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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebs.
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Technischer Hintergrund
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In jüngerer Zeit ist ein Hybrid-Drehbagger entwickelt worden, dessen Drehaufbau von einem elektrischen Antrieb, wie beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben wird, während ein Anbaugerät sowie ein Fahrgestell desselben von einem hydraulischen Antrieb angetrieben werden.
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Da die Drehung des Drehaufbaus eines derartigen Elektro-Drehbaggers durch den Elektroantrieb bewirkt wird, wird, selbst wenn der Drehaufbau gedreht wird und dabei ein Ausleger sowie ein Arm, die hydraulisch angetrieben werden, nach oben und nach unten bewegt werden, die Drehung des Drehaufbaus durch die Auf- und Ab-Bewegung des Auslegers und des Arms kaum beeinflusst. So kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Bagger, dessen Drehaufbau hydraulisch angetrieben wird, der Verlust im Steuerventil und dergleichen verringert werden, um so die Energieeffizienz zu verbessern.
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Da die meisten Bedienungspersonen an eine Bedienung des herkömmlichen Baggers gewöhnt sind, dessen Drehaufbau hydraulisch angetrieben wird, empfinden die Bedienungspersonen möglicherweise beim Betätigen ein bestimmtes Befremden aufgrund des Verhaltens eines derartigen elektrischen Drehbaggers, das sich von dem Drehverhalten des herkömmlichen Baggers unterscheidet. Dementsprechend besteht ein Bedarf danach, einen Bagger zu schaffen, der trotz des Unterschiedes im Antriebssystem des Drehaufbaus (d. h., elektrischer oder hydraulischer Antrieb) ein ähnliches Gefühl bei der Bedienung vermittelt.
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Angesichts des oben beschriebenen Problems ist ein Elektro-Drehbagger vorgeschlagen worden, bei dem ein Drehmoment-Strom-Befehl erzeugt wird, der einem Betätigungsmaß eines Steuerhebels beim Betätigen des Steuerhebels entspricht, ein Korrektur-Drehmoment-Strom-Befehl erzeugt wird, der dem Betätigungsmaß des Steuerhebels und einer Drehgeschwindigkeit des Drehaufbaus entspricht, und ein Antriebsbefehl auf Basis des Korrektur-Drehmoment-Strom-Befehls erzeugt wird, um das Bedienungsgefühl dem eines hydraulisch angetriebenen Baggers anzugleichen (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
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Bei einem anderen Bagger wird ein redundanter Steuerbefehl beim Betätigen eines Drehungs-Steuerhebels eines elektrischen Drehbaggers erzeugt, um eine Funktion eines Drehaufbaus entsprechend zu steuern (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
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Liste der Anführungen
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1 JP-A-2009-133161
- Patentdokument 2 JP-A-2008-248545
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Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Jedoch wird mit den in diesen Dokumenten offenbarten Methoden das Bedienungsgefühl der elektrischen Drehbagger dem eines herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Drehbaggers noch nicht ausreichend angeglichen.
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Das heißt, bei dem herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Drehbagger ist, wenn der Bagger beispielsweise nach rechts gedreht wird, ein Rechts-PPC-Druck (right pressure proportional control pressure) (d. h., Vorsteuerdruck), der entsprechend einer Neigung eines Steuerhebels erzeugt wird, einem Links-PPC-Druck in einem Dreh-Steuerkolben entgegengesetzt (d. h., rechts im Gegensatz zu links). Anders ausgedrückt, eine Kraft zum Bewegen des Dreh-Steuerkolbens wird durch den Rechts-PPC-Druck, der beim Drehen nach rechts erzeugt wird, durch den Links-PPC-Druck (Gegendruck) in der entgegengesetzten Richtung beeinflusst, und die Differenz wird als ein Ausgangs-PPC-Druck zu einem Steuerventil übertragen.
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Im Gegensatz dazu unterscheidet sich, da eine Drehung eines elektrischen Drehbaggers durch einen elektrischen Antrieb bewirkt wird, der unabhängig von einem hydraulischen Antrieb ist (d. h., ohne Einsatz des Dreh-Steuerkolbens), wenn von einem Drucksensor nur der Rechts-PPC-Druck erfasst wird, um einen Steuerbefehl zu erzeugen, das resultierende Bedienungsgefühl vollständig von dem bei einem herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Drehbagger.
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Des Weiteren ist eine Drehbewegung eines hydraulisch angetriebenen Drehbaggers bei niedrigen Temperaturen aufgrund der höheren Viskosität des Hydrauliköls langsamer als üblich. Wenn jedoch ein Steuerbefehl erzeugt wird, indem von einem Drucksensor lediglich der Rechts-PPC-Druck erfasst wird, ist das Bedienungsgefühl für eine Bedienungsperson, da die Drehbewegung schneller ist als erwartet, sehr befremdlich.
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Die oben beschriebenen Nachteile sind nicht auf einen Elektro-Drehbagger beschränkt, sondern treten desgleichen bei einem Hybrid-Anbaugerät auf, bei dem beispielsweise ein Ausleger oder ein Stiel mit einem elektrischen Antrieb angetrieben wird, und die übrigen Funktionen hydraulisch ausgeführt werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebs zu schaffen, die so eingerichtet ist, dass sie das gleiche Bedienungsgefühl wie das Bedienungsgefühl eines herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Anbaugerätes bei einem Hybrid-Anbaugerät schafft, bei dem ein Teil der Vorgänge von einem elektrischen Antrieb durchgeführt wird.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Eine Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebs gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist für einen elektrischen Antrieb bestimmt, der so eingerichtet ist, dass er eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegung durchführt, wobei die Steuervorrichtung eine Steuereinheit, die so eingerichtet ist, dass sie entsprechend der Vorwärts-Rückwärts-Bewegung des elektrischen Antriebs in einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung betätigt wird; eine Vorsteuerschaltung, die mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Vorsteuerschaltung entsprechend der Vorwärts-Betätigung oder der Rückwärts-Betätigung der Steuereinheit einen Vorwärts-Vorsteuerdruck oder einen Rückwärts-Vorsteuerdruck erzeugt; eine Differenzdruck-Erfassungseinheit, die einen Differenzdruck zwischen einem Vorsteuerdruck, der einer Betätigungsrichtung der Steuereinheit entspricht, und einem Vorsteuerdruck in einer Richtung entgegengesetzt zu der Betätigungsrichtung erfasst; eine Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung, die einen Steuerbefehl an den elektrischen Antrieb auf Basis des durch die Differenzdruck-Erfassungseinheit erfassten Differenzdrucks erzeugt, und eine Antriebs-Steuereinrichtung enthält, die eine Ansteuerung des elektrischen Antriebs auf Basis des durch die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung erzeugten Steuerbefehls steuert.
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Eine Steuervorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die Differenzdruck-Erfassungseinheit einen Vorwärts-Druckdetektor, der den Vorwärts-Vorsteuerdruck der Vorsteuerschaltung erfasst, einen Rückwärts-Druckdetektor, der den Rückwärts-Vorsteuerdruck der Vorsteuerschaltung erfasst, sowie einen Differenzdruck-Berechnungsabschnitt enthält, der einen Differenzdruck zwischen dem durch den Vorwärts-Druckdetektor erfassten Vorwärts-Vorsteuerdruck und dem durch den Rückwärts-Druckdetektor erfassten Rückwärts-Vorsteuerdruck berechnet.
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Vorteil/e der Erfindung
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Bei der Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird, da die Differenzdruck-Erfassungseinheit und die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung vorhanden sind, der Steuerbefehl anhand der Differenz zwischen dem Vorwärts-Vorsteuerdruck und dem Rückwärts-Vorsteuerdruck erzeugt, um das Ansteuern des elektrischen Antriebs anzusteuern. Dementsprechend kann der elektrische Antrieb angesteuert werden, während der Einfluss des in der Richtung entgegengesetzt zu der Betätigungsrichtung der Steuereinheit erzeugten Gegendrucks widergespiegelt wird, so dass das gleiche Betätigungsgefühl wie das eines herkömmlichen hydraulischen Antriebs erzeugt werden kann.
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Bei der Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebs gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung können, da die Differenzdruck-Erfassungseinheit den Vorwärts-Druckdetektor und den Rückwärts-Druckdetektor enthält, der Vorwärts-Vorsteuerdruck und der Rückwärts-Vorsteuerdruck entsprechend der Betätigungsrichtung der Steuereinheit erfasst werden, und der Differenzdruck kann leicht durch die Differenzdruck-Berechnungseinheit berechnet werden. So kann die Steuervorrichtung einfach in einer Steuervorrichtung (beispielsweise einem Inverter) zum Steuern eines elektrischen Antriebs ausgeführt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Seitenansicht, die eine Hybrid-Baumaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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2 ist ein Schema, das einen Gesamtaufbau der Hybrid-Baumaschine gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
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3 ist ein Schema, das einen Drehantrieb gemäß der beispielhaften Ausführungsform darstellt.
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4 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuerstruktur einer Dreh-Steuervorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
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5 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktion der Dreh-Steuervorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
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6A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Differenzdruck und einem Hebel-Betätigungsmaß gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
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6B ist ein weiteres Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Differenzdruck und einem Hebel-Betätigungsmaß gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
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7 ist ein Schema, das einen herkömmlichen hydraulischen Drehantrieb darstellt.
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Beschreibung der Ausführungsform/en
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Eine/mehrere Ausführungsform/en der Erfindung wird/werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1. Gesamtaufbau
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Ein Hybrid-Elektro-Drehbagger 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist, wie in 1 gezeigt, mit einem Drehaufbau 4 versehen, der auf einem Drehgestellrahmen eines Unterwagens 2 über einen Drehkranz 3 angebracht ist. Der Drehaufbau 4 wird von einem weiter unten beschriebenen Elektromotor gedreht, der in Eingriff mit dem Drehkranz 3 ist. Der Drehaufbau 4 ist mit einem Ausleger 6 versehen, der von einem Auslegerzylinder 5 angetrieben wird. Ein Stiel 8, der von einem Stiel-Zylinder 7 angetrieben wird, ist an einem Ende des Auslegers 6 vorhanden. Eine Schaufel 10, die von einem Schaufel-Zylinder 9 angetrieben wird, ist an einem Ende des Stiels 8 vorhanden.
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Es sollte klar sein, dass, obwohl der Drehaufbau der beispielhaften Ausführungsform von einem Elektromotor angetrieben wird, ein anderer Aufbau der Erfindung möglich ist. Das heißt, die Erfindung kann bei einem Elektro-Drehbagger mit Hybrid- bzw. Elektroantrieb eingesetzt werden, bei dem der Ausleger 6, der Stiel 8, die Schaufel 10 oder der Unterwagen 2 des Elektro-Drehbaggers 1 von einem Elektromotor angetrieben wird. Des Weiteren ist es, sofern ein Elektromotor für wenigstens eines der Antriebssysteme des Baggers eingesetzt wird, nicht notwendig, dass der Drehaufbau 4 von einem Elektromotor gedreht wird.
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2 zeigt einen Gesamtaufbau eines Antriebssystems des Elektro-Drehbaggers 1.
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Der Elektro-Drehbagger 1 enthält einen Verbrennungsmotor 11 (eine Antriebsquelle), eine Hydraulikpumpe 12 und einen Stromerzeugungsmotor 13.
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Der Verbrennungsmotor 11 treibt die Hydraulikpumpe 12 und den Stromerzeugungsmotor 13 an.
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Das Hydrauliksystem enthält ein Hydraulik-Steuerventil 14, den Auslegerzylinder 5, den Stiel-Zylinder 7, den Schaufel-Zylinder 9 sowie einen Betriebsmotor (running motor) 15, die von der Hydraulikpumpe 12 (Hydraulikquelle) angetrieben werden.
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Ein elektrisches Antriebssystem enthält einen Inverter bzw. Wechselrichter 16, einen Kondensator 17, eine Dreh-Steuervorrichtung 18 sowie einen Rotations-Elektromotor 19. Der Stromerzeugungsmotor 13, der Wechselrichter 16 und der Kondensator 17 dienen als Stromquelle des Rotations-Elektromotors 19.
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Diese Antriebssysteme können mittels einer Betätigung einer Bedienungsperson an einem Steuerhebel 20 angesteuert werden.
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Eine Pumpen-Steuereinrichtung (in 2 nicht dargestellt) ist für das hydraulische Antriebssystem vorhanden. Die Pumpen-Steuereinrichtung erzeugt einen Steuerbefehl auf Basis der Betätigung des Steuerhebels 20 und steuert einen Winkel der Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 12.
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Das elektrische Antriebssystem ist mit der oben beschriebenen Dreh-Steuervorrichtung 18 und einer Sollgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung 21 versehen.
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Die Sollgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung 21 stellt eine Sollgeschwindigkeit des Drehaufbaus 4 auf Basis einer Einstellung eines Kraftstoff-Einstellschalters 22, einer Einstellung eines Modus-Wählschalters 23 und eines Neigungswinkels des Steuerhebels 20 (der im Allgemeinen auch als Anbaugerät-Hebel zum Betätigen des Stiels 8 eingesetzt wird) ein und gibt die Sollgeschwindigkeit an die Dreh-Steuervorrichtung 18 aus. Der Kraftstoff-Einstellschalter 22 dient dazu, eine dem Verbrennungsmotor 11 zugeführte (eingespritzte) Menge an Kraftstoff zu steuern.
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Der Modus-Wählschalter 23 dient dazu, zwischen verschiedenen Funktionsmodi umzuschalten. Eine Betätigungsperson betätigt den Kraftstoff-Einstellschalter 22 und den Modus-Wählschalter 23 entsprechend den Betriebsbedingungen des elektrischen Drehbaggers 1.
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Der oben beschriebene Rotations-Elektromotor 19 ist mit einem Drehgeschwindigkeit-Sensor 24 versehen. Der Drehgeschwindigkeit-Sensor 24 erfasst eine Drehgeschwindigkeit des Rotations-Elektromotors 19. Die erfasste Drehgeschwindigkeit wird zu der Dreh-Steuervorrichtung 18 zurückgeführt.
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Die Dreh-Steuervorrichtung 18 führt eine Geschwindigkeitssteuerung mittels einer P-Steuerung (Proportionalsteuerung) unter Verwendung einer Geschwindigkeitsverstärkung K (Steuerverstärkung) auf Basis der Sollgeschwindigkeit des Drehkörpers 4, die durch die Sollgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung 21 eingestellt wird, und der durch den Drehgeschwindigkeits-Sensor 18 erfassten Drehgeschwindigkeit des Rotations-Elektromotors 19 durch, um einen Steuerbefehl für den Rotations-Elektromotor 19 zu erzeugen. In der beispielhaften Ausführungsform wandelt die Dreh-Steuervorrichtung 18, die als ein Wechselrichter ausgeführt ist, den Steuerbefehl in Strom- und Spannungswerte um, und gibt die Strom- und Spannungswerte an den Rotations-Elektromotor 19 aus und steuert so ein Ausgangsdrehmoment des Rotations-Elektromotors 19.
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Die Dreh-Steuervorrichtung 18 ist nicht auf einen Wechselrichter beschränkt, sondern kann jede beliebige Vorrichtung sein, sofern die Vorrichtung einen Befehl zum Ansteuern des Rotations-Elektromotors 19 mittels Schalter oder dergleichen bereitstellen kann.
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2. Detaillierter Aufbau von Steuerhebel 20
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Eine Vorsteuerschaltung 25 ist, wie in 3 gezeigt, mit dem Steuerhebel 20 (Steuereinheit der Erfindung) gemäß der beispielhaften Ausführungsform verbunden. Bei dem elektrischen Antriebssystem wird die Betätigung des Steuerhebels 20 über die Vorsteuerschaltung 25 zu der Dreh-Steuervorrichtung 18 übertragen.
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Die Vorsteuerschaltung 25 enthält eine Hydraulikpumpe 12 (Hydraulikquelle), ein Links-Vorsteuerventil 26, ein Rechts-Vorsteuerventil 27, eine Leitung 28, Drosselventile 29A, Rückschlagventile 29B, einen Vorratsbehälter 30, einen Links-Drucksensor 31 sowie einen Rechts-Drucksensor 32. Die von dem Links-Drucksensor 31 und dem Rechts-Drucksensor 32 erfassten Spannungssignale werden in die Dreh-Steuervorrichtung 18 eingegeben. Eine Vorsteuerpumpe ist für die oben beschriebene Hydraulikpumpe 12 vorhanden. Die Vorsteuerpumpe übt einen Vorsteuerdruck entsprechend dem Betriebszustand des Links-Vorsteuerventils 26 und des Rechts-Vorsteuerventils 27 entweder auf einen linken Teil oder einen rechten Teil der Leitung 28 aus. Es sollte klar sein, dass obwohl in dieser beispielhaften Ausführungsform die Hydraulikpumpe 12 als eine Vorsteuerpumpe (Hydraulikquelle) des Vorsteuerkreises 25 dient, unabhängig von der Hydraulikpumpe 12 eine Vorsteuerpumpe als eine Hydraulikquelle vorhanden sein kann.
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Es ist des Weiteren anzumerken, dass das Drosselventil 29A und das Rückschlagventil 29B jeweils an dem linken und dem rechten Teil der Leitung 28 an Positionen vorhanden sind, an denen Rohrverluste aufgrund des Durchmessers, der Länge und der Krümmung des Rohrs des linken Teils und des rechten Teils der Leitung 28 von den Vorsteuerventilen 26 und 27 ausgehend gleich werden, um den rechten und den linken Hydraulikleitungswiderstand auszugleichen.
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Des Weiteren kann, obwohl eine obere Leitung, die die Vorsteuerventile 26 und 27 verbindet, in 3 direkt zu dem Vorratsbehälter 30 geführt wird, ein Drosselventil, wie in 4 gezeigt, dem Vorratsbehälter 30 vorgelagert vorhanden sein.
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Das Links-Vorsteuerventil 26 und das Rechts-Vorsteuerventil 27 sind mit einem unteren Teil des Steuerhebels 20 verbunden. Wenn beispielsweise der Steuerhebel 20 nach links betätigt wird, wird das Links-Vorsteuerventil 26 gegen die an einer unteren Seite vorhandene Feder nach unten gedrückt, so dass die Leitung umgeschaltet wird und Drucköl, das von der Vorsteuerpumpe ausgestoßen wird, dem linken Teil der Leitung 28 zuführt. Das zugeführte Drucköl wird über das Drosselventil 29A an dem linken Teil der Leitung 28 und das Rückschlagventil 29B an dem rechten Teil der Leitung 28 aus dem Vorratsbehälter 30 abgeleitet. Da aufgrund der Zufuhr des Drucköls ein Vorsteuerdruck an dem linken Teil der Leitung 28 erzeugt wird und das Öl in dem rechten Teil der Leitung 28 über das Drosselventil 29A und das Rückschlagventil 29B fließt, wird ein Gegendruck in dem rechten Teil der Leitung 28 erzeugt.
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Wenn hingegen der Steuerhebel 20 nach rechts betätigt wird, wird das Rechts-Vorsteuerventil 27 ebenfalls nach unten gedrückt, um die Leitung umzuschalten, so dass das Drucköl dem rechten Teil der Leitung 28 zugeführt wird. Das zugeführte Drucköl wird über das Drosselventil 29A an dem rechten Teil der Leitung 28 und das Rückschlagventil 29B an dem linken Teil der Leitung 28 aus dem Vorratsbehälter 30 abgeleitet. Der Vorsteuerdruck wird an dem rechten Teil der Leitung 28 erzeugt, und der Gegendruck wird an dem linken Teil der Leitung 28 erzeugt.
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Das heißt, die Leitung 28 bildet einen geschlossenen Kreis von dem Links-Vorsteuerventil 26 zu dem Rechts-Vorsteuerventil 27, wobei sich der Druckzustand des linken Teils und des rechten Teils der Leitung 28 entsprechend dem Schaltzustand der Vorsteuerventile 26 und 27 ändert.
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Der Links-Drucksensor 31 erfasst den Druck in dem linken Teil der Leitung 28 und gibt den Druck in Form von Spannungssignalen an die Dreh-Steuervorrichtung 18 aus. Der Rechts-Drucksensor 32 erfasst den Druck im rechten Teil der Leitung 28 und gibt den Druck in Form von Spannungssignalen an die Dreh-Steuervorrichtung 18 aus.
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Diese Drucksensoren 31 und 32 können durch jeden beliebigen Drucksensor mit einer Membran gebildet werden, bei dem Verformung der Membran unter Verwendung einer Vorrichtung, die einen Dehnungsmesser, einen elektrostatischen Sensor, ein Potentiometer und dergleichen einschließt, in elektrische Signale umgewandelt werden kann.
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In dem Vorsteuerkreis 25 wird, wenn eine Bedienungsperson den Steuerhebel 20 in einer Richtung zum Drehen nach links betätigt, das Links-Vorsteuerventil 26 entsprechend einer Neigung des Steuerhebels 20 nach unten gedrückt. Dann wird entsprechend dem Maß, um das nach unten gedrückt wird, Drucköl von der Vorsteuerpumpe der Leitung 28 zugeführt und wird über den rechten Teil der Leitung 28 teilweise von dem Rechts-Vorsteuerventil 27 zu dem Vorratsbehälter 30 abgeleitet. Dabei wandeln der Links-Drucksensor 31 und der Rechts-Drucksensor 32 die erfassten Druckwerte in Spannungssignale um und geben sie an die Dreh-Steuervorrichtung 18 aus.
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3. Aufbau der Dreh-Steuervorrichtung 18
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4 ist ein Blockschaltbild, das Details der Dreh-Steuervorrichtung 18 der Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebs gemäß der beispielhaften Ausführungsform zeigt. Die Dreh-Steuervorrichtung 18 steht über eine CAN-Leitung (controller area network line) 34 mit einer Pumpen-Steuereinrichtung 33 zum Steuern eines Hydrauliksystems in Verbindung.
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Ein Links-Drucksensor 35 und ein Rechts-Drucksensor 36, die unabhängig von den oben erwähnten Drucksensoren 31 und 32 sind, sind in dem Vorsteuerkreis 25 vorhanden, um Betätigung an den Steuerhebel 20 zu übertragen. Die durch Drucksensoren 35 und 36 erfassten Druckwerte werden in Form von Spannungssignalen an die Pumpen-Steuereinrichtung 33 ausgegeben. Der Grund dafür ist, dass es notwendig ist, dass die Pumpen-Steuereinrichtung 33 den Antrieb der Vorsteuerpumpe steuert, um den Hydraulikdruck in dem Vorsteuerkreis 25 zu steuern.
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Dann werden die an die Pumpen-Steuereinrichtung 33 ausgegebenen Druckwerte über die CAN-Leitung 34 auch an die Dreh-Steuervorrichtung 18 ausgegeben.
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Die Dreh-Steuervorrichtung 18 enthält einen Differenzdruck-Berechnungsabschnitt 181, eine Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182, eine Antriebs-Steuereinrichtung 183 und einen Speicher 184.
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Der Differenzdruck-Berechnungsabschnitt 181 wandelt die Spannungssignale von dem Links-Drucksensor 31 und dem Rechts-Drucksensor 32 in Druckwerte um und berechnet einen Differenzdruck zwischen dem rechten und dem linken Teil der Leitung 28. Es sollte klar sein, dass obwohl bei dieser beispielhaften Ausführungsform eine Spannungs-Druckwert-Umwandlung durchgeführt wird, um die Signale und Daten des elektrischen Antriebssystems auf gleiche Weise wie die Signale und Daten des hydraulischen Antriebssystems zu verarbeiten, die Differenz auch lediglich auf Basis der Spannungssignale berechnet werden kann.
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Des Weiteren berechnet, wenn der Links-Drucksensor 31 oder der Rechts-Drucksensor 32 defekt ist, der Differenzdruck-Berechnungsabschnitt 181 den Differenzdruck auf Basis der von der Pumpen-Steuereinrichtung 33 über die oben beschriebene CAN-Leitung 34 eingegebenen Spannungssignale.
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Der durch den Differenzdruck-Berechnungsabschnitt 181 berechnete Differenzdruck wird an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182 ausgegeben.
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Die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182 erzeugt einen an den Rotations-Elektromotor 19 auszugebenden Steuerbefehl auf Basis des berechneten Differenzdrucks. Die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182 erzeugt, wie weiter unten ausführlich beschrieben, den Steuerbefehl durch Umwandeln des Differenzdrucks in ein Betätigungsmaß des Steuerhebels 20 unter Verwendung eines in dem Speicher 184 gespeicherten Kennfeldes, wobei dies weiter in einen Drehgeschwindigkeits-Steuerbefehl umgewandelt wird.
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Der durch die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182 erzeugte Steuerbefehl wird an die Antriebs-Steuereinrichtung 183 ausgegeben.
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Die Antriebs-Steuereinrichtung 183 wandelt den erzeugten Steuerbefehl in Strom- und Spannungswerte um und gibt die Strom- und Spannungswerte an den Rotations-Elektromotor 19 aus und steuert so einen Drehmomentausgang des Rotations-Elektromotors 19.
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4. Funktion von Dreh-Steuervorrichtung 18
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Eine Funktion der Dreh-Steuervorrichtung 18 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 5 beschrieben.
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Der Differenzdruck-Berechnungsabschnitt 181 wandelt die Spannungssignale von dem Links-Drucksensor 31 und dem Rechts-Drucksensor 32 in Druckwerte um (Schritt S1).
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Dann berechnet der Differenzdruck-Berechnungsabschnitt 181 den Differenzdruck zwischen dem rechten und dem linken Teil der Leitung 28 auf Basis der umgewandelten Druckwerte und gibt die berechneten Ergebnisse an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182 aus (Schritt S2).
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Die Feststellung dahingehend, ob der Steuerhebel 20 nach rechts oder links geschwenkt wird, wird beispielsweise getroffen, indem das Spannungssignal des Links-Drucksensors 31 von dem Spannungssignal des Rechts-Drucksensors 32 subtrahiert wird, wobei festgestellt wird, dass der Steuerhebel 20 nach rechts geschwenkt wird, wenn die Berechnungsergebnisse positiv sind, während festgestellt wird, dass der Steuerhebel 20 nach links geschwenkt wird, wenn die Berechnungsergebnisse negativ sind.
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Dabei wird, bevor der Differenzdruck in Schritt S2 berechnet wird, ein Fehlfunktionstest durchgeführt, um festzustellen, ob der Links-Drucksensor 31 und der Rechts-Drucksensor 32 einen normalen Bereich anzeigen. Darüberhinaus wird ein weiterer Fehlfunktionstest durchgeführt, um festzustellen, ob die Differenz zwischen den Spannungssignalen des Rechts-Drucksensors 32 und des Rechts-Drucksensor 36 oder die Differenz zwischen den Spannungssignalen des Links-Drucksensors 31 und des Links-Drucksensors 35 eine große Differenz (d. h., einen Wert, der auf oder über einem Schwellenwert für den normalen Bereich liegt) aufweist.
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Die Differenz betrifft hier einen Absolutwert des Ergebnisses der Subtraktion und des Rechts- und des Links-Druckwertes. Es sollte klar sein, dass die Subtraktion der von den jeweiligen Drucksensoren 31 und 32 ausgegebenen Spannungssignale durchgeführt werden kann und die Ergebnisse der Subtraktion ohne Subtraktion des Rechts- und des Links-Druckwertes in Druckwerte umgewandelt werden können.
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Die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182 wandelt den berechneten Differenzdruck in ein Betätigungsmaß des Steuerhebels 20 um (Schritt S3).
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Das heißt, das von den Drucksensoren 31 und 32 ausgegebene Spannungssignal nimmt im Wesentlichen linear zu, wenn das Betätigungsmaß (Neigungsmaß) des Steuerhebels 20 nach rechts oder links zunimmt.
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So wandelt der Differenzdruck-Berechnungsabschnitt 181 unter Bezugnahme auf das in dem Speicher 184 gespeicherte Kennfeld, in dem, wie in 6B gezeigt, der Differenzdruck und das Hebel-Betätigungsmaß verknüpft sind, den Differenzdruck in das Betätigungsmaß des Steuerhebels 20 um.
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Dann wandelt die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 182 das umgewandelte Hebel-Betätigungsmaß in den Drehgeschwindigkeits-Steuerbefehl um und gibt den Drehgeschwindigkeits-Steuerbefehl an die Antriebs-Steuereinrichtung 183 aus (Schritt S4).
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Die Antriebs-Steuereinrichtung 183 filtert den Drehgeschwindigkeits-Steuerbefehl beispielsweise mittels eines LPF (Schritt S5) und wandelt anschließend den Drehgeschwindigkeits-Steuerbefehl in Strom- und Spannungswerte um, um den Drehmomentausgang des Rotations-Elektromotors 19 zu steuern (Schritt S6). Es versteht sich, dass das Filtern unter Verwendung eines anderen Filters als eines LPF durchgeführt oder auch nicht durchgeführt werden kann.
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5. Drehung mittels herkömmlicher hydraulisch angetriebener Drehvorrichtung
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Ein Dreh-Hydraulikkreis einer herkömmlichen hydraulisch angetrieben Drehvorrichtung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Ein Verbrennungsmotor 101 treibt eine Hydraulikpumpe 102 und eine Vorsteuerpumpe 103 an.
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Die Hydraulikpumpe 102 ist über eine Druckleitung 104 mit einem Durchfluss-Steuerventil 105 verbunden. Das Durchfluss-Steuerventil 105 ist über Dreh-Antriebsleitungen 106A und 106B mit einem Hydraulik-Rotationsmotor 107 verbunden.
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Ein Steuerhebel 108 ist mit Vorsteuerventilen 109 und 110 verbunden. Die Vorsteuerventile 109 und 110 sind über eine Leitung 111A mit der Vorsteuerpumpe 103 verbunden. Es sollte klar sein, dass, obwohl bei dieser herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Dreh-Vorrichtung die Hydraulikpumpe 102 und die Vorsteuerpumpe separat vorhanden sind, die Hydraulikpumpe 102 selbst als eine Hydraulikquelle dienen kann.
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Das Vorsteuerventil 109 ist mit einem Betätigungsabschnitt 105B des Durchfluss-Steuerventils 105 über eine Vorsteuerleitung 112A verbunden. Das Vorsteuerventil 110 ist mit dem Betätigungsabschnitt 105B des Durchfluss-Steuerventils 105 über eine Vorsteuerleitung 113A verbunden.
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Die Hydraulikpumpe 102 ist mit einem Servomechanismus zum Steuern eines Taumelscheibenwinkels versehen.
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Der Servomechanismus wird durch einen Servokolben 114 und ein Steuerventil 115 gebildet. Ein Ende des Steuerventils 115 ist mit einer Leitung 116A verbunden, die von einer Druckleitung 104 der Hydraulikpumpe 102 abzweigt. Das andere Ende des Steuerventils 115 ist mit nachgelagerten Leitungen 117A und 117B des Durchfluss-Steuerventils 105 verbunden.
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Der Taumelscheibenwinkel der Hydraulikpumpe 102 wird durch einen Differenzdruck zwischen dem Förderdruck P1 der Hydraulikpumpe 102, der über die Leitung 116A eingeleitet wird, die von der Druckleitung 104 der Hydraulikpumpe 102 abzweigt, und einen Lastdruck LP1 reguliert, der über eine Leitung 118 eingeleitet wird, die mit den nachgelagerten Leitungen 117A und 117B verbunden ist.
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Das heißt, wenn P1 > LP1, wird das Steuerventil 115 an eine b-Position umgeschaltet. Dementsprechend strömt der Vorsteuerdruck von der Vorsteuerpumpe 103 in eine b-Kammer des Servokolbens 114, und der Vorsteuerdruck in einer a-Kammer wird zu einem Vorratsbehälter abgeleitet, so dass der Servokolben 114 nach rechts verschoben wird, um den Taumelscheibenwinkel der Hydraulikpumpe 102 zu verkleinern.
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Wenn hingegen P1 < LP1, wird das Steuerventil 115 an eine a-Position umgeschaltet. Dementsprechend strömt der Vorsteuerdruck von der Vorsteuerpumpe 103 in die a-Kammer des Servokolbens 114, und der Vorsteuerdruck in der b-Kammer wird zu dem Vorratsbehälter abgeleitet, so dass der Servokolben 114 nach links verschoben wird, um den Taumelscheibenwinkel der Hydraulikpumpe 102 zu vergrößern.
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Ein Einlassventil 120A ist in einer Leitung 119A angeordnet, die von der Dreh-Antriebsleitung 106A abzweigt. Des Weiteren ist ein Einlassventil 120B in einer Leitung 119B angeordnet, die von der Dreh-Antriebsleitung 106B abzweigt. Diese Einlassventile 120A und 120B sind mit einem Vorratsbehälter 121 verbunden. Die Einlassventile 120A und 120B saugen Öl aus dem Vorratsbehälter 121 an, so dass eine der Dreh-Antriebsleitungen 106A und 106B nicht entleert wird, wenn sich der Hydraulik-Rotationsmotor 107 im Ruhezustand befindet.
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Des Weiteren ist ein Ablassventil 123B in einer Leitung 122A angeordnet, die von der Dreh-Antriebsleitung 106A abzweigt.
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Weiterhin ist ein Ablassventil 123B in einer Leitung 122B angeordnet, die von der Dreh-Antriebsleitung 106B abzweigt. Diese Ablassventile 123A und 123B sind mit dem Vorratsbehälter 121 verbunden.
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Die Ablassventile 123A und 123B lassen einen im Inneren der Dreh-Antriebsleitungen 106A und 106B bei Betätigung, Beschleunigung des Hydraulik-Rotationsmotors 107 und dergleichen erzeugten Hochdruck ab, und leiten den Druck in den Vorratsbehälter 121 ab, um so Schaden an dem Hydraulik-Rotationsmotor 107 zu verhindern.
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Ein Dreh-Antrieb durch Hydraulik-Rotationsmotor 107 wird, wie im Folgenden beschrieben, durchgeführt.
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Wenn der Steuerhebel 108 zur Seite zum Drehen nach links geneigt wird, wird das Steuerventil 110 gegen eine Federkraft nach unten gedrückt, so dass ein Eingangsanschluss des Vorsteuerventils 110 in Verbindung mit der Leitung 111A gebracht wird, und der Vorsteuer-Hydraulikdruck in die Vorsteuerleitung 113A eingeleitet wird. Der in die Vorsteuerleitung 113A eingeleitete Vorsteuer-Hydraulikdruck wirkt auf den Betätigungsabschnitt 105B, so dass das Durchfluss-Steuerventil 105 in die b-Position geschaltet wird.
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Das von der Hydraulikpumpe 102 ausgestoßene Drucköl strömt über die Dreh-Antriebsleitung 106B in den Hydraulik-Rotationsmotor 107 und dreht den Hydraulik-Rotationsmotor 107 nach links.
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Wenn das Durchfluss-Steuerventil 105 an die b-Position umgeschaltet wird, wird das Öl in der Vorsteuerleitung 112A über das Vorsteuerventil 109 zu dem Vorratsbehälter abgeleitet. Dabei wird entsprechend dem Ölfluss ein Gegendruck in der Vorsteuerleitung 112A erzeugt. Daher ist der tatsächlich auf das Durchfluss-Steuerventil 105 wirkende Druck nicht der Vorsteuerdruck in der Vorsteuerleitung 113, sondern ein Druck, der ermittelt wird, indem der Gegendruck in der Vorsteuerleitung 112A von dem Vorsteuerdruck in der Vorsteuerleitung 113a subtrahiert wird.
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6. Vorteile der Ausführungsform/en
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Bei der in 7 gezeigten herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Drehvorrichtung wirkt, wie oben beschrieben, selbst wenn ein Vorsteuerdruck auf das Durchfluss-Steuerventil 105 ausgeübt wird, indem der Steuerhebel 108 geneigt wird, da ein entgegengesetzter Gegendruck auf das Durchfluss-Steuerventil 105 wirkt, nur ein Druck auf das Durchfluss-Steuerventil 105, der einer Differenz zwischen dem Vorsteuerdruck und dem Gegendruck entspricht.
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In der beispielhaften Ausführungsform wird, wie in 3 und 4 gezeigt, der Steuerbefehl an den Rotations-Elektromotor 19 auf Basis der Differenz zwischen den Vorsteuerdrücken im rechten und linken Teil des Vorsteuerkreises 25 erzeugt. Dementsprechend kann der Rotations-Elektromotor 19 bei ausgeglichenem Vorsteuerdruck ähnlich dem in der herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Dreh-Vorrichtung angetrieben werden. So findet eine Bedienungsperson, die an die herkömmliche hydraulisch angetriebene Dreh-Vorrichtung gewöhnt ist, die Bedienung nicht befremdlich.
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Des Weiteren nimmt die Viskosität von Öl in dem Vorsteuerkreis bei niedriger Temperatur zu. Daher verringert sich bei der herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Dreh-Vorrichtung, selbst wenn der Steuerhebel 108 stark geneigt wird, die Verschiebung des Durchfluss-Steuerventils 105, und daher wird die Drehgeschwindigkeit des Hydraulik-Rotationsmotors 107 nicht so stark erhöht. Das heißt, die Drehbewegung nimmt bei niedrigen Temperaturen ab.
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Beim Einsatz der Dreh-Steuervorrichtung 18 der beispielhaften Ausführungsform kann ein ähnliches Bedienungsgefühl wie das der herkömmlichen hydraulisch angetriebenen Dreh-Vorrichtung auch bei niedrigen Temperaturen erreicht werden.
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Industrielle Einsatzbarkeit
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Die Erfindung eignet sich zum Einsatz bei Hybrid-Anbaugeräten und Baumaschinen, bei denen ein Teil des Antriebssystems elektrisch angetrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektro-Drehbagger
- 2
- Unterwagen
- 3
- Drehkranz
- 4
- Drehaufbau
- 5
- Ausleger-Zylinder
- 6
- Ausleger
- 7
- Stiel-Zylinder
- 8
- Stiel
- 9
- Schaufel-Zylinder
- 10
- Schaufel
- 11
- Verbrennungsmotor
- 12
- Hydraulikpumpe
- 13
- Stromerzeugungsmotor
- 14
- Hydraulik-Steuerventil
- 15
- Betriebsmotor
- 16
- Wechselrichter
- 17
- Kondensator
- 18
- Dreh-Steuervorrichtung
- 19
- Elektromotor
- 20
- Steuerhebel
- 21
- Sollgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung
- 22
- Treibstoff-Einstellschalter
- 23
- Modus-Wählschalter
- 24
- Drehgeschwindigkeit-Sensor
- 25
- Vorsteuerkreis
- 26
- Links-Vorsteuerventil
- 27
- Rechts-Vorsteuerventil
- 28
- Leitung
- 29A
- Drosselventil
- 29B
- Rückschlagventil
- 30
- Vorratsbehälter
- 31
- Links-Drucksensor
- 32
- Rechts-Drucksensor
- 33
- Pumpen-Steuereinrichtung
- 34
- CAN-Leitung
- 35
- Links-Drucksensor
- 36
- Rechts-Drucksensor
- 101
- Verbrennungsmotor
- 102
- Hydraulikpumpe
- 103
- Vorsteuerpumpe
- 104
- Druckleitung
- 105
- Durchfluss-Steuerventil
- 105B
- Betätigungsabschnitt
- 106A
- Dreh-Antriebsleitung
- 106B
- Dreh-Antriebsleitung
- 107
- Hydraulik-Rotationsmotor
- 108
- Steuerhebel
- 109
- Vorsteuerventil
- 110
- Vorsteuerventil
- 111A
- Leitung
- 112A
- Vorsteuerleitung
- 113A
- Vorsteuerleitung
- 114
- Servokolben
- 115
- Steuerventil
- 116A
- Leitung
- 117A
- vorgelagerte Leitung
- 117B
- vorgelagerte Leitung
- 118
- Leitung
- 119A
- Leitung
- 119B
- Leitung
- 120A
- Einlassventil
- 120B
- Einlassventil
- 121
- Vorratsbehälter
- 122A
- Leitung
- 122B
- Leitung
- 123A
- Ablassventil
- 123B
- Ablassventil
- 181
- Differenzdruck-Berechnungsabschnitt
- 182
- Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
- 183
- Antriebs-Steuereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-133161 A [0007]
- JP 2008-248545 A [0007]
