DE10029959C1 - Hydraulischer Antrieb für eine schnelllaufende Zerkleinerungsmaschine - Google Patents

Abstract

Schnellaufende Zerkleinerungsmaschinen werden mechanisch mit einem Dieselmotor angetrieben. Ein mechanischer Antrieb bereitet Probleme in der räumlichen Anordnung und in der Lagezuordnung zum Schneidwerk. Außerdem haben mechanische Antriebe ein undefiniertes Anlauf- und Bremsverhalten und eine unzureichende Leistungsabstimmung zum Schneidwerk. DOLLAR A Es wird daher ein Hydraulikantrieb vorgeschlagen, der aus einem geschlossenen Kreislauf besteht und mit einer verstellbaren Hydraulikpumpe (1) mit einer Steuereinheit und einem Hydraulikmotor (2) ausgestattet ist. Die Steuereinheit besteht aus einem 4/3-Wegeventil (20) und einer auf das Proportionalventil wirkenden elektronischen Steuerung (21), wobei die elektronische Steuerung (21) in ihrer Stellcharakteristik programmierbar und von einer Start-/Stoppeinrichtung und von einem in der Vorlaufleitung (6) befindlichen linearen Drucksensor (22) betätigbar ist. Der Hydraulikmotor (2) wird von einer Druckleitung (25) umgangen, in der ein Bremsventil (27) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Antrieb für eine schnelllaufende Zerkleinerungsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Antriebe werden insbesondere zum Feinzerkleinern von Holzfraktionen ein­ gesetzt.

Biologisches Abfallmaterial, wie beispielsweise Altholz, wird im immer stärkeren Maße der Wiederverwendung zugeführt. Dazu wird das Altholz zunächst in einer ersten Bear­ beitungsphase in sogenannten Langsamläufern auf eine Schnitzellänge von etwa 10-20 cm grob vorzerkleinert, um dann in einer weiteren Bearbeitungsphase auf eine Schnit­ zellänge von etwa 3-5 cm feinzerkleinert zu werden. Für diese Feinzerkleinerung wer­ den vorwiegend sogenannte Schnellläufer mit einer Drehgeschwindigkeit von 1000- 1250 U/min eingesetzt.

Eine solche schnelllaufende Zerkleinerungsmaschine besteht im wesentlichen aus einem zentralen Einzugstrichter mit einer oben eingebenden Zuführeinheit für das vorzerklei­ nerte Altholz und einer unten ausgebenden Abführeinheit für das feinzerkleinerte Alt­ holz. Zwischen dem Einzugstrichter und der Abführeinheit befindet sich ein Schneid­ werk mit mindestens zwei gegenläufig drehenden Hackrotoren oder mit einem Hackro­ tor und einer stehenden Schneidleiste. Sowohl die drehenden Hackrotoren als auch die stehende Schneidleiste sind mit Schneidelementen ausgerüstet, die in ihrer Form und in ihrer Anordnung in entsprechender Weise aufeinander ahgestimmt sind.

Aus Zweckmäßigkeitsgründen bestehen solche Schnellläufer in der Regel aus einem Hackrotor und einer stehenden Schneidleiste.

Schnelllaufende Zerkleinerungsmaschinen dieser Art werden ausschließlich mechanisch angetrieben. Dazu besteht ein solcher mechanischer Antrieb in der Hauptsache aus ei­ nem Dieselmotor, der unter Zwischenschaltung eines Schaltgetriebes mechanisch mit jedem drehenden Hackrotor verbunden ist.

Ein solcher mechanischer Antrieb hat wesentliche Nachteile. So verlangt ein solcher mechanischer Antrieb einen kurzen Übertragungsweg zum Hackrotor. Diese Nähe zum Hackrotor ist bei mobilen Zerkleinerungsmaschinen in der Regel nicht frei verfügbar, sodass aufwendige Konstruktionen erforderlich sind, um diesen Platz zu schaffen. Oft­ mals ist der mechanische Antrieb aber auch mit solchen zusätzlichen Aufwendungen nicht in der unmittelbaren Nähe des Hackrotors anzuordnen, so dass ein verlängerter Kraftübertragungsweg in Kauf genommen werden muss. Ein solcher verlängerter Kraft­ übertragungsweg ist aber wieder sehr aufwendig und kompliziert in der Realisierung und verlangt den Einsatz hochbelastbarer Kraftübertragungelemente. Ein mechanischer Antrieb muss zur Realisierung guter Laufeigenschaften auch in genauer Lage zum Hackrotor ausgerichtet sein, was einen erhöhten Aufwand in der zerspanenden Ferti­ gung zur Folge hat. Das verteuert die Herstellung der Zerkleinerungsmaschine. Ein mechanischer Antrieb besitzt auch wesentliche Nachteile im funktionellen Bereich. So zeigt der mechanische Antrieb ein hartes Anlaufverhalten, was die Kraftübertra­ gungselemente stark belastet und ein unkontrolliertes Nachlaufverhalten, was mögliche Notsituationen unbeherrschbar macht. Weiterhin kann die Drehzahl des Hackrotors nur durch die Drehzahl des Dieselmotors oder durch aufwendige mechanische Getriebe va­ riiert werden.

Aus der DE-G 93 05 834.9 ist nun ein hydraulischer Antrieb für einen Langsamläufer mit zwei gegenläufigen Hackrotoren bekannt, der in zwei getrennten Kreisläufen je­ weils einen Hackrotor antreibt. Jeder der beiden Kreisläufe ist als geschlossener Kreis­ lauf ausgeführt und besteht einerseits aus einer verstellbaren Hydraulikpumpe, die von einem Dieselmotor angetrieben wird und die über eine Schalteinrichtung in ihrer För­ derrichtung umschaltbar ist und andererseits aus einem Hydraulikmotor, der mit dem Hackrotor mechanisch verbunden ist. Ein vom Druck des Hydraulikmotors belastbarer Druckschalter ist elektronisch mit der Schalteinrichtung der Hydraulikpumpe verbun­ den, sodass eine erhöhte Belastung des Hackrotors zu einer Reversierung der Drehbe­ wegung des Hackrotors führt. Eine zusätzliche Schaltzahlzähleinrichtung schaltet die Zerkleinerungsmaschine endgültig ab, wenn sich die Umkehrschaltungen in unzulässi­ ger Weise wiederholen.

Dieser hydraulische Antrieb ist für schnelllaufende Zerkleinerungsmaschinen ungeeig­ net, weil er die bei den notwendigen Drehzahländerungen auftretenden dynamischen Verhältnisse nicht zu beherrschen vermag. Das führt zu einer unvertretbar hohen Belas­ tung aller mechanischen und hydraulischen Baugruppen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen hydraulischen Antrieb für ei­ nen Schnellläufer zu entwickeln, der sich stufenlos an die unterschiedlichsten Belas­ tungsfälle während des Anfahrens, während des Betriebes und während des Abbrem­ sens anpasst.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.

Die Erfindung beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik.

Dabei besitzt der hydraulische Antrieb alle allgemeinen Vorteile der Hydraulik gegen­ über der Mechanik.

Der besondere Vorteil liegt aber in der optimalen Abstimmung zwischen der Antriebs­ leistung und der Hackrotorleistung. Dabei ist es besonders zweckmäßig, das Drucksig­ nal aus der Vorlaufleitung durch einen Drucksensor zu erfassen und an die elektrische Stelleinheit der verstellbaren Hydraulikpumpe weiterzuleiten. Es sind aber alternativ na­ türlich alle anderen denkbaren Signalübertragungsmöglichkeiten anwendbar.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Dazu zeigt die einzige Figur einen auf das Wesentliche vereinfachten hydraulischen Schaltplan.

Der hydraulische Antrieb ist auf einen Hackrotor abgestellt. Er ist als ein geschlossener Kreislauf ausgebildet und besteht in der Hauptsache einerseits aus einer verstellbaren Hydraulikpumpe 1 und andererseits aus einem Hydraulikmotor 2, die beide vorzugswei­ se als schnelllaufende Axialkolbenmaschinen ausgelegt sind. Die verstellbare Hydrau­ likpumpe 1 ist über ein Kupplungselement mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 3 und der Hydraulikmotor 2 ist über eine elastische Kupplung 4 mechanisch mit einem Hackrotor 5 verbunden. Eine Vorlaufleitung 6 und eine Rücklaufleitung 7 verbinden die Hydraulikpumpe 1 und den Hydraulikmotor 2 hydraulisch. Die Hydraulikpumpe 1 ist vorzugsweise als eine Kompakteinheit ausgebildet und mit einer Reihe von Zusatzein­ richtungen ausgestattet. So befindet sich zwischen der Vorlaufleitung 6 und der Rück­ laufleitung 7 ein Spülventil 8, das über eine Tankleitung 9 mit einem Versorgungstank 10 verbunden ist. In dieser Tankleitung 9 sind weiterhin eine Kühleinrichtung 11 und ein Rücklauffilter 12 eingebunden. Mit Hilfe dieses Spülventils 8 und der Kühleinrich­ tung 11 und des Rücklauffilters 12 wird verschlissenes, erwärmtes und verschmutztes Hydrauliköl aus dem geschlossenen Kreislauf gegen frisches Hydrauliköl aus dem Ver­ sorgungstank 10 ausgetauscht. Die Kompakteinheit der Hydraulikpumpe 1 ist weiterhin mit einer zum Versorgungstank 10 führenden Saugleitung 13 mit einem Saugventil 14 ausgestattet, um aus dem geschlossenen Kreislauf durch Leckage ausgetretenes Hydrau­ liköl auszugleichen.

Üblicherweise befinden sich zwischen der Vorlaufleitung 6 und der Rücklaufleitung 7 zwei gegensinnig arbeitende primäre Druckbegrenzungsventile 15 mit jeweils einem Umgehungsrückschlagventil, die jeweils auf den höchsten Systemdruck eingestellt sind. Wie auch allgemein bekannt, ist die verstellbare Hydraulikpumpe 1 mechanisch mit ei­ ner weiteren Hydraulikpumpe 16 zur Realisierung zusätzlicher Funktionen verkoppelt. Beispielsweise wird damit eine Zuführeinrichtung für die zu bearbeitenden Holzfraktio­ nen oder eine Transporteinrichtung für das feinzerkleinerte Holz angetrieben.

Die verstellbare Hydraulikpumpe 1 ist weiterhin mit einem elektrohydraulischen Steuer- und Regelkreis ausgerüstet. Dazu besitzt die verstellbare Hydraulikpumpe 1 zunächst einen hydraulischen Stellzylinder 17, der doppeltwirkend ausgebildet ist und der me­ chanisch mit einem nicht dargestellten Verstellelement der Hydraulikpumpe 1 verbun­ den ist. Dieser Stellzylinder 17 wird hydraulisch von einer Steuerölpumpe 18 versorgt, die wie die Hydraulikpumpe für Zusatzfunktionen 16 mechanisch mit der verstellbaren Hydraulikpumpe L verbunden ist und somit vom Verbrennungsmotor 3 angetrieben wird. Zur Beeinflussung der Größe und zur Umschaltung der Richtung des zum Stellzy­ linder 17 fließenden Steuerölstromes befindet sich zwischen der Steuerölpumpe 18 und dem Stellzylinder 17 eine elektrohydraulische Steuereinheit 19, die aus einem proporti­ onalwirkenden 4/3-Wegeventil 20 und eine elektronische Steuerung 21 besteht. Die e­ lektronische Steuerung 21 ist für die Anlauf- und die Auslaufphase des Hydraulikmo­ tors 2 mit einer vorbestimmten Zeitvorgabe programmiert und ist sensorisch mit einer Start-/Stoppeinrichtung der Zerkleinerungsmaschine verbunden. Diese elektronische Steuerung 21 ist aber auch mit einem linearen Drucksensor 22 verbunden, der sich in der druckführenden Vorlaufleitung 6 in nächster Nähe zum Hydraulikmotor 2 für den Hackrotor 5 befindet. In den Steuer- und Regelkreis ist ein den Steuerdruck in geringer Höhe begrenzenden Steuerdruckbegrenzungsventil 23 und ein den Steuerölstrom reini­ gender Druckfilter 24 eingebunden.

Im Bereich des Hydraulikmotors 2 für den Hackrotor 5 besteht eine den Hydraulikmotor 2 umgehende Druckleitung 25, in der sich ein von der Vorlaufleitung 6 zur Rücklauflei­ tung 7 gerichtetes Druckbegrenzungsventil 26 und ein in Gegenrichtung, also von der Rücklaufleitung 7 zur Vorlaufleitung 6 wirkendes Bremsventil 27 befinden. Dabei sind das Druckbegrenzungsventil 26 und das Bremsventil 27 parallel zueinander geschaltet. Der hydraulische Antrieb ist außerdem erfindungsgemäß mit einem Pulsationsdämpfer 28 ausgerüstet, der nach dem Prinzip eines Druckspeichers aufgebaut ist. Dieser Pulsa­ tionsdämpfer 28 befindet sich in der druckführenden Vorlaufleitung 6 in bestenfalls unmittelbarer Nähe zum Hydraulikmotor 2 und ist in der Lage, den Druckverlauf in dieser Vorlaufleitung 6 durch eine kurzzeitige Entnahme und Wiedereinspeisung von Hydrauliköl einzuebnen.

In der stillstehenden Ausgangsstellung des Hackrotors 5 ist der Verbrennungsmotor 3 ausgeschaltet, sodass auch die verstellbare Hydraulikpumpe 1 und damit die Steuerölpumpe 18 und auch die zusätzliche Hydraulikpumpe 16 stillstehen. Da demnach auch kein Steueröldruck vorhanden ist, zentriert sich der Stellzylinder 17 in seine federbelastete Mittelstellung und die verstellbare Hydraulikpumpe 1 positioniert sich in ihre förderlose Nullstellung.

Zum Zwecke des Anlaufens des hydraulischen Antriebs besitzt die elektronische Steue­ rung 21 eine programmierte Zeitvorgabe, in der der Hackrotor 5 aus seinem Stillstand bis zu einer gewünschten Drehzahl hochgefahren werden soll. Dieser Drehzahldifferenz ist ein bestimmter Verstellweg an der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 und damit am Stellzylinders 17 zugeordnet.

Mit dem Einschalten des Verbrennungsmotors 3 dreht sich auch die verstellbare Hyd­ raulikpumpe 1. Gleichzeitig baut sich im Steuerölkreislauf ein erforderlicher Steuer­ druck auf, der dann auch am 4/3-Wegeventil 20 der elektrohydraulischen Steuereinheit 19 anliegt. Auf Grund der programmierten Wirkung der elektronischen Steuerung 21 beginnt sich das 4/3-Wegeventil allmählich aus seiner Mittelstellung in eine bevorzugte Richtung bis zu der vorbestimmten Stellposition zu verstellen, sodass sich der Steuer­ druck über das 4/3-Wegeventil 20 auf den Stellzylinder 17 der verstellbaren Hydraulik­ pumpe 1 fortpflanzt. Somit schwenkt die verstellbare Hydraulikpumpe 1 in dem Maße aus, wie sich das 4/3-Wegeventil 20 verschiebt mit der Folge, dass sich in der Vorlauf­ leitung 6 über diesen Verstellweg ein Arbeitsdruck von Null auf den vorbestimmten Wert mit einer linearen Steigung aufbaut und den Hydraulikmotor 2 mit linear steigen­ der Drehzahl antreibt. Gleichermaßen verhält sich auch die Drehzahl des Hackrotors 5. Während des Betriebszustandes auftretende Druckspitzen, die die hydraulischen Bau­ gruppen gefährden und ihre Ursache in sich ändernden oder wechselnden Belastungen am Hackrotor 5 haben, werden durch die entsprechenden Druckbegrenzungsventile 15 und 26 abgehaut. Innerhalb dieser zulässigen Druckveränderungen auftreten Druck­ schwankungen werden durch den Pulsationsdämpfer 28 ausgeglichen, in dem bei einem Druckaufbau in der Versorgungsleitung 6 Drucköl aufgenommen und bei Druckabbau wieder abgegeben wird.

Während des Betriebszustandes auftretende Belastungsänderungen werden über die da­ mit einhergehenden Druckänderungen in der Vorlaufleitung 6 vom linearen Drucksen­ sor 22 erfasst und über ein elektrisches Signal auf die elektronische Steuerung 21 über­ tragen mit der Folge, dass die verstellbare Hydraulikpumpe 1 verstellt und an den mo­ mentanen Belastungsfall angepasst wird.

Beim gewollten Abschalten des Verbrennungsmotors 3 wird ein elektrisches Signal von der Start-/Stoppeinrichtung der Zerkleinerungsmaschine auf die elektronische Steuerung 21 gegeben, das nach einer vorherbestimmten Zeitvorgabe ein definiertes Rückschwen­ ken der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 in ihre Nulllage einleitet. Damit wird gleichzei­ tig die Drehbewegung des Hydraulikmotors 2 abgebremst.

In einer Notsituation verringert sich der Druck in der Versorgungsleitung 6 oder bricht gar zusammen, sodass der Hydraulikmotor 2 der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 vor­ wegeilt. Damit kehren sich die Wirkungen der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 und des Hydraulikmotors 2 um, wodurch der Hydraulikmotor 2 als Pumpe arbeitet und dabei bestrebt ist, die verstellbare Hydraulikpumpe 1 anzutreiben. Der abfallende Druck in der Vorlaufleitung wird von dem linearen Drucksensor 22 erfasst und über ein elektrisches Signal wiederum an die elektronische Steuerung 21 übermittelt. Die verstellbare Hyd­ raulikpumpe 1 schwenkt dadurch in ihre Nullstellung, womit sich in der Rücklauflei­ tung 7, also zwischen der geschlossenen verstellbaren Hydraulikpumpe 1 und dem jetzt vom Hackrotor 5 angetriebenen Hydraulikmotor 2 eine hydraulische Drucksäule auf­ baut. Beim Erreichen eines vorbestimmten Druckwertes öffnet das Bremsventil 27 und leitet Drucköl aus der Rücklaufleitung 7 zurück in die Vorlaufleitung 6. Damit wird die Drehzahl des Hydraulikmotors 2 und damit des Hackrotors 5 kontrolliert verringert.

Claims (7)

1. Hydraulischer Antrieb für eine schnelllaufende Zerkleinerungsmaschine, wo­ bei die Zerkleinerungsmaschine aus einem oberen Einzugstrichter und einem unteren antreibbaren Schneidwerk mit mindestens zwei aufeinander abgestimmten Hackrotoren oder aus einem Hackrotor (5) und einer darauf abgestimmten festen Schneidleiste be­ steht, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Antrieb wie an sich bekannt aus einem geschlossenen Kreislauf mit einer motorbetriebenen verstellbaren Hydraulikpumpe (1), die mit einer Steuereinheit ausgerüstet ist, und einem Hydraulikmotor (2), der den Hackrotor (5) antreibt, besteht und die verstellbare Hydraulikpumpe (1) und der Hyd­ raulikmotor (2) durch eine Vorlaufleitung (6) und eine Rücklaufleitung (7) miteinander verbunden sind, wobei

• - die Steuereinheit aus einem Proportionalventil (20) und einer auf das Proportionalventil wirkenden Steuerung (21) besteht und
• - die Steuerung in ihrer Stellcharakteristik programmierbar und von einer Start- /Stoppeinrichtung und vom Druck in der Vorlaufleitung (6) betätigbar ist und
• - der Hydraulik (2) von einer Druckleitung (25) umgangen ist, in der ein von der Rücklaufleitung (7) zur Vorlaufleitung (6) durchfließbares Bremsventil (27) angeordnet ist.

2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eine elektronische Steuerung (21) ist.

3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionalventil als ein 4/3-Wegeventil ausgebil­ det ist.

4. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Druckes in der Vorlaufleitung (6) und zur Weiterleitung eines Signals an das elektronische Steuerventil (21) der elektro­ hydraulischen Steuereinheit (19) ein linearer Drucksensor (22) verwendet wird.

5. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (22) in unmittelbarer Nähe des Hyd­ raulikmotors (2) angeordnet ist.

6. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Vorlaufleitung (6) ein Pulsationsdämpfer (28) befindet.

7. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (28) in unmittelbarer Nähe zum Hydraulikmotor (2) angeordnet ist.