(57)【要約】バルブ制御装置（１２）に接続可能な、少なくとも１つのアキュムレータ（１０）をチャージ及びディスチャージするシステムであって、その場合にバルブ制御装置（１２）が少なくとも１つのロジック弁（１４）を有する、ものは、さらにシャトル弁（１６）と切替え弁（１８）が設けられており、かつそれらの弁（１４、１６、１８）が互いに対して次のように、すなわち油圧操作可能な切替え弁（１８）がアキュムレータ圧（ＰA）を、この切替え弁（１８）の制御圧力調節を介して調節可能な最小のアキュムレータ圧（ｐAO）と比較するように、接続されていることを、特徴としている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ制御装置（１２）に接続可能な、少なくとも１つのアキュムレータ（１０）をチャージ及びディスチャージするシステムであって、
前記バルブ制御装置（１２）が少なくとも１つのロジック弁（１４）を有し、
シャトル弁（１６）と切替え弁（１８）が設けられており、油圧操作可能な前記切替え弁（１８）が、アキュムレータ圧（ＰA）を、前記切替え弁（１８）の制御圧の調節を介して調節可能な最小のアキュムレータ圧（ＰAO）と比較するように、前記弁（１４、１６、１８）が相互に接続されている、ことを特徴とするアキュムレータをチャージ及びディスチャージするシステム。
【請求項２】
アキュムレータ圧（ＰA）が最小のアキュムレータ圧（ＰAO）を下回っている間、前記切替え弁（１８）が、好ましくは調節可能な、ばね（３６）と前記制御圧とによってそれぞれもたらされる弁位置にあり、かつその場合に前記アキュムレータ圧（ＰA）を前記ロジック弁（１４）のピストン（２４）の１つの側（３４）へ伝え、前記ロジック弁（１４）が、逆止め弁として作用して、調節された前記最小のアキュムレータ圧（ＰAO）未満の圧力下でそれぞれのアキュムレータ（１０）のディスチャージを阻止する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
弁（１４、１６、１８、２０）が相互に接続され、前記接続によって、前記アキュムレータ圧（ＰA）が調節された前記最小のアキュムレータ圧（ＰAO）を上回るとすぐに、前記切替え弁（１８）がその操作された切替え位置に変更し、かつ前記シャトル弁（１６）が、アキュムレータ圧（ＰA）とシステムに接続された油圧システム（４２）のシステム圧（Ｐｓ）の形式の２つの圧力のうち低い方を、前記ロジック弁（１４）の前記ピストン（２４）の前記１つの側（３４）へ伝えることを可能とし、
前記ロジック弁（１４）は、アキュムレータ（１０）から油圧システム（４２）へ、且つその逆に、前記ロジック弁（１４）の両方向の貫流を可能としており、アキュムレータ（１０）がチャージ可能かつディスチャージも可能である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
アクティブな遮断装置が設けられており、前記遮断装置が電磁弁（３８）を有し、前記電磁弁が操作されず、あるいは他のシャトル弁（４０）を介して操作されて、前記アキュムレータ圧（ＰA）と前記システム圧（Ｐｓ）の２つの圧力のうち高い方を前記ロジック弁（１４）の前記ピストン（２４）の１つの側（３４）へ伝え、前記ロジック弁（１４）が、その閉鎖された位置に保持されて前記アキュムレータ（１０）を前記油圧システム（４２）から遮断し、かつ油圧−機械的なアキュムレータ制御を非作動にする、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記アキュムレータ（１０）をディスチャージするために、タンク接続端（Ｔ）又は還流接続端内にディスチャージ弁（２０）が設けられている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記ロジック弁（１４）が、前記ピストン（２４）の前記１つの側（３４）に対向する側において、段付きピストン（２６）を備え、
前記段付きピストン（２６）が前記油圧システム（４２）とそれぞれの前記アキュムレータ（１０）との間の流体接続を制御する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
電磁弁（３８）が電流なしで開放するようにも、電流なしで閉鎖するようにも構成可能である、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記切替え弁（１８）のための制御圧の調節が、電流又は電圧に比例するように構成することが可能である、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
エネルギを回収するための前記アキュムレータ（１０）と前記油圧システム（４２）との間の流体を案内する接続を制御するために使用される、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ制御装置に接続可能なアキュムレータをチャージ及びディスチャージするシステムに関するものであって、その場合にバルブ制御装置は少なくとも１つのロジック弁を有する。本発明は特に、アキュムレータのチャージ状態を制御するために設けられたシステムに関するものであり、そのアキュムレータは余分な油圧エネルギを中間貯蔵し、後に回収するための油圧ハイブリッドの利用に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
油圧システム内で、アキュムレータ（Ｈｙｄｒｏｓｐｅｉｃｈｅｒｎ）内に中間貯蔵される余分なエネルギ、たとえば制動エネルギ又は負荷を低下させる際に獲得されるポテンシャルエネルギは、駆動装置又は作動中のシリンダのような油圧を用いる駆動装置を支援し、又は負荷を除くために、再利用することができる。この目的のために、余分なエネルギをアキュムレータにチャージし、あるいは貯蔵されたエネルギをアキュムレータのディスチャージによって回収するように、アキュムレータのシステム状態又はチャージ状態に応じて、油圧システムへのアキュムレータの接続を必要に応じて遮断し、あるいは解放しなければならない。
【０００３】
そのために、アキュムレータ取出端に、逆流防止機能が必要である。システム圧（Ｓｙｓｔｅｍｄｒｕｃｋ）がアキュムレータ圧（Ｓｐｅｉｃｈｅｒｄｒｕｃｋ）よりも高い場合には、アキュムレータがチャージされる。システム圧が低い場合には、逆流防止機能によってアキュムレータのディスチャージが阻止される。これに関して、解除可能な逆止め弁を使用する従来技術において、チャージは貫流方向において行われ、かつディスチャージのプロセスは弁の解除によって駆動可能である。逆流防止機能は、電磁弁の使用によって実現することもでき、その電磁弁はアキュムレータのアクティブなオンオフを可能にする。しかし、油圧ハイブリッドシステムにおいて使用するためには、普及している電磁弁の切替え動特性（Ｓｃｈａｌｔｄｙｎａｍｉｋ）は充分ではない。切替え遅延の発生によって、システム内に望ましくない圧力過上昇がもたらされる。解除可能な逆止め弁を利用する場合には、より高い切替え動特性は実現可能である。しかし、バルブの機能によって、アキュムレータ圧の最小値を下回るアキュムレータのディスチャージは阻止できない。アキュムレータをその予備充填圧（Ｖｏｒｆｕｌｌｄｒｕｃｋ）未満でディスチャージする場合に、該当するアキュムレータの分離部材が損傷する危険が生じる。圧力調整のためにアキュムレータと接続されている、特許文献１に示されるバルブ制御装置も、油圧ハイブリッドの利用において使用するに適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開第１０２０１６００６５４５（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来技術に基づいて、本発明の課題は、少なくとも１つのアキュムレータをチャージ及びディスチャージするシステムであって、油圧ハイブリッドの利用における要求を特に満たすシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この課題は、その全体において請求項１の特徴を有するシステムによって解決される。
【０００７】
請求項１の特徴的部分によれば、従来技術に対して本発明は、シャトル弁と切替え弁が設けられており、これらの弁が相互に接続され、油圧操作可能な切替え弁が、この切替え弁の制御圧の調節を介して調節可能な最小のアキュムレータ圧に対してアキュムレータ圧を比較するように、接続されていることを特徴としている。本発明に係るシステムのバルブ制御装置は電磁弁の操作なしで作動するので、高い切替え動特性が保証されている。さらにシャトル弁と切替え弁によって、アキュムレータ圧を調節可能な最小のアキュムレータ圧と比較することが行われるので、本発明に係るシステムは、最小のアキュムレータ圧が圧力アキュムレータの駆動に最適な圧力値に調節されることによって、確実に操作することもできる。
【０００８】
本発明に係るシステムの好ましい実施形態において、アキュムレータ圧が最小のアキュムレータ圧を下回っている限りにおいて、切替え弁は、好ましくは調節可能なもの、ばね及び制御圧によってそれぞれもたらされる弁位置にあり、それによってアキュムレータ圧を、ロジック弁のピストンの１つのピストン側へ案内する。そのようにして逆止め弁として作用するロジック弁は、調節された最小のアキュムレータ圧未満の圧力下でそれぞれのアキュムレータがディスチャージされることを阻止する。このようにして最小のアキュムレータ圧未満への圧力下降によるアキュムレータの分離部材への損傷が効果的に回避される。
【０００９】
本発明に係るシステムの他の好ましい実施形態において、弁は相互に接続され、アキュムレータ圧が調節された最小のアキュムレータ圧を上回るとすぐに、切替え弁がその操作された切り替え位置に変更し、かつ、特に逆の、シャトル弁が、アキュムレータ圧とシステムに接続された油圧システムのシステム圧の形式の２つの圧力のうち低い方を、ロジック弁のピストンの１つのピストン側へ伝えることをできるように、弁は相互に接続されている。前記ロジック弁は、アキュムレータから油圧システムへ、かつその逆に、前記ロジック弁の両方向への貫流を可能にするので、アキュムレータはチャージ可能であり、かつディスチャージも可能である。アキュムレータ圧がシステム圧より高い場合に、アキュムレータはロジック弁を介して油圧システムへ向かってディスチャージされ、逆の場合において、アキュムレータ圧がシステム圧より低い場合に、ロジック弁を介して油圧システムからチャージされる。
【００１０】
本発明に係るシステムの好ましい実施形態において、アクティブな遮断装置が設けられており、その遮断装置が電磁弁を有し、その電磁弁が作動されず、あるいは他のシャトル弁を介して作動されて、アキュムレータ圧とシステム圧の２つの圧力のうち高い方をロジック弁のピストンの１つの側へ伝え、ロジック弁が、その閉鎖された位置に保持されて、アキュムレータを油圧システムから遮断し、かつ油圧−機械的なアキュムレータ制御を非作動にする。油圧機能の提供のために全ての駆動出力が必要とされる駆動状態において、アキュムレータの遮断によって、アキュムレータの偶発的なチャージが行われることを、防止することができる。それによって余分なエネルギを収容するアキュムレータの収容能力が、作業サイクルの進行中に得られる。さらに、全駆動出力が必要とされる駆動状態においてアキュムレータの偶発的チャージが阻止されるので、結果として、提供可能な、放出可能な出力を減少させることができる。遮断機能のためのパイロット弁としての電磁弁の利用は、重大なものではない。というのは、このパイロット弁の機能のためには、低い切替え動特性しか必要とされないからである。
【００１１】
さらに、たとえば機械停止状態において、タンク接続端又は還流接続端内へアキュムレータを安全にディスチャージするために、ディスチャージ弁が設けられていると、効果的である。
【００１２】
本発明に係るシステムの好ましい実施形態において、ロジック弁は、ピストンの１つの側に対向する側において、段付き型のピストンを備え、前記段付き型のピストンが油圧システムとそれぞれのアキュムレータとの間の流体接続を制御する。
【００１３】
電磁弁は、電流なしで開放するようにも、電流なしで閉鎖されるようにも、構成されることができる。或いは、切替え弁のための制御圧の調節は、電流又は電圧に比例するように構成することが可能である。
【００１４】
特に好ましくは、本発明に係るシステムは、エネルギ回収するためのアキュムレータと油圧システムとの間の流体を案内する接続を制御するために使用される。それによって弁の接続を介してアキュムレータの必要に応じたチャージ、ディスチャージ及び遮断を確実に行うことができる。
【００１５】
以下、図面に示す実施形態を用いて、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】少なくとも１つのアキュムレータをチャージ及びディスチャージするための本発明に係るシステムの第１の実施形態の回路図である。
【図２】少なくとも１つのアキュムレータをチャージ及びディスチャージするための本発明に係るシステムの第２の実施形態の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、アキュムレータ１０に接続されたバルブ制御装置１２を有する本発明に係るシステムの第１の実施形態の回路を示している。エネルギ中間貯蔵器として使用するために、アキュムレータ１０はバルブ制御装置１２を介して油圧システム２８、４２に接続されており、その油圧システム２８、４２は、例えば、付属の制御エレクトロニクス（全部は示されていない）を有する作業シリンダ又は牽引駆動の形式で、油圧負荷を有している。システム圧Ｐｓを有するシステムに圧力供給するために、油圧ポンプ１１が設けられており、その油圧ポンプは、可動性のある作業装置等の付属の機器の（図示されない）駆動モータによって駆動可能である。アキュムレータ１０のアキュムレータ取出端１３への流体の供給及びそこからの流体の流出を制御するために、バルブ制御装置１２がロジック弁１４を有しており、そのロジック弁１４が逆流防止機能を提供する。
【００１８】
このロジック弁１４は、その構造が上述した特許文献１において使用されるロジック弁に相当する。ロジック弁１４は、符号１で示す弁接続端によって油圧ポンプ１１のシステム圧Ｐｓを案内する圧力側と接続され、かつ弁接続端２によってアキュムレータ１０のアキュムレータ圧ＰAを案内するアキュムレータ取出端１３と接続されている。ロジック弁１４の弁接続端３は、油圧操作可能な切替え弁１８の出口側と接続されている。この切替え弁は３／２ウェイ・バルブ（３／２−Ｗｅｇｅｖｅｎｔｉｌ）として構成されており、それが調節可能なばね３６によって図１に示される操作されない切り替え位置へ移動可能である。操作された第２の切替え位置へ移動させるために、切替え弁１８の制御接続端１５が、アキュムレータ圧ＰAを案内するアキュムレータ取出端１３と接続されている。切替え弁１８の出口接続端４１がロジック弁１４の弁接続端３と接続されているので、ロジック弁１４のピストン２４に対して、その作用面３４において切替え弁１８から供給可能な制御圧によって負荷をかけることができる。
【００１９】
切替え弁１８の入口側の弁接続端２７は、アキュムレータ取出端１３と接続されており、したがってアキュムレータ圧ＰAを案内する。切替え弁１８の第２の入口側の弁接続端３１は、逆のシャトル弁１６の出口３５に接続されている。シャトル弁１６はその１つの入口３９においてシステム圧Ｐｓを案内し、シャトル弁の他の入口３７は、アキュムレータ取出端１３と接続されており、かつアキュムレータ圧ＰAを案内する。
【００２０】
逆に作動するシャトル弁１６として、このシャトル弁はその出口３５を介して切替え弁１８の入口接続端３１に、システム圧Ｐｓ又はアキュムレータ取出端１３からのアキュムレータ圧ＰAのそれぞれ低い方の圧力値を伝える。アキュムレータ圧ＰAが、ばね３６によって調節される最小のアキュムレータ圧ＰAOを下回っている間、切替え弁１８は図示される、操作されない位置にあって、その位置において切替え弁はロジック弁１４のピストン２４の作用面３４へアキュムレータ圧ＰAを伝える。それによってロジック弁１４は逆止め弁として作用するので、アキュムレータ取出端１３からの圧力の流れを阻止し、それによってアキュムレータ１０は、油圧ポンプ１１のシステム圧Ｐｓを案内する圧力側１７からのみチャージ可能である。アキュムレータ圧ＰAが調節された最小圧力値を上回っている場合に、切替え弁１８は、操作された切り替え位置へ変位して、逆のシャトル弁１６が２つの圧力ＰAとＰｓのうちの低い方をロジック弁１４のピストン２４の作用面３４へ伝えることを可能にする。それによって、ロジック弁１４のピストン２４の作用面３４上に、低い圧力が作用するので、このロジック弁は２つの方向への貫流を可能にし、すなわちアキュムレータ１０はチャージすることもディスチャージすることもできる。
【００２１】
上記構成部品の回路は、第１の導管メイン分路としてシステム圧Ｐｓを案内する圧力導管１９を有しており、その圧力導管１９は油圧ポンプ１１の圧力側１７からシャトル弁１６の第１の入口３９へ通じており、かつその圧力導管１９に、分岐４９において、ロジック弁１４の弁接続端１が接続されている。第２のメイン分路としてアキュムレータ圧力導管２１が設けられており、それがアキュムレータ圧ＰAを案内し、かつアキュムレータ取出端１３とシャトル弁１６の第２の入口３７との間の接続を構成する。第３のメイン分路としてアキュムレータチャージ−ディスチャージ導管２３が設けられており、それがアキュムレータ取出端１３からロジック弁１４の弁接続端２へ通じている。切替え弁１８の出口接続端４１は、制御導管４６（その中に絞り（Ｂｌｅｎｄｅ）４３が設けられている）を介してロジック弁１４の弁接続端３と接続されている。切替え弁１８は、入口側においてその第１の入口接続端２７によって、分岐２９において、アキュムレータ圧導管２１と接続されており、かつその第２の入口接続端３１によって導管３３を介してシャトル弁１６の出口３５と接続されている。アキュムレータ圧ＰAがばね３６の調節された力に対抗作用する比較機能のために、制御接続端１５は、分岐２５において、アキュムレータ圧導管２１と接続されている。前記回路は、ディスチャージ弁２０によって完結する。前記ディスチャージ弁２０は、電磁気的に作動することができ、その入口側で、分岐４５においてアキュムレータ圧導管２１と接続され、そしてそれに伴ってアキュムレータ１０と接続されており、かつ出口側においてタンク導管４７を介してタンク接続端Ｔ又は還流接続端に接続されている。
【００２２】
ロジック弁１４は、その阻止−逆流防止機能のために、上述した特許文献１に示されるように、２-ウエイ・ビルトイン・バルブ（２−Ｗｅｇｅ−Ｅｉｎｂａｕｖｅｎｔｉｌ）によって構成されており、その制御ピストン２４は、３つの作用面３０、３２及び３４と、幾何学的制御を有する段付きピストン（Ｋｏｌｂｅｎｓｔｕｆｅ）２６とを有している。作用面３０には、弁接続端１の圧力が作用しており、その弁接続端１は圧力導管１９の分岐４９に接続されており、かつシステム圧Ｐｓを案内する。第２の作用面３２は、弁接続端２の圧力を受け、かつ大きさについては第１の作用面３０の百分の１よりも小さい。したがって、弁接続端３における流体圧を受ける第３の作用面３４は、最大の作用面を構成し、かつ作用面３０と３２の合計に相当する。弁ピストン２４は、制御ピンを構成する段付きピストン２６によって圧力を受け、ばね２２によって付勢されてシート内に圧入されている。ロジック弁１４を通る体積流を遮断するこの位置において、ピストン２４は、切替え弁１８が図１に示す切替え位置にある場合に、作用面３４に作用するアキュムレータ圧によって保持され、その一方、切替え弁１８が操作された位置にあり、かつその場合に作用面３４におけるＰｓとＰAのうち低い圧力において、弁接続端１と２において打ち勝った圧力に従って、ロジック弁１４を通る貫流が生じる。
【００２３】
図２は、本発明に係るシステムの第２の実施形態の回路図を示している。第２の実施形態は、本質的に第１の実施形態とは異なる限りにおいて説明し、かつその限りにおいてこれまでの該当する説明は、第２の実施形態にも当てはまる。第２の実施形態は、特に、作動可能な遮断装置を有する点で第１の実施形態とは異なり、その遮断装置によって制御装置１２の機能を非作動にすることができる。遮断装置は、３／２ウェイ・バルブの形式で、電磁操作可能な切替え弁３８とシャトル弁４０とを有している。このシャトル弁は入口５１によって、分岐５２においてアキュムレータ圧導管２１と、そして第２の入口５３において接続導管５４を介して、分岐５５において圧力導管１９に接続されている。この配置において、シャトル弁４０は、その出口５６から切替え弁３８の第１の入口５７へ、アキュムレータ圧ＰAとシステム圧Ｐｓのうち高い方の圧力を伝える。切替え弁３８は、その第２の入口５８によって、導管５９を介して切替え弁１８の出口接続端４１に接続されている。切替え弁３８の出口接続端６０には、制御導管４６が接続されており、その制御導管４６がロジック弁１４の弁接続端３へ通じている。
【００２４】
図２に示すような、操作されない切替え位置において、切替え弁３８は、シャトル弁４０から供給された、アキュムレータ圧ＰAとシステム圧Ｐｓのうち高い方の圧力をロジック弁１４の作用面３４へ伝えるので、このロジック弁１４は遮断状態に留まり、それによってアキュムレータ１０は確実にシステムから分離される。切替え弁３８が操作された状態において、ここでも図１の例におけるように、切替え弁１８の出口接続端４１は、導管５９と出口接続端６０を介して、制御導管４６と接続されている。そのため、図１の場合と同様に、バルブ制御装置１２の制御機能が、再び作動される。切替え弁３８は、電流なしで開放するようにも、電流なしで閉鎖するようにも構成することができる。選択的に、電流又は電圧に比例する最小の圧力設定を切替え弁１８に設けることもできる。
【図１】
2021534357.tif 000002
【図２】
2021534357.tif 000003
【国際調査報告】
2021534357.tif 000004
2021534357.tif 000005
2021534357.tif 000006
2021534357.tif 000007
2021534357.tif 000008