DE102017219246A1 - Anordnung aus einer Hydromaschine und einem Elektromotor zum Antreiben der Hydromaschine - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Anordnung aus einer Hydromaschine, einem Elektromotor zum Antreiben der Hydromaschine, einem Schwungradspeicher zum Speichern mechanischer Energie und einem Übersetzungsgetriebe zum Ankoppeln des Schwungradspeichers an den Elektromotor und die Hydromaschine. Erfindungsgemäß drehen bei dieser Anordnung der Elektromotor und die Hydromaschine mit einer ersten Drehzahl, während ein Schwungrad des Schwungradspeichers mit einer zweiten Drehzahl dreht. Das Verhältnis der Drehzahlen ist durch das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes bestimmt. Weiter wird erfindungsgemäß ein hydraulischer Antrieb zum Steuern eines hydraulischen Verbrauchers mit dieser Anordnung ausgestattet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einer Hydromaschine und einem Elektromotor zum Antreiben der Hydromaschine.
• Die DE 10 2011 011 750 A1 zeigt einen hydraulischen Antrieb für eine Presse, bei der eine Hydromaschine bzw. eine hydraulische Pumpe mittels eines Untersetzungsgetriebes an einen Elektromotor angebunden ist. Dadurch kann der im Vergleich zu der Pumpe größere zulässige Drehzahlbereich des Elektromotors besser genutzt werden.
• Die DE 197 01 671 A1 zeigt einen hydraulischen Antrieb für eine Spritzgießmaschine, bei dem ein Elektromotor, ein Schwungrad und eine verstellbare hydraulische Pumpe drehfest miteinander gekoppelt sind. Das Schwungrad dient dabei als Speicher mechanischer Energie. So können Bedarfs-Lastspitzen eines hydraulischen Verbrauchers aus der gespeicherten Massenträgheits-Energie des Schwungrads bedient werden, ohne den Elektromotor zu überlasten.
• Hydraulische Pumpen sind zumeist aufgrund ihrer anspruchsvollen mechanischen Konstruktion auf einen Drehzahlbereich zwischen 0 und 3000 U/min ausgelegt. Das Energiespeichervermögen eines Schwungrades steigt jedoch mit dem Quadrat seiner Drehzahl.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schwungradspeicher möglichst effizient in einer hydraulischen Versorgungsanordnung aus Hydromaschine und Elektromotor zu nutzen.
• Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 1 für eine Anordnung aus einer Hydromaschine und einem Elektromotor zum Antreiben der Hydromaschine und mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 13 für einen hydraulischen Antrieb gelöst.
• Erfindungsgemäß ist also ein Übersetzungsgetriebe vorgesehen, das den Schwungradspeicher mit hoher Drehzahl antreibt. Der Elektromotor und die Hydromaschine werden dagegen aufgrund der Anordnung der Komponenten beide mit einer niedrigeren Drehzahl betrieben.
• Auf diese Weise kann eine mechanische Wellenverbindung zwischen Elektromotor und Hydromaschine für ein hohes Drehmoment ausgelegt werden und für die maximale Leistung des Elektromotors. Dagegen muss das Getriebe nur für ein Differenzdrehmoment ausgelegt werden, welches die Differenz zwischen einem maximalen Drehmoment des Elektromotors und einem maximal benötigten Antriebsmoment der Hydromaschine darstellt. Trotzdem kann das im Vergleich zur oben genannten DE 197 01 671 A1 höhere Energiespeichervermögen des Schwungradspeichers bei hoher Drehzahl genutzt werden. Der Schwungradspeicher kann vergleichsweise kleiner, leichter und günstiger ausgelegt werden.
• Würde man dagegen bei der oben erwähnten DE 10 2011 011 750 A1 das Schwungrad einfach auf der Hochdrehzahlseite des Getriebes, also direkt gekoppelt mit dem Elektromotor hinzufügen, müsste das Getriebe auf das volle maximal benötigte Antriebsmoment der Hydromaschine ausgelegt werden.
• Abhängig vom zulässigen Drehzahlbereich des Schwungradspeichers wird es sinnvoll sein, das Übersetzungsgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis zwischen 1:2 und 1:10 auszuführen. Die Nenndrehzahl des Schwungrades läge dann zwischen 6000 Umdrehungen/min und 30.000 Umdrehungen/min.
• Wenn Schwungradspeicher mit höherer Nenndrehzahl verfügbar sind, dann kann natürlich auch das Übersetzungsverhältnis entsprechend angepasst werden, um die maximale Nenndrehzahl des Schwungradspeichers möglichst gut auszunutzen.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Untersprüche.
• Verzugsweise ist das Schwungrad des Schwungradspeichers mit einer Ausgangswelle des Übersetzungsgetriebes drehfest bzw. mechanisch gekoppelt. Der Begriff „gekoppelt“ soll in dieser Anmeldung auf eine beliebige drehfeste Welle-Welle oder Welle-Nabe Verbindung stehen, und kann z.B. Flansche, fachübliche Welle-Welle Kupplungen, Steckverzahnungen, Welle-Nabe Verbindungen mit Passfedern oder aufgeschrumpften Nabenbauteilen umfassen.
• Weiter werden vorzugsweise der Elektromotor und die Hydromaschine an einen Eingang, insbesondere an eine Eingangswelle des Übersetzungsgetriebes gekoppelt.
• Wenn die Hydromaschine mit der Ausgangswelle des Elektromotors gekoppelt ist und an einem Durchtrieb der Hydromaschine das Übersetzungsgetriebe angekoppelt ist, ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau des elektrohydraulischen Strangs aus Hydromaschine Elektromotor und Übersetzungsgetriebe. Insbesondere können Standardkomponenten, nämlich eine Hydromaschine mit Durchtrieb zum Einsatz kommen.
• Alternativ könnte ein Elektromotor mit einer zweiten Ausgangswelle vorgesehen werden, an die das Übersetzungsgetriebe angekoppelt ist.
• Ebenso kann eine Eingangsstufe des Übersetzungsgetriebes mit der Ausgangswelle des Elektromotors gekoppelt sein und diese Ausgangswelle kann gleichermaßen zum Antrieb der Hydromaschine eingesetzt sein. Es kann jedoch auch eine Zwischenwelle vorgesehen sein die drehfest mit einer Eingangsstufe des Übersetzungsgetriebes verbunden ist. Diese Lösung ist insbesondere für Retrofit Anwendungen interessant. Es könnte zum Beispiel eine zwischen Elektromotor und Hydromaschine verbaute Kupplung durch die Zwischenwelle bzw. die Eingangsstufe des Übersetzungsgetriebes ersetzt werden.
• Das Übersetzungsgetriebe weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens eine erste Getriebestufe auf. Diese Getriebestufe ist vorzugsweise als Stirnradgetriebe oder als Riemengetriebe ausgebildet. Es können jedoch auch Planetengetriebe oder Wälzkörpergetriebe zum Einsatz kommen. Ein Riemengetriebe ist unempfindlich gegen eine Drehmoment Überlast und kann besonders einfach an bestehenden Elektromotor-Hydromaschine Einheiten nachgerüstet werden. Stirnradgetriebe sind im Markt günstig verfügbar und hinsichtlich ihrer Energieeffizienz ausgereift. Dasselbe gilt für Planetengetriebe insbesondere für mehrstufige Planetengetriebe. Die letztgenannten haben noch den zusätzlichen Vorteil eines hohen Übersetzungsverhältnisses im zweistelligen Bereich.
• Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Übersetzungsgetriebe als Riemengetriebe ausgebildet ist und eine Riemenscheibe auf der Ausgangswelle des Elektromotors oder auf der zuvor genannten Zwischenwelle befestigt ist.
• Ein Eingangselement des Übersetzungsgetriebes in den zuvor beschriebenen Varianten kann als Durchtrieb ausgebildet sein sodass es an einer Seite eine Welle in ein an ihm gebildetes Nabenelement aufnehmen kann und an seiner anderen Seite einen Wellenfortsatz aufweist. Mit einem solchen Eingangselement ist das Übersetzungsgetriebe auf einfache Weise in bestehende oder neu auszulegende Elektromotor-Hydromaschine Einheiten integrierbar.
• Wenn die Anordnung zusätzlich einen Antriebsregler für den Elektromotor aufweist, mit dem eine Drehzahl des Elektromotors in einem weiten Drehzahlbereich variabel verstellbar ist, kann die im Schwungradspeicher verfügbare Energie noch deutlich besser genutzt werden als im Falle eines Normmotors der mit konstanter Drehzahl dreht. Zudem kann das maximal benötigte Drehmoment des Elektromotors kleiner ausgelegt werden.
• Ein hydraulischer Antrieb der mit einer solchen Anordnung ausgestattet ist kann hohe Leistungen abgeben, ohne dass eine gleich hohe elektrische Anschlussleistung des Elektromotors erforderlich wäre. Die vom hydraulischen Verbraucher verfügbare Leistung kann die Anschlussleistung des Elektromotors um einem Faktor zehn oder mehr übersteigen. Zudem kann durch die Nutzung der vergleichsweise hohen Drehzahl des Schwungradspeichers die Masse des Schwungrades selbst vergleichsweise gering ausgelegt werden.
• Ein besonders effizienter Betrieb des hydraulischen Verbrauchers ist dann darstellbar, wenn die Hydromaschine verstellbar ausgeführt ist, d.h. mit einer Verstelleinrichtung, mit der ein Druck oder ein Förderstrom des von der Hydromaschine abgegebenen Hydraulikmediums einstellbar bzw. regelbar ist.
• Die Erfindung wird im Folgenden mithilfe der Figuren näher beschrieben.
• 1 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsgetriebe an einer zweiten Ausgangswelle des Elektromotors angesetzt ist,
• 2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem das Übersetzungsgetriebe an einem Durchtrieb der Hydromaschine angesetzt ist,
• 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Riemengetriebe an einer Zwischenwelle zwischen dem Elektromotor und der Hydromaschine angesetzt ist,
• 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel bei dem ein Zahnrad einer Stirnradstufe auf eine Zwischenwelle befestigt ist, und
• 5 zeigt ein vorteilhaftes Eingangselement, welches bei den Übersetzungsgetrieben der vorhergehenden Ausführungsbeispiele direkt oder mit geringen Anpassungen verwendbar ist.
• Die 1 zeigt einen hydraulischen Antrieb 1, der eine verstellbare Hydromaschine 5 mit einer zugehörigen Verstelleinrichtung 35, einen Elektromotor 7 zum Antreiben der Hydromaschine 5, ein hydraulisches 4/3 Wegeventil 21 (4 Anschlüsse/3 Schaltstellungen) sowie einen hydraulischen Verbraucher - hier den Zylinder 23 - umfasst. Die Hydromaschine 5 (oft auch einfach als Pumpe bezeichnet) besitzt normalerweise eine Eingangswelle, die außenseitig mit einer Steckverzahnung versehen ist. Der Elektromotor 7 hat eine Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle 8. Diese ist üblicherweise mit einer Aufnahmebohrung und einer inneren Steckverzahnungen ausgeführt, so dass die Abtriebswelle 8 und die Eingangswelle der Hydromaschine 5 durch ihre jeweiligen Steckverzahnungen mechanisch drehfest gekoppelt werden. Am Ausgang der Hydromaschine 5 führt eine hydraulische Leitung, die als Verrohrung oder Verschlauchung ausgeführt sein kann zu dem Ventil 21, mit welchem im Wesentlichen die Bewegungsrichtung des hydraulischen Verbrauchers 23 gesteuert wird. Der hydraulische Verbraucher 23 ist wie üblich an die Verbraucheranschlüsse A und B des Ventils 21 angeschlossen.
• Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 7 mit einer zweiten Abtriebswelle 8', die gegenüber der Abtriebswelle 8 angeordnet ist, ausgestattet. An der zweiten Abtriebswelle 8' ist nun eine Eingangswelle 18 eines Übersetzungsgetriebes 15 mechanisch drehfest angekoppelt. Dies kann über eine Steckverzahnung, eine beliebige andere Welle-Welle Kupplung oder über eine Welle-Nabe Verbindung erfolgen. Das Übersetzungsgetriebe 15 besitzt eine Eingangsstufe, hier ausgebildet als Zahnrad 19 einer Stirnradstufe. An dem kleineren Zahnrad der Stirnradstufe ist eine Abtriebswelle 17 vorgesehen, welche mit dem Schwungrad 11 eines Schwungradspeichers 9 verbunden ist.
• Die Hydromaschine 5, der Elektromotor 7, das Übersetzungsgetriebe 15 und der Schwungradspeicher 9 werden begrifflich als Antriebsanordnung bzw. Anordnung 3 zusammengefasst.
• Wird dieser hydraulische Antrieb 1 nun gestartet, so ist üblicherweise die verstellbare Hydromaschine 5 mittels ihrer Verstelleinrichtung 35 auf eine Fördermenge Q = null eingestellt. Der Elektromotor 7 wird mittels einer sogenannten Soft-Starteinrichtung auf seine Nenndrehzahl von üblicherweise 3000 Umdrehungen/min beschleunigt. Dabei wird über das Übersetzungsgetriebe 15 auch das Schwungrad 11 des Schwungradspeichers 9 auf eine entsprechend höhere Drehzahl beschleunigt. wenn zum Beispiel das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes 1:5 beträgt dann rotiert das Schwungrad 11 mit einer Drehzahl von 15.000 Umdrehungen/min.
• Wird nun an der Hydromaschine 5 hydraulische Leistung gefordert, so wird mit der Verstelleinrichtung 35 die Hydromaschine 5 auf ein benötigtes Fördervolumen verstellt, man sagt die Pumpe wird ausgeschwenkt. Das durch die Hydromaschine (5) geförderte hydraulische Fluid fließt über das betätigte Ventil 21 in die angesteuerte Kammer des Zylinders 23 und treibt diesen an. Die benötigte Antriebsleistung der Hydromaschine 5 wird im Rahmen seiner Nennbelastbarkeit vom Elektromotor 7 erbracht und zusätzlich durch eine Belastung des Schwungradspeichers 9 gestützt. Die elektromechanische Antriebsachse bestehend aus Schwungradspeicher 9, Übersetzungsgetriebe 15 und Elektromotor 7 wird unter Last einen leichten Drehzahlrückgang erfahren wobei jedoch umgehend der Elektromotor 7 dem Drehzahlrückgang entgegenwirkt und zusätzlich die Drehzahl durch den Schwungradspeicher 9 gestützt wird. Der Drehzahlrückgang unter Last entspricht einer Energieentnahme aus dem Schwungradspeicher 9, der mit einer Differenz der Quadrate einer ersten Drehzahl n_Nenn und der abgefallenen Drehzahl n_ab korrespondiert.
• Wenn die Hydromaschine 5 durch die Verstelleinrichtung 35 negativ über den Nullhub verstellbar ist, kann hydraulisches Fluid unter Druck über die Hydromaschine 5 in einen Tank zurück gespeist werden und dabei an der Hydromaschine 5 Energie abgeben. In diesem Fall wird sich die Drehzahl der zuvor beschriebenen elektromechanischen Antriebsachse leicht erhöhen und der Elektromotor 7 speist elektrische Energie zurück ins Netz. Zudem wird entsprechend der Drehzahldifferenz eine gewisse Menge Energie in dem Schwungrad 11 gespeichert.
• Da die im Schwungradspeicher 9 gespeicherte Energiemenge vom Quadrat der Drehzahl des Schwungrades 11 abhängt, wird durch die mit dem Übersetzungsgetriebe 15 bewirkte Erhöhung der Drehzahl der Schwungradspeicher 9 mit einer wesentlich höheren Energiemenge beladen. Eine Drehzahlerhöhung um zum Beispiel den Faktor 5 bewirkt eine Erhöhung der im Schwungradspeicher gespeicherten Energie um den Faktor 25. Es können also wesentlich höhere Energiemengen im Schwungradspeicher 9 gepuffert und bei Bedarf entnommen werden. Die Achse aus Schwungradspeicher 9, Übersetzungsgetriebe 15 und Elektromotor 7 ist wesentlich steifer als eine herkömmliche Anordnung aus Schwungradspeicher und Elektromotor.
• Es sei weiter erwähnt, dass das Übersetzungsgetriebe 15 nur einen Teil des Antriebsdrehmomentes der Hydromaschine 5 stützen muss. Ein wesentlicher Teil des Antriebsdrehmomentes der Hydromaschine 5 wird direkt vom Elektromotor 7 erbracht. Über den Schwungradspeicher 9 und das Übersetzungsgetriebe 15 wird also ein zusätzliches Stützdrehmoment erbracht. Dieses Stützdrehmoment ist geringer als das maximale Auslegungs-Antriebsdrehmoment der Hydromaschine 5. Anders gesagt, kann die Hydromaschine 5 mit einem maximalen Antriebsdrehmoment ausgelegt werden, dass sowohl das einzelne Abtriebs-Nenn-Drehmoment des Elektromotors 7 wie auch ein maximales Auslegungs-Drehmoment des Übersetzungsgetriebes 15 bezüglich der Welle 18 übersteigt.
• Abhängig vom zulässigen Drehzahlbereich des Schwungradspeichers 9 wird es sinnvoll sein, das Übersetzungsgetriebe 15 mit einem Übersetzungsverhältnis zwischen 1:2 und 1:10 auszuführen. Die Nenndrehzahl des Schwungrades 11 läge dann zwischen 6000 Umdrehungen/min und 30.000 Umdrehungen/min.
• Wenn Schwungradspeicher 9 mit höherer Nenndrehzahl verfügbar sind, dann kann natürlich auch das Übersetzungsverhältnis entsprechend angepasst werden, um die maximale Nenndrehzahl des Schwungradspeichers 9 möglichst gut auszunutzen.
• Das Übersetzungsgetriebe 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Stirnradgetriebe dargestellt. Es kann auch als Planetengetriebe, insbesondere als mehrstufiges Planetengetriebe zur Erreichung eines hohen Übersetzungsverhältnisses, oder natürlich auch als mehrstufiges Stirnradgetriebe ausgeführt werden.
• Eine zu dem Ausführungsbeispiel 1 ähnliche Variante des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 1 bzw. der Anordnung 3 aus Hydromaschine, Elektromotor, Übersetzungsgetriebe und Schwungradspeicher zeigt das Ausführungsbeispiel 2, welches in 2 dargestellt ist. Gleiche Elemente wurden mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In diesem Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 7 mit nur einer Abtriebswelle 8 versehen. Dafür hat aber die Hydromaschine 5 einen mechanischen Durchtrieb 6. Der mechanische Durchtrieb 6 ist gegenüber der Eingangswelle der Hydromaschine 5 aus dieser herausgeführt. Der Durchtrieb 6 ist in diesem Beispiel als Nabenelement ausgeführt. In die Nabe des Durchtriebs 6 wird die Eingangswelle 18 des Übersetzungsgetriebes 15 eingesetzt und drehfest befestigt.
• Hinsichtlich der Funktion entspricht der hydraulische Antrieb 1 bzw. die Anordnung 3 dem Ausführungsbeispiel 1. Gegebenenfalls kann hier die Abtriebswelle 8 des Elektromotors 7 etwas schwächer dimensioniert werden als im Ausführungsbeispiel 1, da über die Welle 8 nur das Antriebsmoment des Elektromotors übertragen wird. Ein zusätzliches Stützmoment wird über die Welle 18 direkt an den Durchtrieb 6 der Pumpe angelegt und muss nicht wie im Ausführungsbeispiel 1 von der Welle 8 des Elektromotors 7 mit übertragen werden.
• Die im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Abwandlungen sind natürlich auch im Ausführungsbeispiel 2 anwendbar.
• In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 1 bzw. der Anordnung 3 gezeigt. Auch dieses Ausführungsbeispiel ist sehr ähnlich zu den Ausführungsbeispielen 1 und 2. Für gleiche Merkmale werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Unterschiede sind nachfolgend erläutert.
• Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Übersetzungsgetriebe als Riemengetriebe 15' ausgeführt. Zudem ist das Riemengetriebe 15' auf einer Welle angeordnet, die den Elektromotor 7 mit der Hydromaschine 5 verbindet. Dabei kann die Riemenscheibe 19"des Riemengetriebes 15' auf der Welle 8 des Elektromotors 7 angeordnet sein und die Welle 8 direkt mit einer Eingangswelle der Hydromaschine 5 verbunden sein. Es kann jedoch auch eine Zwischenwelle 18' vorgesehen sein, an die die Abtriebswelle 8 des Elektromotors 7 angekoppelt ist und auf der die Riemenscheibe 19" befestigt ist. Die Zwischenwelle 18' ist dann mit der Eingangswelle der Hydromaschine 5 gekoppelt.
• Eine kleinere Riemenscheibe 20 bildet das Ausgangselement des Riemengetriebes 15'. An dieser ist die Ausgangswelle 17 befestigt. An der Ausgangswelle 17 ist wiederum der Schwungradspeicher 9 mit seinem Schwungrad 11 angekoppelt.
• Ein Riemengetriebe 15' ist von Vorteil wenn der Schwungradspeicher 9 nicht in einer koaxialen Linie mit dem Elektromotor 7 oder mit der Hydromaschine 5, sondern seitlich versetzt dazu angeordnet sein soll. Auf diese Weise fällt die Anordnung 3 kürzer aus. Ein weiterer Vorteil des Riemengetriebes 15 ist die hohe Toleranz gegen Überlast.
• Die Funktion des hydraulischen Antriebs 1 bzw. der Anordnung 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen die Gleiche wie die Funktion der Antriebe 1 bzw. Anordnungen 3 in den ersten beiden Ausführungsbeispielen. Die dort beschriebenen Abwandlungen sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel anwendbar.
• In der 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 1 bzw. der Anordnung 3 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels 3. Anstelle des Riemengetriebes 15' ist hier ein Zahnradgetriebe 15 auf einer die Hydromaschine 5 und den Elektromotor 7 verbindenden Welle 8 bzw. 18' angeordnet. Das Zahnrad der Eingangsstufe 19 ist also entweder auf der Welle 8 befestigt oder auf eine Zwischenwelle 18', die die Wellen 8 und die Eingangswelle der Hydromaschine 5 verbindet.
• An der achsparallel zur Verbindungslinie von Hydromaschine 5 und Elektromotor 7 versetzten Ausgangswelle 17 des Übersetzungsgetriebes 15 ist wiederum der Schwungradspeicher 9 angekoppelt. Auch diese Bauform erlaubt eine kurze Ausführung der Anordnung 3 und nutzt wie bei der Ausführungsform 3 an der Seite neben der Hydromaschine 5 oder neben dem Elektromotor 7 zur Verfügung stehende Bauräume aus.
• Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine zusätzliche Verbesserung, die auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen direkt anwendbar ist. Der Elektromotor 7 ist hier nämlich als in seiner Drehzahl verstellbarer Elektromotor 7 ausgeführt. Dazu wird der Elektromotor 7 von einem Antriebsregler 37 angesteuert. Der Antriebsregler 37 kann die Drehzahl des Elektromotors 7 gemäß einer Sollvorgabe steuern bzw. regeln, die zum Beispiel von einer übergeordneten Maschinensteuerung zur Verfügung gestellt wird. Wenn der Antriebsregler 37 so gesteuert wird, dass der Elektromotor in einem bestimmten Drehzahlintervall betrieben wird, kann eine wesentlich höhere Energiemengen aus dem Schwungradspeicher 9 entnommen oder diesem zugeführt werden. Die zu- oder abgeführte Energiemenge ist nämlich proportional zur Differenz der Quadrate der Drehzahlen, also: n_a ^2-n_b ², wobei n_a eine erste Drehzahl und n_b eine zweite Drehzahl des Drehzahlintervalls ist. Das Drehzahlintervall könnte zum Beispiel zwischen 1000 Umdrehungen/min und 3500 Umdrehungen/min für die Hydromaschine 5 bzw. den Elektromotor 7 liegen.
• Der Antriebsregler 37 kann alternativ oder zusätzlich mit einer Steuerlogik versehen sein, die zum Beispiel immer versucht den Elektromotor 7 mit einer gewissen vorgegebenen Beschleunigung auf eine vorgegebene Solldrehzahl n_soll zu regeln. Dadurch ist die maximale Last des Elektromotors 7 vorgegeben. Dann kann dem Schwungradspeicher 9 in einem weiten Drehzahlintervall Energie auch impulsartig zugeführt oder entnommen werden. Im Falle einer Ist-Drehzahl, die unter der Solldrehzahl n_soll liegt beschleunigt der Elektromotor 7 anhand seiner Vorgabe und füllt sozusagen den Schwungradspeicher 9 wieder mit Energie auf. Im Falle einer Ist-Drehzahl, die über der Solldrehzahl n_soll liegt, wird der Antriebsregler 37 den Elektromotor 7 mit einer vorgegebenen Verzögerung elektrisch bremsen und kann die zurückgewonnene elektrische Energie gegebenenfalls in einem elektrischen Speicher speichern, zum Beispiel in einem Zwischenkreiskondensator, oder Energie ins Netz zurückspeisen.
• Die Funktion des hydraulischen Antriebs 1 bzw. der Anordnung 3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist ansonsten im Wesentlichen die Gleiche wie die Funktion der Antriebe 1 bzw. Anordnungen 3 in den vorherigen Ausführungsbeispielen. Dort beschriebene Abwandlungen sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel anwendbar.
• Schließlich zeigt die 5 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Eingangselements 19 zur Verwendung in den Übersetzungsgetrieben 15 oder 15' der Ausführungsbeispiele 1-4. Auf einer Welle, die als Durchtrieb 18" ausgebildet ist, ist ein Zahnrad 19' befestigt. Alternativ zum Zahnrad 19' kann natürlich auch eine Riemenscheibe 19" verwendet werden. Der Durchtrieb 18" weist an seiner einen Seite einen außen verzahnten Wellenfortsatz 33 auf. Auf der davon abgewandten Seite besitzt der Durchtrieb 18" ein Nabenelement 31 mit einer achsmittigen Bohrung die mit einer inneren Verzahnung versehen ist. Es sind zudem Lagerelemente 34 vorgesehen, um eine drehbare Lagerung dieses Eingangelementes 19 zu gewährleisten. Der Wellenfortsatz 33 ist so ausgebildet das er nun zum Beispiel in eine entsprechende Aufnahme einer Ausgangswelle 8 des Elektromotors 7 eingesetzt werden kann. Das Nabenelement 31 ist so gestaltet, dass daran eine Hydromaschine 5 angesetzt werden kann, dass also eine verzahnte Eingangswelle der Hydromaschine 5 in das Nabenelement 31 eingesetzt werden kann, und so drehfest mit dem Durchtrieb 18" verbunden ist.
• Das Eingangselement 19 mit einem Durchtrieb 18" kann in den Ausführungsbeispielen 3 und 4 direkt anstelle der Zwischenwelle 18' verwendet werden. Man kann dieses Eingangselement 19 auch in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 vorsehen für die dort beschriebenen Eingangselemente 19 mit den Eingangswellen 18 der jeweiligen Übersetzungsgetriebes 15. In diesem Fall kann man sogar auf eines der Ankopplungselemente, also das Nabenelement 31 oder den Wellenfortsatz 33, verzichten.
• Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Anordnung aus einer Hydromaschine, einem Elektromotor zum Antreiben der Hydromaschine, einem Schwungradspeicher zum Speichern mechanischer Energie und einem Übersetzungsgetriebe zum Ankoppeln des Schwungradspeichers an den Elektromotor und die Hydromaschine. Erfindungsgemäß drehen bei dieser Anordnung der Elektromotor und die Hydromaschine mit einer ersten Drehzahl, während ein Schwungrad des Schwungradspeichers mit einer zweiten Drehzahl dreht. Das Verhältnis der Drehzahlen ist durch das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes bestimmt. Weiter wird erfindungsgemäß ein hydraulischer Antrieb zum Steuern eines hydraulischen Verbrauchers mit dieser Anordnung ausgestattet.
• Bezugszeichenliste

1

Hydraulischer Antrieb

3

Antriebsanordnung

5

Verstellbare Hydromaschine

6

Durchtrieb

7

Elektromotor

8

Abtriebswelle Elektromotor

8'

Zweite Abtriebswelle Elektromotor

9

Schwungradspeicher

11

Schwungrad

15

Übersetzungsgetriebe

15'

Riemengetriebe

17

Abtriebs-/Ausgangswelle

18

Eingangswelle Übersetzungsgetriebe

18'

Zwischenwelle

18"

Durchtrieb

19

Zahnrad

19'

Zahnrad Ubersetzungsgetriebe

19"

Riemenscheibe Riemengetriebe

20

Riemenscheibe Riemengetriebe

21

Wegeventil

23

Hydraulischer Verbraucher

31

Nabenelement

33

Wellenfortsatz

34

Lagerelemente

35

Verstelleinrichtung

37

Antriebsregler

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102011011750 A1 [0002, 0009]
• DE 19701671 A1 [0003, 0008]

Claims (15)

1. Anordnung aus einer Hydromaschine (5), einem Elektromotor (7) zum Antreiben der Hydromaschine (5), einem Schwungradspeicher (9) mit einem drehbar gelagerten Schwungrad (11) zum Speichern mechanischer Energie und einem Übersetzungsgetriebe (15) zum Ankoppeln des Schwungradspeichers (9) an den Elektromotor (7) und die Hydromaschine (5), wobei die genannten Komponenten mit Hilfe des Übersetzungsgetriebes (15) so gekoppelt sind, dass die Hydromaschine (5) und der Elektromotor (7) beide mit einer ersten Drehzahl drehen und das Schwungrad (11) mit einer zweiten Drehzahl dreht, die größer ist als die erste Drehzahl und die mit der ersten Drehzahl in einem Verhältnis steht, das sich durch ein Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes (15, 15') bestimmt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Schwungrad (11) mit einer Ausgangswelle (17) des Übersetzungsgetriebes (15, 15') mechanisch gekoppelt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektromotor (7) und die Hydromaschine (5) mit einer Eingangswelle (18) des Übersetzungsgetriebes (15, 15') mechanisch gekoppelt sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Hydromaschine (5) mit einer ersten Ausgangswelle (8) des Elektromotors (7) gekoppelt ist und die Eingangswelle (18) des Übersetzungsgetriebes (15, 15') an einen Durchtrieb (6) der Hydromaschine (5) angekoppelt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Hydromaschine (5) mit einer ersten Ausgangswelle (8) des Elektromotors (7) gekoppelt ist und die Eingangswelle (18) des Übersetzungsgetriebes (15, 15') an einer zweiten Ausgangswelle (8') des Elektromotors (7) angekoppelt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Hydromaschine mit einer Ausgangswelle (8) des Elektromotors (7) gekoppelt ist und wobei eine Eingangsstufe (19) des Übersetzungsgetriebes (15, 15') mit dieser Ausgangswelle (8) drehfest gekoppelt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Hydromaschine (5) mit der Ausgangswelle (8) des Elektromotors (7) durch eine Zwischenwelle (18') gekoppelt ist und die Zwischenwelle (18') drehfest mit einer Eingangsstufe (19) des Übersetzungsgetriebes (15, 15') verbunden ist.
8. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Übersetzungsgetriebe (15, 15') mindestens eine erste Getriebestufe aufweist, und wobei die erste Getriebestufe aus mindestens einer der folgenden Getriebetypen ausgewählt ist: ein Riemengetriebe (15'), ein Zahnradgetriebe, insbesondere ein Stirnradgetriebe (15) oder ein Planetengetriebe, oder ein Wälzkörpergetriebe.
9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei das Übersetzungsgetriebe (15, 15') als mehrstufiges Planetengetriebe ausgebildet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 6 oder 7, wobei das Übersetzungsgetriebe als Riemengetriebe (15') ausgebildet ist, und wobei eine Riemenscheibe (19") auf der Ausgangswelle (8) des Elektromotors (7) oder auf der Zwischenweiie(18') befestigt ist.
11. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Übersetzungsgetriebe (15, 15') ein Eingangselement aufweist, welches als Durchtrieb (18") ausgebildet ist, wobei an dem Eingangselement einerseits eine Nabenelement (31) und andererseits ein Wellenfortsatz (33) koaxial ausgebildet sind.
12. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Antriebsregler 37 für den Elektromotor 7 vorhanden ist, durch den eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment des Elektromotors 7 gemäß eines Vorgabewertes eingestellt wird.
13. Hydraulischer Antrieb, mit einer Anordnung (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem hydraulisch mit der Hydromaschine (5) verbundenen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einem Hydrozylinder (23).
14. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 13, mit hydraulischen Steuermitteln, die zwischen der Hydromaschine (5) und dem hydraulischen Verbraucher angeordnet sind, insbesondere gebildet durch ein Wegeventil (21).
15. Hydraulischer Antrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Hydromaschine (5) verstellbar ausgeführt ist, und mit einer Verstelleinrichtung (35), insbesondere mit einem Druckregler und/oder mit einem Förderstromregler, versehen ist.

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