DE102014226377A1

DE102014226377A1 - Hydrostatischer Antrieb für ein Drehwerk, Drehwerk mit einem derartigen Antrieb, und mobileArbeitsmaschine mit einem derartigen Drehwerk

Info

Publication number: DE102014226377A1
Application number: DE102014226377.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wogrin; Markus Stiegeler; Martin Stangl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23
Also published as: CN105715596A; KR20160074420A; CN105715596B

Abstract

Offenbart ist ein hydrostatischer Antrieb für ein Drehwerk, insbesondere für das einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einer mit dem Drehwerk koppelbaren, ersten Hydromaschine, die in einem Normalbetrieb über eine hydraulische Ventileinheit des Antriebs mit Druckmittel versorgbar ist. Für einen regenerativen Betrieb des Drehwerks weist der Antrieb einen Hydrospeicher und eine dafür gesondert vorgesehene, andere hydraulische Ventileinheit auf. Über diese ist, zur Speicherung von Rotations- und/oder Bremsenergie des Drehwerks, der Hydrospeicher von der ersten Hydromaschine mit Druckmittel beschickbar und, zur Rekuperation gespeicherter Druckmittelenergie, die erste Hydromaschine vom Hydrospeicher mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
Des Weiteren sind offenbart ein Drehwerk und eine mobile Arbeitsmaschine mit einem derartigen Antrieb.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb für ein Drehwerk, insbesondere das einer mobilen Arbeitsmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Drehwerk mit einem derartigen Antrieb gemäß dem Patentanspruch 11, sowie eine mobile Arbeitsmaschine mit einem derartigen Drehwerk gemäß dem Patentanspruch 12.
Eine gattungsgemäße mobile Arbeitsmaschine, einen Bagger, mit einem dementsprechend gattungsgemäßen hydrostatischen Antrieb zeigt die Druckschrift US 2014/0174069 A1 . Darin werden ein Drehwerkmotor und andere Arbeitsverbraucher von einer in einem Ventilblock angeordneten Hauptsteuerventileinheit mit Druckmittel einer Versorgungspumpe versorgt. Der Drehwerkmotor bewegt den Oberwagen des Baggers und kann in beiden Bewegungsrichtungen angetrieben werden. Beim Abbremsen der Drehbewegung des Oberwagens besteht die Möglichkeit, einem Hydrospeicher Druckmittel vom dann in den Pumpenbetrieb wechselnden Drehwerkmotor zuzuführen. Auf diese Weise kann Rotations- oder Bremsenergie des Drehwerks als hydraulische Druckenergie im Hydrospeicher gespeichert werden. Wird im Gegenzug vom Drehwerkmotor hydraulische Energie benötigt, und weist der Hydrospeicher einen ausreichenden Ladezustand auf, so kann der Drehwerkmotor hydraulische Druckmittelenergie zumindest teilweise vom Hydrospeicher beziehen.
Zur Steuerung des Ladevolumenstroms vom Drehwerkmotor (Pumpenbetrieb) hin zum Hydrospeicher und des Entladevolumenstroms vom Hydrospeicher hin zum Drehwerkmotor ist eine in einem Ventilblock zusammengefasste Ventileinheit vorgesehen. Diese umfasst zwei 3/3-Proportional-Wegeventile, über die jeweils beide Bewegungsrichtungen des Drehwerkmotors steuerbar sind, wobei über eines der Ventile der genannte Entladevolumenstrom und über das andere der Ladevolumenstrom ermöglicht ist. Das aus dem Hydrospeicher zum Drehwerkmotor strömende Druckmittel wird am Drehwerkmotor in mechanische Energie gewandelt und treibt das Drehwerk an. Aus dem Drehwerkmotor tritt der Druckmittelvolumenstrom aus und strömt über die Hauptsteuerventileinheit ab zum Tank. Ähnliche gattungsgemäße mobile Arbeitsmaschinen mit gattungsgemäßen hydrostatischen Antrieben zeigen die Druckschriften US 7,908,852 B2 und US 2014/0060018 A1 .
Nachteilig an den gezeigten Lösungen ist, dass die Drehwerkmotoren vorrichtungstechnisch vergleichsweise aufwendig mit Druckbegrenzungs- und Druckmittelnachspeisefunktionen ausgestattet sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Antrieb zu schaffen, bei dem die genannten Funktionen des Drehwerkmotors auf alternative Weise angeordnet sein können. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Drehwerk mit einem derartigen Antrieb und eine mobile Arbeitsmaschine mit einem derartigen Drehwerk zu schaffen.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch einen hydrostatischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite Aufgabe durch ein Drehwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und die dritte Aufgabe durch eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den zugehörigen Unteransprüchen beschrieben.
Ein hydrostatischer Antrieb für ein Drehwerk hat eine mit dem Drehwerk koppelbare, erste Hydromaschine, die über eine hydraulische Ventileinheit des Antriebs von einer zweiten Hydromaschine des Antriebs mit Druckmittel versorgbar ist. Insbesondere ist das Drehwerk das einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Krans, Baggers oder Baggerladers. Des Weiteren hat der Antrieb einen Hydrospeicher, der über eine andere, gesonderte hydraulische Ventileinheit des Antriebs mit der ersten Hydromaschine fluidisch verbindbar ist. Über diese andere Ventileinheit ist der Hydrospeicher zur Speicherung von Rotations- oder Bremsenergie des Drehwerks von der ersten Hydromaschine mit Druckmittel beschickbar. Umgekehrt, zur Rekuperation gespeicherter Druckmittelenergie, ist die erste Hydromaschine über die andere Ventileinheit vom Hydrospeicher mit Druckmittel beaufschlagbar. Erfindungsgemäß ist die andere Ventileinheit dabei derart ausgestaltet, dass über sie die erste Hydromaschine fluidisch mit einer Druckmittelsenke verbindbar ist.
Anders als beim Stand der Technik bietet diese Modifikation die Möglichkeit, die üblicherweise an der ersten Hydromaschine vorgesehenen Ventilfunktionen, die eine Druckmittelverbindung zu einer Druckmittelsenke benötigen, nun an der anderen Ventileinheit vorzusehen. Dadurch kann die erste Hydromaschine in ihrer vorrichtungstechnischen Ausgestaltung einfacher ausgelegt sein, da an ihr auf diese Ventilfunktionen verzichtet werden kann.
In einer Weiterbildung weist die andere Ventileinheit einen Druckmittelströmungspfad auf, über den die erste Hydromaschine fluidisch mit der Druckmittelsenke verbindbar ist, wobei in diesem Druckmittelströmungspfad wenigstens eine für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der ersten Hydromaschine notwendige Ventilfunktion vorgesehen ist. Diese Ventilfunktion könnte dann entweder eine Redundanz oder die bereits angedeutete vorrichtungstechnische Vereinfachung der ersten Hydromaschine bedeuten.
In einer Weiterbildung ist die wenigstens eine Ventilfunktion eine Druckbegrenzungsfunktion, über die der hydrostatische Antrieb vor einer Drucküberlast geschützt werden kann. Alternativ kann die wenigstens eine Ventilfunktion eine Nachspeisefunktion sein, über die Leckage des hydrostatischen Antriebs ausgleichbar ist. Beide Ventilfunktionen benötigen die genannte Druckmittelverbindung mit der Druckmittelsenke.
In einer Weiterbildung sind sowohl die Druckbegrenzungsfunktion als auch die Nachspeisefunktion in der anderen Ventileinheit vorgesehen. Zu diesem Zweck kann die andere Ventileinheit beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil und ein Nachspeise- oder Nachsaugventil aufweisen.
In einer Weiterbildung sind die Druckbegrenzungsfunktion und die Nachspeisefunktion innerhalb eines Ventils gemeinsam integriert und dadurch kompakt angeordnet.
Die Druckmittelsenke im Sinne dieser Druckschrift ist beispielsweise ein Druckmittelreservoir mit niedrigerem Druckniveau als der übliche Arbeitsdruck des Antriebs. Dies kann beispielsweise ein offener oder geschlossener Tank sein.
In einer Weiterbildung ist die andere Ventileinheit platzsparend und kompakt in einem Ventilblock zusammengefasst.
Um über die andere Ventileinheit insbesondere die verschiedenen Bewegungsrichtungen der ersten Hydromaschine bei Druckmittelbeaufschlagung aus dem Hydrospeicher steuern zu können, weist die andere Ventileinheit ein vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltetes, schaltbares Wegeventil auf. Insbesondere ist dieses als 4/3-Wegeventil ausgeführt, über das zwei Arbeitsanschlüsse der anderen Ventileinheit zum einen mit dem Hydrospeicher und zum anderen mit der genannten Druckmittelsenke wahlweise verbindbar sind.
In einer Weiterbildung weist das 4/3-Wegeventil eine Mittelsperrstellung auf, in der der Hydrospeicher und die Druckmittelsenke gegen die Arbeitsanschlüsse der anderen Ventileinheit abgesperrt sind, wohingegen in zwei Durchflussstellungen des 4/3-Wegeventils der eine Arbeitsanschluss der anderen Ventileinheit mit dem Hydrospeicher und der jeweils andere Arbeitsanschluss mit der Druckmittelsenke fluidisch verbunden ist, und umgekehrt.
In einer dazu alternativen Weiterbildung weist die andere Ventileinheit ein proportional betätigbares Wegeventil, insbesondere ein 4/3-Proportional-Wegeventil auf. Über dieses ist die erste Hydromaschine bei Druckmittelbeaufschlagung aus dem Hydrospeicher zum einen, wie bereits über das schaltbare 4/3-Wegeventil, in ihren beiden Bewegungsrichtungen steuerbar und zum anderen ist der Zulaufvolumenstrom vom Hydrospeicher hin zur ersten Hydromaschine und/oder ein Rücklaufvolumenstrom von der ersten Hydromaschine hin zur Druckmittelsenke über dieses Wegeventil steuerbar.
In einer anderen alternativen Weiterbildung weist die andere Ventileinheit Wegeventilpaare auf, über die jeweils eine Bewegungsrichtung der ersten Hydromaschine steuerbar ist. Die Wegeventilpaare weisen dabei vorzugsweise je zwei 2/2-Wegeventile auf. Von diesen beiden ist wiederum wenigstens eines proportional betätigbar. Bevorzugt ist dieses proportional betätigbare Wegeventil dann zur Steuerung des Zulaufvolumenstroms vorgesehen. Über das andere Wegeventil jedes Paares ist der Rücklaufvolumenstrom von der ersten Hydromaschine hin zur Druckmittelsenke steuerbar. Vorrichtungstechnisch einfach erweist sich diese Weiterbildung, wenn das letztgenannte Wegeventil des Rücklaufvolumenstroms entweder nicht proportional betätigbar, sondern als Schaltventil ausgestaltet ist, oder wenn es im Falle des Rücklaufvolumenstroms der Einfachheit halber voll geöffnet ist. Dann erfolgt die Steuerung der Druckmittelversorgung der ersten Hydromaschine lediglich über das proportional betätigbare 2/2-Wegeventil des jeweiligen Paares.
In einer Weiterbildung ist über das Wegeventil oder ist über die Wegeventile ein Ladevolumenstrom von der ersten Hydromaschine hin zum Hydrospeicher steuerbar.
Insbesondere bei der Verwendung des schaltbaren Wegeventils zur Steuerung der beiden Bewegungsrichtungen der ersten Hydromaschine erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Hydromaschine ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweist. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Drehwerks über das Verdrängungsvolumen der ersten Hydromaschine gesteuert werden. Für die beiden anderen genannten Alternativen, in denen proportional betätigbare Wegeventile zur Steuerung des Zulaufvolumenstroms angewendet werden, kann es sich als vorteilhaft erweisen, die erste Hydromaschine mit konstantem Verdrängungsvolumen auszugestalten. Da diese immer mit „maximalem” Verdrängungsvolumen betrieben werden, weisen sie einen hohen Wirkungsgrad auf. Die Steuerung der Geschwindigkeit des Drehwerks erfolgt dann über die Ansteuerung des oder der proportional betätigbaren Wegeventile. Auf diese Weise können vorrichtungstechnisch einfache und günstige Konstantmaschinen mit hohem Wirkungsgrad als erste Hydromaschine eingesetzt werden.
Ein Drehwerk, insbesondere das einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Baggers, eines Baggerladers oder Krans hat einen hydrostatischen Antrieb, der gemäß zumindest einem der Aspekte der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist. Dabei ergeben sich für das Drehwerk die bereits genannten Vorteile für die erste Hydromaschine.
Eine insbesondere mobile Arbeitsmaschine, insbesondere ein Bagger oder Baggerlader oder ein Kran, hat ein Drehwerk, das entsprechen der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist. Auch hier ergeben sich die Vorteile für die erste Hydromaschine, wie sie bereits bei der Beschreibung des hydrostatischen Antriebs erwähnt wurden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, mobilen Arbeitsmaschine und vier Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer, hydrostatischer Antriebe sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Ansicht einer mobilen Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel und
2 bis 5 je ein Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Antriebs für die mobile Arbeitsmaschine gemäß 1.
1 zeigt eine als Bagger ausgestaltete mobile Arbeitsmaschine 1 mit einem Unterwagen 2 mit Ketten 4 eins Fahrantriebs des Baggers. Mit dem Unterwagen 2 ist über ein Drehwerk 6 ein Oberwagen 8 des Baggers 1 drehbar verbunden. Am Oberwagen 8 setzt ein schwenkbarer Baum 10 an, an dem wiederum ein schwenkbarer Stiel 12 ansetzt. Am Stiel 12 schwenkbar befestigt ist eine Schaufel 14. Der Oberwagen 8 ist gegen den Unterwagen 2 über das Drehwerk 6 um eine Drehachse 16 drehbar.
Die Drehung des Oberwagens 8 gegen den Unterwagen 6 erfolgt hydraulisch angetrieben. Zum Ende einer Drehung muss der Oberwagen 8 abgebremst werden. Dabei muss Bremsenergie aufgebracht werden. Um diese für ihre spätere Nutzung speichern zu können, sind Konzepte bekannt, in denen eine vom rotierenden Oberwagen angetriebene Hydromaschine Druckmittel in einen Hydrospeicher fördert. Zu einem späteren Zeitpunkt kann diese gespeicherte Druckmittelenergie dann vom Hydrospeicher wieder abgegeben werden und beispielsweise zum Antrieb des Drehwerks verwendet werden.
2 zeigt einen hydrostatischen Antrieb 18 mit einem Baumantrieb 20 und einem Drehwerksantrieb 22. Zentral dargestellt in 2 ist der Oberwagen 8. An dieser Stelle sei erwähnt, dass der überwiegende Teil der in 2 und den 3 bis 5 dargestellten Komponenten innerhalb des Oberwagens 8 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 8 gemäß 2 repräsentiert somit genauer gesagt nicht den physischen Oberwagen selbst, sondern lediglich dessen Masse und Massenträgheitsmoment.
Der Oberwagen 8 ist drehfest mit einer ersten Hydromaschine 24 verbunden. Letztgenannte ist über zwei Arbeitsleitungen 26, 28 und einen Hauptsteuerblock 30, genauer gesagt über eine Ventilscheibe 32 des Hauptsteuerblocks 30, mit einer zweiten Hydromaschine 34, die als Doppelpumpeneinheit ausgestaltet ist, mit Druckmittel versorgbar. Der hydrostatische Antrieb 18 wird im offenen Kreis betrieben, so dass die erste Hydromaschine 34 ihr Druckmittel aus einer Druckmittelsenke, die als Tank T ausgebildet ist, ansaugt.
Der hydrostatische Antrieb 18 hat eine als Dieselmotor ausgestaltete Antriebsmaschine 36, die über eine Antriebswelle 38 mit der ersten Hydromaschine 34 und über ein Getriebe 40 mit einer zusätzlichen Hydromaschine 42 gekoppelt ist. Über letztgenannte werden dabei Hydrozylinder 44 des Baumantriebs 20, mit Druckmittel versorgt Die Hydromaschinen 34 und 42 sind mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet.
Die Arbeitsleitungen 26, 28 weisen jeweils ein Druckbegrenzungsventil 46 und ein als Rückschlagventil ausgestaltetes Nachsaugventil 48 auf, wobei erstgenannte mit ihrem Druckmittelausgang mit dem Tank T und letztgenannte mit ihrem Druckmitteleingang mit dem Tank T verbunden sind. Auf diese Weise sind die Arbeitsleitungen 26, 28 zum einen gegen Überlast und zum anderen gegen Kavitation geschützt. Des Weiteren weist jede der Arbeitsleitungen 26, 28 eine Druckerfassungseinheit 50 auf.
Der hydrostatische Antrieb 18 weist zwei Vorsteuerventile 52 und 54 auf, über die ein in der Ventilscheibe 32 angeordnetes (nicht dargestelltes) Hauptsteuerventil zur Druckmittelversorgung der ersten Hydromaschine 24 ansteuerbar ist. Hierzu ist eine als Joystick ausgebildete Bedieneinheit 56 mit einer Steuereinheit 60 verbunden. Letztgenannte ist wiederum über Signalleitungen 62 und 64 mit dem Vorsteuerventil 52, beziehungsweise 54 verbunden.
Schwerpunkt dieser Patentanmeldung ist der als Drehwerkantrieb 22 bezeichnete Teil des hydrostatischen Antriebs 18, so dass im Folgenden auf eine weitere Beschreibung des Baumantriebs 20 verzichtet wird.
In einem herkömmlichen, nicht-regenerativen Betrieb erfolgt vom Bediener über den Joystick 56 die Anforderung, den Oberwagen 8 in eine von zwei Dreh-/Bewegungsrichtungen zu drehen. Bei einer angeforderten Drehung nach links ergeht über die Steuereinheit 60 und die Signalleitung 62 ein Signal an das Vorsteuerventil 52, proportional zu dem das das Hauptsteuerventil der Ventilscheibe 32 entsprechend einseitig mit einem höheren Steuerdruck beaufschlagt wird, wodurch eine Druckmittelversorgung über die zweite Hydromaschine 34 und die erste Arbeitsleitung 26 ermöglicht wird. Demgemäß dreht die erste Hydromaschine 24 links herum und treibt den Oberwagen 8 entsprechend an. Das über die erste Hydromaschine 24 entspannte Druckmittel strömt über die zweite Arbeitsleitung 28 zurück in die Ventilscheibe 32 und von dort über das Hauptsteuerventil zurück in den Tank T (nicht dargestellt). Eine entsprechende Ansteuerung des Vorsteuerventils 54 ergibt entsprechend eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung des Oberwagens 8 nach rechts.
Für den Fall, dass der Oberwagen 8 abgebremst werden soll, um die Drehbewegung zu stoppen, kann im gezeigten hydrostatischen Antrieb 18 die dabei aufgebrachte Bremsenergie über einen Regenerationsabschnitt 66 des hydrostatischen Antriebs 18 zur späteren Rekuperation gespeichert werden. Hierzu weist der Rekuperationsabschnitt 66 einen Hydrospeicher 68 auf, der über einen Regenerationssteuerblock 70 mit darin angeordneten Ventilen mit den Arbeitsleitungen 26 und 28 verbindbar ist.
Der Regenerationssteuerblock 70 weist einen ersten Arbeitsanschluss A, der mit der ersten Arbeitsleitung 26 verbunden ist, und einen zweiten Arbeitsanschluss B, der mit der zweiten Arbeitsleitung 28 verbunden ist, auf. Die Arbeitsanschlüsse A, B sind über Druckmittelkanäle innerhalb des Regenerationssteuerblocks 70 mit einem schaltbaren 4/3-Wegeventil 72 verbunden. Hierzu weist dieses einen ersten Arbeitsanschluss A und einen zweiten Arbeitsanschluss B auf. Des Weiteren weist es einen Druckanschluss P und einen Tankanschluss T auf. Der Druckanschluss P ist über eine Speicherleitung 74 mit dem Hydrospeicher 68 verbunden, der Tankanschluss T ist über eine Tankleitung 76 mit einem Tankanschluss T des Regenerationssteuerblocks 70 und darüber mit dem Tank T verbindbar. In der Tankleitung 76 ist ein vom Wegeventil 72 hin zum Tankanschluss T öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil 78 angeordnet. Die Speicherleitung 74 ist mit der Tankleitung 76 über ein Druckbegrenzungsventil 80 fluidisch verbindbar und auf diese Weise gegen Überlast gesichert. Zudem weist der Regenerationssteuerblock 70 ein über die Steuereinheit 60 steuerbares Entleerungsventil 82 auf, über das die Speicherleitung 74 bei Bedarf, beispielsweise wenn die Zündung der Antriebsmaschine abgeschaltet wird, mit der Tankleitung 76 fluidisch verbindbar ist.
Zum Speisen des Hydrospeichers 68 über einen der Arbeitsanschlüsse A, B weist der Regenerationssteuerblock 70 ein Logikventil 84 auf, über das die Speicherleitung 74 sowohl mit dem ersten Arbeitsanschluss A, als auch mit dem zweiten Arbeitsanschluss B des Regenerationssteuerblocks 70 verbindbar ist. Zwischen der Speicherleitung 74 und den genannten Arbeitsanschlüssen A, B ist dabei jeweils ein federvorgespanntes Rückschlagventil 86, 88 angeordnet, welches jeweils hin zur Speicherleitung 74 öffnet.
Für den Fall, dass der Oberwagen 8 in seiner Drehbewegung abgebremst werden soll und gleichzeitig die dabei auftretende Bremsenergie gespeichert werden soll, ergeht über die Steuereinheit 60 an das Hauptsteuerventil der Ventilscheibe 32 das Signal, zu schließen. Gleichzeitig ergeht an eine Vorstufe 90 des Logikventils 84, ausgehend von der Steuereinheit 60 über die Signalleitung 92, das Signal, entgegen der Feder an der Vorstufe 90 in seine Tankstellung a zu schalten, in der ein in Schließrichtung wirksamer Rückraum der Hauptstufe 94 des Logikventils 84 mit dem Tankanschluss T des Regenerationssteuerblock 70 verbunden wird. Dementsprechend ist die Druckmittelverbindung vom betreffenden Arbeitsanschluss A beziehungsweise B (je nach Drehrichtung des Oberwagens 8) über eines der Rückschlagventils 86, 88 und die Hauptstufe 94 hin zur Speicherleitung 74 offen oder kann zumindest von der von der ersten Hydromaschine 24 im Bremsbetrieb geförderten Druckmittelmenge geöffnet werden. Auf diese Weise kann der Hydrospeicher 68 mit Druckmittel geladen werden.
Im umgekehrten Fall kann das auf vorbeschriebene Weise in den Hydrospeicher 68 geladene Druckmittel zum Antreiben des Oberwagens 8 genutzt werden. Hierzu ergeht über die Steuereinheit 60 wieder das Signal an die Ventilscheibe 32, dessen Hauptsteuerventil zu schließen. Zudem wird ausgehend vom Sollsignal des Joysticks 56 über die Steuereinheit 60 das Wegeventil 72, je nach gewünschter Bewegungsrichtung, in eine seiner Durchflussstellungen a oder b gesteuert. In einer ersten Durchflussstellung a wird die Speicherleitung 74 über den Druckanschluss P des Wegeventils 70 mit dessen zweiten Arbeitsanschluss B verbunden. Dementsprechend kann Druckmittel vom Hydrospeicher 68 über den zweiten Arbeitsanschluss B des Regenerationssteuerblocks 70 hin in die zweite Arbeitsleitung 28 strömen. Da das Hauptsteuerventil der Ventilscheibe 32 geschlossen ist, nimmt das Druckmittel seinen Weg über die erste Hydromaschine 24, wird darüber entspannt und die erste Hydromaschine 24 treibt den Oberwagen 8 in der gewünschten Bewegungsrichtung an. Über die erste Arbeitsleitung 26 strömt das Druckmittel von der ersten Hydromaschine 24 ab, muss zurück zum ersten Arbeitsanschluss A des Regenerationssteuerblocks 70 und von dort zum ersten Arbeitsanschluss A des Wegeventils 72 strömen. An dieser Stelle sei angemerkt, dass zu diesem Zeitpunkt das Logikventil 84, genauer gesagt dessen Vorstufe 90, in die Druckstellung b verstellt ist, so dass der Rückraum der Hauptstufe 94 mit Hochdruck belastet ist und das Logikventil 84 geschlossen ist. Dementsprechend können die Rückschlagventile 86, 88 nicht öffnen, so dass das von der ersten Hydromaschine 24 rückströmende Druckmittel über das Wegeventil 72 strömen muss. Vom ersten Arbeitsanschluss A des Wegeventils 72 strömt das Druckmittel über die Durchflussstellung a und den Tankanschluss T, das Rückschlagventil 78, in die Tankleitung 76 und von dort zum Tank T.
In den folgenden Figuren wird jeweils auf die Darstellung des Hauptsteuerblocks 30, der Hydromaschinen 34, 42, der Antriebsmaschine 36 und des Baumantriebes 20, die Steuereinheit 60, die Vorsteuerventile 52, 54 und die Bedieneinheit 56 verzichtet, da diese Komponenten ohnehin für alle Ausführungsbeispiele gleichbleibend sind. In der jeweiligen Darstellung der hydrostatischen Antriebe 118; 218 und 318 verbleibt dann nur der jeweilige Drehwerkantrieb 122; 222 und 322. Über die Ausführungsbeispiele gleichbleibende Komponenten sind dabei mit gleichbleibenden Bezugszeichen versehen.
Gemäß 3 hat ein hydrostatischer Antrieb 118 einen Drehwerksantrieb 122 mit einem Regenerationssteuerblock 170, der ebenso wie das vorangegangene Ausführungsbeispiel, das schaltbare 4/3-Wegeventil 72 aufweist. Der Regenerationssteuerblock 170 ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel jedoch dahingehend vereinfacht, dass er kein Logikventil 84 gemäß 2 aufweist. Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Arbeitsanschlüsse A, B des Regenerationssteuerblocks 170 über Druckmittelkanäle 96, 98 mit den zugeordneten Arbeitsanschlüssen A, B des Wegeventils 72 verbunden. Wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel zweigt vom ersten Druckmittelkanal 96 eine Druckmittelleitung ab, in der das bereits erwähnte Rückschlagventil 86 angeordnet ist. Analog zweigt vom zweiten Druckmittelkanal 98 eine Druckmittelleitung ab, in der das bereits erwähnte Rückschlagventil 88 angeordnet ist. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel öffnen beide Rückschlagventile 86, 88 jedoch hin zu einem Druckbegrenzungsventil 80, über das die genannten Druckmittelkanäle 96, 98 und damit die Arbeitsanschlüsse A, B des Regenerationssteuerblocks 170 und im weiteren Sinne die Arbeitsleitungen 26, 28, mit dem Tankanschluss P des Regenerationssteuerblocks 170 verbindbar sind. Auf diese Weise ist über das Druckbegrenzungsventil 80 eine Druckabsicherung der Arbeitsleitung 26, 28 möglich. Anders als im vorgenannten Ausführungsbeispiel erfolgen im Ausführungsbeispiel gemäß 3 sowohl das Laden des Hydrospeichers 68 mit Druckmittel aus der vorbeschriebenen Abbremsung des Oberwagens 8, als auch die Steuerung beider Bewegungsrichtungen bei Rekuperation von im Hydrospeicher 68 gespeicherter Druckmittelenergie, über das Wegeventil 72. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel ist im letztgenannten Wegeventil 72 die Druckabsicherung der Arbeitsleitung 26, 28 über das Druckbegrenzungsventil 80 des Regenerationssteuerblocks 170 vorgeschaltet und kann somit unabhängig vom Wegeventil 72 erfolgen. Wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Hydromaschine 24 mit verstellbaren Verdrängungsvolumen ausgestaltet, da das Wegeventil 72 nicht proportional betätigbar, sondern schaltbar ausgestaltet ist. Der Regenerationssteuerblock 170 ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel dahin gehend weiterhin vereinfacht, dass ein Entleerungsventil 182 ausgelagert ist.
Ein hydrostatischer Antrieb 218 mit seinem Drehwerksantrieb 222 gemäß 4 entspricht in weiten Teilen demjenigen gemäß 3, weswegen im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Ein Regenerationssteuerblock 270 hat gemäß 4 anstatt des schaltbaren Wegeventils 72 (vergleiche 3) ein proportional betätigbares Wegeventil 272. Dieses ist als 4/3-Wegeventil ausgestaltet und kann zwischen seinen beiden Durchflussendstellungen und der federzentrierten Sperrstellung beliebig viele Zwischenstellungen einnehmen. Die Steuerung von Volumenströmen vom und hin zum Hydrospeicher 68 kann demzufolge vollständig über das Wegeventil 272 erfolgen. Somit kann auch die Drehgeschwindigkeit des Oberwagens 8 bereits allein über das Wegeventil 272 gesteuert werden. Als konstruktive Folge ist eine mit dem Oberwagen 8 gekoppelte erste Hydromaschine 224, anders als in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, als Konstantmaschine ausgebildet, weist also konstantes Verdrängungsvolumen auf. Zusätzlich weist das Entleerungsventil 282 gemäß 4 einen per Hand betätigbaren Bypass 283 auf, über den der Hydrospeicher 68 per Hand Richtung Tank entleerbar ist.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Antriebs 318 mit einem Drehwerksantrieb 322, der das Ausführungsbeispiel gemäß 4 weiterbildet. Dementsprechend wird auch hier lediglich auf die Unterschiede zum letztgenannten Ausführungsbeispiel eingegangen. In einem Regenerationssteuerblock 370 gemäß 5 ist anstatt des 4/3-Proportionalwegeventils 272 dessen aufgelöste Bauweise mit vier proportional betätigbaren 2/2-Wegeventilen gewählt, die zu einer Wegeventilanordnung 372 zusammengefasst sind.
Zur Verbindung des Hydrospeichers 68 mit dem zweiten Arbeitsanschluss B des Regenerationssteuerblocks 370 weist die Ventilanordnung 372 ein 2/2-Wegeventil BH und zur Verbindung des ersten Arbeitsanschlusses A mit dem Hydrospeicher 68 ein 2/2-Wegenventil AH auf. Für die Verbindung der Arbeitsanschlüsse A, B mit dem Tankanschluss T des Regenerationssteuerblocks 370 weist die Ventilanordnung 372 die 2/2-Wegeventile AT und BT auf. Jedes der Wegeventile AH, BH, AT, BT hat eine Durchflussstellung a und eine Sperrstellung b. Dabei handelt es sich jeweils um Endstellungen der vier genannten Ventile der Ventilanordnung 372. Zwischen diesen Endstellungen a, b können aufgrund der proportionalen Betätigbarkeit beliebig viele Zwischendurchflussstellungen eingenommen werden. Jedes der Wegeventile AH, BH, AT, BT ist elektromagnetisch betätigbar und über eine Signalleitung mit der Steuereinheit (60, nicht dargestellt, vergleiche 2) verbunden.
Aufgrund der aufgelösten Bauweise der Ventilanordnung 372 mit ihren vier individuell steuerbaren Wegeventilen AH, BH, AT, BT ist eine besonders feinfühlige Ansteuerung und Regelung der Bewegungsgeschwindigkeit des Oberwagens 8 über die entsprechende Volumenstromsteuerung für die erste Hydromaschine 224 ermöglicht. Dabei sind Drosselverluste gegenüber den anderen gezeigten Ausführungsbeispielen kleiner.
Für eine erste Bewegungsrichtung der ersten Hydromaschine 224, in der diese über den Arbeitsanschluss A und die erste Arbeitsleitung 26 aus dem Hydrospeicher 68 mit Druckmittel versorgt wird, sind die beiden Wegeventile AT und BH in ihrer unbetätigten, federvorgespannten Sperrstellung b. Eine Steuerung des Zulaufvolumenstroms vom Hydrospeicher 68 hin zum ersten Arbeitsanschluss A erfolgt dann allein über die elektroproportionale Betätigung des Wegeventils AH. Das Druckmittel strömt über den ersten Arbeitsanschluss A, die erste Arbeitsleitung 26 über die erste Hydromaschine 224 zurück in die zweite Arbeitsleitung 28 und von dort zum zweiten Arbeitsanschluss B. Von dort strömt es über das dann voll geöffnete Wegeventil BT (Durchflussstellung a) ab zum Tankanschluss T des Regenerationssteuerblocks 370 und darüber hin zum Tank T. Für die entgegengesetzte Drehrichtung der ersten Hydromaschine 224 ergibt sich die entsprechend umgekehrte Ansteuerung der Wegeventile AH, BH, AT, BT.
Im umgekehrten Fall, dem regenerativen Bremsen des Oberwagens 8 über die erste Hydromaschine 224 und den Hydrospeicher 68, ergibt sich folgende Schaltung. Ausgehend von dem Fall, dass das Drehwerk 8 durch Druckbeaufschlagung der ersten Arbeitsleitung 26 angetrieben wird, steht in der zweiten Arbeitsleitung 28 zunächst ein Niederdruck an. Nun wird der Oberwagen 8 mit Hilfe des hydraulischen Widerstands der ersten Hydromaschine 224 gebremst. Dementsprechend findet ein Lastwechsel statt, so dass die erste Arbeitsleitung 26 Niederdruck und die zweite Arbeitsleitung 28 Hochdruck aufweist. Die rotierende Masse des Oberwagens 8 stützt sich dabei über die erste Hydromaschine 224 am Druckmittel in der zweiten Arbeitsleitung 28 ab. Demgemäß wechselt die erste Hydromaschine 224 in den Pumpenbetrieb, wodurch sie Druckmittel über die zweite Arbeitsleitung 28 zum zweiten Arbeitsanschluss B des Regenerationssteuerblocks 370 und über das Wegeventil BH und dessen Durchflussstellung a in den Hydrospeicher 68 fördert. Gleichzeitig benötigt die erste Hydromaschine 224 jedoch in ihrer ersten Arbeitsleitung 26 nachströmendes Druckmittel, insbesondere um dort Kavitation zu verhindern. Dieses wird über den Tankanschluss T des Regenerationssteuerblocks 370 und das dann vollends geöffnete Wegeventil AT der Wegeventilanordnung 372 bereit gestellt. Über letztgenanntes Wegeventil AT und die Druckmittelleitung 96 sowie den ersten Arbeitsanschluss A strömt dann Druckmittel hin zur ersten Arbeitsleitung 26 und liefert ausreichend Druckmittelvolumenstrom an die erste Hydromaschine 224 nach.
Offenbart ist ein hydrostatischer Antrieb für ein Drehwerk, insbesondere für das einer mobilen Arbeitsmaschine, mit einer mit dem Drehwerk koppelbaren, ersten Hydromaschine, die in einem Normalbetrieb über eine hydraulische Ventileinheit des Antriebs mit Druckmittel versorgbar ist. Für einen regenerativen Betrieb des Drehwerks weist der Antrieb einen Hydrospeicher und eine dafür gesondert vorgesehene, andere hydraulische Ventileinheit auf. Über diese ist, zur Speicherung von Rotations- und/oder Bremsenergie des Drehwerks, der Hydrospeicher von der ersten Hydromaschine mit Druckmittel beschickbar und, zur Rekuperation gespeicherter Druckmittelenergie, die erste Hydromaschine vom Hydrospeicher mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Die erste Hydromaschine ist dabei über die andere Ventileinheit fluidisch mit einer Druckmittelsenke verbindbar. Des Weiteren sind offenbart ein Drehwerk und eine mobile Arbeitsmaschine mit einem derartigen Antrieb.
Bezugszeichenliste

1: mobile Arbeitsmaschine
2: Unterwagen
4: Kette
6: Drehwerk
8: Oberwagen
10: Baum
12: Stiel
14: Schaufel
16: Drehachse
18; 118; 218; 318: hydrostatischer Antrieb
20: Baumantrieb
22; 122; 222; 322: Drehwerkantrieb
24; 224: erste Hydromaschine
26: erste Arbeitsleitung
28: zweite Arbeitsleitung
30: Hauptsteuerblock
32: Ventilscheibe
34: zweite Hydromaschine
36: Antriebsmaschine
38: Triebwelle
40: Getriebe
42: zusätzliche Hydromaschine
44: Hydrozylinder
46: Druckbegrenzungsventil
48: Rückschlagnachsaugventil
50: Druckerfassungseinheit
52, 54: Vorsteuerventil
56: Bedieneinheit
58: Signalleitung
60: Steuereinheit
62, 64: Signalleitung
66: Regenerationsabschnitt
68: Hydrospeicher
70; 170; 270; 370: Regenerationssteuerblock
72; 272; 372: Wegeventil/Wegeventilanordnung
74: Speicherleitung
76: Tankleitung
78: Rückschlagventil
80: Druckbegrenzungsventil
82; 182; 282: Entleerungsventil
84: Logikventil
86, 88: Rückschlagventil
90: Vorstufe
92: Signalleitung
94: Hauptstufe
96, 98: Druckmittelkanal
283: Bypass
AH, BH, AT, BT: 2/2-Proportionalwegeventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0174069 A1 [0002]
US 7908852 B2 [0003]
US 2014/0060018 A1 [0003]

Claims

Hydrostatischer Antrieb für ein Drehwerk (6), insbesondere für das einer mobilen Arbeitsmaschine (1), mit einer mit dem Drehwerk (6) koppelbaren, ersten Hydromaschine (24; 224), die über eine hydraulische Ventileinheit (30) des Antriebs (18; 118; 218; 318) von einer zweiten Hydromaschine (34) des Antriebs (18; 118; 218; 318) mit Druckmittel versorgbar ist, und mit einem Hydrospeicher (68), der über eine andere hydraulische Ventileinheit (70; 170; 270; 370) des Antriebs (18; 118; 218; 318) mit der ersten Hydromaschine (24; 224) fluidisch verbindbar ist, wobei über die andere Ventileinheit (70; 170; 270; 370), zur Speicherung von Rotations- oder Bremsenergie des Drehwerks (6), der Hydrospeicher (68) von der ersten Hydromaschine (24; 224) mit Druckmittel beschickbar ist und, zur Rekuperation gespeicherter Druckmittelenergie, die erste Hydromaschine (24; 224) vom Hydrospeicher (68) mit Druckmittel beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hydromaschine (24; 224) über die andere Ventileinheit (70; 170; 270; 370) fluidisch mit einer Druckmittelsenke (T) verbindbar ist.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei zumindest die andere Ventileinheit (70; 170; 270; 370) in einem Ventilblock zusammengefasst ist.
Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei die andere Ventileinheit (70; 170; 270; 370) einen Druckmittelströmungspfad aufweist, über den die erste Hydromaschine (24; 224) fluidisch mit der Druckmittelsenke (T) verbindbar ist, und in dem wenigstens eine für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der ersten Hydromaschine (24; 224) notwendige Ventilfunktion vorgesehen ist.
Antrieb nach Anspruch 3, wobei die wenigstens eine Ventilfunktion eine Druckbegrenzungsfunktion (80) oder eine Nachspeisefunktion (AT, BT) ist.
Antrieb nach Anspruch 4, wobei die Druckbegrenzungsfunktion und die Nachspeisfunktion gemeinsam in ein Ventil integriert sind.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die andere Ventileinheit (70; 170) ein schaltbares Wegeventil aufweist, über das die erste Hydromaschine (24) in zwei Bewegungsrichtungen steuerbar ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die andere Ventileinheit (270; 370) ein proportional betätigbares Wegeventil (272) oder eine Anordnung (372) proportional betätigbarer Wegeventile (AH, BH, AT, BT) aufweist, über das oder die die erste Hydromaschine (224) in zwei Bewegungsrichtungen steuerbar ist, und über das oder die ein Zulaufvolumenstrom vom Hydrospeicher (68) hin zur ersten Hydromaschine (224) und/oder ein Rücklaufvolumenstrom von der ersten Hydromaschine (224) hin zur Druckmittelsenke (T) steuerbar ist.
Antrieb nach Anspruch 6, wobei die Anordnung (372) Wegeventilpaare (AH, BT, BH, AT) aufweist, über die jeweils eine Bewegungsrichtung der ersten Hydromaschine (224) steuerbar ist, und wobei wenigstens eins der Wegeventile (AH, BT, BH, AT) jedes Paares proportional betätigbar ist, und wobei über eins der Wegeventile (AH, BH) jedes Paares ein Zulaufvolumenstrom vom Hydrospeicher (68) hin zur ersten Hydromaschine (224) und/oder über ein anderes der Wegeventile (BT, AT) jedes Paares ein Rücklaufvolumenstrom von der ersten Hydromaschine (224) hin zur Druckmittelsenke (T) steuerbar ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei über das Wegeventil (72; 272) oder die Wegeventile (AH, BH) ein Ladevolumenstrom von der ersten Hydromaschine (24; 224) hin zum Hydrospeicher (68) steuerbar ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Hydromaschine (24; 224) ein verstellbares Verdrängungsvolumen oder ein konstantes Verdrängungsvolumen aufweist.
Drehwerk mit einem hydrostatischen Antrieb (18; 118; 218; 318), der gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche ausgestaltet ist, wobei das Drehwerk (6) mit der ersten Hydromaschine (24; 224) gekoppelt und von dieser antreibbar ist.
Mobile Arbeitsmaschine mit einem Drehwerk (6) nach Anspruch 11.