromaschine mit der zweiten Hydraulikzylinderfläche des Hydraulikzylinders verbunden. Vorzugsweise ist die zweite Hydromaschine mit einem ersten Anschluss mit der zweiten Hydraulikzylinderfläche des Hydraulikzylinders verbunden. In vorteilhafter Weise kann der Volumenstrom mittels dieser Ausgestaltung das Volumen der ersten Hydromaschine des hydraulischen Antriebssystems baulich kleiner ausgestaltet werden. Diesbezüglich ist der Aufbau der ersten Hydromaschine entsprechend kleiner und somit kostengünstiger und weniger Wartungsintensiv und/oder Fehler- und Störanfällig.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Hydromaschine mit der ersten Hydraulikzylinderfläche des Hydraulikzylinders verbunden. Vorzugsweise ist die erste Hydromaschine mit einem ersten Anschluss mit der ersten Hydraulikzylinderfläche des Hydraulikzylinders verbunden. In dieser Ausführungsform ist das Volumen der ersten Hydromaschine kleiner ausgestaltet. Ferner verfügt die ersten Hydromaschine über zwei Anschlüsse, bei der jeweils einer mit dem gesamten Arbeitsdruck beaufschlagt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Hydromaschine mit einem Reservoir des hydraulischen Antriebssystems verbunden. Vorzugsweise ist die erste Hydromaschine über einen zweiten Anschluss mit einem Reservoir des hydraulischen Antriebssystems verbunden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Hydromaschine hydraulisch mit der ersten Hydraulikzylinderfläche verbunden. Vorzugsweise ist die zweite Hydromaschine über einen zweiten Anschluss hydraulisch mit der ersten Hydraulikzylinderfläche verbunden.

Das Reservoir ist dazu ausgebildet, zusätzliches Hydraulikfluid für das hydraulische Antriebssystem entsprechend eines Bedarfes zuzuführen. Zwischen der ersten Hydromaschine und dem Reservoir kann ein Nachsaugventil vorgesehen sein. Da vorgesehen ist die zweite Hydromaschine mit der ersten Hydraulikzylinderseite und der zweiten Hydraulikzylinderseite zu verbinden, fördert die zweite Hydromaschine das Hydraulikfluid zwischen den beiden Hydraulikzylinderseiten, je nach Drehrichtung, von der ersten Hydraulikzylinderseite zu der zweiten Hydraulikzylinderseite oder von der zweiten Hydraulikzylinderseite zu der ersten Hydraulikzylinderseite.

In dieser Ausführungsform kann die e erste Hydromaschine vorgesehen, nur das Volumenverhältnis der ersten Hydraulikzylinderseite und der zweiten Hydraulikzylinderseite auszugleichen. Das benötigte Fördervolumen der ersten Hydromaschine ist somit geringer im Vergleich zu einer Ausführungsform, bei der die zweite Hydromaschine nicht mit der ersten Hydraulikzylinderseite verbunden ist. Die erste Hydromaschine kann somit kleiner ausfallen, was den Platz für die Installation und den Aufbau und somit einhergehend den technischen Aufwand und anfallende Kosten verringert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Hydromaschine hydraulisch mit einem Reservoir des hydraulischen Antriebssystems verbunden. Vorzugsweise ist die zweite Hydromaschine hydraulisch über einen zweiten Anschluss mit einem Reservoir des hydraulischen Antriebssystems verbunden.

Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Anschluss der zweiten Hydromaschine vorzugsweise immer mit dem Reservoir verbunden. Somit kann eine Hydromaschine umfassend einen Druckanschluss vorgesehen werden. Hierdurch kann der interne Aufbau der Hydromaschine vereinfacht ausgebildet sein. Die erste Hydromaschine, gegensätzlich zu der vereinfachten zweiten Hydromaschine, muss den kompletten Volumenstrombedarf der ersten Zylinderkammer bereitstellen und muss somit entscheiden größer ausgestaltet sein.

Das Reservoir kann als ein Tank ohne Überdruck ausgebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Reservoir unter einem Überdruck stehen. Insbesondere kann das Reservoir 6 als ein vorgespanntes Reservoir ausgebildet ist. Vorzugsweise kann der Überdruck in einem Bereich von 2-25bar, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 2-10bar liegen. Diesbezüglich wird eine gesteigerte Ansaugung der ersten Hydromaschine und der zweiten Hydromaschine ermöglicht. Weiterhin ergibt sich in vorteilhafter Weise durch diesen Aufbau, dass das Hydraulikmedium (bspw. Hydraulikfluid) von der Atmosphäre getrennt werden kann und so einer Alterung des Hydraulikmediums entgegengewirkt werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das vorgespannte Reservoir 6 mit einem Druck in einem Schwankungsbereich bevorzugt von 22bar, weiter bevorzugt von 14bar beaufschlagt. In vorteilhafter Weise können in diesem Schwankungsbereich die Hydraulikpumpen betrieben werden, ohne dass deren Dichtungsgüte und/oder Qualität reduziert wird. Ferner die Hydraulikpumpen in einem Bereich betrieben werden, in deren die Belastungsgrenzen des Pumpengehäuses eingehalten werden, um einer Beschädigung vorzubeugen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die erste Hydromaschine und die zweite Hydromaschine wenigstens einen Hochdruckanschluss auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die erste Hydromaschine oder die zweite Hydromaschine wenigstens einen Hochdruckanschluss auf.

Beispielsweise können ein Hydraulikanschluss der ersten Hydromaschine und ein Hydraulikanschluss der zweiten Hydromaschine, der entweder mit der ersten Hydraulikzylinderseite oder der zweiten Hydraulikzylinderseite verbunden ist, als ein Hochdruckanschluss ausgebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems weisen die erste Hydromaschine und/oder die zweite Hydromaschine einen Niederdruckanschluss auf. Ein Hydraulikanschluss der ersten Hydromaschine und ein Hydraulikanschluss der zweiten Hydromaschine der mit dem Reservoir verbunden ist, können als ein Niederdruckanschluss ausgebildet sein.

Über den Hochdruckanschluss kann eine Hochdruckleitung angeschlossen werden. Beispielsweise kann an den Hochdruckanschluss eine Hochdruckleitung zur Verbindung mit dem hydraulischen Zylinder angeschlossen sein. Der Niederdruckanschluss kann dauernd mit einer Tankleitung verbunden sein und eine hydraulische Verbindung zu dem Reservoir bereitstellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems weisen die erste Hydromaschine und/oder die zweite Hydromaschine einen Hoch- und Niederdruckspeicher auf. Die erste Hydromaschine ist mit der zweiten Hydraulikzylinderseite des Hydraulikzylinders und die zweite Hydromaschine ist mit der ersten Hydraulikzylinderseite des Hydraulikzylinders verbunden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems weisen die erste Hydromaschine und/oder die zweite Hydromaschine einen Hoch- und Niederdruckspeicher auf. Die erste Hydromaschine ist mit der ersten Hydraulikzylinderseite des Hydraulikzylinders und die zweite Hydromaschine ist mit der zweiten Hydraulikzylinderseite des Hydraulikzylinders verbunden.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Justieren eines Fördervolumens eines hydraulischen Antriebssystems mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen zu dem Verfahren.

Das Verfahren zum Justieren eines Fördervolumens in einem hydraulischen Antriebssystems mit einer ersten Hydromaschine und/oder einer zweiten Hydromaschine umfasst folgende Schritten:

Bestimmen eines Flächenverhältnisses zwischen einer ersten Hydraulikzylinderfläche und einer zweiten Hydraulikzylinderfläche eines Hydraulikzylinders des hydraulischen Antriebssystems;

Bestimmen eines Soll-Fördervolumens der ersten Hydromaschine und/oder der zweiten Hydromaschine;

Bestimmen eines ersten Justierparameters der ersten Hydromaschine und/oder der zweiten Hydromaschine, und

Justieren des Fördervolumens der ersten Hydromaschine und/oder der zweiten Hydromaschine des hydraulischen Antriebssystems unter Verwendung des bestimmten ersten Justierparameters. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den weiteren Schritt:

Testen der ersten Hydromaschine und/oder der zweiten Hydromaschine auf einem Prüfstand und/oder durch einen Testlauf, ob das justierte Fördervolumen dem Flächenverhältnis des Hydraulikzylinders entspricht. In vorteilhafter Weise kann durch ein Testen der Hydromaschine das justierte

Fördervolumen dahingehend geprüft werden, ob dieses den Anforderungen an das hydraulische Antriebssystem entspricht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Justieren des Fördervolumens durch ein Einstellen eines Justierelementes mit dem bestimmten ersten Justierparameter. Vorzugsweise wird das Justierelement über ein Konterelement fixiert.

In vorteilhafter Weise kann über das Justierelement in effizienter Weise das Fördervolumen einer der Hydromaschinen justiert und somit verändert werden. Weiterhin muss mit der vorliegenden Erfindung muss das Fördervolumen über das Justierelement nur einmalig verändert/eingestellt werden und kann durch die Verwendung eines Konterelementes auf diese Einstellung fixiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, ist das Justierelement wenigstens als eine Gewindespindel, als ein Gewindebolzen oder als eine Gewindeschraube ausgebildet. Das Justierelement kann als eine entsprechende Kontormutter ausgebildet sein. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein hydraulisches

Antriebssystem zur Steuerung eines Hydraulikzylinders mit einem konstant bleibenden Summendruck in dem hydraulischen Antriebssystem.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere können die Merkmale der Verfahrensansprüche als strukturelle Merkmale in dem hydraulischen Antriebssystem realisiert werden. Zudem kann vorgesehen sein, das Verfahren durch strukturelle Merkmale zu konkretisieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombination von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzung zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass durch diese Beispiele Abwandlungen beziehungsweise Ergänzungen, wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben, mit umfasst sind. Darüber hinaus stellen diese bevorzugten Ausführungsbeispiele keine Beschränkung der Erfindung in der Art dar, dass Abwandlungen und Ergänzungen im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche, und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Antriebssystem 1. Das hydraulische Antriebssystem 1 umfasst eine erste Hydromaschine 2 und eine zweite Hydromaschine 3. Die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 werden gemeinsam über eine Welle von einem drehzahlvariablen Antrieb 4 angetrieben. Vorzugsweise sind die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine mechanisch mit einander verbunden. Die mechanische Verbindung kann über eine Welle erfolgen. Die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 sind als Konstantpumpen ausgebildet. Die erste Hydromaschine 2 ist mit einem Reservoir 6 hydraulisch verbunden. Zwischen der ersten Hydromaschine 2 und dem Reservoir 6 kann ein Nachsaugventil (nicht dargestellt) zwischengeschaltet sein. Unter einem Reservoir 6 (Ausgleichsbehälter) ist ein Behälter zu verstehen, welcher das Hydrauliköl bzw. das hydraulische Medium des hydraulischen Antriebssystems 1 aufnimmt. Bei dem Hydraulikflüssigkeit bzw. dem hydraulischen Medium kann es sich um ein spezielles mineralisches Öl handeln. Das Reservoir 6 ist vorgesehen, die Hydraulikflüssigkeit zu bevorraten, hält diese aber ansonsten drucklos. Das Reservoir ist als Tank ohne Überdruck zu verstehen. Hierdurch kann das Reservoir 6 gefahrlos gefüllt und entleert werden. Das Reservoir 6 ist als ein geschlossener Behälter ausgeführt, der über Entlüftungsventile mit der umgebenen Luft verbunden ist. Diese Verbindung ist erforderlich, damit ein Druckausgleich erfolgen kann. Rücklaufende Hydraulikflüssigkeit bzw. das hydraulische Medium würde andernfalls einen Überdruck erzeugen und auslaufende Hydraulikflüssigkeit einen Unterdrück.

Durch das abgeschlossene System kann sichergestellt werden, dass keine Kavitation eintritt und somit die Qualität des hydraulischen Mediums (besp. Öl) gegeben bleibt bzw. dieses nicht und/oder weniger schnell altert. Somit wird ein vorzeitiger Austausch und/oder Wartungsintervalle reduzert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Reservoir 6 unter einem Überdruck stehend ausgebildet sein. Insbesondere kann das Reservoir 6 als ein vorgespanntes Reservoir ausgebildet ist.

Vorzugsweise kann ein Überdruck in einem Bereich von 2-25bar, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2-10bar bereitgestellt werden. Ein Reservoir mit Überdruck ermöglicht eine gesteigerte Ansaugung durch die erste Hydromaschine und die zweite Hydromaschine. Weiterhin kann durch diesen Aufbau das Hydraulikmedium von der Atmosphäre getrennt werden und so eine Alterung des Hydraulikmediums entgegenwirken.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das vorgespannte Reservoir 6 mit einem Druck in einem Schwankungsbereich bevorzugt von 22bar, weiter bevorzugt von 14bar beaufschlagt. In vorteilhafter Weise können in diesem Schwankungsbereich die Hydraulikpumpen betrieben werden, ohne dass deren Dichtungsgüte und/oder Qualität reduziert wird. Ferner die Hydraulikpumpen in einem Bereich betrieben werden, in deren die Belastungsgrenzen des Pumpengehäuses eingehalten werden, um einer Beschädigung vorzubeugen.

Die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 sind mit einer ersten Hydraulikzylinderseite 5a eines Hydraulikzylinders 5 hydraulisch verbunden. Die zweite Hydromaschine 3 ist mit der zweiten Hydraulikzylinderseite 5b des Hydraulikzylinders 5 hydraulisch verbunden.

Wenn der drehzahlvariable Antrieb 4 die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 antreibt, dann fördert, abhängig von der Drehrichtung des drehzahlvariablen Antriebs 4, die erste Hydromaschine 2 Hydraulikfluid von dem Reservoir 6 in die erste Hydraulikzylinderseite 5a des Hydraulikzylinders und die zweite Hydromaschine 3 fördert Hydraulikfluid von der zweiten Hydraulikzylinderseite 5b des Hydraulikzylinders 5 in die erste Hydraulikzylinderseite 5a des Hydraulikzylinders 5. Der Kolben des Hydraulikzylinders 5 wird ausgefahren. Treibt der Antrieb 4 die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 in die andere Richtung an, so fördert die erste Hydromaschine 2 Hydraulikfluid aus der ersten Hydraulikzylinderseite 5a des Hydraulikzylinders 5 in das Reservoir 6 und die zweite Hydromaschine 3 fördert Hydraulikfluid aus der ersten Hydraulikzylinderseite 5a des Hydraulikzylinders in die zweite Hydraulikzylinderseite 5b des Hydraulikzylinders 5. Der Kolben des Hydraulikzylinders 5 wird eingefahren.

Der Fördervolumen in dem hydraulischen Antriebssystem 1 kann über die Drehzahl des drehzahlvariablen Antriebs 4 gesteuert werden. Die erste Hydromaschine 2 muss in dieser Anordnung lediglich das Volumenverhältnis der ersten Hydraulikzylinderseite 5a und der zweiten Hydraulikzylinderseite 5b ausgleichen. Das Fördervolumen der ersten Hydromaschine 2 kann somit kleiner ausfallen als in anderen Anordnungen. Die erste Hydromaschine 2 kann somit in ihrer Bauweise kleiner ausgestaltet sein.

Es ist vorgesehen, dass Fördervolumen zumindest einer Hydromaschine 2, 3 pro Pumpenumdrehung zu justieren bzw. mechanisch einzustellen und zu fixieren. Hierzu wird das feste Fördervolumen der ersten Hydromaschine 2 und/oder der zweiten Hydromaschine 3 verändert. Beispielsweise kann bei einer Radialkolbenpumpe (RKP) vorgesehen sein, das Fördervolumen über die Exzentrizität des Hubrings zu justieren. Dies führt zu einer Verstellung des Hubes der Kolben oder Flügel und somit zu einer Veränderung des Fördervolumens pro Pumpenumdrehung. Über eine entsprechend vorgesehene Spindel kann die Exzentrizität des Hubrings verstellt werden und das Fördervolumen pro Pumpenumdrehung justiert und fixiert werden. Die Hubeinstellung kann über eine mechanische Fixierung arretiert werden. Bei einer Hubeinstellung über eine Verstellspindel kann die Arretierung über eine Kontermutter erfolgen. In vorteilhafter Weise ist der erfinderische Aufbau und die Verwendung von ausschließlichen Konstantpumpen (beispielsweise Außenzahnradpumpen, Innenzahnradpumpen, Schraubenspindelpumpen) oder verstellbaren Konstantpumpen (beispielsweise Axialkolbenpumpe, Radialkolbenpumpe, Flügelzellenpumpen) für die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 im Wesentlichen einfacher umzusetzen und im Betrieb zuverlässiger als im Vergleich zu Verstellpumpen, deren Fördervolumen im Betrieb permanent verstellt werden kann. Verstellpumpen für sich betrachtet, weißen den Nachteil auf, dass für das Stellsystem ein erheblicher Mehraufwand notwendig ist. Bei Verstellpumpen wird die Verstellung über sogenannte Steuerkolben umgesetzt, die mit einem entsprechenden Druck oder einem Hydraulikfluid beaufschlagt werden, was ein zusätzliches Proportionalventil bedarf, um den Druck in den Steuerkolben regelt. Zudem ist ein Wege-Messsystem zur Erfassung der Position vorgesehen. Weiterhin bedarf es eines Steuersystems zur Versorgung des Proportionalventils. Dies stellt einen erheblichen Mehraufwand dar. Die vorliegende Erfindung ist diesbezüglich in ihrem Aufbau einfacher zu realisieren und zu dem zuverlässiger durch die geringere Anzahl an zu versorgender Komponenten.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Ansteuerung des hydraulischen Antriebssystems effizienter und einfach ausgebildet ist, da das Fördervolumen nur einmalig eingestellt bzw. justiert werden muss. Eine Abstimmung des Fördervolumens der zweiten Hydromaschine 3 auf das Hydraulikzylinder-Fläche-Verhältnis kann über die Verstellung der Extrinzität des Hubrings erfolgen. Das geförderte Volumenstrom in dem hydraulischen Antriebssystem 1 über die Drehzahl der ersten und zweiten Hydromaschine 2, 3. Vorzugsweise ist wenigstens einer der Hydromaschinen 2, 3 als eine Axialkolbenpumpe, Radialkolbenpumpe oder Flügelzellenpumpen ausgebildet und verfügt über eine manuelle mechanische Hubeinstellung des Fördervolumens. Die weitere Hydromaschine 2, 3 kann als eine Konstantpumpe oder als eine verstellbare Konstantpumpe ausgebildet sein.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann das Volumen der ersten Hydromaschine 2 kleiner ausfallen, als im Vergleich zu der in der Ausführungsform dargestellt in Fig. 2 eingesetzten ersten Hydromaschine 2. Damit kann die erste Hydromaschine 2 in Fig. 1 entsprechend kleiner ausgebildet sein und spiegelt sich in einem Kosten günstigeren Einsatz wieder. Die in Fig. 1 dargestellte zweite Hydromaschine verfügt über zwei Anschlüsse die beide mit vollem Arbeitsdruck beaufschlagt sein können.

In Fig. 1 weist die zweite Hydromaschine 3 die Justierung 7 auf. Die Justierung 7 ist ausgebildet, um für die erste Hydromaschine 2 und/oder die zweite Hydromaschine 3 ein justierbares Fördervolumen zu justieren. Insbesondere kann das Fördervolumen über die Justierung 7 mechanisch justiert werden. In der Fig. 1 und 2 weist die zweite Hydromaschine 3 die Justierung 7 auf. Dies stellt nur eine bespielhafte und keine beschränkende Darstellung dar. Gegebenenfalls kann auch die erste Hydromaschine 2 die Justierung 7 aufweisen. Über die Justierung 7 kann beispielsweise bei Kolbenpumpen und Flügelzellenpumpen mittels der Verstellung der Justierung 7 der Hub der Kolben oder Flügel manuell eingestellt werden. Diese Hubeinstellung führt zu einer Veränderung des Fördervolumens pro Umdrehung. Die Justierung 7 kann bezüglich der Verstellung gemäß dem ermittelten ersten Justierungsparameter durch Eindrehen bzw. Ausdrehen verändert werden. Die Justierung 7 kann mittels einer mechanischen Fixiereinrichtung arretiert werden. Diese mechanische Fixiereinrichtung kann als eine Kontermutter aufgeschraubt auf der Justierung 7 ausgebildet sein.

Fig. 2 zeigt ein hydraulisches Antriebssystem 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das hydraulische Antriebssystem 1 gemäß der Fig. 2 umfasst eine erste Hydromaschine 2 und eine zweite Hydromaschine 3. Die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 werden gemeinsam, beispielsweise wie dargestellt, über eine Welle von einem drehzahlvariablen Antrieb 4 angetrieben. Die erste Hydromaschine 2 ist mit einer ersten Hydraulikzylinderseite 5a eines Hydraulikzylinders 5 hydraulisch verbunden. Die zweite Hydromaschine 3 ist mit einer zweiten Hydraulikzylinderseite 5b eines Hydraulikzylinders 5 hydraulisch verbunden. Die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 sind jeweils mit einem Reservoir 6 verbunden. Dabei kann zwischen der ersten Hydromaschine 2 und dem Reservoir 6 und zwischen der zweiten Hydromaschine 3 und dem Reservoir 6 ein Nachsaugventil vorgesehen sein. In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 gemeinsam über ein Nachsaugventil mit dem Reservoir 6 verbunden.

Treibt der drehzahlvariable Antrieb 4 die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 an, dann fördert, abhängig von der Drehrichtung des drehzahlvariablen Antriebs 4, die erste Hydromaschine 2 Hydraulikfluid von dem Reservoir 6 in die erste Hydraulikzylinderseite 5a des Hydraulikzylinders 5 und die zweite Hydromaschine 3 fördert Hydraulikfluid von der zweiten Hydraulikzylinderseite 5b des Hydraulikzylinders 5 in das Reservoir 6. Der Kolben wird in eine Endlage verfahren, beispielsweise wird der Kolben des Hydraulikzylinders 5 ausgefahren. Treibt der Antrieb 4 die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 in die andere als die zuvor beschriebene Richtung an, so fördert die erste Hydromaschine 2 Hydraulikfluid aus der ersten Hydraulikzylinderseite 5a des Hydraulikzylinders 5 in das Reservoir 6 und die zweite Hydromaschine 3 fördert Hydraulikfluid aus der zweiten Hydraulikzylinderseite 5b des Hydraulikzylinders 5 in das Reservoir 6. Der Kolben des Hydraulikzylinders 5 wird eingefahren. Der Fördervolumen (Volumen) in dem hydraulischen Antriebssystem 1 wird erfindungsgemäß durch den Justierparameter gesteuert.

Die Verschaltung der ersten Hydromaschine 2 und der zweiten Hydromaschine 3, wie dargestellt in den Figuren 1 und 2 führt bei einer Verwendung eines Differenzialzylinders mit einem beispielhaften Flächenverhältnis von 2: 1 dazu, das die erste Hydromaschine 2 und die zweite Hydromaschine 3 das gleiche Fördervolumen aufweisen und somit gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik zu mindestens die eine Hydromaschine kleiner ausgeführt werden kann, was zu einem kleineren Platzbedarf und zu geringeren wirtschaftlichen Aufwendungen führt. Der geförderte Volumenstrom kann über eine Drehzahländerung des Primärantriebs beeinflusst und damit die Verfahrensgeschwindigkeit des hydraulischen Zylinders 5 geändert werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zweite Hydromaschine 3 als eine 4-Quadranten-Stufe ausgebildet ist. Die 4-Quadranten-Stufe kann in einem 4-Quadrantenbetrieb mit positivem Drehmoment und positiver Drehrichtung, mit positivem Drehmoment und negativer Drehrichtung, mit negativem Drehmoment und positiver Drehrichtung und mit negativem Drehmoment und negativer Drehrichtung betrieben werden.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Volumen der ersten Hydromaschine 2 kleiner im Vergleich zur der ersten Hydromaschine der Fig. 1. Die zweite Hydromaschine 2 verfügt über zwei Anschlüsse wobei nur einer mit vollem Arbeitsdruck beaufschlagt wird.

Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Aufbau ist der zweite Anschluss der zweiten Hydromaschine 3 vorzugsweise immer mit dem Reservoir 6 in Fluidverbindung. Die zweite Hydromaschine 3 kann somit nur mit einem Druckanschluss versehen ausgebildet sein. Hierdurch ist der interne Aufbau der zweiten Hydromaschine 3 einfacher ausgebildet. Die erste Hydromaschine 2 hingegen stellt nun den kompletten Volumenstrombedarf der ersten Zylinderkammer bereit und fällt somit größer aus im Vergleich zu der Ausführungsform der Fig. 1.

Das Reservoir 6 kann als ein Tank ohne Überdruck ausgebildet sein. Das Reservoir 6 kann ebenfalls als ein Reservoir unter einem Überdruck stehend ausgebildet sein. Vorzugsweise ist ein Überdruck in einem Bereich von 2-25bar, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2-25bar vorgesehen. Dies ermöglicht eine verbesserte Ansaugung der ersten Hydromaschine 2 und zweiten Hydromaschine 3 auf der einen Seite und auf der anderen Seite ermöglicht solch ein entsprechende Ausgestaltung das Hydraulikmedium von der Atmosphäre zu trennen und so der Alterung des Hydraulikmediums entgegenzuwirken.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 10 zum Justieren eines Fördervolumens in einem hydraulischen Antriebssystem 1. Das hydraulische Antriebssystem 1 weist eine erste Hydromaschine 2 und eine zweite Hydromaschine 3 auf. Das in der Fig. 3 dargestellte Verfahren kann die folgenden Verfahrensschritte S1-S3 umfassen. In einem ersten Schritt S1 wird ein Flächenverhältnis zwischen einer ersten Hydraulikzylinderfläche 5a und einer zweiten Hydraulikzylinderfläche 5b eines Hydraulikzylinders 5 des hydraulischen Antriebsystems 1 bestimmt. In einem weiteren Schritt S2 wird ein Soll-Fördervolumen der ersten Hydromaschine und/oder der zweiten Hydromaschine des hydraulischen Antriebssystems 1 bestimmt. In einem weiteren Schritt S3 wird ein erster Justierparameter der ersten Hydromaschine 2 und/oder der zweiten Hydromaschine 3 bestimmt. Unter Verwendung des bestimmten ersten Justierparameters wird das Fördervolumen der ersten Hydromaschine 2 und/oder der zweiten Hydromaschine 3 des hydraulischen Antriebssystem 1 justiert. Es kann in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass weitere Justierparameter bestimmt werden, um das Fördervolumen zu justieren. Insbesondere ist vorgesehen, dass Fördervolumen des hydraulischen Antriebssystem 1 über ein Justieren der Fördervolumen der ersten Hydromaschine 2 und der zweiten Hydromaschine 3 zu justieren.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verfahren einen weiteren Schritt umfasst. Der weitere Schritt umfasst ein Testen der ersten Hydromaschine 2 und/oder der zweiten Hydromaschine 3 auf einem Prüfstand. Weiterhin kann ein Testen der ersten Hydromaschine 2 und/oder der zweiten Hydromaschine 3 durch einen Testlauf vorgesehen sein. Durch das Testen kann ermittelt werden, ob das justierte Fördervolumen dem Flächenverhältnis des Hydraulikzylinders entspricht.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Justieren des Fördervolumens durch ein Einstellen eines Justierelementes, vorzugsweise eine Gewindespindel, Gewindebolzen oder eine Gewindeschraube mit dem bestimmten ersten Justierparameter erfolgt. Vorzugsweise ist vorgesehen, das Justierelement über ein Konterelement, vorzugsweise eine Kontormutter zu fixieren.

Bezugszeichenliste

1 hydraulisches Antriebssystem

2 erste Hydromaschine 3 zweite Hydromaschine

4 drehzahlvariabler Antrieb

5 Hydraulikzylinder

5a erste Hydraulikzylinderfläche

5b zweite Hydraulikzylinderfläche 6 Reservoir

7 Justierung

S1-S3 Verfahrensschritte