DE102006002566A1 - Hydraulikanlage - Google Patents

Abstract

In einer Hydraulikanlage mit einem Reservoir (1) für das Hydraulikfluid, einer Pumpe (2), einem Hochdruckleitungsnetz (3), einem Niederdruckleitungsnetz (4) und Arbeitszylindern (5, 7), die jeweils über Steuereinheiten (51, 61) mit dem Hochdruck- bzw. Niederdruckleitungsnetz verbindbar sind, ist jedem Arbeitszylinder (5, 7) ein lokales Kompensationsvolumenelement (55, 75) zugeordnet. Dadurch lässt sich das Reservoirvolumen gering halten.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Hydraulikanlage mit einem Reservoir für das Hydraulikfluid, einer Pumpe, einem Hochdruckleitungsnetz, einem Niederdruckleitungsnetz und Arbeitszylindern, die jeweils über Steuereinheiten mit dem Hockdruck- bzw. Niederdruckleitungsnetz verbindbar sind.
• Üblicherweise sind die Arbeitszylinder solcher Hydraulikanlagen zumindest teilweise so gestaltet, dass die bei Arbeitshüben verdrängten Volumina auf der Hochdruckseite des Arbeitszylinders ungleich denen auf der Niederdruckseite sind. Das Differenzvolumen muss somit ausgeglichen werden, was bei bekannten Hydraulikanlagen dadurch erfolgt, dass man das ohnehin notwendige Reservoir, welches zum Ausgleich von Leckageverlusten und zum Ausgleich thermischer Volumenschwankungen notwendig ist, entsprechend groß dimensioniert, so dass es die Differenzvolumina auffangen kann. Sind in einer Hydraulikanlage mehrere Arbeitszylinder vorhanden, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind, so kann das vorzuhaltende Reservoirvolumen beträchtlichen Umfang annehmen, da die Reservoirgröße unter Berücksichtigung der Summe aller Differenzvolumina, thermischer Schwankungen sowie Leckagemargen ausgelegt sein muss. Ein zusätzliches Problem ergibt sich dann, wenn für Hydraulikanlagen mehrere redundante Hydraulikkreisläufe verlangt werden, wie es im Luftfahrzeugbau aus Sicherheitsgründen der Fall ist. Um die Verwendung von baugleichen Reservoiren zu ermöglichen, wird dann der Hydraulikkreislauf mit der jeweils größten Schwankungsbreite bestimmend für die Auslegung aller Reservoire. Dadurch ergibt sich ein zum Teil erheblicher Mehraufwand an Reservoirvolumen sowie an Fluidfüllmenge für das Gesamtsystem, was wiederum den erheblichen Nachteil von großen mitzuführenden Massen in einem Luftfahrzeug nach sich zieht.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Hydraulikanlage der eingangs bezeichneten Art so auszubilden, das die vorzuhaltenden zentralen Reservoirvolumen so minimiert werden können, dass sie nur mehr zur Kompensation von Leckageverlusten und thermischen Volumenschwankungen ausreichend bemessen sind, um dadurch Baugröße und Baugewicht einzusparen.
• Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Hydraulikanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mindestens einem der Arbeitszylinder, vorzugsweise jedoch jedem Arbeitszylinder (sofern der Arbeitszylinder nicht ohnehin gleiche Stellvolumina hat), ein lokales Kompensationsvolumenelement zugeordnet ist, welches so angepasst ist, dass es das Differenzvolumen zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite des Arbeitszylinders ausgleicht. Es wird also für jeden Arbeitszylinder und genau auf dessen Geometrie abgestimmt, das sich ergebende Differenzvolumen bei einer Hubbewegung des Arbeitskolbens dem Kompensationsvolumenelement zugeführt bzw. aus dem Kompensationsvolumenelement entnommen und dem Arbeitszylinder zugeführt, so dass keinerlei Rückgriff auf das Volumen des zentralen Reservoirs notwendig ist.
• Dadurch kann das zentrale Reservoir für das Hydraulikfluid der Hydraulikanlage erheblich verkleinert werden. Bei redundanten zusätzlichen Kreisläufen müssen nur dort und nur in solcher Größe Kompensationsvolumenelemente vorgesehen sein, wo dies aus Redundanzgründen gefordert wird und es muss nicht ein aus der Addition sämtlicher Differenzvolumina sich ergebendes extrem großes Reservoirvolumen vorgesehen werden. Bei neuen Hydraulikanlagen kann also, bezogen auf herkömmliche Anlagen, in erheblichem Umfang Bauraum und Baugewicht eingespart werden. Bei bereits vorhandenen Anlagen ist eine lokale Erweiterung von Arbeitszylindern mit lokalen Kompensationsvolumenelementen ohne weiteres möglich, wodurch der Zwang vermieden wird, ein vorhandenes zentrales Reservoirvolumen zu verändern bzw. auszutauschen.
• Das lokale Kompensationsvolumenelement verfügt vorzugsweise über einen Kompensationsraum sowie über ein in dem Kompensationsraum angeordnetes, bewegliches Arbeitselement, z.B. in der Form eines Arbeitskolbens.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen oder mehrere Arbeitszylinder ein Druckspeicher vorgesehen ist, dessen nutzbares Hubvolumen, wie an sich bekannt, wesentlich größer ist als das Hubvolumen eines Arbeitszylinders, und dass für die Arbeitszylinder und den Druckspeicher ein als gemeinsames Kompensationsvolumenelement ausgebildetes Kompensationsvolumenelement vorgesehen ist, welches so angepasst ist, dass es die Differenzvolumina aus den Arbeitszylindern und dem Druckspeicher aufnehmen kann. Da sich bei der Anwendung Druckspeicher gepufferter Arbeitszylinder das Gesamtkompensationsvolumen von Druckspeicher und einem oder mehreren Arbeitszylindern, wenn überhaupt, nur geringfügig von dem Kompensationsvolumen des Druckspeichers allein unterscheidet, ist diese Lösung, bezogen auf den Bauaufwand, sehr vorteilhaft. Hingegen ist das gesamte Kompensationsvolumen eines Druckspeichers, von dem aus mehrere Arbeitszylinder beaufschlagt werden, relativ groß; und es ergibt sich insoweit als dieses Kompensationsvolumen nicht vom zentralen Reservoir aufgenommen werden muss, ein bedeutender Vorteil gegenüber herkömmlichen Anlagen.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung erfährt die Erfindung dadurch, dass das Kompensationsvolumenelement zur Aufnahme bzw. Abgabe des Differenzvolumens jeweils über eine mechanische Verbindung mit dem Arbeitskolben des Arbeitszylinders oder des Druckspeichers betätigt wird. Eine solche unmittelbare mechanische Verbindung ist baulich einfach gestaltbar und hat den Vorteil, dass das Kompensationsvolumenelement bezüglich seiner Abmessungen problemlos exakt an die Größe des Differenzvolumens angepasst werden kann und somit nicht größer als unbedingt erforderlich gewählt werden muss.
• Schließlich ist es in Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, wenn die mechanische Verbindung eine aus dem Arbeitszylinder bzw. Druckspeicher heraus verlängerte Kolbenstange ist, welche mit dem Arbeitskolben des Kompensationsvolumenelementes verbunden ist. Diese baulich einfache Gestaltung erspart wiederum Bauaufwand und Baugewicht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn, was in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen wird, das Kompensationsvolumenelement jeweils koaxial zu dem mit ihm zusammenwirkenden Arbeitszylinder angeordnet ist.
• Anhand der beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. In den Zeichnungen zeigt
• 1 eine erste grundlegende Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikanlage mit zwei Arbeitszylindern;
• 2 eine Hydraulikanlage entsprechend 1, jedoch mit der Abwandlung, dass für einen Arbeitszylinder ein Druckspeicher vorgesehen ist; und
• 3 eine herkömmliche Hydraulikanlage nach dem Stand der Technik.
• Bei der herkömmlichen Hydraulikanlage nach 3 wird aus einem Reservoir 1 mittels einer Pumpe 2 Hydraulikfluid in ein Hochdruckleitungsnetz 3 gepumpt. Ein Niederdruckleitungsnetz 4 führt in das zentrale Reservoir 1 zurück. Über eine erste Steuereinheit 51 ist ein erster Arbeitszylinder 5 an das Hochdrucknetz 3 und an das Niederdruckleitungsnetz 4 angeschlossen. Ein zweiter Arbeitszylinder 7 ist über eine zweite Steuereinheit 61 an einen Kolbendruckspeicher 6 angeschlossen, von dem aus er druckbeaufschlagt wird. Eine Niederdruckleitung führt vom zweiten Arbeitszylinder 7 über die zweite Steuereinheit 61 zurück zum Niederdruckleitungsnetz 4 und zum zentralen Reservoir 1. Der Kolbendruckspeicher 6 wird mit Druckgas beaufschlagt, um ein konstantes Druckniveau zur Verfügung zu stellen. Wie aus dem schematischen Längsschnitt des Arbeitszylinders 5 ersichtlich, sind die beim Arbeitshub verdrängten Volumina auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite nicht gleich. Das Differenzvolumen muss bei der dargestellten bekannten Hydraulikanlage durch eine entsprechend große Dimensionierung des Reservoirs 1 aufgefangen werden können. Das Reservoir 1 muss so groß ausgelegt werden, dass bei unabhängig voneinander erfolgender Steuerung des Arbeitszylinders 5 und des zweiten Arbeitszylinders 7 die Differenzvolumina aus dem Arbeitszylinder 5, dem zweiten Arbeitszylinder 7 bzw. dem Druckspeicher 6 aufgenommen werden können.
• Bei der in 1 gezeigten grundlegenden Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikanlage sind deren einzelne Bausteine mit analogen Bezugszeichen versehen wie bei der vorbekannten Hydraulikanlage gemäß 3. Der Arbeitszylinder 5 ist in gleicher Weise ausgebildet wie bei der Anordnung nach 1. Dem Arbeitszylinder 5 ist ein lokales, mit einer Seite an das Niederdruckleitungsnetz 4 angeschlossenes erstes Kompensationsvolumenelement 55 zugeordnet und zwar in der Weise, dass das erste Kompensationsvolumenelement 55 koaxial zum Arbeitszylinder 5 angeordnet ist und eine aus dem Arbeitszylinder 5 heraus verlängerte Kolbenstange 56 mit dem Arbeitskolben 58 des ersten Kompensationsvolumenelements 55 verbunden ist. Die Kolbenstange 56 bildet hier also gleichzeitig eine Kolbenstange des Arbeitskolbens 58. Diese baulich äußerst einfache Gestaltung führt dazu, dass das Differenzvolumen zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite des Arbeitszylinders 5 im Kompensationsvolumenelement 55 aufgenommen wird und somit getrennt ist vom zentralen Reservoir 1. In gleicher Weise wie das erste Kompensationsvolumenelement 55 für den Arbeitszylinder 5 wirkt ein ebenfalls mit einer Seite an das Niederdruckleitungsnetz angeschlossenes zweites Kompensationsvolumenelement 75 auf einen zweiten Arbeitszylinder 7, wobei in diesem Fall die Kolbenstange 76 des zweiten Arbeitszylinders 7 mit dem Arbeitskolben 78 des zweiten Kompensationsvolumenelementes 75 verbunden ist. Die Kolbenstange 76 bildet hier also gleichzeitig eine Kolbenstange des Arbeitskolbens 78.
• Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikanlage wird der zweite Arbeitszylinder 7 von einem Druckspeicher 6 beaufschlagt. Der Druckspeicher besitzt eine Kolbenstange 66 mit einem ersten und zweiten Arbeitskolben 62, 68. Das nutzbare Hubvolumen des Druckspeichers 6 soll, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wesentlich größer als das Hubvolumen des Arbeitszylinders 7 sein. Dadurch kann der zweite Arbeitszylinder 7, ohne die Pumpe 2 zu belasten, mehrere Zyklen ausführen bzw. während einer längeren Betriebsdauer arbeiten, ohne dass die Pumpe 2 beansprucht wird. Der Druckspeicher 6 wird durch Druckgas beaufschlagt, welches mit der Bezeichnung „Gas" in der 2 angedeutet ist. Für den zweiten Arbeitszylinder 7 und dem mit ihm zusammenarbeitenden Druckspeicher 6 ist ein gemeinsames Kompensationsvolumenelement 69 vorgesehen, welches so angepasst ist, dass es die Differenzvolumina aus dem Arbeitszylinder 7 und dem Druckspeicher 6 aufnehmen kann. Das gemeinsame Kompensationsvolumenelement 69 ist wiederum so gestaltet, dass es koaxial zum Druckspeicher 6 angeordnet ist bzw. zumindest teilweise einen Bestandteil bzw. Teilbereich desselben bildet und auf der in der 2 rechten Seite des zweiten Arbeitskolbens 68 den für die Kolbenstange 66 und den zweiten Arbeitskolben 68 zur Verfügung stehenden Arbeitsraum des Druckspeichers 6 verlängert. Der zweite Arbeitskolben 68 des Druckspeichers 6 bildet hier gleichzeitig den Arbeitskolben des Kompensationsvolumenelementes 69. Und die Kolbenstange 66 des Druckspeichers fungiert hier gleichzeitig als eine Kolbenstange des Arbeitskolbens des Kompensationsvolumenelementes 69. Über eine Niederdruckleitung ist das gemeinsame Kompensationsvolumenelement 69 mit der Niederdruckseite des Arbeitszylinders 7 und mit der Niederdruckseite der zweiten Steuereinheit 61 verbunden.

1

Reservoir

2

Pumpe

3

Hochdruckleitungsnetz

4

Niederdruckleitungsnetz

5

Erster Arbeitszylinder

6

Druckspeicher

7

Zweiter Arbeitszylinder

51

Erste Steuereinheit

55

Erstes Kompensationsvolumenelement

56

Kolbenstange

58

Arbeitskolben

61

Zweite Steuereinheit

62

Erster Arbeitskolben von 6

66

Kolbenstange von 6

68

Zweiter Arbeitskolben von 6

69

Gemeinsames Kompensationsvolumenelement

75

Zweites Kompensationsvolumenelement

76

Kolbenstange

78

Arbeitskolben

Claims (11)

1. Hydraulikanlage mit einem Reservoir (1) für ein Hydraulikfluid, einer Pumpe (2), einem Hochdruckleitungsnetz (3), einem Niederdruckleitungsnetz (4) und Arbeitszylindern (5, 7), die jeweils über Steuereinheiten (51, 61) mit dem Hochdruck- bzw. Niederdruckleitungsnetz verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Arbeitszylinder (5, 7) ein lokales Kompensationsvolumenelement (55, 75) zugeordnet ist, welches so angepasst ist, dass es das Differenzvolumen zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite des Arbeitszylinders (5, 7) ausgleicht.
2. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Arbeitszylinder (5, 7) ein lokales Kompensationsvolumenelement (55, 75) zugeordnet ist.
3. Hydraulikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Kompensationsvolumenelement (55, 75) über einen Kompensationsraum sowie über einen in dem Kompensationsraum angeordneten, beweglichen Arbeitskolben (58, 68, 78), verfügt.
4. Hydraulikanlage nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Arbeitszylinder (7) ein Druckspeicher (6) vorgesehen ist, dessen nutzbares Hubvolumen wesentlich größer als das Hubvolumen des Arbeitszylinders (7) ist, und dass für den Arbeitszylinder (7) und den Druckspeicher (6) ein als gemeinsames Kompensationsvolumenelement (69) ausgebildetes Kompensationsvolumenelement vorgesehen ist, welches so angepasst ist, dass es Differenzvolumina aus dem Arbeitszylinder (7) und dem Druckspeicher (6) aufnehmen kann.
5. Hydraulikanlage nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Kompensationsvolumenelement (69) einen Teilbereich des Druckspeichers (6) bildet.
6. Hydraulikanlage einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsvolumenelement (55, 75, 69) zur Aufnahme bzw. Abgabe des Differenzvolumens jeweils über mindestens eine, mit dem beweglichen Arbeitselement (58, 68, 78) koppelbare hydraulische oder mechanische Verbindung (56, 76, 66) mit dem Arbeitskolben (52, 62) des Arbeitszylinders (5) bzw. des Druckspeichers (6) zu betätigen ist.
7. Hydraulikanlage nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindung eine aus dem Arbeitszylinder (5, 7) bzw. Druckspeicher (6) heraus verlängerte Kolbenstange (56, 76, 66) ist, welche mit dem Arbeitskolben (58, 78, 68) des Kompensationsvolumenelementes (55, 75, 69) verbunden ist.
8. Hydraulikanlage nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenstange (56, 76, 66) des Arbeitszylinders (5, 7) bzw. des Druckspeicher (6) gleichzeitig die Kolbenstange des Arbeitskolbens (58, 78, 68) des Kompensationsvolumenelementes (55, 75, 69) bildet.
9. Hydraulikanlage nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Kompensationsvolumenelement (55, 75, 69) jeweils koaxial zu dem mit ihm zusammenwirkenden Arbeitszylinder (5, 7) bzw. Druckspeicher (6) angeordnet ist.
10. Hydraulikanlage nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Kompensationsvolumenelement (55, 75, 69) an dem Arbeitszylinder (5, 7) bzw. Druckspeicher (6) angeordnet ist.
11. Hydraulikanlage nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Kompensationsvolumenelement (55, 75, 69) zumindest teilweise als ein Bestandteil des Arbeitszylinders (5, 7) oder als ein Bestandteil des Druckspeichers (6) ausgebildet ist.