AT525609A1 - Device for driving a mobile, in particular electrical machine - Google Patents

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AT525609A1 ATA50885/2021A AT508852021A AT525609A1 AT 525609 A1 AT525609 A1 AT 525609A1 AT 508852021 A AT508852021 A AT 508852021A AT 525609 A1 AT525609 A1 AT 525609A1
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Antreiben einer mobilen, insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine mit einer beweglichen Arbeitsvorrichtung, die zur wechselbaren Aufnahme eines Werkzeugs eingerichtet ist, mit einem hydraulischen ersten Antriebskreis (1a), in dem eine von einem vorzugsweise elektrischen Motor (2) antreibbare Pumpe (3) mit mindestens einem hydraulischen Aktuator (6) antriebsverbunden ist, beschrieben. Energieeffiziente Regelungsbedingungen ergeben sich, wenn mindestens ein zweiter einen elektrischen Motor (2) aufweisender Antriebskreis (1b) vorgesehen ist, der zum Betätigen von hydraulischen und/oder elektromechanischen Aktuatoren (6) ausgebildet ist.A device for driving a mobile, in particular electric, working machine with a movable working device, which is set up to accommodate a tool in an interchangeable manner, with a hydraulic first drive circuit (1a), in which a pump (3 ) is drive-connected to at least one hydraulic actuator (6), described. Energy-efficient control conditions result if at least one second drive circuit (1b) is provided, which has an electric motor (2) and is designed to actuate hydraulic and/or electromechanical actuators (6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des The invention relates to a device according to the preamble of

unabhängigen Anspruchs 1. independent claim 1.

Hydraulisch betriebene Arbeitsmaschinen wie Bagger, Radlader oder Teleskoplader weisen eine Vielzahl verschiedener hydraulischer Aktuatoren auf. Derartige Aktuatoren können beispielsweise hydraulische Zylinder (Linearantriebe) oder Hydromotoren (Rotationsantriebe) sein. Jeder dieser Aktuatoren wird in der Regel über eine separate Leitung mit Hydraulikfluid versorgt. Entsprechend muss jede Leitung mit einem separaten Steuerventil geschalten werden. Diese Vielzahl von Steuerventilen werden in einem Ventilblock zusammengefasst. Zum Betätigen der Aktuatoren wird üblicherweise eine Pumpe eingesetzt, welche über einen Motor, beispielsweise einen Dieselmotor, angetrieben wird. Die Pumpe fördert Hydraulikfluid zum Ventilblock, wo das Fluid dann mittels der Steuerventile an die Aktuatoren geleitet wird. Nachteiliger Weise muss die Pumpe beim Betätigen mehrerer Aktuatoren immer gegen den höchsten Aktuatordruck anfördern, sodass das Druckniveau für Aktuatoren, die auf niedrigerem Druckniveau arbeitenden, mittels einer Drossel reduziert werden muss. Dies resultiert in einem energetisch Hydraulically operated working machines such as excavators, wheel loaders or telehandlers have a large number of different hydraulic actuators. Such actuators can be, for example, hydraulic cylinders (linear drives) or hydraulic motors (rotary drives). Each of these actuators is usually supplied with hydraulic fluid via a separate line. Accordingly, each line must be switched with a separate control valve. This large number of control valves are combined in a valve block. A pump, which is driven by a motor, for example a diesel engine, is usually used to actuate the actuators. The pump delivers hydraulic fluid to the valve block, where the fluid is then routed to the actuators via the control valves. Disadvantageously, when a plurality of actuators are actuated, the pump always has to pump against the highest actuator pressure, so that the pressure level for actuators that work at a lower pressure level has to be reduced by means of a throttle. This results in an energetic

äußerst ineffizienten Steuerprozess. extremely inefficient tax process.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antreiben einer Arbeitsmaschine der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, die eine energieeffiziente Versorgung von Aktuatoren mit unterschiedlichen Nenndrücken The invention is therefore based on the object of proposing a device for driving a work machine of the type described at the outset, which provides an energy-efficient supply of actuators with different nominal pressures

erlaubt. permitted.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des The invention solves the problem set by the characterizing part of the

unabhängigen Anspruchs 1. Zufolge dieser Maßnahmen ergeben sich zwei independent claim 1. As a result of these measures, there are two

sein, das direkt mit einem Elektromotor angetrieben wird. be powered directly by an electric motor.

Im Sinne einer kompakten Bauweise kann mindestens einer der beiden Antriebskreise einen Ventilblock mit mindestens einem Steuerventil aufweisen, welches mit einem hydraulischen Aktuator strömungsverbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann demnach einen hydraulischen Antriebskreis aufweisen, in dem mehrere durch eine Pumpe druckbeaufschlagte Aktuatoren angeordnet sind. Die Pumpe ist über den Ventilblock mit den Aktuatoren strömungsverbunden, der je Aktuator ein in Strömungsrichtung vorgelagertes Steuerventil umfassen kann. Grundsätzlich weisen unterschiedliche Aktuatoren unterschiedliche Nenndrücke auf, sodass die Pumpe wenigstens jenen Druck zur Verfügung stellen muss, der dem Nenndruck jenes Aktuators mit dem höchsten Nenndruck entspricht. Um eine Überbelastung jener im gleichen Antriebskreis angeordneten Aktuatoren, die einen niedrigeren Nenndruck aufweisen, zu verhindern, muss der von der Pumpe bereitgestellte Druck für diese Aktuatoren durch die Steuerventile bzw. Druckminderventile gedrosselt werden, wodurch es zu In terms of a compact design, at least one of the two drive circuits can have a valve block with at least one control valve, which is flow-connected to a hydraulic actuator. The device according to the invention can therefore have a hydraulic drive circuit in which a plurality of actuators subjected to pressure by a pump are arranged. The pump is flow-connected to the actuators via the valve block, which can include a control valve upstream in the direction of flow for each actuator. In principle, different actuators have different nominal pressures, so that the pump must at least provide that pressure which corresponds to the nominal pressure of that actuator with the highest nominal pressure. In order to prevent overloading of those actuators which are arranged in the same drive circuit and have a lower nominal pressure, the pressure provided by the pump for these actuators must be throttled by the control valves or pressure-reducing valves, which means that

einer Umwandlung der überschüssigen Energie in nicht nutzbare Wärme kommt. conversion of excess energy into unusable heat.

Nenndruck des Aktuators mit nächsthöchstem Nenndruck reduzieren, wodurch die Reduce the nominal pressure of the actuator with the next highest nominal pressure, whereby the

werden. Solche Arbeitsmaschinen können Bagger, Radlader oder dergleichen sein. become. Such working machines can be excavators, wheel loaders or the like.

In einer besonders kompakten Ausführungsform können der erste und zweite Antriebskreis hydraulisch ausgebildet sein und deren zugeordneten Pumpen von einem gemeinsamen elektrischen Motor angetrieben sein. Hierzu können die Pumpen bevorzugt als Verstellbumpen ausgestaltet sein, an denen unabhängig voneinander die notwendigen Förderleistungen zum Erreichen des Systemdrucks In a particularly compact embodiment, the first and second drive circuits can be hydraulic and their associated pumps can be driven by a common electric motor. For this purpose, the pumps can preferably be designed as adjustable pumps, on which the necessary delivery rates to achieve the system pressure are independent of one another

eingestellt werden können. can be adjusted.

sind hierzu aufgrund deren großer Drehzahlbereiche wiederum besonders geeignet. are particularly suitable for this due to their large speed ranges.

Damit die Vorrichtung insbesondere für elektrisch betriebene Arbeitsmaschinen energieeffizient eingesetzt werden kann, kann neben dem ersten und zweiten Antriebskreis wenigstens ein weiterer elektrischer Antriebskreis vorgesehen sein. Auf diese Weise können Aktuatoren wie zum Beispiel das Drehwerk eines Baggers ohne Zwischenschalten einer Hydraulik direkt mit einem Elektromotor angetrieben werden, wodurch Umwandlungsverluste vermieden werden. Andere Beispiele für geeignete Aktuatoren sind z.B. ein elektrischer Fahrantrieb mittels Elektromotor So that the device can be used in an energy-efficient manner, in particular for electrically operated machines, at least one further electrical drive circuit can be provided in addition to the first and second drive circuit. In this way, actuators such as the slewing gear of an excavator can be driven directly by an electric motor without the intermediary of a hydraulic system, thereby avoiding conversion losses. Other examples of suitable actuators are e.g. an electric traction drive using an electric motor

oder ein elektrischer Linearantrieb. or an electric linear actuator.

Speziell Aktuatoren mit variierendem Nenndruck können auf besonders einfache Weise gesteuert werden, wenn mindestens einer der ersten und zweiten Antriebskreise ein verdrängergesteuerter Hydraulikkreis ist. In diesem Fall ist kein Ventilblock zwischen der Pumpe und dem Aktuator zur Volumenregelung notwendig, da die Pumpe direkt den Aktuator bedarfsgerecht mit Volumenstrom versorgt. Auch diese Variante kann im offenen oder geschlossenen Kreis betrieben werden. Das Drehwerk eines Baggers ist ein Aktuator, der auf solche Weise In particular, actuators with varying nominal pressure can be controlled in a particularly simple manner if at least one of the first and second drive circuits is a displacement-controlled hydraulic circuit. In this case, no valve block is required between the pump and the actuator for volume control, since the pump directly supplies the actuator with volume flow as required. This variant can also be operated in an open or closed circuit. The slewing gear of an excavator is an actuator that works in such a way

effizient angetrieben werden kann. can be driven efficiently.

Es hat sich herausgestellt, dass eine besonders einfache Bedienbarkeit einer Arbeitsmaschine mit einer Vielzahl unterschiedlicher Aktuatoren erzielt werden kann, wenn lineare Aktuatoren und rotierende Aktuatoren unterschiedlichen Antriebskreisen zugeordnet sind. Dies bedeutet, dass jene Aktuatoren, welche beispielsweise für die Drehbewegung von Oberwagen, Kehrbesen, oder Mähwerken einer Arbeitsmaschine zuständig sind, auf einem anderen Ventilblock als Aktuatoren It has been found that a working machine with a large number of different actuators can be operated particularly easily if linear actuators and rotating actuators are assigned to different drive circuits. This means that those actuators which are responsible, for example, for the rotational movement of the superstructure, broom, or mowers of a working machine, are on a different valve block from the actuators

für den Hubarm angeordnet sind. are arranged for the lift arm.

Leistung zugewiesen wird als dem Schwenkwerk. Power is assigned than the slewing gear.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es In the drawing, the subject of the invention is shown as an example. It

zeigen show

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erstes Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 1 shows a schematic circuit diagram of a first embodiment of the device according to the invention and

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Fig. 2 is a schematic circuit diagram of a second embodiment of

erfindungsgemäßen Vorrichtung. device according to the invention.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben einer insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine weist, wie den Figs.1 und 2 zu entnehmen ist, wenigstens zwei Antriebskreise 1a,1b auf, nämlich einen ersten Antriebskreis 1a und einen zweiten Antriebskreis 1b. Beide Antriebskreise 1a,1b weisen eine über insbesondere einen elektrischen Motor 2 antreibbare Pumpe 3 auf, welche über Steuerventile 4 der Ventilblöcke 5a,5b (erster Ventilblock 5a bzw. zweiter Ventilblock 5b) mit hydraulischen Aktuatoren 6 strömungsverbunden ist und die Aktuatoren 6 über die hydraulischen Leitungen 7 mit einem Hydraulikfluid versorgen kann. Die schematischen fünf Punkte in den Ventilblöcken 5a, 5b deuten an, dass auch mehr als vier Steuerventile 4 je Ventilblock 5a,5b vorgesehen sein können. Jene Aktuatoren 6 mit einem Nenndruck größer gleich eines Schwellwerts können dem ersten Antriebskreis 1a und jene Aktuatoren 6 mit einem Nenndruck kleiner als der As can be seen from FIGS. 1 and 2, a device according to the invention for driving an in particular electrical working machine has at least two drive circuits 1a, 1b, namely a first drive circuit 1a and a second drive circuit 1b. Both drive circuits 1a, 1b have a pump 3 that can be driven in particular by an electric motor 2, which is flow-connected via control valves 4 of the valve blocks 5a, 5b (first valve block 5a or second valve block 5b) to hydraulic actuators 6 and the actuators 6 via the hydraulic Can supply lines 7 with a hydraulic fluid. The schematic five points in the valve blocks 5a, 5b indicate that more than four control valves 4 can be provided for each valve block 5a, 5b. Those actuators 6 with a nominal pressure greater than or equal to a threshold value can be assigned to the first drive circuit 1a and those actuators 6 with a nominal pressure less than the

Schwellwert dem zweiten Antriebskreis 1b zugeordnet sein. Auf diese Weise Threshold to be assigned to the second drive circuit 1b. In this way

zweiten Antriebskreises 1b reduziert werden. second drive circuit 1b can be reduced.

Die Leistungsregler 8 können demnach veranlassen, dass der ersten Antriebskreis 1a mit einem ersten höheren Betriebsdruck und der zweiten Antriebskreis 1b mit einem zweiten niedrigeren Betriebsdruck beaufschlagt ist, wobei die Betriebsdrücke keine festgelegten Werte sind, sondern in Abhängigkeit der betriebenen Aktuatoren The power regulators 8 can therefore cause the first drive circuit 1a to be subjected to a first, higher operating pressure and the second drive circuit 1b to be subjected to a second, lower operating pressure, with the operating pressures not being fixed values but depending on the actuators being operated

6 variieren können. 6 may vary.

Zwar können die Pumpen 3 des ersten und zweiten Antriebskreises 1a,1b grundsätzlich von einem gemeinsamen elektrischen Motor 2 angetrieben werden, jedoch ergeben sich sowohl einfache als auch exakte Regelbedingungen, wenn die Pumpen 3 von jeweils einem separaten elektrischen Motor 2 angetrieben werden, Although the pumps 3 of the first and second drive circuit 1a, 1b can in principle be driven by a common electric motor 2, both simple and exact control conditions result if the pumps 3 are each driven by a separate electric motor 2,

wie dies den Figs. 1 und 2 zu entnehmen ist. like this the figs. 1 and 2 can be found.

Neben den hydraulischen Antriebskreisen 1a,1b kann auch ein elektrischer Antriebskreis 9 vorgesehen sein, der einen von einem elektrischen Motor 10 In addition to the hydraulic drive circuits 1a, 1b, an electric drive circuit 9 can also be provided, which is driven by an electric motor 10

antreibbaren Verbraucher 11, beispielsweise ein Drehwerk eines Baggers, drivable consumers 11, for example a slewing gear of an excavator,

Antriebskreis zum Betätigen eines elektrischen Aktuators 6 sein. Drive circuit for actuating an electric actuator 6 to be.

Darüber hinaus kann auch eine Antriebsleitung 12 mit einer verdrängergesteuerten Verstellbumpe 13 vorgesehen sein, um Aktuatoren 6 mit varlierender Fördermenge In addition, a drive line 12 with a displacement pump-controlled displacement pump 13 can also be provided in order to have actuators 6 with a varying delivery rate

ZU versorgen. To supply.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem lineare Aktuatoren 6a und rotierende Fig. 2 shows an embodiment in which linear actuators 6a and rotating

Aktuatoren 6b unterschiedlichen Antriebskreisen 1a,1b zugeordnet sind. Actuators 6b are assigned to different drive circuits 1a, 1b.

Den Pumpen 3,13 und Motoren 2,10 kann eine Steuereinheit 14 zugeordnet sein, die dazu ausgelegt ist, die Pumpen 3,13 und/oder Motoren 2,10 so zu regeln, dass deren aufsummierte Leistung unterhalb der maximal zulässigen Gesamtleistung bleibt. The pumps 3.13 and motors 2.10 can be assigned a control unit 14 which is designed to control the pumps 3.13 and/or motors 2.10 in such a way that their total output remains below the maximum permissible total output.

Claims (10)

(344101.6) HEL Patentansprüche(344101.6) HEL patent claims 1. Vorrichtung zum Antreiben einer mobilen, insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine mit einer beweglichen Arbeitsvorrichtung, die zur wechselbaren Aufnahme eines Werkzeugs eingerichtet ist, mit einem hydraulischen ersten Antriebskreis (1a), in dem eine von einem vorzugsweise elektrischen Motor (2) antreibbare Pumpe (3) mit mindestens einem hydraulischen Aktuator (6) antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter einen elektrischen Motor (2) aufweisender Antriebskreis (1b) vorgesehen ist, der zum Betätigen von hydraulischen und/oder elektromechanischen Aktuatoren (6) 1. A device for driving a mobile, in particular an electric working machine with a movable working device which is set up to accommodate a tool in an exchangeable manner, with a hydraulic first drive circuit (1a) in which a pump (3) which can be driven by a preferably electric motor (2) is drive-connected to at least one hydraulic actuator (6), characterized in that at least a second drive circuit (1b) having an electric motor (2) is provided, which is used to actuate hydraulic and/or electromechanical actuators (6) ausgebildet ist. is trained. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Antriebskreise (1a, 1b) einen Ventilblock (5a, 5b) mit mindestens einem Steuerventil (4) aufweist, welches mit einem hydraulischen Aktuator (6) 2. Device according to claim 1, characterized in that at least one of the two drive circuits (1a, 1b) has a valve block (5a, 5b) with at least one control valve (4) which is connected to a hydraulic actuator (6) strömungsverbunden ist is flow connected 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische erste Antriebskreis (1a) mit einem wenigstens zwei Steuerventile (4) aufweisenden ersten Ventilblock (5a) strömungsverbunden ist, wobei an die Steuerventile (4) Aktuatoren (6) angeschlossen sind, wobei ein zusätzlicher hydraulischer zweiter Antriebskreis (1b) mit einer von einem elektrischen Motor (2) antreibbaren Pumpe (3) und einem wenigstens zwei Steuerventile (4) aufweisenden zweiten Ventilblock (5b) für an die Steuerventile (4) angeschlossene Aktuatoren (6) vorgesehen ist, wobei jene Aktuatoren (6) mit einem Nenndruck größer gleich eines Schwellwerts dem ersten Antriebskreis (1a) und jene Aktuatoren (6) mit einem 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the hydraulic first drive circuit (1a) is flow-connected to a first valve block (5a) having at least two control valves (4), actuators (6) being connected to the control valves (4). , wherein an additional hydraulic second drive circuit (1b) with a pump (3) that can be driven by an electric motor (2) and a second valve block (5b) having at least two control valves (4) for actuators (6) connected to the control valves (4) is provided, wherein those actuators (6) with a nominal pressure greater than or equal to a threshold value of the first drive circuit (1a) and those actuators (6) with a Nenndruck kleiner als der Schwellwert dem zweiten Antriebskreis (1b) zugeordnet Nominal pressure less than the threshold assigned to the second drive circuit (1b). gesonderter Leistungsregler (8) zugeordnet ist. separate power controller (8) is assigned. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebskreis (1a) mit einem ersten höheren Betriebsdruck und der zweite Antriebskreis (1b) hydraulisch ausgebildet und mit einem zweiten niedrigeren 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first drive circuit (1a) with a first higher operating pressure and the second drive circuit (1b) designed hydraulically and with a second lower Betriebsdruck beaufschlagt ist. operating pressure is applied. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Antriebskreis (1a,1b) hydraulisch ausgebildet sind und deren zugeordneten Pumpen (3) von einem gemeinsamen Motor (2) angetrieben 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and second drive circuit (1a, 1b) are designed hydraulically and their associated pumps (3) are driven by a common motor (2). sind. are. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Antriebskreis (1a,1b) hydraulisch ausgebildet sind und deren zugeordneten Pumpen (3) jeweils von einem separaten Motor (2) angetrieben 6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and second drive circuit (1a, 1b) are designed hydraulically and their associated pumps (3) are each driven by a separate motor (2). sind. are. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem ersten- und zweiten Antriebskreis (1a,1b) wenigstens ein weiterer 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that in addition to the first and second drive circuit (1a, 1b) at least one further elektrischer Antriebskreis (9) vorgesehen ist. electric drive circuit (9) is provided. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der ersten und zweiten Antriebskreise (1a,1b) ein 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one of the first and second drive circuits (1a, 1b). verdrängergesteuerter Hydraulikkreis ist. displacement controlled hydraulic circuit. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass lineare Aktuatoren (6a) und rotierende Aktuatoren (6b) unterschiedlichen 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that linear actuators (6a) and rotary actuators (6b) are different Antriebskreisen (1a, 1b) zugeordnet sind. Drive circuits (1a, 1b) are assigned. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Pumpen (3) und/oder Motoren (2) eine Steuereinheit (14) zugeordnet ist, 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the pumps (3) and/or motors (2) are assigned a control unit (14), die dazu ausgelegt ist, die Pumpen (3) und/oder Motoren (2) so zu regeln, dass designed to regulate the pumps (3) and/or motors (2) so that
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