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1. TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der hydraulischen Betätigungssysteme.
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Darüber hinaus ist dieses System vom selbstanpassenden Typ.
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Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung auch auf pneumatische Systeme anwendbar sind.
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In der vorliegenden Beschreibung kann der Begriff „hydraulisch“ in jeder Hinsicht als Synonym für den Begriff „öldynamisch“ betrachtet werden.
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Es ist allgemein bekannt, dass Systeme mit hydraulischer (oder pneumatischer) Betätigung üblicherweise auch zum Heben und Senken von Betriebsgewichten von beträchtlicher und variabler Größe verwendet werden.
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Das in der vorliegenden Erfindung beschriebene System ist in der Lage, einen relevanten Bruchteil der aus dem Absenken von Betriebsgewichten rückgewinnbaren Energie zu akkumulieren und ihn dann für das Betätigungssystem für die nächste Hebephase verfügbar zu machen. Auch bei Änderung des Betriebsgewichts durch die Selbstanpassung an die Betriebsdruckwerte, die sich mit der Zeit entsprechend der Veränderung der Betriebslast selbst ändern.
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Die Akkumulation und die Rückführung der Energie erfolgt durch die Kompression bzw. die Expansion einer festen Gasmenge in einem Akkumulator, vorteilhafterweise vom ölpneumatischen Typ, dessen Betriebsdruck sich an den aktuellen Öldruck der hydraulischen Aktuatoren anpasst, die das Absenken und Heben der Betriebslast steuern. Auf diese Weise wird nicht die Menge des Gases im ölpneumatischen Speicher verändert, sondern nur sein Volumen.
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Ein typisches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind hydraulische Hebekräne, Hydraulikbagger und alle anderen hydraulisch betriebenen Hebemaschinen, bei denen der Betriebsablauf häufige Hebe- und Senkmanöver von Betriebslasten umfassen kann, die sich von Manöver zu Manöver ändern können, wie z. B. der Ausleger eines Baggers, der bekanntlich Schaufeln mit variablem Gewicht vertikal bewegen kann, oder große Abbruchscheren mit hydraulischer Steuerung.
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Weitere typische Anwendungen der vorliegenden Erfindung sind Betätigungssysteme, die in Energiefeldern konservativer Art arbeiten, wie z.B. die Beschleunigung und Abbremsung großer Massen variabler Art, wie im Fall der Schwenkung des Auslegers eines Baggers.
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2. STAND DER TECHNIK
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Auf dem Gebiet der hydraulischen Betätigungssysteme ist es in Ermangelung von Vorrichtungen zur Energierückgewinnung bekannt, dass während des Absenkens einer Betriebslast hydraulische Steuerventile das kontrollierte Ablassen eines Ölstroms ermöglichen, der von den für das Heben und Senken zuständigen hydraulischen Stellantrieben ausgeht.
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Drucköl wird durch die Kräfte aufgrund der Betriebslast betrieben, die sich im Fall eines Baggers im Wesentlichen aus dem Gewicht des Auslegers und dem Gewicht der angehobenen Last zusammensetzt.
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Da sich die Betriebslast von angehobener Last zu angehobener Last, in der gleichen Maschine oder von Maschine zu Maschine ändern kann, abhängig vom getragenen Werkzeug oder vom angehobenen Gewicht, ändert sich auch der Druck des Drucköls entsprechend.
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Die Steuerung des Ölstroms ist ein Schlüsselfaktor für die Steuerung des Hebevorgangs und insbesondere des Senkvorgangs, und im Allgemeinen erfolgt während des Senkens ein solcher Steuerungsvorgang im Wesentlichen durch Laminierung des Öls, das durch die Hubzylinder in den Senksteuerventilen gedrückt wird.
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Durch die Laminierung wird der Druck des Öls, bevor es in den Öltank der Maschine zurückfließt, von dem von den Zylindern eingestellten Wert auf den Wert des Öltanks reduziert, d.h. der relative Druck ist gleich Null. Folglich wird die gesamte Energie des aus den Zylindern austretenden Öls in Wärme umgewandelt und geht anschließend verloren.
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Mit anderen Worten, die gesamte Energie, die zum Heben einer Betriebslast aufgewendet wird, wird in eine Erwärmung des Öls umgewandelt und daher nicht nur unbrauchbar gemacht, sondern es wird folglich weitere Energie benötigt, um das Öl selbst abzukühlen.
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Bei anderen weiter entwickelten Systemen wurde versucht, zumindest einen Teil der Energie zurückzugewinnen.
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Tatsächlich kann bei Vorhandensein von Energierückgewinnungsvorrichtungen ein Teil der theoretischen Energie, die mit der Senkung der Betriebslast verbunden und gleich der Änderung der potentiellen Energie ist, teilweise durch Kompression eines elastischen Mittels in einem Akkumulator gespeichert werden, wobei der Akkumulator die gespeicherte Energie ganz oder teilweise zurückgeben kann.
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Das elastische Mittel kann beispielsweise eine mechanische Feder sein, die einem Hydraulikzylinder zugeordnet ist, oder ein Gasspeicher oder jede andere Vorrichtung, die Energie speichern kann.
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Der Hauptnachteil der derzeit verwendeten Energierückgewinnungssysteme besteht darin, dass die vom Akkumulator zurückgewinnbare Energiemenge von der Energie abhängt, die aus dem hydraulischen Kreislauf stammt und vom Akkumulator selbst aufgenommen werden kann, mit anderen Worten von der Tatsache, dass der Druck des Öls der Hubzylinder tatsächlich ausreichend höher sein kann als der Druck, der im Inneren des Akkumulators während der gesamten Phase der Energierückgewinnung selbst erzeugt wird.
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Folglich ist zu verstehen, dass, wenn der Druck im Akkumulator während der Absenkphase über den Öldruck in den Zylindern ansteigen sollte, ein Akkumulieren nicht mehr möglich ist, und umgekehrt, wenn der Druck im Akkumulator weit unter dem Druck in den Zylindern während des Absenkvorgangs bliebe, würde die zurückgewonnene Energie geringer als das Maximum der rückgewinnbaren Energie sein, da sie für ein bestimmtes Volumen an angesammeltem Öl ohnehin proportional zum Ansammlungsdruck ist, der, wie gesagt, niedriger als der Betriebsdruck in den Hubzylindern ist.
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Da sich der Öldruck in den Zylindern während der Absenkphase aus verschiedenen Gründen ändern kann, wie z. B. die variable geometrische Konfiguration der Absenkvorrichtung, aber vor allem der Wert der Betriebslast (es genügt zu denken, dass der Ausleger eines Baggers je nach Arbeitsgang Werkzeuge mit sehr unterschiedlichem Gewicht tragen kann), ist es nach dem Stand der Technik nicht möglich, den Druck innerhalb des Akkumulators entsprechend dem Druck des Öls der Zylinder während des Absenkens zu optimieren.
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Folglich wird nach dem Stand der Technik, um zu verhindern, dass der erste der beiden beschriebenen Umstände eintritt, der zu einem Anhalten oder jedenfalls Kontrollverlust des Absenkvorgangs führen würde, zu bevorzugen, dass der Druckbereich im Akkumulator mit der daraus resultierenden Reduktion der rückgewinnbaren Energie reduziert wird.
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Eine solche Einschränkung kann die Bequemlichkeit der Verwendung eines solchen Energierückgewinnungssystems gefährden, es sei denn, der Druck des Akkumulators wird von Zeit zu Zeit zu Beginn des Absenkvorgangs ad hoc fein eingestellt. Eine solche Feinabstimmung wäre jedoch nach dem Stand der Technik praktisch nicht durchführbar, da sie eine Änderung der Federvorspannung bzw. der Gasfüllmenge erfordern würde, was bei der Arbeit einer Arbeitsmaschine absolut unpraktisch ist. Tatsächlich würde dieser Vorgang zusammen mit der Arbeitsausrüstung eine Druckgasquelle mit einem höheren Druck als dem maximalen Arbeitsdruck erfordern, um beispielsweise Gas zum Akkumulator zu übertragen, wann immer der tatsächliche Druck im Akkumulator niedriger wäre als der aktuell benötigte, wobei Gas, das bei zu hohem Druck im Vergleich zum tatsächlichen Bedarf offensichtlich in die Atmosphäre freigesetzt werden würde und folglich verloren geht.
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Mit anderen Worten wäre der Akkumulator ein Einwegverbraucher von komprimiertem Gas, was die Anwendung unpraktisch machen würde.
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3. ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Daher besteht das Hauptziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Einstellen des Anfangsdrucks innerhalb eines Akkumulators, des vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, ölpneumatischen Typs, in Übereinstimmung mit dem aktuellen Wert des Betriebslast bereitzustellen.
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Eine solche automatische Anpassung bzw. Abstimmung des Drucks innerhalb des Akkumulators ermöglicht die maximale Rückgewinnung der Energie, die während des Senkvorgangs der Betriebslast zur Verfügung gestellt wird, auch für den Fall, dass sich die Betriebslast infolge geänderter Betriebsbedingungen der berücksichtigten Arbeitsmaschine ändern würde.
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Übrigens kann jede Art von Arbeitsmaschine zum Heben und Senken von Arbeitslasten aus der vorliegenden Erfindung unter dem Profil der Energieeffizienz Nutzen ziehen.
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Figurenliste
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Zum besseren Verständnis dieser Erfindung werden nachstehend einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die nicht als einschränkende Beispiele anzusehen sind, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren:
- 1. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung, die das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist, angewandt auf eine Arbeitsmaschine (im dargestellten Fall einen Bagger); und
- 2. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, dem Hauptziel der vorliegenden Erfindung.
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5. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zum Zwecke der Beschreibung und Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird, wenn auch nicht unbedingt und ohne Einschränkung der Gültigkeit dieser Erkenntnis, auf das Gebiet der Hydraulikbagger verwiesen. Ebenso kann auf verschiedene Konfigurationen verwiesen werden, die diese innovative Methode der selbstanpassenden Rückgewinnung von hydraulischer Energie verkörpern und umsetzen können.
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In 1 ist mit 1 in seiner Gesamtheit ein Bagger bezeichnet, der mit einem Ausleger 11 versehen ist, dessen erstes Ende schwenkbar mit dem Hauptrahmen des Baggers selbst verbunden ist. Der Ausleger 11 trägt an seinem anderen Ende die sogenannte angehobene Last, die ein Löffel oder, in dem in 1 gezeigten Fall, eine hydraulische Schere sein kann, die bis zu 10 Tonnen wiegen kann, und je nach Arbeitszyklus möglicherweise durch ein anderes Gerät mit einem ganz anderen Gewicht ersetzt werden muss.
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Der Ausleger 11 wird in seiner Position von einem oder mehreren hydraulischen Zylindern 12 gesteuert.
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Das gesamte Gewicht des verwendeten Werkzeugs (Löffel, Hydraulikschere usw.) bildet zusammen mit dem Gewichtsanteil des Auslegers (der nicht direkt auf dem Baggerrahmen, sondern auf den Betätigungszylindern ruht) die so genannte „Betriebslast“ 111.
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Gemäß der gegenwärtigen Praxis erfolgt das Anheben der Betriebslast 111 durch Zuführen des von einer motorisierten Pumpe unter Druck gesetzten Öls zu der unteren Kammer der Hydraulikzylinder 12.
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Die Absenkung der Betriebslast 111 erfolgt durch einen kontrollierten Ölabfluss über geeignete Absenkventile, in denen der Öldruck von dem durch die Betriebslast 111 erzeugten Wert auf den Wert des Öltanks (in 1 nicht dargestellt) reduziert wird, der im Wesentlichen dem atmosphärischen Druck entspricht.
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Eine solche Druckreduzierung des Öls erfolgt durch Laminierung desselben durch den Durchgang in sehr engen Öffnungen innerhalb der Absenksteuerventile mit dem daraus resultierenden Gesamtverlust der relativen Energie, die im Wesentlichen der Änderung der potentiellen Energie der Betriebslast 111 beim Absenken von der hohen Position in die niedrige Position entspricht.
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Aus energetischer Sicht wird solche Energie in Wärme abgebaut, was auch ein Problem des Wärmemanagements und der Wärmeableitung aufwirft.
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Mathematisch ausgedrückt, beträgt die Energie, die für das Heben aufgewendet werden muss, W x (H2-H1), wenn W das Gewicht der Betriebslast 111 und H1 und H2 die Höhe des Schwerpunkts der Betriebslast 111 in der oberen bzw. unteren Position sind.
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Wie im einleitenden Teil dieser Beschreibung bereits erwähnt, geht diese Energie bei Maschinen ohne Energierückgewinnungssysteme tatsächlich vollständig während der Absenkphase verloren, wohingegen sie bei Maschinen mit Rückgewinnungssystemen nach dem Stand der Technik nur sehr wenig zurückgewonnen wird. Die Manöver des Hebens und Senkens sind in der Regel sehr häufig bei Hubmaschinen, und insbesondere bei der in dieser Beschreibung betrachteten Art, wo solche Manöver im Gesamtarbeitszyklus der Maschine die vorherrschende Ursache für den Energieverbrauch darstellen.
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Da die Vorgänge des Hebens und Senkens einer Betriebslast in einem konservativen Kräftefeld stattfinden, ist die beim Senken potenziell rückgewinnbare Energie theoretisch gleich derjenigen, die für das weitere Heben bei gleicher Betriebslast und gleichen Höhenunterschieden erforderlich ist.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Annäherung an einen solchen Zustand durch die Akkumulation und die Rückgewinnung statt des Verlusts einer relevanten Rate der während der Absenkphase zur Verfügung gestellten Energie und der Rückgabe dieser Energie während der nächsten Hebemanöver.
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Zur Erläuterung des theoretischen Prinzips der vorliegenden Erfindung wird stets auf 1 verwiesen, in der eine erste Ausführungsform der Betätigung einer hydraulischen, selbstanpassenden Vorrichtung 100 vorgestellt wird.
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In der in 1 gezeigten Ausführung umfasst die Hydraulikvorrichtung 100 einen hydraulischen Hilfsheber 13, einen ölpneumatischen Akkumulator 14 und ein Steuerventil 15 für die Steuerung des ölpneumatischen Akkumulators 14.
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Wie im Folgenden näher erläutert wird, umfasst eine besondere Ausführungsform die Integration des hydraulischen Hilfshebers 13 in die hydraulischen Stellantriebe 12.
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Auch der hydraulische Hilfsheber 13 wird zum Heben und Senken des Auslegers 11 und damit der Betriebslast 111 verwendet.
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Ein solcher hydraulischer Hilfsheber 13 ist mit einer unteren Kammer 132 und einem Arbeitsschaft 131 ausgestattet (1).
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Beim Akkumulator 14 ist an einem ersten Ende ein erster Gleitkolben 141 und am anderen Ende ein zweiter Gleitkolben 142 angeordnet.
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Die zwischen den beiden Kolben 141, 142 definierte Kammer 143 ist mit einer gegebenen Menge an inertem vorkomprimiertem Gas wie Stickstoff gefüllt, während die Volumina des Akkumulators außerhalb der Kolben 142 und 141 bzw. 145 und 144 jeweils mit der Kammer 132 des hydraulischen Hilfshebers 13 und zu dem Steuerventil 15 verbunden sind, welches das Öl zu der Kammer 144 des Akkumulators 14 zuführen oder von dieser abführen kann, um den Anfangsdruck Po des Gases in der Kammer 143 gemäß einem voreingestellten Drucksollwert zu regeln, der sich auf die tatsächliche Betriebslast 111 bezieht, wie nachstehend besser erläutert wird.
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Der vorliegenden Erfindung nach kann in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform die Betriebslast zwischen den hydraulischen Stellgliedern 12 und dem hydraulischen Hilfsheber 13 derart aufgeteilt werden, dass während des Absenkvorgangs der Betriebslast 111 der hydraulische Hilfsheber 13 ein Ölvolumen Vh in die Kammer 145 mit nachfolgender Kompression des Gases in der Kammer 143 vom Druck Po pumpt, der der Druck zu Beginn des Absenkvorgangs ist, bis zum Druck Ph, um so eine Energiemenge zu speichern, die Vh x (Ph-Po) entspricht. Idealerweise sollte, um das Maximum der beim Absenken verfügbaren Energie W x (H2 - H1) wiederzugewinnen, der Hilfshydraulikheber 13 die Gesamtmenge der Betriebslast 111 aufnehmen, und Ph sollte gleich dem Druck sein, der die Betriebslast 111 ausgleicht.
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Bei gegebenen Abmessungen des Hilfshydraulikhebers 13 und Akkumulators 14, sollte, falls sich aus irgendwelchen Gründen die Betriebslast 111 ändern sollte, wie zum Beispiel im Fall des Austauschs des von dem in 1 gezeigten Ausleger 11 getragenen Werkzeugs durch ein leichteres, auch der Po entsprechend reduziert werden, um trotzdem das Volumen Vh aus dem Zylinder 13 mit maximal möglichem Druck aufnehmen zu können.
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Auf diese Weise kann der Nachteil vermieden werden, dass Ph höher als der Gleichgewichtsdruck der Betriebslast 111 sein kann und dann in einem solchen Fall das Absenkmanöver nicht abgeschlossen werden könnte.
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Umgekehrt sollte im Fall des Austauschs des von dem in 1 gezeigten Ausleger 11 getragenen Werkzeugs durch ein schwereres folglich auch der Po erhöht werden, um auch den Betriebsdruck Ph und zusammen damit die rückgewinnbare Energie Vh x (Ph-Po) zu maximieren und folglich die von der Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) während des nächsten Hebemanövers zu liefernde Energie zu minimieren.
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Um die Energie zu maximieren, die in dem Akkumulator 14 während der Absenkphase gespeichert werden kann, könnte ein System, wie zuvor gesehen, darin bestehen, die Menge an Inertgas innerhalb der Kammer 143 des Akkumulators 14 einzustellen, aber dies wäre, wie zuvor gesehen, teuer, sperrig und daher absolut nicht praktikabel.
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Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Gasmenge innerhalb der Kammer 143 des Akkumulators 14 konstant gehalten, während der Betriebsdruck Po automatisch auf die Betriebslast 111 abgestimmt wird, indem das Anfangsvolumen Vo des Gases mittels Regulierung des Ölvolumens in der Kammer 144 verändert wird.
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Daher wird der Wert des Betriebsdrucks in der Kammer 132 des Hilfshebers 13 als Eingangssignal verwendet, um das Steuerventil 15 mittels einer ersten Steuerleitung 150 (1) zu steuern.
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Zu Beginn der Absenkphase sind ein erster Druck P1 (der Druck in den unteren Kammern der Hydraulikzylinder 12, der sich aus dem tatsächlichen Wert der Betriebslast ergibt) sowie ein zweiter Druck Po (der tatsächliche Druck in den Kammern 132 und 143 des Hydraulikzylinders 13, dessen Stange sich in seiner äußeren Position befindet) bekannt.
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Beide Drücke werden durch geeignete Sensoren (nicht gezeigt) von einer elektronischen Einheit 170 (1) für die Steuerung des Steuerventils 15 überwacht. Außerdem ist das Steuerventil 15, zweckmäßigerweise vom Proportionaltyp, Teil eines hydraulischen Kreislaufs, der eine (nicht gezeigte) hydraulische motorisierte Pumpe umfasst, und dergestalt, dass es kleine Ölmengen zu bzw. aus der Kammer 144 liefert oder abgibt.
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Wenn sich herausstellt, dass der Druck Po bei einem gegebenen Wert von P1 zu Beginn des Absenkens des Auslegers niedriger ist als derjenige, der einen berechneten Enddruck Ph bei vollständigem Absenken der Betriebslast 111 erzeugt, so dass P1 immer noch sehr hoch ist, aktiviert die elektronische Einheit 170 das Steuerventil 15, um Öl in ausreichender Menge in die Kammer 144 zu liefern, um sicherzustellen, dass der Enddruck Ph in der Kammer 144 ausreichend hoch ist, damit der Druck P1 bei vollständigem Absenken des Auslegers 11 ausreichend niedrig oder nahe Null ist
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Wenn umgekehrt der Druck Po, immer für einen gegebenen Wert von P1, höher ist als der Wert, der einen berechneten Enddruck Ph erzeugt, der sich beim vollständigen Absenken der Betriebslast 111 ergibt, so dass P1 gleich Null oder negativ wird, aktiviert die elektronische Einheit 170 das Steuerventil 15, um Öl aus der Kammer 144 in ausreichender Menge abzulassen, um sicherzustellen, dass der Enddruck Ph in der Kammer 144 angemessen reduziert wird und am Ende des Absenkens des Auslegers 11 den Druck P1 nicht auf Null bringt.
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Offensichtlich bestimmen die Ablesungen von P1 und Po ganz zu Beginn des Absenkvorgangs prinzipiell die Einstellung der Ölfüllung in der Kammer 144 und damit den Druck Po.
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Beim nächsten Anheben wirkt der Öldruck in der Kammer 143 über die Kammer 132 auf den Hilfsheber 13 und nimmt fortschreitend vom Wert Ph zum Wert Po ab, solange der Heber ausfährt, und erreicht einen Endwert, abhängig vom Hubweg derselben, jedenfalls positiv ist.
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Manöver zum Anheben und Absenken werden zwangsläufig durch die Zylinder 12 gesteuert, während der Heber 13 diesen Manövern folgt, um eine Energierate während des Absenkens zu akkumulieren und sie während des Anhebens zurückzugeben. Je höher diese Rate ist, desto effektiver ist die Energierückgewinnung.
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Immer dann, wenn ein Anheben viel länger als das unmittelbar vorhergehende Absenken wäre, würde der Heber natürlich eine Energiemenge liefern, die höher ist als die während des vorherigen Absenkens angesammelte, und umgekehrt. Auf diese Weise werden das Volumen der Kammer 144 und Po angepasst, ohne auf die Menge des Inertgases in der Kammer 143 einzuwirken.
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Da eine mit dem Heben und Senken von Lasten betraute Arbeitsmaschine, wie ein bereits genannter Bagger 1, unter dynamischen Bedingungen arbeitet, ist es nicht zweckmäßig, die Energieakkumulation beim Senken über eine bestimmte Grenze hinaus zu erhöhen, da sich sonst die Beschleunigungen der Arbeitslast verringern würden, insbesondere in der Nähe der Reichweite der Gleichgewichtsdrücke.
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Daher wird die Rückgewinnung der Energie aus Gründen der Dynamik und Produktivität der Maschine nicht integral durchgeführt, um mehr operative Spielräume für Steuerungen zu lassen.
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Wie bereits oben erwähnt, kann auch aus praktischen und fertigungstechnischen Gründen der Hilfshydraulikzylinder 13 zweckmäßigerweise, wenn auch nicht notwendigerweise, in die Hydraulikzylinder 12 integriert werden, wie im Folgenden erläutert wird.
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Zusammenfassend besteht das erfindungsgemäße Prinzip darin, während des Absenkens der Betriebslast 111 ein Volumen an Drucköl in einem ölpneumatischen Speicher 14 zu speichern, der durch eine feste Menge an Inertgas gekennzeichnet ist und dessen Vorladedruck Po vor Beginn des Speichervorgangs automatisch in Abhängigkeit von den Schwankungen der Betriebslast 111, d.h. den Schwankungen des Öldrucks in den Hubzylindern 12, so eingestellt wird, dass die maximale hydraulische Energie, die durch das Absenken der Betriebslast 111 verfügbar wird, gespeichert wird.
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Dadurch wird der durchschnittliche Druck des hydraulischen Akkumulators während der Akkumulationsphase maximiert.
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Die Einstellung des Drucks Po der Vorladung des ölpneumatischen Akkumulators 14 erfolgt durch Änderung des für das Gas in der Kammer 143 verfügbaren Volumens durch die Änderung des Volumens der Ölkammer 144, die durch Hinzufügen oder Abziehen von Öl in der Kammer mittels des Steuerventils 15 erreicht wird.
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Das Pilotsignal für die Einstellung des Drucks Po könnte vorteilhafterweise auch der Betriebsdruck P1 innerhalb der Hydraulikzylinder 12 sein, wobei der Betriebsdruck während des letzten Hebemanövers mittels einer zweiten Steuerleitung 160 (1) abgelesen wird.
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Die automatische Einstellung des Anfangsdrucks erfolgt nach dem Kriterium, das vollständige Absenken der Betriebslast 111 zu ermöglichen, ohne die Senkgeschwindigkeit unter einen betriebsoptimalen Wert zu verlangsamen.
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Wie zuvor gesagt wurde, kann zweckmäßigerweise, aber nicht notwendigerweise mindestens ein Teil einer hydraulischen Ausrüstung 1000 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (2) in die Hydraulikzylinder 12 integriert werden.
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Insbesondere kann, gemäß dem, was in der zweiten Ausführungsform von 2 gezeigt wurde, der Hilfsheber 13 innerhalb der Hydraulikzylinder 12 integriert werden.
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Daher ist, wie in 2 gezeigt, die Stange 121 des Hydraulikzylinders 12 hohl, ebenso wie der Kolben 1212, der eine Längsbohrung aufweist, um eine zylindrische Kammer 1211 zu bilden, die unten zur Kammer 122 hin offen ist und oben durch einen Kanal 1215 mit der Kammer 145 des Akkumulators 14 verbunden ist.
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In der zylindrischen Kammer 1211 befindet sich ein Kolben 1213, dessen axiale Position sowohl beim Ausfahren als auch beim Zurückfahren der Stange 121 durch eine Stange 1214 fixiert wird, die fest mit dem Boden 1221 der Kammer 122 des Hydraulikzylinders 12 verbunden ist. Zwischen dem Kolben 1213 und dem oberen Ende der zylindrischen Kammer 1211 ist ein Ölvolumen Vp eingeschlossen.
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Während der Phase des Absenkens der Betriebslast 111 bewegen sich die Stange 121 und der Kolben 1212 in der Kammer 122.
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Infolgedessen verringert sich das Volumen Vp und das darin enthaltene Öl wird in die Kammer 145 des Akkumulators 14 gepumpt, wodurch das Gas der Kammer 143 vom anfänglichen Druck Po bis zum Druck Ph komprimiert wird und somit eine Energie akkumuliert wird, die im Wesentlichen dem Ergebnis der mathematischen Multiplikation des gepumpten Volumens mit dem Anstieg des Pumpendrucks entspricht.
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Während der Hubphase fährt die Stange 121 unter der Wirkung des vom Hydrauliksystem (nicht dargestellt) erzeugten Drucks P1 der Hubsteuerung aus dem Zylinder 12 heraus, wodurch sich das Volumen Vp auch unter der Wirkung des Drucks des aus der Kammer 145 des Akkumulators zurückgeführten Öls vergrößert, und dies infolge des Drucks des dort enthaltenen und unter Druck stehenden Inertgases. Die Vergrößerung des Volumens Vp unter der Wirkung des Drucks in der Kammer 1211 gibt die akkumulierte Energie an das System zurück.
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Es sind viele andere Ausführungen von Akkumulatoren möglich, beispielsweise vom Typ Diaphragma oder Membran oder vereinfachte Versionen der in 1 gezeigten, bei denen die Kammer 145 sowohl Öl aus der Kammer 132 als auch aus dem Steuerventil 15 erhält, die auf jeden Fall, zusammen mit dem beschriebenen Beispiel, das Prinzip teilen, den Anfangsdruck des inerten Gases im Inneren durch ein eingeleitetes Ölvolumen im Verhältnis zum Arbeitsdruck der Hubzylinder zu ändern, wie er beim letzten Hebevorgang festgestellt wurde, und ohne die Menge des komprimierbaren Gases zu ändern.
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Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Verhältnis zwischen der Energie, die beim Absenken einer bestimmten Betriebslast akkumuliert wird, und der Gesamtenergie, die zum Heben der besagten Betriebslast erforderlich ist, auf der Grundlage einer Optimierung der Energieeinsparung erfolgt, ohne die Funktionalität und die Produktivität der Maschine zu beeinträchtigen
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Der Lösungsgegenstand der vorliegenden Erfindung aktualisiert automatisch eine solche Optimierung, wenn sich die Betriebslast 111 ändert.
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Es wird sowohl für die Energierückgewinnung als auch für die schnelle Reaktion der Maschine als optimal angesehen, wenn das Verhältnis zwischen der akkumulierten Energie und der für den Hebevorgang aufgewendeten Gesamtenergie um einen Wert zwischen 0,65 und 0,75 liegt.
