DE102021210054A1 - Energy efficient electric-hydraulic control arrangement - Google Patents
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Abstract
Hydraulischer Antrieb (1) für eine mobile Arbeitsmaschine, vorzugsweise einen Bagger mit einer durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine (4), die hydraulisch mit ersten Verbraucherzylindern (44) verbunden ist, diese antreibt und potenzielle Energie beim Einfahren der ersten Verbraucherzylinder (44) regenerieren kann. Ferner weist der hydraulische Antrieb (1) eine Hydraulikpumpe (2) auf, die hydraulisch mit weiteren Verbraucherzylindern (90) verbunden ist und diese antreibt. Die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine (4) ist über einen ersten Steuerkreislauf (5) mit den ersten Verbraucherzylindern (44) und die Hydraulikpumpe (2) über einen zweiten hydraulischen Steuerkreislauf (84) mit den weiteren Verbraucherzylindern (90) verbunden und die Steuerkreisläufe (5, 84) sind hydraulisch voneinander getrennt. Hydraulic drive (1) for a mobile work machine, preferably an excavator, with a hydraulic machine (4) that can pivot, which is hydraulically connected to first consumer cylinders (44), drives them and can regenerate potential energy when the first consumer cylinders (44) retract. Furthermore, the hydraulic drive (1) has a hydraulic pump (2), which is hydraulically connected to further consumer cylinders (90) and drives them. The pivotable hydraulic machine (4) is connected to the first consumer cylinders (44) via a first control circuit (5) and the hydraulic pump (2) is connected to the other consumer cylinders (90) via a second hydraulic control circuit (84), and the control circuits (5, 84 ) are hydraulically separated from each other.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für eine mobile Arbeitsmaschine, vorzugsweise einen Bagger mit einer Hydraulikpumpe und einer Hydraulikmaschine, die die Möglichkeit zur Rekuperation aufweist.The present invention relates to a hydraulic drive for a mobile work machine, preferably an excavator with a hydraulic pump and a hydraulic machine that has the option of recuperation.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Aus der
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, insbesondere möglichst energieeffizienten hydraulischen Antrieb zum Anheben und Senken einer Last bereitzustellen. Ferner sollen für den hydraulischen Antrieb bevorzugt möglichst wenig Bauteile benötigt werden.The invention is therefore based on the object of providing an improved hydraulic drive, in particular one that is as energy-efficient as possible, for lifting and lowering a load. Furthermore, as few components as possible should preferably be required for the hydraulic drive.
Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.This problem is solved by a hydraulic drive with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject matter of the appended dependent claims.
Die Erfindung betrifft demzufolge einen hydraulischen Antrieb für eine oder einer mobile(n) elektrifizierte(n) Arbeitsmaschine, vorzugsweise einen oder eines Bagger(s). Der hydraulische Antrieb weist eine durchschwenkfähige Hydraulikmaschine auf, die dafür vorgesehen und ausgebildet ist, erste Verbraucherzylinder anzutreiben und potenzielle Energie beim Ein-/Rückfahren der ersten Verbraucherzylinder zu regenerieren. Der hydraulische Antrieb weist ferner eine Hydraulikpumpe auf, die weitere/andere Verbraucherzylinder antreibt. Offenbarungsgemäß ist die Hydraulikmaschine über einen ersten Steuerkreislauf mit den ersten Verbraucherzylindern und die Hydraulikpumpe ist über einen zweiten Steuerkreislauf mit den weiteren Verbraucherzylindern verbunden und die beiden Steuerkreisläufe sind hydraulisch voneinander getrennt.The invention accordingly relates to a hydraulic drive for a mobile electrified working machine, preferably an excavator. The hydraulic drive has a pivotable hydraulic machine that is provided and designed to drive first consumer cylinders and to regenerate potential energy when the first consumer cylinders are retracted/retracted. The hydraulic drive also has a hydraulic pump that drives further/other consumer cylinders. According to the disclosure, the hydraulic machine is connected to the first consumer cylinders via a first control circuit and the hydraulic pump is connected to the further consumer cylinders via a second control circuit, and the two control circuits are hydraulically separated from one another.
Der hydraulische Antrieb weist die zwei Hydraulikmaschinen/Hydraulikpumpen auf. Die erste Hydraulikmaschine/Hydraulikpumpe ist hydraulisch mit einem ersten Verbraucher, vorzugsweise mit einem Ausleger des Baggers verbunden und hebt und senkt den ersten Verbraucher. Beim Senken des Auslegers wird potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Ein Fluidstrom fließt aus einem Verbraucherzylinder zurück zur ersten Hydraulikpumpe. Diese kinetische Energie kann durch die erste Hydraulikpumpe regeneriert werden, da die erste Hydraulikpumpe durchschwenkfähig bzw. mooringfähig ist. D.h. die erste Hydraulikpumpe kann ihren Schwenkwinkel derart weit verändern, dass sie als ein Hydraulikgenerator fungiert.The hydraulic drive has the two hydraulic machines/hydraulic pumps. The first hydraulic machine/hydraulic pump is hydraulically connected to a first consumer, preferably a boom of the excavator, and raises and lowers the first consumer. As the boom lowers, potential energy is converted to kinetic energy. A flow of fluid flows from a consumer cylinder back to the first hydraulic pump. This kinetic energy can be regenerated by the first hydraulic pump, since the first hydraulic pump is capable of pivoting or mooring. That is, the first hydraulic pump can change its swivel angle to such an extent that it functions as a hydraulic generator.
In anderen Worten ist die durchschwenkfähige Hydraulikpumpe also eine kombinierte Hydraulikpumpe/-generator (Hydraulikmaschine). Eine Antriebswelle der Hydraulikmaschine muss dafür ihre Drehrichtung nicht wechseln. Die erste Hydraulikpumpe ist also eine Kombination aus einer hydraulischen Pumpe und einem hydraulischen Motor und kann sowohl in eine Förderrichtung laufen, um beispielsweise ein Fluid zu pumpen aber auch in eine andere Förderrichtung als hydraulischer Generator von einem Fluid angetrieben werden. Die zweite Hydraulikpumpe ist ausschließlich dafür vorgesehen und ausgebildet, weitere Verbraucher zu betreiben. Die weiteren Verbraucher sind beispielsweise ein Stiel, ein Löffel und ein Retarder des Baggers. Weitere Verbraucher können beispielsweise Fahren, Verstellausleger, Schild und/oder Optionsverbraucher sein. Die erste Hydraulikpumpe ist über einen ersten hydraulischen Steuerkreislauf mit dem ersten Verbraucher verbunden. Genauso ist die zweite Hydraulikpumpe über einen zweiten hydraulischen Steuerkreislauf mit den weiteren Verbrauchern verbunden. Die beiden Steuerkreisläufe sind dabei derart voneinander getrennt, dass zueinander unterschiedliche Druckniveaus in den jeweiligen Steuerkreisläufen möglich sind.In other words, the hydraulic pump capable of pivoting is a combined hydraulic pump/generator (hydraulic machine). A drive shaft of the hydraulic machine does not have to change its direction of rotation for this. The first hydraulic pump is therefore a combination of a hydraulic pump and a hydraulic motor and can run in one conveying direction, for example to pump a fluid, but can also be driven by a fluid in another conveying direction as a hydraulic generator. The second hydraulic pump is intended and designed exclusively for operating additional consumers. The other consumers are, for example, a stick, a bucket and a retarder of the excavator. Further consumers can be, for example, drives, adjustable booms, shields and/or optional consumers. The first hydraulic pump is connected to the first consumer via a first hydraulic control circuit. Likewise, the second hydraulic pump is connected to the other consumers via a second hydraulic control circuit. The two control circuits are separated from one another in such a way that different pressure levels are possible in the respective control circuits.
Die getrennten Steuerkreisläufe ermöglichen eine energieeffiziente Verteilung durch mehrere Arbeitsfluidströme, die von mehreren Hydraulikpumpen bereitgestellt werden, zu den linearen Haupt- und Nebenverbrauchern. Durch die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine kann die potenzielle Energie beim Absenken des Verbraucherzylinders vorzugsweise ohne eine Drehrichtungsumkehr der Antriebswelle, die die Pumpe antreibt, zurückgewonnen werden. Eine Energierückgewinnung beim Absenken des Auslegers bzw. beim Einfahren der Verbraucherzylinder unter aktiven Lasten wird ermöglicht. Durch die getrennten Steuerkreisläufe ist es erst möglich, unterschiedliche Druckniveaus in den jeweiligen Steuerkreisläufen anzulegen.The separate control circuits enable energy-efficient distribution through multiple working fluid flows, provided by multiple hydraulic pumps, to the main and auxiliary linear consumers. Due to the hydraulic machine that can be pivoted, the potential energy when lowering the consumer cylinder can preferably be used without reversing the direction of rotation Drive shaft that drives the pump can be recovered. Energy recovery when lowering the boom or retracting the consumer cylinders under active loads is made possible. The separate control circuits make it possible to apply different pressure levels in the respective control circuits.
Die vorliegende Offenbarung weist die folgenden Vorteile auf.
- • energieeffiziente Steueranordnung zum Betrieb einer mobilen Arbeitsmaschine/ eines elektrifizierten (Mobil)Baggers
- • der elektrifizierte (Mobil)Bagger kann lokal emissionsfrei arbeiten
- • Adressierung der relevanten bzw. wichtigsten Einspar- und Rückgewinnungspotentiale hinsichtlich des energetischen Verhaltens und somit kosteneffizienter Aufbau möglich
- • Nutzung von Rohrbruchsicherungsventilen als Leckagekompensation beim regenerativen Absenken des Verbraucherzylinders
- • Anordnung eines Niederdruckspeichers zum Schutz der durchschwenkfähigen Pumpe durch Verhinderung von zu niedrigen Drücken unter z. B. einem bar im Druckbereich
- • Energy-efficient control arrangement for operating a mobile work machine/an electrified (mobile) excavator
- • the electrified (mobile) excavator can work locally without emissions
- • Addressing of the relevant or most important savings and recovery potentials with regard to the energetic behavior and thus cost-efficient construction possible
- • Use of pipe rupture safety valves as leakage compensation during regenerative lowering of the consumer cylinder
- • Arrangement of a low-pressure accumulator to protect the pivotable pump by preventing pressures that are too low, e.g. B. a bar in the pressure range
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Fluidstrom der Hydraulikpumpe durch ein Summierungsventil zu einem Fluidstrom der Hydraulikmaschine addiert und andersherum. Die beiden Steuerkreisläufe können durch das Summierungsventil zusammengeschaltet werden. Dabei werden die Volumenströme der beiden Pumpen bedarfsgerecht zu einem jeweiligen Summenvolumenstrom in einem der beiden Verbraucherkreise addiert. Der Fluidstrom der Hydraulikpumpe wird zugeschaltet, wenn der maximal mögliche förderbare Volumenstrom der jeweiligen Hydraulikmaschine nicht ausreicht, die geforderte Geschwindigkeit des Verbrauchers bzw. der Verbraucher zu erreichen. Durch die Möglichkeit der Addition der Fluidströme können die einzelnen Hydraulikpumpen und Bauteile kleiner ausgelegt werden. Das führt zu verminderten Verlusten durch Leckagen und Druckverlusten durch eine bessere Volumenstromauslastung vor allem auch bei Teillastbetrieb.According to a further feature of the invention, a fluid flow of the hydraulic pump is added to a fluid flow of the hydraulic machine by a summing valve and vice versa. The two control circuits can be switched together by the summation valve. The volume flows of the two pumps are added as required to form a total volume flow in one of the two consumer circuits. The fluid flow of the hydraulic pump is switched on when the maximum volume flow that can be pumped by the respective hydraulic machine is not sufficient to achieve the required speed of the consumer or consumers. Due to the possibility of adding the fluid flows, the individual hydraulic pumps and components can be made smaller. This leads to reduced losses due to leaks and pressure losses due to better volumetric flow utilization, especially with partial load operation.
Das Summierungsventil trennt in einer Arbeitsstellung die beiden Steuerkreisläufe. In einer Arbeitsstellung des Summierungsventils kann ein Volumenstrom der Hydraulikpumpe auf eine Pumpenleitung der Hydraulikmaschine und anders herum aufgeschlagen werden.In a working position, the summation valve separates the two control circuits. In a working position of the summation valve, a volume flow of the hydraulic pump can be applied to a pump line of the hydraulic machine and vice versa.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Druckniveau in den einzelnen Steuerkreisläufen zueinander unterschiedlich. In dem ersten Steuerkreislauf und in dem zweiten Steuerkreislauf können je nach Lastsituation der Verbraucher zueinander unterschiedliche Drücke anliegen, was durch die Trennung der Steuerkreisläufe erst ermöglicht wird. Durch die Aufteilung in unterschiedliche Druckniveaus lassen sich besonders in einem Parallelbetrieb von mehreren Hydraulikpumpen und Verbrauchern Drosselverluste verringern, die dadurch bedingt sind, dass unterschiedliche Verbraucher unterschiedliche Lastdrücke benötigen und sich ein einzelner Steuerkreislauf am Verbraucher mit dem höchsten Lastdruck orientieren muss. Bei den übrigen Verbrauchern muss der Lastdruck weggedrosselt werden, was zu Verlusten führt.According to a further feature of the invention, the pressure level in the individual control circuits is different from one another. Depending on the load situation of the consumers, different pressures can be present in the first control circuit and in the second control circuit, which is only made possible by the separation of the control circuits. The division into different pressure levels makes it possible to reduce throttling losses, especially when several hydraulic pumps and consumers are operated in parallel, which are caused by the fact that different consumers require different load pressures and an individual control circuit has to be based on the consumer with the highest load pressure. For the other consumers, the load pressure has to be throttled away, which leads to losses.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung regeneriert die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine die zurückgewonnene Energie mechanisch über die gemeinsame Welle direkt an die Hydraulikpumpe. Die zurückgewonnene Energie wird direkt ohne elektrisches Zwischenspeichern an die Hydraulikpumpe übertragen. Dadurch kann die zurückgewonnene Energie ohne Verluste bei der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und ohne Verluste beim elektrischen Zwischenspeichern übertragen werden.According to a further feature of the invention, the pivotable hydraulic machine regenerates the recovered energy mechanically via the common shaft directly to the hydraulic pump. The recovered energy is transferred directly to the hydraulic pump without intermediate electrical storage. As a result, the recovered energy can be transmitted without losses in the conversion of mechanical energy into electrical energy and without losses in electrical intermediate storage.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wandelt die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine die zurückgewonnene Energie in elektrische Energie. Dabei wird kinetische Energie beim Einfahren des Verbraucherzylinders durch die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird dabei in einem Akkumulator gespeichert, der den oder die Elektromotore(n) der Hydraulikpumpen versorgt. Das ist besonders in dem Fall günstig, wenn die zurückgewonnene Energie nicht direkt von der Hydraulikpumpe benötigt wird, sondern erst später.According to a further feature of the invention, the pivotable hydraulic machine converts the recovered energy into electrical energy. Kinetic energy when retracting the consumer cylinder is converted into electrical energy by the pivoting hydraulic machine. The electrical energy is stored in an accumulator that supplies the electric motor(s) of the hydraulic pump. This is particularly beneficial in the case when the recovered energy is not required directly by the hydraulic pump, but only later.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine über eine Pumpenleitung mit (integriertem) Hauptsteuerschieber und (integrierter) Individualdruckwaage mit einer Bodenseite der Verbraucherzylinder verbunden. Die Verbraucherzylinder sind über eine Regenerationsleitung / einen Pumpenkanal mit der durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine verbunden. Der Fluidstrom der zweiten Hydraulikpumpe wird bei Bedarf über das Summierungsventil in die Pumpenleitung eingebracht.According to a further feature of the invention, the pivotable hydraulic machine is connected to a bottom side of the consumer cylinder via a pump line with an (integrated) main control slide and (integrated) individual pressure compensator. The consumer cylinders are connected to the pivotable hydraulic machine via a regeneration line/pump channel. The fluid flow of the second hydraulic pump is introduced into the pump line via the summation valve when required.
Durch den Hauptsteuerschieber und die Individualdruckwaage wird der Fluidstrom von der Hydraulikmaschine zu der Bodenseite der Verbraucherzylinder gesteuert. Beim Absenken der Verbraucherzylinder entsteht ein Fluidstrom von den Verbraucherzylindern zu der durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine. Dieser Fluidstrom wird von der Funktionsweise der durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine als Hydraulikgenerator in elektrische Energie umgewandelt. Sollte der Volumenstrom, der von der Hydraulikmaschine gefördert wird, nicht zum Einstellen der geforderten (maximalen) Geschwindigkeiten der Verbraucherzylinder ausreichen, kann der Fluidstrom der weiteren Hydraulikpumpe durch das Summierungsventil zugeschaltet werden.The flow of fluid from the hydraulic machine to the bottom side of the consumer cylinder is controlled by the main control slide valve and the individual pressure compensator. When the consumer cylinders are lowered, a flow of fluid occurs from the consumer cylinders to the hydraulic machine that can pivot. This fluid flow is dependent on the functioning of the swiveling Hyd raulikmaschine converted into electrical energy as a hydraulic generator. If the volume flow delivered by the hydraulic machine is not sufficient to set the required (maximum) speeds of the consumer cylinders, the fluid flow of the additional hydraulic pump can be switched on through the summation valve.
Bei einem regenerativen Absenken des Verbrauchers wird ein Fluidstrom von der Bodenseite der Verbraucherzylinder über den Pumpenkanal zu der durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine ermöglicht. Durch die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine kann die Geschwindigkeit des regenerativen Absenkens gesteuert werden.When the consumer is lowered regeneratively, a flow of fluid from the bottom side of the consumer cylinder via the pump channel to the hydraulic machine capable of pivoting is made possible. The speed of the regenerative lowering can be controlled by the swiveling hydraulic machine.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der hydraulische Antrieb einen Niederdruckspeicher auf, der einen Mindestdruck bereitstellt, der verhindert, dass die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine in einem Bereich mit einem zu niedrigen Druck läuft.According to a further feature of the invention, the hydraulic drive has a low-pressure accumulator that provides a minimum pressure that prevents the hydraulic machine that can swivel through from running in an area with too low a pressure.
Durch schnelle Lastwechsel und Bewegungsrichtungswechsel kann es an der Hydraulikmaschine zu einem Druckabfall kommen, der schädlich für die Hydraulikmaschine ist. Dies kann durch einen zusätzlichen Volumenstrom aus dem Niederdruckspeicher vermieden werden. Der Niederdruckspeicher wird durch eine Erhöhung der Vorspannung eines Rücklaufkanals in einem Hauptventilblock des hydraulischen Antriebs befüllt. Dazu können sowohl die Rücklaufmengen der Verbraucher als auch eine zusätzliche Einspeisung durch die Hydraulikpumpe des zweiten Steuerkreislaufs über ein Druckablassventil (z.B. Unloading-Ventil bei Ausprägung des Systems als LUDV-System) genutzt werden.Rapid changes in load and direction of movement can lead to a pressure drop on the hydraulic machine, which is harmful to the hydraulic machine. This can be avoided by an additional volume flow from the low-pressure accumulator. The low-pressure accumulator is filled by increasing the preload of a return channel in a main valve block of the hydraulic drive. For this purpose, both the return quantities of the consumers and an additional feed by the hydraulic pump of the second control circuit via a pressure relief valve (e.g. unloading valve when the system is designed as an LUDV system) can be used.
Zu niedrige Drücke können die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine beschädigen. Um dies zu verhindern, weist der hydraulische Antrieb den Niederdruckspeicher auf, der über ein Rückschlagventil Arbeitsfluid in den Pumpenkanal fördert. Dies wird insbesondere dann notwendig, wenn schnelle Last- und / oder Bewegungsrichtungswechsel vom Benutzer gefordert werden. Ein Beispiel dafür ist, wenn der Benutzer direkt nach dem Heben des Verbrauchers mit schneller Geschwindigkeit ein Absenken in die Gegenrichtung vorgibt und die Hydraulikpumpe in die negative Richtung ausschwenkt. Durch die Trägheit des Verbrauchers verbleibt dieser in seiner Geschwindigkeitsrichtung, die Hydraulikmaschine beginnt aber einen Volumenstrom aus dem Pumpenkanal zu saugen. Das gleiche Verhalten erfolgt auch beim Aufschlag der Schaufel auf dem Boden während des Absenkvorgangs. Hierdurch kann es zu einem massiven Druckabfall am Pumpenausgang kommen, welcher für Drücke unter z.B. 1 bar nicht ausgelegt ist. Daraus können Schädigungen resultieren, welche durch den zusätzlichen Arbeitsfluidstrom aus dem Niederdruckspeicher vermieden werden können.Pressures that are too low can damage the pivotable hydraulic machine. In order to prevent this, the hydraulic drive has the low-pressure accumulator, which conveys working fluid into the pump channel via a check valve. This is necessary in particular when the user requests rapid changes in load and/or direction of movement. An example of this is when the user commands a lowering in the opposite direction immediately after lifting the consumer at high speed and the hydraulic pump swings out in the negative direction. Due to the consumer's inertia, it remains in its speed direction, but the hydraulic machine begins to suck a volume flow out of the pump channel. The same behavior occurs when the shovel hits the ground during the lowering process. This can lead to a massive drop in pressure at the pump outlet, which is not designed for pressures below e.g. 1 bar. Damage can result from this, which can be avoided by the additional flow of working fluid from the low-pressure accumulator.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der hydraulische Antrieb Rohrbruchsicherungsventile auf, die elektrisch angesteuert einen Öffnungsquerschnitt einstellen, durch den ein Volumenstrom von der Bodenseite der Verbraucherzylinder in den Pumpenkanal gesteuert wird.According to a further feature of the invention, the hydraulic drive has pipe rupture safety valves which, controlled electrically, set an opening cross section by which a volume flow from the bottom side of the consumer cylinder into the pump channel is controlled.
Beim regenerativen Absenken können die Rohrbruchsicherungsventile einen Öffnungsquerschnitt einstellen, der die Menge an Arbeitsfluid, die von der Bodenseite der Verbraucherzylinder zu der Hydraulikmaschine fließt, steuert. Dadurch kann das regenerative Absenken des Auslegers genauer gesteuert werden, als es durch die Hydraulikmaschine möglich wäre. Die Rohrbruchsicherungsventile ermöglichen dadurch eine Feinsteuerung beim regenerativen Absenken des Auslegers.In regenerative lowering, the burst check valves can set an opening area that controls the amount of working fluid flowing from the bottom side of the consumer cylinders to the hydraulic machine. This allows the regenerative lowering of the boom to be controlled more precisely than would be possible with the hydraulic machine. The pipe rupture safety valves thereby allow fine control during regenerative lowering of the boom.
Die Rohrbruchsicherungsventile werden unabhängig von dem Hauptsteuerschieber angesteuert. Als Rohrbruchsicherungsventile können alle proportionalen 2/2-Wegeventile mit einer Rückschlagfunktion in der einen und einer Durchströmungsfunktion in der anderen Richtung verwendet werden. Durch die Rohrbruchsicherungsventile kann ein Feinsteuerbereich, der für Kranarbeiten notwendig ist, bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit abgebildet werden. Ab der bestimmten Geschwindigkeit öffnet das Rohrbruchsicherungsventil vollständig und die Geschwindigkeit beim regenerativen Absenken wird nur noch durch die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine bemessen, welche hierbei als ein hydraulischer Motor arbeitet und Leistung an die Antriebswelle zurückgeben kann.The pipe rupture safety valves are controlled independently of the main control slide. All proportional 2/2-way valves with a non-return function in one direction and a flow function in the other direction can be used as pipe rupture safety valves. The pipe rupture safety valves allow a fine control range, which is necessary for crane work, to be mapped up to a certain speed. From the specified speed, the pipe rupture safety valve opens completely and the speed during regenerative lowering is only measured by the swiveling hydraulic machine, which works as a hydraulic motor and can return power to the drive shaft.
Zudem kann das Rohrbruchsicherungsventil im Feinsteuerbereich zum Ausgleich der gesamten internen Leckagen im Absenk-Pfad des hydraulischen Antriebs benutzt werden, um eine stetige Geschwindigkeitserhöhung aus der Ruhelage zu ermöglichen und somit einen Offset im Geschwindigkeitsprofil zu vermeiden.In addition, the pipe rupture safety valve in the fine control area can be used to compensate for all internal leaks in the lowering path of the hydraulic drive in order to enable a steady increase in speed from the rest position and thus avoid an offset in the speed profile.
Die Erfindung gewährleistet die Absenkbewegung derart, dass komponenten- und systembedingte Leckagen kompensiert werden. Die komponenten- und systembedingten Leckagen treten beispielsweise in einem Stromregler in einem Lastdruck-Melde-Kanal bzw. einer Entlastungsleitung für eine Druckentlastung, einem ersten Bypassventil in dem Pumpenkanal zu der durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine und durch Leckagen in der durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine auf.The invention ensures the lowering movement in such a way that component and system-related leaks are compensated. The component and system-related leaks occur, for example, in a flow regulator in a load pressure reporting channel or a relief line for pressure relief, a first bypass valve in the pump channel to the pivoting hydraulic machine and through leaks in the pivoting hydraulic machine.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der hydraulische Antrieb das erste Bypassventil auf, das eine hydraulische Verbindung zwischen dem Pumpenkanal und den Bodenseiten der Verbraucherzylinder sperrt und öffnet.According to a further feature of the invention, the hydraulic drive has the first bypass valve, which has a hydraulic connection between blocks and opens the pump channel and the bottom sides of the consumer cylinders.
Beim klassischen Absenken des ersten Verbrauchers sperrt das erste Bypassventil die Verbindung zwischen dem Pumpenkanal und der Bodenseite der Verbraucherzylinder, um eine Erhöhung des Pumpendrucks und ein unkontrolliertes Absenken des Verbrauchers zu verhindern. Beim klassischen Absenken wird ein Druck aus der Hydraulikmaschine auf die Kolbenseiten der Verbraucherzylinder beaufschlagt. Arbeitsfluid von den Bodenseiten der Verbraucherzylinder wird in den Rücklaufkanal entlastet. Wenn die Verbindung von den Bodenseiten zu dem Pumpenkanal offen wäre, würden die Bodenseiten auch durch den Pumpenkanal entlastet werden. Dadurch würde der Pumpendruck steigen und als Folge über die Entlastungsleitung und eine Drossel entlastet werden. Das hätte ein unkontrolliertes Absenken des Verbrauchers zur Folge. Dieses unkontrollierte Absenken wird dadurch verhindert, dass das erste Bypassventil die hydraulische Verbindung zwischen den Bodenseiten der Verbraucherzylinder und dem Pumpenkanal beim klassischen Absenken sperrt.In the classic lowering of the first consumer, the first bypass valve blocks the connection between the pump channel and the bottom side of the consumer cylinder in order to prevent an increase in pump pressure and an uncontrolled lowering of the consumer. With classic lowering, pressure from the hydraulic machine is applied to the piston sides of the consumer cylinders. Working fluid from the bottom sides of the consumer cylinders is relieved into the return passage. If the connection from the bottom sides to the pump channel were open, the bottom sides would also be relieved through the pump channel. This would increase the pump pressure and as a result be relieved via the relief line and a throttle. This would result in an uncontrolled lowering of the consumer. This uncontrolled lowering is prevented by the fact that the first bypass valve blocks the hydraulic connection between the bottom sides of the consumer cylinders and the pump channel during classic lowering.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der hydraulische Antrieb ein zweites Bypassventil auf, das eine Verbindung zwischen den Bodenseiten der Verbraucherzylinder und den Kolbenseiten der Verbraucherzylinder realisiert.According to a further feature of the invention, the hydraulic drive has a second bypass valve which establishes a connection between the bottom sides of the consumer cylinders and the piston sides of the consumer cylinders.
Durch das zweite Bypassventil wird die Energieeffizienz der Gesamtanordnung erhöht und die Befüllung der Kolbenseite des Verbraucherzylinders gewährleistet. Durch das zweite Bypassventil werden ferner eine Erhöhung des Lastdrucks sowie eine Verringerung des Volumenstroms erreicht, welcher beim regenerativen Absenken des Auslegers von der Kolbenseite zu der mooringfähigen/durchschwenkfähigen Hydraulikmaschine gefördert werden muss. Aufgrund des dadurch verminderten Pumpenvolumenstroms können die Hydraulikmaschine einschließlich der die Hydraulikmaschine antreibende Elektromotor mit einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden, als dies mit dem gesamten Auslegervolumenstrom möglich wäre und was zu geringeren mechanischen Verlusten führt. Auch hilft die hiermit einhergehende Verstellung des Schwenkwinkels der Hydraulikmaschine auf nahezu den Maximalwert, die Reibungs- und somit die mechanischen Verluste weiter zu minimieren.The second bypass valve increases the energy efficiency of the overall arrangement and ensures that the piston side of the consumer cylinder is filled. The second bypass valve also achieves an increase in the load pressure and a reduction in the volume flow, which must be conveyed from the piston side to the hydraulic machine capable of mooring/slewing through during the regenerative lowering of the boom. Due to the resulting reduction in pump volume flow, the hydraulic machine, including the electric motor driving the hydraulic machine, can be operated at a lower speed than would be possible with the entire boom volume flow, which leads to lower mechanical losses. The associated adjustment of the swivel angle of the hydraulic machine to almost the maximum value also helps to further minimize the friction and thus the mechanical losses.
Durch das zweite Bypassventil ergeben sich zwei Vorteile. Die Kolbenseite der Verbraucherzylinder kann ohne einen Volumenstrom der Hydraulikpumpe befüllt werden. Ferner sinkt der Volumenstrom, der von der Bodenseite der Verbraucherzylinder zu der Hydraulikmaschine zurückfließen muss. Dadurch kann die Drehzahl abgesenkt und das Schluckvolumen der Hydraulikmaschine auf einen maximalen Wert gestellt werden. Zusätzlich verringern sich die durch den Volumenstrom verursachten Druckverluste in dem Pumpenkanal.The second bypass valve results in two advantages. The piston side of the consumer cylinder can be filled without a volume flow from the hydraulic pump. Furthermore, the volume flow that has to flow back from the bottom side of the consumer cylinder to the hydraulic machine decreases. This allows the speed to be reduced and the displacement of the hydraulic machine to be set to a maximum value. In addition, the pressure losses in the pump channel caused by the volume flow are reduced.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ermöglicht die Hydraulikpumpe beim rekuperativen Absenken des ersten Verbrauchers über das Summierungsventil einen Fluidstrom zu der Kolbenseite der Verbraucherzylinder. Dadurch kann das rekuperative Absenken durch ein zugeschaltetes aktives Absenken beschleunigt und die Befüllung der Kolbenseiten der Zylinder gewährleistet werden, wenn das regenerative Absenken ohne die Kurzschlussschaltung mit Hilfe des zweiten Bypassventils ausgeführt wird.According to a further feature of the invention, the hydraulic pump enables a flow of fluid to the piston side of the consumer cylinder via the summation valve during the recuperative lowering of the first consumer. As a result, the recuperative lowering can be accelerated by an activated active lowering and the filling of the piston sides of the cylinders can be ensured if the regenerative lowering is carried out without the short-circuit circuit using the second bypass valve.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der hydraulische Antrieb Drucksensoren auf, die eine Änderung eines Lastzustands detektieren, damit der Schwenkwinkel der Hydraulikmaschine eingestellt werden kann.According to a further feature of the invention, the hydraulic drive has pressure sensors that detect a change in a load condition, so that the swivel angle of the hydraulic machine can be adjusted.
Durch die Drucksensoren wird die Änderung des Lastzustandes erkannt. Das passiert beispielsweise, wenn der Ausleger den Boden berührt. In diesem Fall ist die Hydraulikmaschine im rekupertiven Modus und ins Negative geschwenkt. Wenn der Boden bearbeitet werden soll, wird eine aktive Belastung des Zylinders durch die Hydraulikmaschine benötigt. Dann erfolgt eine Verstellung des Schwenkwinkels der Hydraulikmaschine in den positiven Bereich. Außerdem wird der Hauptsteuerschieber in die weitere Arbeitsstellung geschoben und die beiden Bypassventile geschlossen. Damit ist der hydraulische Antrieb im Modus „klassisches Absenken“. Dadurch kann die Hydraulikmaschine schnell einen Druck beaufschlagen und die Verbraucherzylinder ausfahren und somit den Verbraucher aktiv betätigen.The change in the load condition is detected by the pressure sensors. This happens, for example, when the boom touches the ground. In this case, the hydraulic machine is in recuperative mode and pivoted to the negative. If the soil is to be tilled, an active load on the cylinder by the hydraulic machine is required. Then the swivel angle of the hydraulic machine is adjusted into the positive range. In addition, the main control slide is pushed into the further working position and the two bypass valves are closed. This means that the hydraulic drive is in "classic lowering" mode. As a result, the hydraulic machine can quickly apply pressure and extend the consumer cylinders and thus actively actuate the consumer.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der hydraulische Antrieb die Druckablassventile zum Ablassen von Druckspitzen auf, bei denen ein Lastdruck der Entlastungsleitung auf jeweils eine Stirnfläche der Druckablassventile in schließender Richtung wirkt.According to a further feature of the invention, the hydraulic drive has the pressure relief valves for releasing pressure peaks, in which a load pressure of the relief line acts in the closing direction on a respective end face of the pressure relief valves.
Das Druckablassventil ist mit dem Pumpenkanal über die Entlastungsleitung verbunden. Beim rekuperativen Absenken liegt in dem Pumpenkanal der volle Lastdruck an. Dadurch steigt der Druck in der Entlastungsleitung. Würde der Lastdruck an der Stirnfläche in öffnende Richtung des Druckablassventils anliegen, würde sich das Druckablassventil öffnen, wenn der Lastdruck höher als das eingestellte Druckkraftäquivalent der Feder des Druckablassventils ist. Dies würde ein unkontrolliertes und nicht steuerbares Absenkverhalten des Auslegers zur Folge haben. Da der Lastdruck des Pumpenkanals auf die Stirnfläche in schließender Richtung wirkt, bleibt das Druckablassventil bei dem vollen Lastdruck des Pumpenkanals in der geschlossenen Stellung und es kann kein Volumenstrom unkontrolliert von dem Ausleger in den Rücklaufkanal fließen. Die Geschwindigkeit des Absenkens ist dadurch durch die Hydraulikmaschine steuerbar und kontrollierbar.The pressure relief valve is connected to the pump channel via the relief line. During recuperative lowering, the full load pressure is present in the pump channel. This increases the pressure in the relief line. If the load pressure were applied to the end face in the opening direction of the pressure relief valve, the pressure relief valve would open when the load pressure is higher than the set compressive force equivalent of the spring of the pressure relief valve. This would result in an uncontrolled and uncontrollable lowering behavior of the boom have as a consequence. Since the load pressure of the pump channel acts on the face in the closing direction, the pressure relief valve remains in the closed position at the full load pressure of the pump channel and no flow can flow uncontrolled from the boom into the return channel. As a result, the speed of the lowering can be controlled and controlled by the hydraulic machine.
In anderen Worten wird der Lastdruck in dem Pumpenkanal beim Absenken über die mooringfähige/durchschwenkfähige Hydraulikmaschine in einen Lastdruck-Melde-Kanal gemeldet. Dadurch wird eine Öffnung des Druckablassventils verhindert.In other words, the load pressure in the pump channel during lowering is reported in a load pressure reporting channel via the hydraulic machine capable of mooring/pivoting. This prevents the pressure relief valve from opening.
Die Druckspitzen, die durch das Druckablassventil abgelassen werden, resultieren aus der Tatsache, dass eine Bewegung des Schwenkwinkels der Hydraulikmaschine langsamer ist als eine Bewegung beim Schließen von Ventilen.The pressure spikes released by the pressure relief valve result from the fact that movement of the swing angle of the hydraulic machine is slower than movement when closing valves.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Hydraulikpumpe und die Hydraulikmaschine auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet. Dadurch werden nur ein Elektromotor, der die beiden Hydraulikpumpen antreibt, und ein Inverter benötigt. Das spart Kosten und Bauteile.According to a further feature of the invention, the hydraulic pump and the hydraulic machine are arranged on a common drive shaft. As a result, only one electric motor, which drives the two hydraulic pumps, and one inverter are required. This saves costs and components.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Hydraulikpumpe und die Hydraulikmaschine auf jeweils unterschiedlichen Antriebswellen angeordnet. Dadurch kann eine optimale Drehzahl für jeden einzelnen Steuerkreislauf erreicht werden, was durch eine gemeinsame Antriebswelle nicht in jeder Betriebssituation erreicht wird.According to a further feature of the invention, the hydraulic pump and the hydraulic machine are each arranged on different drive shafts. As a result, an optimal speed can be achieved for each individual control circuit, which cannot be achieved in every operating situation with a common drive shaft.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Hydraulikpumpe eine Verstellpumpe. Dadurch wird ein benötigter Volumenstrom in dem zweiten Steuerkreislauf sichergestellt.According to a further feature of the invention, the hydraulic pump is a variable displacement pump. This ensures a required volume flow in the second control circuit.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Hydraulikpumpe eine Konstantpumpe. Dies hat den Vorteil, dass die Hydraulikpumpe immer mit ihrem maximalen Schluckvolumen arbeitet. Dadurch wird die Hydraulikpumpe effizient betrieben und weist Kostenvorteile gegenüber einer verstellbaren Pumpe auf.According to a further feature of the invention, the hydraulic pump is a fixed displacement pump. This has the advantage that the hydraulic pump always works with its maximum displacement. As a result, the hydraulic pump is operated efficiently and has cost advantages over an adjustable pump.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Hydraulikmaschine verstellbar. Dadurch wird ein benötigter Volumenstrom in dem ersten Steuerkreislauf sichergestellt.According to a further feature of the invention, the hydraulic machine is adjustable. This ensures a required volume flow in the first control circuit.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die durchschwenkfähige Hydraulikmaschine konstant. Dadurch arbeitet die Hydraulikmaschine immer mit ihrem maximalen Schluckvolumen. Dadurch wird die Hydraulikmaschine effizient betrieben und weist Kostenvorteile gegenüber einer verstellbaren Pumpe auf.According to a further feature of the invention, the hydraulic machine capable of pivoting is constant. As a result, the hydraulic machine always works with its maximum displacement. As a result, the hydraulic machine is operated efficiently and has cost advantages over an adjustable pump.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Pumpen für die Nebenverbraucher auf einer gemeinsamen Antriebswelle mit der Hydraulikmaschine und der Hydraulikpumpe angeordnet. Das spart Kosten, da keine weitere Antriebswelle, Elektromotor und Inverter nötig sind.According to a further feature of the invention, the pumps for the secondary consumers are arranged on a common drive shaft with the hydraulic machine and the hydraulic pump. This saves costs because no additional drive shaft, electric motor and inverter are required.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Pumpen für die Nebenverbraucher auf einer anderen Antriebswelle als die Hydraulikpumpe und die Hydraulikmaschine angeordnet sind. Dadurch kann durch einen zusätzlichen Wandler eine niedrigere Spannung realisiert werden. Damit können günstigere Elektromotoren verwendet werden. Die Pumpen für die Nebenverbraucher müssen derart nicht ständig betrieben werden, wenn die Hydraulikpumpe und die Hydraulikmaschine angetrieben werden.According to a further feature of the invention, the pumps for the secondary consumers are arranged on a different drive shaft than the hydraulic pump and the hydraulic machine. This means that a lower voltage can be realized with an additional converter. This means that cheaper electric motors can be used. In this way, the pumps for the auxiliary consumers do not have to be operated constantly when the hydraulic pump and the hydraulic machine are driven.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Hydraulikpumpe auf einer Antriebswelle angeordnet, die hydraulisch angetrieben wird, um Regeneration von Energie zu ermöglichen. Dadurch kann die energetische Effizienz gesteigert werden.According to a further feature of the invention, the hydraulic pump is arranged on a drive shaft which is hydraulically driven to enable regeneration of energy. As a result, the energetic efficiency can be increased.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der hydraulische Antrieb ein hydraulisches Drehwerk auf. Damit ist das Drehwerk zur Regeneration fähig. Dadurch ist das hydraulische Drehwerk fast genauso energieeffizient wie ein elektrisches Drehwerk. Ein hydraulisches Drehwerk weist einen Kostenvorteil gegenüber einem elektrischen Drehwerk auf.According to a further feature of the invention, the hydraulic drive has a hydraulic slewing gear. This enables the slewing gear to regenerate. As a result, the hydraulic slewing gear is almost as energy-efficient as an electric slewing gear. A hydraulic slewing gear has a cost advantage over an electric slewing gear.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das hydraulische Drehwerk in einem geschlossenen Kreis ausgeführt. In dem geschlossenen Kreis weist der hydraulische Antrieb eine zusätzliche Hydraulikpumpe auf, die eine Hydraulikmaschine des Drehwerks antreibt. Die Hydraulikmaschine kann dabei mit einem konstanten oder einem variablen Schluckvolumen ausgeführt sein.According to a further feature of the invention, the hydraulic slewing gear is designed in a closed circuit. In the closed circuit, the hydraulic drive has an additional hydraulic pump that drives a hydraulic machine of the slewing gear. The hydraulic machine can be designed with a constant or a variable displacement.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das hydraulische Drehwerk in einem offenen Kreis ausgeführt. Dabei ist das System sekundär geregelt. Die zusätzliche Hydraulikpumpe stellt einen Volumenstrom zu der Hydraulikmaschine des Drehwerks sicher. Die Hydraulikmaschine wird durch eine Drehzahlregelung in ihrem Schluckvolumen geregelt. Es ist weiterhin denkbar auf die zusätzliche Hydraulikpumpe zu verzichten. In diesem Fall muss die Hydraulikpumpe, die das Drehwerk antreibt durchschwenkbar sein. Die Hydraulikmaschine des Drehwerks kann dabei sekundärgeregelt betrieben werden.According to a further feature of the invention, the hydraulic slewing gear is designed in an open circuit. The system is regulated secondarily. The additional hydraulic pump ensures a volume flow to the hydraulic machine of the slewing gear. The displacement of the hydraulic machine is controlled by a speed controller. It is also conceivable to dispense with the additional hydraulic pump. In this case, the hydraulic pump that drives the slewing gear must be able to pivot. The hydraulic machine of the slewing gear can be operated with secondary control.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt einen Schaltplan eines offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer ersten Ausführungsform;1 shows a circuit diagram of a hydraulic drive according to the disclosure according to a first embodiment; -
2 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß der ersten Ausführungsform;2 shows a schematic representation of selected components of the disclosure according to the hydraulic drive according to the first embodiment; -
3 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform;3 shows a schematic representation of selected components of the hydraulic drive according to the disclosure according to a second embodiment; -
4 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer dritten Ausführungsform;4 shows a schematic representation of selected components of the disclosed hydraulic drive according to a third embodiment; -
5 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer vierten Ausführungsform;5 shows a schematic representation of selected components of the disclosed hydraulic drive according to a fourth embodiment; -
6 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer fünften Ausführungsform;6 shows a schematic representation of selected components of the hydraulic drive according to the disclosure according to a fifth embodiment; -
7 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer sechsten Ausführungsform;7 shows a schematic representation of selected components of the disclosed hydraulic drive according to a sixth embodiment; -
8 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer siebten Ausführungsform;8th shows a schematic representation of selected components of the hydraulic drive according to the disclosure according to a seventh embodiment; -
9 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer achten Ausführungsform; und9 shows a schematic representation of selected components of the hydraulic drive according to the disclosure according to an eighth embodiment; and -
10 zeigt eine schematische Darstellung ausgewählter Komponenten des offenbarungsgemäßen hydraulischen Antriebs gemäß einer neunten Ausführungsform.10 shows a schematic representation of selected components of the disclosed hydraulic drive according to a ninth embodiment.
Detaillierte Beschreibung der AusführungsformenDetailed description of the embodiments
Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben.Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described based on the accompanying figures.
Erste AusführungsformFirst embodiment
Der hydraulische Antrieb 1 weist eine Hydraulikpumpe 2 auf. Dabei kann es sich sowohl um eine Verstellpumpe als auch eine Konstantpumpe handeln. Der hydraulische Antrieb 1 weist ferner eine durchschwenkfähige Hydraulikmaschine 4 auf. Die Hydraulikpumpe 2 und die Hydraulikmaschine 4 sind beide auf einer gemeinsamen Antriebswelle 6 angeordnet, die von einem Elektromotor 8 angetrieben wird. Ein Inverter 10 ist dem Elektromotor 8 vorgeschaltet. Der Inverter 10 wird dabei durch einen elektrischen Zwischenkreis von einem Akku 12 versorgt. Der Akku 12 versorgt ebenfalls einen elektrischen Drehantrieb 14. Auf der Antriebswelle 6 sind außerdem weitere Pumpen 16, 18 für Nebenverbraucher angeordnet. Die Nebenverbraucher sind beispielsweise eine Leitung zur Bereitstellung des Steuerdrucks oder eine Lenkung und/ oder eine Bremse.The hydraulic drive 1 has a
Die Hydraulikmaschine 4 ist mit einer Pumpenleitung 20 verbunden. Die Pumpenleitung 20 ist wiederum mit einem Hauptsteuerschieber 22 verbunden. Der Hauptsteuerschieber 22 ist als ein 8/3-Wege-Proportionalregelventil ausgeführt. Ein Anschluss des Hauptsteuerschiebers 22 ist mit einem Anschluss A verbunden. Ausgangsseitig ist der Hauptsteuerschieber 22 mit einer Leitung 24 zu einer Individualdruckwaage 26 verbunden. Der Hauptsteuerschieber 22 hat einen Anschluss für eine Leitung 28 von der Individualdruckwaage 26 zurück zu dem Hauptsteuerschieber 22. In einer federvorgespannten Grundstellung sind alle Anschlüsse des Hauptsteuerschiebers 22 gesperrt. Eine Verbindung von der Pumpenleitung 20 zu der Leitung 24 zu der Individualdruckwaage 26 und eine Verbindung von Leitung 28 von der Individualdruckwaage 26 zu dem Anschluss A sind in der Grundstellung unterbrochen. In einer elektrisch verstellbar betätigten Arbeitsstellung des Hauptsteuerschiebers 22 ist die Pumpenleitung 20 mit der Leitung 24 zu der Individualdruckwaage 26 hydraulisch gedrosselt verbunden. Die Leitung 28 von der Individualdruckwaage 26 zu dem Hauptsteuerschieber 22 ist mit dem Anschluss A hydraulisch verbunden. Ein Anschluss B ist mit einem Rücklaufkanal 30 hydraulisch verbunden. Zwischen den Anschlüssen A und B und dem Hauptsteuerschieber 22 sind jeweils Sekundärdruckbegrenzungsventile 31 positioniert, über die ein Solldruckwert an den Leitungen eingestellt werden kann.The
In einer weiteren elektrisch verstellbar betätigten Arbeitsstellung des Hauptsteuerschiebers 22, die ein aktives Absenken darstellt, ist die Pumpenleitung 20 mit der Leitung 24 zur Individualdruckwaage 26 hydraulisch gedrosselt verbunden. Die Leitung 28 von der Individualdruckwaage 26 zu dem Hauptsteuerschieber 22 ist mit dem Anschluss B hydraulisch verbunden. Der Anschluss A ist mit dem Rücklaufkanal 30 hydraulisch verbunden. Ein Anschluss einer Entlastungsleitung bzw. einem Lastdruck-Melde-Kanal 32 ist mit der Leitung zu dem Anschluss B über ein Rückschlagventil hydraulisch verbunden.In a further electrically adjustable actuated working position of the
Die Individualdruckwaage 26 ist als ein 3/3-Wege- Proportionalregelventil ausgeführt. Auf einer Eingangsseite ist die Individualdruckwaage 26 mit dem Hauptschieber 22 über die Leitung 24 verbunden. Auf einer Ausgangsseite der Individualdruckwaage 26 ist ein Anschluss zu der Entlastungsleitung 32 und die Leitung 28 zurück zu dem Hauptschieber 22 angeordnet. In einer federvorgespannten Grundstellung sind die hydraulischen Verbindungen gesperrt. Die Individualdruckwaage 26 wird durch einen Druck in der Leitung 24 zwischen dem Hauptsteuerschieber 22 und der Individualdruckwaage 26 hydraulisch in eine Arbeitsstellung geschoben. In der Arbeitsstellung der Individualdruckwaage 26 ist die Leitung 24 mit der Leitung 28 zurück zum Hauptschieber 22 hydraulisch verbunden. Der Anschluss der Leitung 24 von dem Hauptschieber 22 ist hydraulisch gedrosselt mit der Entlastungsleitung 32 verbunden. In der Leitung 28 zwischen der Individualdruckwaage 26 und dem Hauptsteuerschieber 22 sind zwei Rückschlagventile 34, 36 angeordnet.The
Wenn die Leitung 24 mit Druck beaufschlagt ist, weil der Hauptsteuerschieber 22 in der Arbeitsstellung ist, wird die Individualdruckwaage 26 hydraulisch betätigt. Dadurch werden die Leitungen 24, 28 von dem Hauptsteuerschieber 22 über die Individualdruckwaage 26 zurück zum Hauptschieber 22 hydraulisch verbunden. Der Anschluss A ist damit hydraulisch über den Hauptsteuerschieber 22 und die Individualdruckwaage 26 mit der Pumpenleitung 20 verbunden.If the
Der Anschluss A ist über zwei Rohrbruchsicherungsventile 38 und 40 (vereinfacht dargestellt) mit Bodenseiten 42 von Verbraucherzylindern 44 verbunden. Die Kolbenseiten 45 der Verbraucherzylinder 44 sind mit dem Anschluss B verbunden. Der Anschluss B ist mit einem Anschluss des Hauptsteuerschiebers 22 verbunden. In der Arbeitsstellung des Hauptsteuerschiebers 22 ist der Anschluss B hydraulisch mit dem Rücklaufkanal 30 verbunden.Port A is connected to
Die Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder sind mit einem ersten Bypassventil 46 verbunden. Das erste Bypassventil 46 ist als ein 2/2-Wege-Proportionalregelventil ausgeführt. In einer federvorgespannten Grundstellung sind die Anschlüsse des ersten Bypassventils 46 gesperrt. In einer elektrisch betätigten und einstellbaren bzw. pilotierten Arbeitsstellung sind die Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 44 mit einem Pumpenkanal 48 verbunden. Der Pumpenkanal 48 ist mit der Hydraulikmaschine 4 verbunden. In dem Pumpenkanal 48 ist ein Rückschlagventil 50 angeordnet, sodass kein Fluidstrom von der Hydraulikmaschine 4 in den Pumpenkanal 48 möglich ist.The bottom sides 42 of the consumer cylinders are connected to a
Der hydraulische Antrieb 1 weist ein zweites Bypassventil 52 auf, das ebenfalls als ein 2/2-Wege-Proportionalregelventil ausgeführt ist. Das zweite Bypassventil 52 ist zwischen der Bodenseite 42 und der Kolbenseite 45 der Verbraucherzylinder 44 angeordnet. In einer Grundstellung sperrt das zweite Bypassventil 52. In einer Arbeitsstellung verbindet das zweite Bypassventil 52 die Kolbenseite 45 mit der Bodenseite 42 der Verbraucherzylinder 44.The hydraulic drive 1 has a
In den Leitungen von den Anschlüssen A und B zu der Bodenseite 42 bzw. der Kolbenseite 45 der Verbraucherzylinder 44 sind Drucksensoren 54 angeordnet.
Von dem Pumpenkanal 48 zweigt die Lastmeldeleitung 32 mit einem Rückschlagventil 56 ab. Die Lastmeldeleitung 32 ist über ein Druckbegrenzungsventil (Lastdruck-Melde-Ventil) 58 mit dem Rücklaufkanal 30 verbunden. Zwischen dem Rückschlagventil 56 und dem Druckbegrenzungsventil 58 ist eine Drossel 60 angeordnet. Von dem Pumpenkanal 48 zweigt ebenfalls eine Leitung mit einer Drossel 63 ab. Die Leitung führt zu einem Tank 74 und hat die Funktion einer Entlastungsblende.The load-sensing line 32 with a
Die hydraulische Verbindung von der Hydraulikmaschine zu den Verbraucherzylindern 44 entspricht einem ersten Steuerkreislauf 5.The hydraulic connection from the hydraulic machine to the
Die Hydraulikpumpe 2 ist über eine zweite Pumpenleitung 61 mit einem Summierungsventil 62 verbunden. Das Summierungsventil 62 kann als ein 3/3-Wege-Proportionalregelventil ausgeführt sein. Ausgangsseitig weist das Summierungsventil 62 einen Anschluss zu der Pumpenleitung 20 auf. In einer Grundstellung sperrt das Summierungsventil 62. In einer elektrisch betätigten Arbeitsstellung des Summierungsventils 62 ist die zweite Pumpenleitung 61 mit der ersten Pumpenleitung 20 hydraulisch verbunden. Von der Leitung von dem Summierungsventil 62 zu der ersten Pumpenleitung 20 führt eine Leitung zu einem Druckablassventil bzw. Unloadingventil 64. Das Druckablassventil 64 ist als ein 2/2-Wege-Proportionalregelventil ausgeführt und ist ausgangsseitig mit dem Rücklaufkanal 30 verbunden. Das Druckablassventil 64 hat im Wesentlichen die Funktion eines Druckbegrenzungsventils. In einer Grundstellung sperrt das Druckablassventil 64 die Verbindung zwischen der Leitung von dem Summierungsventil 62 zu der Pumpenleitung 20 und dem Rücklaufkanal 30. In einer hydraulisch betätigten Arbeitsstellung des Druckablassventils 64 ist die Leitung von dem Summierungsventil 62 zu der Pumpenleitung 20 mit dem Rücklaufkanal 30 hydraulisch verbunden. Damit entlastet das Druckablassventil 64 die Leitung von dem Summierungsventil 62 bei einem zu hohen Druck.The
Der hydraulische Antrieb 1 weist einen hydraulischen Speicher 66 auf. Der hydraulische Speicher 66 ist mit dem Pumpenkanal 48 und damit mit der Hydraulikmaschine 4 verbunden. Die Leitung zwischen dem hydraulischen Speicher 66 und der Hydraulikmaschine 4 weist ein Rückschlagventil 67 und einen Drucksensor 68 auf. Der hydraulische Speicher 66 ist über ein Rückschlagventil 70 mit dem Rücklaufkanal 30 verbunden und kann aus diesem aufgefüllt werden. Druckbegrenzungsventile 72, 73 dienen zur Vorspannung des Rücklaufkanals 30. In der Leitung zu dem hydraulischen Speicher 66 ist ein Drucksensor 71 angebracht. Ein Rücklaufvolumenstrom wird über das Druckbegrenzungsventil 73 über einen Filter 75 in einen Tank 74 entleert.The hydraulic drive 1 has a
Der hydraulische Antrieb 1 weist eine Retarderventilsektion 76 auf. Die Retarderventilsektion 76 weist einen Hauptsteuerschieber 78 und eine Individualdruckwaage 80 auf, die baugleich mit dem Hauptsteuerschieber 22 und der Individualdruckwaage 26 sind. Der Hauptsteuerschieber 78 ist mit einem Anschluss A verbunden. Über ein Druckbegrenzungsventil 82 zwischen dem Anschluss A und dem Rücklaufkanal 30 wird ein Lastdruck vorgegeben. Dadurch wird eine zusätzliche hydraulische Leistung nötig, die von der Hydraulikpumpe 2 bereitgestellt wird. Somit kann Energie, die durch das Einfahren der Verbraucherzylinder 44 regeneriert und an die Hydraulikpumpe 2 übertragen wurde, durch die Retarderventilsektion 76 dissipiert werden.The hydraulic drive 1 has a
Der hydraulische Antrieb 1 weist eine weitere Ventilsektion 84 für den weiteren Verbraucher auf. Die weitere Ventilsektion 84 ist dabei der zweite Steuerkreislauf. Der Aufbau der weiteren Ventilsektion 84 ist im Wesentlichen identisch mit dem Aufbau des ersten Steuerkreislaufs. Die Hydraulikpumpe 2 baut über die zweite Pumpenleitung 61 einen hydraulischen Druck auf. Durch einen Hauptsteuerschieber 86 und eine Individualdruckwaage 88 ist die Hydraulikpumpe 2 mit einem Anschluss A verbunden. Dieser ist mit einer Bodenseite eines weiteren Verbraucherzylinders 90 verbunden. Eine Kolbenseite des weiteren Verbraucherzylinders 90 ist mit einem Anschluss B verbunden. Dieser ist mit dem Hauptsteuerschieber 86 verbunden. Zwischen dem Hauptsteuerschieber 86 und den Anschlüssen A und B sind Druckbegrenzungsventile 92 positioniert. Ein Entlastungskanal 94 führt über ein Druckbegrenzungsventil 96 zu dem Rückführkanal 30. Die weitere Ventilsektion 84 weist auch ein Druckablassventil 98 auf.The hydraulic drive 1 has a
Die vorstehend beschriebene Anordnung funktioniert wie folgt:
Durch die Hydraulikmaschine 4 wird ein Druck inder Pumpenleitung 20 beaufschlagt. Wenn der Hauptsteuerschieber 22 durch Betätigung eines elektrischen Aktors in seine Arbeitsstellung geschoben wird, wird dieLeitung 24von dem Hauptsteuerschieber 22 zu der Individualdruckwaage 26 hydraulisch gedrosselt mit (Druck beaufschlagt) Volumenstrom versorgt. Dadurch wird dieIndividualdruckwaage 22 in ihre Arbeitsstellung geschoben und dieLeitung 28von der Individualdruckwaage 26 zurück zudem Hauptsteuerschieber 22 ist hydraulischmit der Pumpenleitung 20 verbunden.Die Bodenseiten 42der Verbraucherzylinder 44 werden soüber den Hauptsteuerschieber 22 und dieIndividualdruckwaage 26 mit (Druck beaufschlagt) Volumenstrom versorgt.Die Kolbenseiten 45der Verbraucherzylinder 44 sind über den Anschluss Bmit dem Rücklaufkanal 30 verbunden. Damit wird ein Rücklauf von Arbeitsfluidvon den Kolbenseiten 45 inden Rücklaufkanal 30 ermöglicht.
- A pressure is applied in the
pump line 20 by thehydraulic machine 4 . When themain control slide 22 is pushed into its working position by actuating an electric actuator, theline 24 from themain control slide 22 to theindividual pressure compensator 26 is supplied with a hydraulically throttled (pressurized) volume flow. As a result, theindividual pressure compensator 22 is pushed into its working position and theline 28 from theindividual pressure compensator 26 back to themain control slide 22 is hydraulically connected to thepump line 20 . The bottom sides 42 of theconsumer cylinders 44 are thus supplied with (pressurized) volume flow via themain control slide 22 and theindividual pressure compensator 26 . The piston sides 45 of theconsumer cylinders 44 are connected to thereturn channel 30 via the connection B. This allows working fluid to flow back from the piston sides 45 into thereturn channel 30 .
Durch diesen Vorgang wird der Verbraucher bzw. Ausleger in klassischer Art und Weise angehoben bzw. der Verbraucherzylinder wird ausgefahren. Diese Funktionsweise entspricht der eines bekannten LUDV-Ventils aus dem Stand der Technik.Through this process, the consumer or boom is raised in the classic manner or the consumer cylinder is extended. This mode of operation corresponds to that of a known LUDV valve from the prior art.
Wenn eine Energierückgewinnung beim Absenken des Auslegers nicht möglich ist, beispielsweise wenn der Ladezustand des Akkus 12 zu hoch ist, kann das Absenken „klassisch“, d.h. über den Hauptsteuerschieber 22, erfolgen. Dabei wird der Hauptsteuerschieber 22 in die weitere Arbeitsstellung geschoben. Dadurch ist die Pumpenleitung 20 über die Individualdruckwaage 26 mit dem Anschluss B hydraulisch verbunden. Dabei wird über die Hydraulikmaschine 4 ein (Druck) Volumenstrom den Kolbenseiten 45 der Verbraucherzylinder 44 eingeprägt. Die Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 44 sind über den Hauptsteuerschieber 22 mit dem Rücklaufkanal 30 hydraulisch verbunden.If energy recovery is not possible when lowering the boom, for example if the charge level of the
Bei aktiven, also antreibenden Lasten, gibt die Rücklaufblende des Hauptsteuerschiebers 22 (in Verbindung mit den Rohrbruchsicherungsventilen 38 und 40) die Absenkgeschwindigkeit des Auslegers vor. Die Absenkgeschwindigkeit des Auslegers ist die Einfahrgeschwindigkeit der Verbraucherzylinder 44 und durch die Hydraulikmaschine 4 wird in der Regel ein deutlich kleinerer zylinderflächenverhältnisbereinigter Zulaufvolumenstrom eingestellt. Der fehlende Differenzvolumenstrom kann durch die in dem Hauptsteuerschieber 22 befindliche Regenerationsschaltung aus dem Rücklaufvolumenstrom gewonnen werden. Dazu ist die Entlastungsleitung 32 über den Hauptsteuerschieber 22 mit der Leitung zu dem Anschluss B hydraulisch verbunden.With active, ie driving loads, the return orifice of the main control slide 22 (in conjunction with the pipe
Durch die Regenerationsschaltung aus der Entlastungsleitung 32 kann der Pumpenvolumenstrom abgesenkt und die energetische Effizienz vor allem in einem möglichen Summierungsbetrieb verbessert werden. Erfolgt ein Lastwechsel beispielsweise nach dem Kontakt der Schaufel (nicht dargestellt) auf dem zu bearbeitenden Untergrund, wird die Einfahrgeschwindigkeit des Auslegers folgend über den von der Hydraulikmaschine 4 bereitgestellten Zulaufvolumenstrom vorgegeben. Die sich hierdurch einstellende Verlangsamung der Auslegergeschwindigkeit wird vom Bediener akzeptiert, da in der Regel ab diesem Zeitpunkt der Grab- oder auch Aufbockvorgang beginnt und eine erhöhte Präzision erforderlich ist.The pump volume flow can be lowered by the regeneration circuit from the relief line 32 and the energetic efficiency can be improved above all in a possible summation operation. If a load change occurs, for example, after the shovel (not shown) comes into contact with the ground to be worked, the retraction speed of the boom is subsequently specified via the inflow volume flow provided by the
Das Absenken des Auslegers kann rekuperativ erfolgen. Durch elektrische Aktoren werden die Rohrbruchsicherungsventile 38, 40 und das erste Bypassventil 46 verschoben. Dadurch sind die Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 44 mit dem Pumpenkanal 48 hydraulisch verbunden. Die Hydraulikmaschine 4 schwenkt durch und funktioniert als ein Hydraulikmotor. Dadurch wird Energie regeneriert. Für das rekuperative Absenken des Auslegers wird die Fähigkeit zum Durchschwenken des Schwenkmechanismus der Hydraulikmaschine 4 genutzt, wodurch diese als Hydraulikmotor betrieben werden kann, ohne dass eine Drehrichtungsumkehr der sie antreibenden Antriebswelle erfolgen muss.The boom can be lowered recuperatively. The pipe
In dem hydraulischen Antrieb treten konstruktions- und systembedingte Leckagestellen auf. Diese treten beispielsweise in der Entlastungsleitung 32, in dem ersten Bypassventil 46 zwischen den Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 46 und dem Pumpenkanal 48 und in der Hydraulikmaschine 4 auf. Durch diese Leckagen kann der Druck in dem Pumpenkanal 48 vermindert werden, was zu einem sprunghaften Absenken des Auslegers führt. Das spricht einer Feinsteuerbarkeit des Auslegers entgegen und ist nicht hinnehmbar. Der Leckageeinfluss wird durch die Rohrbruchsicherungsventile 38 und 40 kompensiert.Design and system-related leakage points occur in the hydraulic drive. These occur, for example, in the relief line 32, in the
In anderen Worten stellt sich aufgrund der in der Verdrängereinheit vorhandenen konstruktions- und systembedingten Leckagestellen ein Volumenstromoffset ein, bedingt durch den sich einstellenden Leckagevolumenstrom, sobald ein Druck in dem Pumpenkanal 48 anliegen würde. Dieser Umstand würde einen Sprung im Geschwindigkeitsaufbau zur Folge haben, was einer Feinsteuerbarkeit entgegen spräche und so nicht hinnehmbar wäre. Um den Leckageeinfluss zu kompensieren, werden die Rohrbruchsicherungsventile 38 und 40 verwendet.In other words, due to the design and system-related leakage points present in the displacement unit, a volume flow offset occurs as a result of the leakage volume flow that occurs as soon as pressure is present in the
Die Rohrbruchsicherungsventile 38 und 40 sind als Proportionalventile ausgebildet und können sowohl direkt elektrisch jedoch pilotiert angesteuert werden, beispielsweise als Valvistor, oder über eine Leitung mit einem externen Steuerdruck versorgt werden. Über den Feinsteuerbereich der Rohrbruchsicherungsventile 38 und 40 wird folgend sehr feinfühlig ein Öffnungsquerschnitt eingestellt, welcher direkt die Absenkgeschwindigkeit der Verbraucherzylinder 44 beeinflusst, indem jeweils ein Volumenstrom aus den Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 44 in den parallelen Pumpenkanal 48 fließt. Hierzu muss das erste Bypassventil 46 geöffnet werden, welches die Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 44 mit dem Pumpenkanal 48 verbindet. Das erste Bypassventil 46 kann dabei als ein Proportionalventil ausgeführt sein, sodass es theoretisch bei Baggern ohne die Notwendigkeit des Einsatzes von Rohrbruchsicherungsventilen (beispielsweise bei Baggern in Japan) ebenso die Funktionalität der Leckagekompensation abbilden kann.The pipe
Das erste Bypassventil 46 ist notwendig, um den Pumpenkanal 48 während des klassischen Absenkvorgangs über die Ventileinheit zu sperren und somit einer Erhöhung des Pumpendrucks, verursacht durch die notwendige Verbindung des Pumpenkanal 48 mit der Entlastungsleitung 32, entgegenzuwirken und um ein unkontrolliertes Absenken zu verhindern. Ist das erste Bypassventil 46 vollständig geöffnet, kann sich durch den aus den Rohbruchsicherungsventilen 38 und 40 fließenden Volumenstrom ein Druck in dem Pumpenkanal 48 aufbauen, wenn die system- und komponentenbedingten Leckagen ausgeglichen sind. Die system- und komponentenbedingten Leckagen stellen sich über die Hydraulikmaschine 4, das Rückschlagventil 56 und die Drossel 63 ein, während der Schwenkwinkel der Hydraulikmaschine 4 in dieser Phase der Geschwindigkeitseinleitung auf null zurück geschwenkt ist. Durch die Leckagen sinkt der Druck im Pumpenkanal 48 ab. Bei einem vollständig geöffneten ersten Bypassventil 46 führt ein Druckverlust in dem Pumpenkanal 48 zu einem unkontrollierten Absenken des Verbrauchers. Ab einem bestimmten zu definierenden Druck wird bei sich weiter steigernder Geschwindigkeitsvorgabe durch den Bediener der Schwenkwinkel der Hydraulikmaschine 4 in Richtung motorischer Betrieb ausgeschwenkt und die Rohbruchsicherungsventile 38 und 40 beginnen immer mehr, einen großen Öffnungsquerschnitt einzustellen. In einer dritten und letzten Phase bzw. einer bestimmten vorher an die Begebenheiten des Systems anzupassenden Geschwindigkeitsvorgabe durch den Bediener bestimmt nur noch der Schwenkwinkel der Hydraulikmaschine 4 die Geschwindigkeit des Auslegers. Die Rohrbruchsicherungsventile 38 und 40 sind hierbei vollständig geöffnet und geben einen maximalen Öffnungsquerschnitt frei, sodass während des rekuperativen Absenkens nur sehr geringe Druckverluste über diesen entstehen.The
Da die Hydraulikmaschine 4 während des rekuperativen Absenkens als Hydraulikmotor und somit als eine Arbeitsfluidstromsenke fungiert, kann sie nicht als Volumenstromquelle für die Befüllung der Kolbenseiten 45 der Verbraucherzylinder 44 genutzt werden. Auch eine Summierung mit dem Arbeitsfluidstrom aus der Hydraulikpumpe 2 über das Summierungsventil 62 macht aus energetischen Gründen wenig Sinn, da vor allem während des Parallelbetriebs mehrerer Verbraucher aufgrund des niedrigen Drucks des von dem Ausleger benötigen Volumenstroms eine hohe Verlustleistung bei gleichzeitig höheren Drücken der Parallelverbraucher entsteht. Aus diesem Grund weist der hydraulische Antrieb 1 das zweite proportional verstellbare Bypass- bzw. Regenerationsventil 52 auf, welches die Bodenseite 42 mit den Kolbenseiten 45 der Verbraucherzylinder 44 verbindet. Hierdurch kann ein Kurzschluss der beiden Zylinderkammern 42 und 45 erreicht werden (bei genügend großem Öffnungsquerschnitt des zweiten Bypassventils 52), wodurch sich die Drücke in den beiden Zylinderkammern 42 und 45 anpassen und es aufgrund einer virtuellen Verkleinerung der Zylinderfläche zu einer Druckerhöhung kommt.Since the
Es ergeben sich zwei Vorteile aus der Kurzschlussverbindung zwischen den Bodenseiten 42 und den Kolbenseiten 45 der Verbraucherzylinder 44 durch das zweite Bypassventil 52: Zum einen kann die Kolbenseite 45 ohne einen zusätzlichen, durch zum Beispiel eine Pumpe bereitgestellten Arbeitsfluidstrom befüllt werden und zum anderen sinkt der Volumenstrom, welcher von den Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 44 zu der Hydraulikmaschine 4 zurückfließen muss. Hierdurch können die Drehzahl abgesenkt und das Schluckvolumen der Hydraulikmaschine 4 auf einen maximalen Wert eigestellt werden. Zudem verringern sich die durch den Volumenstrom verursachten Druckverluste in den Widerständen der Druckleitungen. Diese genannten Umstände tragen zu einer Erhöhung der energetischen Gesamteffizienz des Systems im Wesentlichen durch komponentenbedingte Reduzierungen der mechanischen Verluste (Verringerung Planschverluste in der Hydraulikmaschine 4, günstigere Kraft- bzw. Hebelverhältnisse an den Axialkolben der Hydraulikmaschine 4, geringere Lagerreibung in der Elektromaschine 8 und der Hydraulikmaschine 4, etc.) bei.Two advantages result from the short-circuit connection between the base sides 42 and the piston sides 45 of the
Eine weitere Aufgabe des zweiten Bypassventils 52 besteht in der Maximaldruckbegrenzung der sich bei einem Kurzschluss einstellenden Drücke in den beiden Zylinderkammern 42 und 45. Sollte der Ausgangsdruck auf den Bodenseiten 42 der Verbraucherzylinder 44 bzw. die wirkende externe Zylinderkraft bereits derart hoch sein, dass sich bei Kurzschlussschaltung ein höherer Druck in den Zylinderkammern 42 und 45 als der an den Sekundärdruckbegrenzungsventilen 31 eingestellte Öffnungsdruck ergibt, wird durch eine entsprechende Regelung der Öffnungsquerschnitt des zweiten Bypassventils 52 so eingestellt, dass der hierdurch resultierende Strömungsverlust in dem Pumpenkanal 48 eine Reduzierung der Drücke in den Zylinderkammern 42 und 45 bewirkt. Der für die Regelung der Drücke eingestellte Sollwert muss dabei unter den an den Sekundärdruckbegrenzungsventilen 31 eingestellten Öffnungsdrücken liegen, um ein unkontrolliertes Absenken des Zylinders zu verhindern. Für die Regelung werden die Drucksensoren 53 und 54 genutzt, wobei der bodenseitige Drucksensor 54 zwingend notwendig ist und der kolbenseitige Drucksensor 53 nur für eine Verbesserung des Regelverhaltens enthalten ist.Another task of the
Eine weitere Herausforderung dieser Steueranordnung liegt in der Umschaltung zwischen rekuperativem und klassischem Einfahren der Verbraucherzylinder 44 bei auftretenden Lastwechseln. Diese Lastwechsel erfolgen vor allem dann, wenn der Ausleger bzw. das Werkzeug, in der Regel der Löffel, den Boden berührt, welcher bearbeitet werden soll. Hierdurch ändern sich die Druckverhältnisse in den Verbraucherzylindern 44 und aus einer aktiven wird eine passive Last, welche angetrieben werden muss. Da die Hydraulikmaschine 4 jedoch durch den rekuperativen Absenkvorgang ins Negative geschwenkt ist, muss die Änderung des Lastzustands durch die Drucksensoren 53, 54 und 68 erfasst und von einer Auswerteeinheit erkannt werden. In diesem Fall erfolgt die Verstellung des Schwenkwinkels der Hydraulikmaschine 4 in den positiven Bereich und die Verstellung des Hauptsteuerschiebers 22 in Richtung Ausleger senken, sowie die Schließung der beiden Bypassventile 46 und 52. Der Ausleger kann nun „klassisch“ abgesenkt werden und eine entsprechende Kraft im Richtungssinn der Bewegung abgeben. Da auch bei einem vollständigen Absenkvorgang im klassischen Sinn bei einem Lastwechsel systembedingt ein Geschwindigkeitssprung zu spüren wäre, werden die Verzögerungszeiten bei einem Umschwenkvorgang von dem rekuperativen zum klassischen Absenken ebenso akzeptiert.A further challenge of this control arrangement lies in switching between recuperative and classic retraction of
In dem hydraulischen Antrieb 1 müssen zusätzliche Maßnahmen vorgesehen werden, um ein unkontrolliertes Absenken zu vermeiden. Grund hierfür ist der Einsatz der Druckablassventile 64 und 98, welche Druckspitzen bei sich ändernden Volumenstromvorgaben abschneiden bzw. verhindern und eine Druckbegrenzung der Leitung von dem Summierungsventil 62 übernehmen. Die Druckablassventile 64 und 98 übernehmen also eine Primärdruckbegrenzung als eine Art vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil in Verbindung mit dem Lastdruck-Melde-Druckbegrenzungsventil 58. Die Druckspitzen resultieren aus einer gegenüber dem Schließen von Ventilen langsameren Bewegung des Pumpenschwenkwinkels beim Zurückschwenken. Da beim rekuperativen Absenken der Hauptsteuerschieber 22 nicht bewegt wird und somit auch keine Steuerkannten geöffnet werden, kann sich kein Lastdruck in der Entlastungsleitung 32 ausbilden. Während des rekuperativen Absenkens erhöht sich jedoch der Druck in dem Pumpenkanal 48 auf den Wert des Lastdrucks, nachdem die Rohrbruchsicherungsventile 38 und 40 vollständig sowie das erste Bypassventil 46 geöffnet sind. Dadurch steigt der Druck auf der öffnenden Stirnfläche des Druckablassventils 64, welches dadurch vollständig öffnen kann, sobald der Lastdruck höher als das eingestellte Druckkraftäquivalent der Feder des Druckablassventils 64 ist. Dies würde ein unkontrolliertes und nicht steuerbares Absenkverhalten des Auslegers zur Folge haben, welches schon aus Sicherheitsgründen nicht toleriert werden kann.Additional measures must be provided in the hydraulic drive 1 in order to avoid uncontrolled lowering. The reason for this is the use of the
Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Offenbarung eine Verschaltung vorgeschlagen, welche im Wesentlichen aus einer Verbindung des Pumpenkanals 48 mit der Entlastungsleitung 32 des Auslegers sowie den Rückschlagventilen 50 und 56 und der Drossel 63 besteht. Ziel ist es, dass der an der Hydraulikmaschine 4 während des rekuperativen Absenkens anliegende Lastdruck auch in die gemeinsame Entlastungsleitung 32 sowie dem Summierungsventil 62 gemeldet und ebenso auf der Stirnfläche des Druckablassventils 64 in schließender Richtung anliegt. Da in diese Richtung auch die Vorspannkraft der Feder wirkt, verbleibt das Druckablassventil 64 in einem geschlossenen Zustand und es kann kein Volumenstrom unkontrolliert vom Ausleger in den Rücklaufkanal 30 fließen und die Geschwindigkeit bleibt durch die Hydraulikmaschine 4 steuerbar.For this reason, an interconnection is proposed in the present disclosure, which consists essentially of a connection of the
Das Rückschlagventil 56 verhindert einen Rückfluss von Arbeitsfluid aus der Lastmeldeleitung 32 in den Pumpenkanal 48, wo es über die Drossel 63 ansonsten auch in den Rücklauf 30 fließen und sich somit im Normalbetrieb kein Druck in der Lastmeldeleitung 32 aufbauen könnte. Die Drossel 63 dient dazu, mögliche Druckeinspannungen in dem Pumpenkanal 48 zu vermeiden und als eine Dämpfungsblende während des Druckaufbaus beim rekuperativen Absenken des Auslegers. Das Rückschlagventil 50 verhindert ein Fließen des Arbeitsfluids in den Pumpenkanal 48 während des normalen Betriebs der Anordnung (beispielsweise beim Heben des Auslegers) und somit eine Anhebung des Pumpendrucks auf Maximaldruck, sollte das System als ein eLS-System ausgeführt werden.The
Eine weitere Besonderheit dieser Steueranordnung besteht in der Verschaltung sowie Anordnung von Komponenten zum Schutz der Hydraulikmaschine 4. Dies ist notwendig, da bei Last- und Bewegungsänderungen Zustände auftreten können, die zu einer Kavitation am Druckeingang der Hydraulikmaschine 4 führen und diese somit schädigen können, da diese dafür nicht ausgelegt ist. Diese Kavitationszustände können dann auftreten, wenn beispielsweise eine schnelle Bewegungsumkehr vom schnellen Heben nach schnellem Absenken des Auslegers erfolgen soll. Da der Ausleger sehr träge ist, folgt er seiner Ansteuerung zeitverzögert und so kann beim Umschwenken der Hydraulikmaschine 4 bereits Arbeitsfluid aus dem Pumpenkanal 48 bzw. der Pumpenleitung 20 gesaugt werden, bevor die Verbraucherzylinder 44 ihre Bewegungsrichtung geändert haben und den Pumpenkanal 48 mit Arbeitsfluid füllen können.Another special feature of this control arrangement is the wiring and arrangement of components to protect the
Auch bei sich ändernden Lastverhältnissen tritt dieser Effekt auf, wie in der Beschreibung des Umschaltens vom rekuperativen zum klassischen Einfahren der Verbraucherzylinder 44 bereits erläutert wurde. Auch hier kann die Hydraulikmaschine 4 Arbeitsfluid aus dem Pumpenkanal 48 bzw. der Pumpenleitung 20 saugen, wenn das Werkzeug den Boden berührt und sich der Ausleger somit nicht weiter absenken kann. Die beiden hier beschriebenen Zustandsänderungen können zwar z.T. mit den Drucksensoren 53, 54 und 68 erfasst werden, jedoch besteht durch unterschiedliche Dynamiken von Ausleger, Druckaufbau und Schwenkwinkelverstellung immer die Gefahr der Kavitation vor allem im transienten Verhalten. Um vor allem in diesen transienten Bereichen die Hydraulikmaschine 4 zu schützen und Kavitation zu verhindern, kann über das Rückschlagventil 67 Arbeitsfluid aus dem hydraulischen Speicher 66 entnommen und in die Pumpenleitung 20 der Hydraulikmaschine 4 gefördert werden. Dies geschieht selbstständig, sobald der Druck in der Pumpenleitung 20 kleiner als der Druck in dem hydraulischen Speicher 66 ist.This effect also occurs when the load conditions change, as has already been explained in the description of the switchover from recuperative to conventional retraction of
Um den hydraulischen Speicher 66 zu füllen, werden die Sollwerte für die Öffnungsdrücke der beiden Druckbegrenzungsventile bzw. vorgespannte Rückschlagventile 72 und 73 gleichermaßen auf einen Wert erhöht, sodass der Rücklaufvolumenstrom aus dem Rücklaufkanal 30 durch das Rückschlagventil 70 den hydraulischen Speicher 66 soweit befüllen kann, bis der maximal vorgegebene Speicherdruck erreicht ist. Die Druckbegrenzungsventile 72 und 73 dienen der Vorspannung des Rücklaufkanals 30, wobei das Druckbegrenzungsventil 73 auf einen niedrigeren Wert als das Druckbegrenzungsventil 72 eingestellt ist, sodass ein großer Teil des Rücklaufvolumenstroms auf dem Weg zu dem Tank 74 den Filter 75 durchfließen kann. Steigt der Durchflusswiederstand über dem Filter 58 zu stark, öffnet das Druckbegrenzungsventil 72 und lässt den überschüssigen Volumenstrom zum Schutz des Filters 58 ungefiltert in den Tank 74. Der tatsächliche Speicherdruck kann dem Drucksensor 71 entnommen werden. Ist der Speicher 45 mit der notwendigen Menge Arbeitsfluid befüllt, können die Sollwerte für die Druckbegrenzungsventile 72 und 73 wieder auf ihre Standardwerte eingestellt werden. Die Ansteuerung der Druckbegrenzungsventile 72 und 73 kann mit einem von extern aufgeprägten Steuerdruck oder auch direkt elektrisch betätigt realisiert werden. Der Arbeitsfluidstrom für die Befüllung des hydraulischen Speichers 66 kann direkt aus den von den Verbrauchern in den Rücklaufkanal 30 zurückfließenden Volumenströmen oder, wenn diese nicht ausreichen bzw. nicht gegeben sein sollten, durch die Hydraulikpumpe 2 und/oder die Hydraulikmaschine 4 erfolgen.In order to fill the
Um dies zu realisieren, muss die Hydraulikpumpe über den eigentlichen Gesamtvolumenstrombedarf aller betätigten Verbraucher hinaus übersteuert werden, was sehr vorteilhaft bei sogenannten Flow Matching Systemen realisiert werden kann. Der von den Verbrauchern nicht benötigte Volumenstrom kann dann über die jeweiligen Druckablassventile 64 und/ oder 98 in den Rücklaufkanal 30 fließen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ansteuerung der Retarderventilsektion 76, in dem der Hauptsteuerschieber 78 in Richtung A angesteuert wird und der Volumenstrom über das nicht angesteuerte Druckbegrenzungsventil 82 in den Rücklaufkanal 30 fließen kann. Die beiden Anschlüsse A und B der Retarderventilsektion 76 sind dabei verschlossen. Bevor der Ausleger rekuperativ abgesenkt werden kann, muss der hydraulische Speicher 66 immer gefüllt sein. Dies ist mit dem Drucksensor 71 prüfbar.In order to achieve this, the hydraulic pump must be overridden beyond the actual total volume flow requirement of all actuated consumers, which can be realized very advantageously with so-called flow matching systems. The volume flow not required by the consumers can then flow into the
In erster Linie soll die Retarderfunktion die Funktionalität erfüllen, in dem Moment Energie dissipieren zu können, wenn aus Bewegungszuständen bzw. deren Änderungen Energie elektrisch zurückgewonnen, aber nicht in der Batterie zwischengespeichert werden kann. Das ist beispielsweise bei vollgeladener Batterie/ Akku 12 oder bei Defekten an der Batterie der Fall. Dies ist dann z.B. der Fall, wenn der Oberwagen in seiner Drehbewegung verzögert wird und die entstehende Energie nicht in den elektrischen Speicher/ Akku 12 eingespeist werden kann. Oder auch dann, wenn während des rekuperativen Absenkens die elektrische Energie nicht mehr aufgenommen werden kann, kann die Energie entsprechend durch den Retarder vernichtet werden. Durch den Hauptsteuerschieber 78 in der Retarderventilsektion 76 kann über die Zulaufblende in Richtung des Anschlusses A ein Volumenstrom bemessen und durch die Vorgabe des Öffnungsdrucks des Druckbegrenzungsventils 82 ein Lastdruck vorgegeben werden. Dies bewirkt eine zusätzliche hydraulische Leistung, welche durch die Hydraulikpumpe 2 bereitgestellt werden muss. Somit ist es möglich, die durch das rekuperative Senken des Auslegers zurückgewonnene Energie bzw. Leistung von der Hydraulikmaschine 4 direkt an die Hydraulikpumpe 2 zu übertragen, welche durch die Retardersektion dissipiert werden soll. Ähnlich verhält es sich mit der aus dem Drehwerk zurückgespeisten Leistung. Diese wird von dem Elektromotor 8 aufgenommen und durch die angeschlossene Antriebswelle 6 ebenso an die Hydraulikpumpe 2 weitergeleitet.First and foremost, the retarder function should fulfill the functionality of being able to dissipate energy at the moment when energy can be recovered electrically from states of motion or their changes, but cannot be temporarily stored in the battery. This is the case, for example, when the battery/
Zweite AusführungsformSecond embodiment
In den folgenden Ausführungsformen werden Bauteile, die identisch mit denen in der ersten Ausführungsform sind, nicht mehr detailliert beschrieben. Wenn die funktionalen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Bauteilen in den Ausführungsformen gleich sind, wird nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsformen eingegangen.In the following embodiments, components that are identical to those in the first embodiment will not be described in detail. If the functional relationships between the individual components are the same in the embodiments, only the differences between the individual embodiments will be discussed.
Die Volumenstromanforderung wird in diesem Kreis durch eine drehzahlvariable Steuerung des Elektromotors 8 erreicht, sodass in vielen Fällen bzw. Betriebszuständen während der Nutzung des Baggers eine bedarfsgerechte Versorgung erreicht werden kann. Der Vorteil liegt in einem effizienteren Betrieb, da die Hydraulikpumpe 2 immer mit ihrem maximalen Schluckvolumen arbeitet und auch in geringeren Kosten, da Hydraulikpumpen mit konstantem Schluckvolumen gegenüber Hydraulikpumpen mit variablem Schluckvolumen einen Kostenvorteil aufweisen.The volume flow requirement is achieved in this circuit by a speed-variable control of the
Dritte AusführungsformThird embodiment
Hierdurch kann eine bessere Anpassung einer optimalen Drehzahl für jeden einzelnen Steuerkreislauf erreicht werden, was durch eine gemeinsame Antriebswelle nicht in jeder Betriebssituation erreicht wird. Eine Summierung der Volumenströme innerhalb des Summierungsventils 62 ist weiterhin möglich, sodass die Hydraulikpumpen 2, 4 und vor allem die Elektromotoren 8, 102 kleiner in ihren Dimensionen ausfallen können als in der ersten Ausführungsform. Die Pumpen 16 und 18 zur Bereitstellung der Volumenströme für die Steuerdruckversorgung sowie für die Lenkung / Bremse verbleiben auf einer gemeinsamen Antriebswelle mit einer der Hydraulikpumpen. Im gezeigten Fall ist dies die Hydraulikmaschine 4 für den ersten Verbraucher, also den Ausleger. Möglich wäre jedoch auch die Anbindung der Pumpen 16 und 18 an die Antriebswelle 100 der Hydraulikpumpe 4 für die weiteren Verbraucher, also Stiel und Löffel.A better adjustment of an optimal speed for each individual control circuit can be achieved in this way, which is not achieved in every operating situation by a common drive shaft. A summation of the volume flows within the
Vierte AusführungsformFourth embodiment
Fünfte AusführungsformFifth embodiment
In dieser Variante werden die Steuerdruckpumpe 16 und die Pumpe 18 zur Versorgung von Lenkung und Bremse durch den separaten Elektromotor 106 angetrieben. Der Elektromotor 106 muss jedoch nicht zwangsläufig mit der Spannung des Zwischenkreises betrieben werden. Über einen zusätzlichen DC/DC-Wandler (nicht dargestellt) kann für die Versorgung des Inverters 108 auch eine deutlich niedrigere Spannung realisiert und somit auch günstigere Elektromotoren aus einem erweiterten Produktportfolio (beispielsweise 12V, 24 V oder 48 V) verwendet werden. Der Vorteil der Separierung der Versorgung der Antriebsleistung für Steuerdruck sowie Lenkung / Bremse liegt darin begründet, dass die Pumpen 16 und 18 nun nicht mehr ständig angetrieben werden, wenn die Hydraulikpumpen 2 und 4 angetrieben werden müssen. Hierdurch können Verlustleistungen vermieden werden, welche hauptsächlich aus Neutralumlaufstromverlusten in dem hydraulischen Antrieb resultieren. Eine weitere vorteilhafte Ergänzung kann in der Integration eines hydraulischen Speichers 110 in der Steuerdruckleitung gesehen werden. Hierdurch kann entsprechend hydraulische Energie gespeichert und der Hydraulikmotor bzw. die -pumpe 16 nur dann betrieben werden, wenn der Druck in dem hydraulischen Speicher 110 unter einen vorher festgelegten Mindestwert sinkt. Nur dann wird der Elektromotor 106 zugeschaltet und füllt den hydraulischen Speicher 110 wieder auf. Der Vorteil liegt hierin, dass die Pumpen 16 und 18 sowie der Elektromotor 106 nicht ständig in Betrieb sind und während sie im Betrieb sind jedoch in einem optimalen Arbeitsbereich betrieben werden können. Die Hydraulikpumpen 2 und 4 können in einer weiteren Ausprägung des Systems auch mit variablen Schwenkwinkeln realisiert werden.In this variant, the
Sechste AusführungsformSixth embodiment
Siebte AusführungsformSeventh embodiment
Achte AusführungsformEighth embodiment
Neunte AusführungsformNinth embodiment
Der hydraulische Antrieb 1 kann als ein LUDV-System (lastdruckunabhängiges Durchflussventil) ausgeprägt sein, aber auch theoretisch als jedes andere für Bagger gängige Hydrauliksystem, z.B. NC, ePC, bzw. für jede andere Pumpenstrategie vorliegen, z.B. VBO.The hydraulic drive 1 can be designed as an LUDV system (load-pressure-independent flow valve), but also theoretically as any other hydraulic system common for excavators, e.g. NC, ePC, or for any other pump strategy, e.g. VBO.
Die in dieser Offenbarung beschriebene Steueranordnung ist als LUDV-System ausgeführt und kann sowohl mit einem elektronischen eLS-Systemregler als auch als ein EFM-System betrieben werden. Grundsätzlich besteht natürlich auch die Möglichkeit, diese Steueranordnung als jedes andere bei einem Einsatz in Baggern denkbare drosselgesteuerte System auszuführen. Zudem können jeweils die Pumpenvolumenströme eines Kreises bzw. einer Pumpe in den jeweils anderen Kreis gefördert bzw. summiert werden.The control arrangement described in this disclosure is implemented as a LUDV system and can be operated with an electronic eLS system controller as well as an EFM system. In principle, of course, there is also the possibility of designing this control arrangement as any other throttle-controlled system conceivable when used in excavators. In addition, the pump volume flows of one circuit or one pump can be conveyed or added to the other circuit.
Sollte das System als ein EFM-System ausgelegt sein, kann theoretisch die Zulaufblende des Auslegerkreises vollständig geöffnet werden und der Volumenstrom kann verdrängergesteuert rein über die Pumpe vorgegeben werden. Dies hätte den Vorteil, dass über der Zulaufblende ein entsprechend niedriges Druckgefälle realisiert werden kann und somit die energetische Effizienz in diesen Zuständen verbessert wird.If the system is designed as an EFM system, the inflow orifice of the boom circuit can theoretically be opened completely and the volumetric flow can be set purely via the pump using displacement control. This would have the advantage that a correspondingly low pressure drop can be realized across the inlet orifice and thus the energetic efficiency in these states is improved.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- EP 3358201 A1 [0002]EP 3358201 A1 [0002]
- EP 2738397 B1 [0003]EP 2738397 B1 [0003]
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