DE202014006861U1

DE202014006861U1 - Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE202014006861U1
Application number: DE201420006861
Authority: DE
Original assignee: Hohenloher Spezial Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Hohenloher Spezial Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2014-12-01
Anticipated expiration: 2024-08-23

Abstract

Arbeitsmaschine mit einer Basis (21), einem gelenkig an der Basis angebrachten Hauptarm (22), einem gelenkig am Hauptarm angebrachten Wipparm (23), einem hydraulischen Hubzylinder (25) zum Schwenken des Hauptarms relativ zur Basis, und einem hydraulischen Wipparmzylinder (1, 100) zum Schwenken des Wipparms relativ zum Hauptarm, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubzylinder (25) eine zum Schwenken des Hauptarms mit Hydraulikdruck beaufschlagte Wirkfläche enthält, die hydraulisch so angeschlossen ist, dass bei einer Betätigung des Wipparmzylinders (1, 100) Hydraulikflüssigkeit in den Hubzylinder hinein verdrängt oder aus dem Hubzylinder aufgenommen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Gliederkran wie er beispielsweise zum Laden und Manipulieren von Holz im Forstbereich eingesetzt wird.
Ein Gliederkran weist typischerweise eine Basis wie beispielsweise eine drehbare Säule auf, sowie einen Hauptarm und einen Wipparm, der an der Kranspitze einen Arbeitskopf wie beispielsweise einen Greifer trägt. Der Hauptarm ist an seinem einen Ende gelenkig an der Säule angebracht und mittels eines hydraulischen Hubzylinders im Winkel relativ zur Säule verstellbar. Der Wipparm ist am anderen Ende des Hauptarms gelenkig angebracht und über einen hydraulischen Wipparmzylinder im Winkel relativ zum Hauptarm verstellbar.
Oft ist der Hubzylinder hydraulisch nur einfach wirkend angeschlossen. Er wird nur auf einer Seite seines Kolbens mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Dort wird zum Heben des Hauptarms Hydraulikflüssigkeit zugeführt, die zum Senken wieder abgelassen wird. Der Wipparmzylinder ist dagegen typischerweise als Differentialzylinder mit zwei Wirkflächen ausgeführt und hydraulisch doppelwirkend angeschlossen. Beide Seiten seines Kolbens können mit Druck beaufschlagt werden. Der zur Ansteuerung beider Zylinder verwendete Mehrfach-Wegeventilblock wird typischerweise von einer einzigen Druckquelle versorgt.
Bei horizontaler Bewegung der Kranspitze werden beide Zylinder gleichzeitig betätigt. Dabei wird dem einen Zylinder hydraulische Leistung zugeführt, während am anderen Zylinder Leistung beim Ablauf der Hydraulikflüssigkeit durch Drosselung in Wärme gewandelt wird. Dies ist energetisch unbefriedigend.
Zur Lösung dieses Problems schlägt US 6,681,818 B2 ein System vor, bei dem der Hubzylinder ebenfalls als Differentialzylinder ausgebildet ist und ein zweiter Wipparmzylinder vorgesehen ist, der hydraulisch parallel zum Hubzylinder angeschlossen ist und bei Bewegung des Wipparms Hydraulikflüssigkeit in den Hubzylinder verdrängt, was den Hauptarm mitbewegt. Damit kann eine sogenannte Parallelführung, d. h. eine im Wesentlichen lineare, typischerweise horizontale Bewegung der Kranspitze erreicht werden.
Allerdings erfordert diese Lösung aufwendige Modifikationen an der Kranstruktur, um den zweiten Wipparmzylinder anbringen zu können. Sie ist daher teuer.
Energetisch unbefriedigend ist bei typischen Kranen auch das Absenken des Hauptarms, bei dem Hydraulikflüssigkeit unter Drosselung aus dem Hubzylinder abgelassen wird, wodurch Lageenergie des Krans in Wärme gewandelt wird. Zur Lösung dieses Problems schlägt WO 97/16371 die Verwendung eines weiteren Hubzylinders vor, der mit einem hydraulischen Gasdruckspeicher verbunden ist. Beim Absenken des Hauptarms fördert der weitere Hubzylinder Hydraulikflüssigkeit in den Gasdruckspeicher, von wo sie später zur Unterstützung beim Heben des Hauptarms wieder verwendet wird. Aber auch diese Lösung zur Rekuperation der Lageenergie erfordert an üblichen Kranen aufwendige konstruktive Maßnahmen, um den weiteren Hubzylinder anbringen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine wie beispielsweise einen Gliederkran zu schaffen, die mit einfachen konstruktiven Maßnahmen energieeffizient betrieben werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine nach Anspruch 1. Bei dieser Arbeitsmaschine sind Wipparmzylinder und Hubzylinder hydraulisch so miteinander gekoppelt, dass auf einfache Weise eine energieeffiziente Parallelführung des Armsystems der Arbeitsmaschine möglich ist.
Nach Anspruch 2 ist der Wipparmzylinder ein Hydraulikzylinder, der mindestens die drei im Anspruch angegebenen Wirkflächen und damit mehr als die zwei Wirkflächen eines üblichen Differentialzylinders aufweist. So stellt er die Funktionen mehrerer Hydraulikzylinder in einem einzelnen Zylinder bereit. Er lässt sich hydraulisch wie mehrere einfach oder doppelt wirkende Hydraulikzylinder ansteuern, erfordert zur Befestigung an der Arbeitsmaschine jedoch nur die gleichen Vorkehrungen wie ein einzelner Hydraulikzylinder. Diese Arbeitsmaschine kann daher die Funktionen zweier einfach oder doppelt wirkender Wipparmzylinder mit einem einzigen Wipparmzylinder erfüllen.
In der Ausgestaltung nach Anspruch 3 weist der Hydraulikzylinder vier Wirkflächen auf und bietet damit die gleichen Funktionen wie zwei einzelne Differentialzylinder.
In der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist der Wipparmzylinder so mit dem Hubzylinder gekoppelt, dass die Parallelführung des Armsystems der Arbeitsmaschine einfach möglich ist.
In der Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist ein Hydrotransformator vorgesehen, der die Hydraulikkreise des Wipparmzylinders und des Hubzylinders miteinander koppelt. So kann als Wipparmzylinder ein gewöhnlicher Differenzialzylinder eingesetzt und dennoch eine Parallelführung des Armsystems ermöglicht werden.
Die genannten Ausgestaltungen ermöglichen also eine Parallelführung, ohne dass dafür ein zusätlicher Wipparmzylinder am Armsystem angebracht werden müsste.
Die Ausgestaltung der Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen 6 bis 8 weist den Vorteil auf, dass die Parallelführung mittels eines Umschaltventils ein- oder ausgeschaltet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Arbeitsmaschine nach Anspruch 9. Bei dieser Arbeitsmaschine ist der Hubzylinder mit einem hydraulischen Druckspeicher, beispielsweise einem hydraulischen Druckgasspeicher verbunden. Er dient der Rekuperation von Energie beim Abfließen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hubzylinder. Zur Steuerung des Hubzylinders ist ein Wegeventil vorhanden. Ein Hydrotransformator trennt das Hydrauliksystem auf Seiten des Wegeventils von dem auf Seiten des Hubzylinders und des Druckspeichers. So lässt sich der Hubzylinder sowohl mit dem Druckspeicher als auch mit dem Wegeventil verbinden und die Rekuperation von Energie wird möglich, ohne dass zwei Hubzylinder am Hauptarm angebracht werden müssen.
In der Ausgestaltung nach Anspruch 10 weist der Hydrotransformator zwei Hydromotoren auf, deren Wellen miteinander gekoppelt sind. Dies ergibt eine besonders kompakte Bauform.
Die Ausgestaltung der Arbeitsmaschine nach Anspruch 11 weist den Vorteil auf, dass die für den Hubzylinder zu beachtenden Druckgrenzwerte auf einfache Weise eingehalten werden.
Anspruch 12 betrifft die Kombination der verschiedenen Aspekte der Erfindung in einer einzigen Arbeitsmaschine.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung, wenn sie gemäß Anspruch 13 bei einem Gliederkran, insbesondere einem Forstkran eingesetzt wird. Gerade bei Forstkranen stellen horizontale Bewegungen der Kranspitze ein häufiges Bewegungsmuster dar und die Parallelführung senkt die dafür notwendige Energie. Jedoch soll unter einem Kran hier nicht nur ein solcher verstanden werden, der ausschließlich dem Greifen, Heben und Manipulieren von Lasten dient. Denn die Kranspitze kann nicht nur mit einem Greifer sondern auch mit beispielsweise einer Baggerschaufel oder einem Fällkopf bestückt sein, wobei die Arbeitsmaschine dann ein Bagger oder ein Holzvollernter ist. Bei allen diesen Arbeitsmaschinen ermöglicht die Erfindung auf einfache Weise eine hydraulische Parallelführung, bei der die Kranspitze mit geringem Energieaufwand horizontal bewegt werden kann, und eine Minimierung des Energiebedarfs bei Hubbewegungen mittels Rekuperation von Lageenergie.
Auch das Merkmal des Anspruchs 14 ist für einen energieeffizienten Betrieb der Arbeitsmaschine vorteilhaft.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt
1 einen Hydraulikzylinder,
2 einen Gliederkran mit dem Hydraulikzylinder nach 1 zur Parallelführung des Krans entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 einen Gliederkran mit einem Hydrotransformator zur Parallelführung des Krans entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Hydraulikanlage eines Gliederkrans mit einem Hydrotransformator und einem hydraulischen Druckspeicher zur Rekuperation von Lageenergie entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 einen Gliederkran mit einer Kombination der Merkmale der 2 und 4 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 einen Gliederkran mit einer Kombination der Merkmale der 3 und 4 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
7 eine Variante eines Gliederkrans mit einer Kombination der Merkmale der 3 und 4 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht zu jeder Figur erneut erläutert.
In 1 ist ein Hydraulikzylinder aus einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Der Hydraulikzylinder 1 weist ein Zylinderrohr 2 auf, dessen eines Ende mit einem Boden 3 verschlossen ist und an dessen anderem Ende eine Buchse 4 angebracht ist. In Längsrichtung beweglich im Zylinderrohr 2 ist ein Kolben 5 angeordnet, der eine dem Boden 3 zugewandte erste Wirkfläche 6 und eine der Buchse 4 zugewandte zweite Wirkfläche 7 aufweist und den Innenraum des Zylinderrohrs 2 in eine erste Kammer zwischen der ersten Wirkfläche 6 und dem Boden 3 und eine zweite Kammer zwischen der zweiten Wirkfläche 7 und der Buchse 4 teilt. Am Kolben 5 ist eine Kolbenstange 8 angebracht, die durch die Buchse 4 hindurch und von dieser geführt aus dem Zylinderrohr 2 austritt.
Die Kolbenstange 8 weist einen zylindrischen Hohlraum 9 koaxial zum Innenraum des Zylinderrohrs 2 auf. Dort wo die Kolbenstange 8 am Kolben 5 angebracht ist, wird der Hohlraum 9 von einer dritten Wirkfläche 10 des Kolbens 5 begrenzt. Der Kolben 5 ist mit einer zum Zylinderrohr 2 koaxialen Bohrung 11 versehen, die ihn von der ersten 6 zur dritten Wirkfläche 10 durchsetzt.
Am Boden 3 ist eine ebenfalls zum Zylinderrohr 2 koaxiale Säule 12 angebracht, die durch die Bohrung 11 des Kolbens 5 hindurch in den Hohlraum 9 der Kolbenstange 8 eintritt. Innerhalb des Hohlraums 9 ist die Säule 12 mit einer kolbenartig gestalteten Platte 13 verbunden, die den Hohlraum 9 in eine dritte Kammer zwischen der dritten Wirkfläche 10 und der Platte 13 und eine vierte Kammer zwischen der Platte 13 und einer vierten Wirkfläche 14 teilt.
Der Kolben 5 kann entlang des Zylinderrohrs 2 und der Säule 12 gleiten. Ebenso kann die Kolbenstange 8 entlang der Buchse 4 und der Platte 13 gleiten. Die aneinander gleitenden Flächen sind gegen Übertritt von Hydraulikflüssigkeit von einer zur anderen der vier Kammern gedichtet.
Der Boden 3 und die Kolbenstange 8 sind jeweils mit einem Gelenkkopf 15, 16 versehen.
Der Hydraulikzylinder 1 weist einen mit der ersten Kammer verbundenen ersten Hydraulikanschluss 17 zum Beaufschlagen der ersten Wirkfläche 6 mit Hydraulikflüssigkeit, einen mit der zweiten Kammer verbundenen zweiten Hydraulikanschluss 18 zum Beaufschlagen der zweiten Wirkfläche 7 mit Hydraulikflüssigkeit und einen mit der dritten Kammer verbundenen dritten Hydraulikanschluss 19 zum Beaufschlagen der dritten Wirkfläche 10 mit Hydraulikflüssigkeit auf. Zu diesem Zweck sind der Boden 3 und die Säule 12 mit einem eingebohrten Kanal 20 versehen, der vom dritten Hydraulikanschluss 19 in die dritte Kammer führt. Die vierte Kammer ist mit einem nicht dargestellten vierten Anschluss versehen.
Der Hydraulikzylinder 1 ist also mit vier Wirkflächen versehen und kann damit die Funktionen zweier parallel angebrachter je doppelt wirkender Zylinder (Differentialzylinder) erfüllen. Dabei benötigt er jedoch lediglich einen einzigen Gelenkanschluss an jedem Ende und lässt sich daher unkompliziert an Arbeitsmaschinen anbringen, die keine weiteren Gelenkanschlüsse aufweisen.
Eine solche Arbeitsmaschine ist in 2 dargestellt. Sie stellt einen als Forstkran verwendbaren Gliederkran nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Der Kran weist eine Säule 21 als Basis auf, an der gelenkig ein Hauptarm 22 angebracht ist. Am Hauptarm 22 ist wiederum gelenkig ein Wipparm 23 angebracht, der an der Kranspitze einen Arbeitskopf 24, hier einen Greifer für Holz trägt.
Ein hydraulischer Hubzylinder 25 verstellt den Winkel zwischen Säule 21 und Hauptarm 22, um den Hauptarm 22 schwenkend zu heben oder zu senken. Ein Wipparmzylinder 1, bei dem es sich um den Hydraulikzylinder 1 nach 1 handelt, verstellt den Winkel zwischen Wipparm 23 und Hauptarm 22 und schwenkt so den Wipparm. Der Hubzylinder 25 ist hydraulisch einfach wirkend angeschlossen. Er weist eine Wirkfläche mit einem einzigen Hydraulikanschluss 26 auf, der mit einem ersten Wegeventil 27 hydraulisch verbunden ist. Der Wipparmzylinder 1 ist hydraulisch doppelwirkend angeschlossen, indem zwei unterschiedlich wirkende seiner Hydraulikanschlüsse, hier sein erster und sein zweiter Hydraulikanschluss 17, 18 mit einem zweiten Wegeventil 28 verbunden sind. Beide Wegeventile 27, 28 sind mit der gleichen hydraulischen Druckquelle beziehungsweise Pumpe P und dem gleichen Abfluss zum Tank T für Hydraulikflüssigkeit verbunden.
Ein Umschaltventil 29 verbindet einen weiteren der Hydraulikanschlüsse des Hydraulikzylinders 1, hier den dritten Hydraulikanschluss 19 wahlweise mit entweder einem gleichwirkenden der beiden differenzial angeschlossenen Hydraulikanschlüsse 17, 18 des Wipparmzylinders 1, hier dem Anschluss 18, oder mit dem Hydraulikanschluss 26 des Hubzylinders 25.
In der dargestellten Stellung des Umschaltventils 29, in der der dritte Hydraulikanschluss 19 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 18 verbunden ist, verhält sich der Kran wie ein konventioneller Kran ohne Parallelführung, da die beiden Hydraulikanschlüsse 18 und 19 auf gleich wirkende Wirkflächen, nämlich die zweite und die dritte Wirkfläche des Hydraulikzylinders 1 führen. Nach Umschalten des Umschaltventils 29 und Verbindung des dritten Hydraulikanschlusses 19 des Wipparmzylinders 1 mit dem Hydraulikanschluss 26 des Hubzylinders 25 verhält sich der Kran dagegen wie ein Kran mit Parallelführung, bei dem die Kranspitze mit dem Arbeitskopf 24 vom Wegeventil 28 gesteuert weitgehend horizontal bewegt werden kann. Beim Schwenken des Wipparms 23 unter Bewegung der Kranspitze zur Basis 21 hin verdrängt der Hydraulikzylinder 1 von seiner dritten Wirkfläche Hydraulikflüssigkeit, die aus dem dritten Hydraulikanschluss 19 über das Umschaltventil 29 in den Hubzylinder 25 strömt. Dadurch hebt sich der Hauptarm 22 etwas an. Dies kompensiert die vom Wipparm alleine bewirkte abwärts gerichtete Bewegungskomponente der Kranspitze und erzeugt die Parallelführung. Bei der umgekehrten Bewegung strömt Hydraulikflüssigkeit aus dem Hubzylinder 25 zurück zur dritten Wirkfläche des Hydraulikzylinders 1.
Der vierte Hydraulikanschluss des Hydraulikzylinders ist in diesem Ausführungsbeispiel ungenutzt.
Als differenzial wirkende Anschlüsse des Hydraulikzylinders 1 müssen nicht unbedingt der erste und der zweite Anschluss 17, 18 mit dem zweiten Wegeventil 28 verbunden sein. Auch muss als weiterer Hydraulikanschluss des Hydraulikzylinders 1 nicht unbedingt der Anschluss 19 mit dem Hubzylinder 25 verbunden sein. Je nachdem, welche beiden differenzial wirkenden Hydraulikanschlüsse des Hydraulikzylinders 1 mit dem Wegeventil 28 verbunden sind, ist ein solcher weiterer Hydraulikanschluss des Hydraulikzylinders 1 zur Verbindung mit dem Hubzylinder 25 auszuwählen, aus dem Hydraulikflüssigkeit beim Schwenken der Kranspitze zur Basis 21 hin in den Hubzylinder 25 verdrängt werden kann, um die Parallelführung zu erzeugen.
3 zeigt einen Gliederkran nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Er unterscheidet sich vom Kran nach 2 dadurch, dass der mit vier Wirkflächen versehene Wipparmzylinder 1 hier durch einen konventionelleren Wipparmzylinder 100 ersetzt ist, der als hydraulischer Differentialzylinder mit zwei in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Wirkflächen ausgeführt ist. Er weist einen ersten und einen zweiten Hydraulikanschluss 117, 118 auf, durch die die jeweiligen Wirkflächen mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Der Wipparmzylinder 100 ist hydraulisch doppelt wirkend angeschlossen, indem seine beiden Hydraulikanschlüsse 117, 118 entsprechenderweise mit den Anschlüssen a, b des zweiten Wegeventils 28 verbunden sind.
Um auch mit dem Gliederkran nach 3 eine Parallelführung zu ermöglichen, weist er einen Hydrotransformator 200 mit einer ersten Hydromaschine 201 und einer zweiten Hydromaschine 202 auf, die mechanisch gekoppelt sind. Insbesondere sind sie Hydromotoren, deren Wellen miteinander gekoppelt sind und die auch als Pumpe arbeiten können, so dass jeweils einer als Motor arbeitend den anderen als Pumpe arbeitenden antreibt. Die erste Hydromaschine 201 ist in die Leitung eingefügt, die den Anschluss b des zweiten Wegeventils 28 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 118 des Wipparmzylinders 100 verbindet, und wird von Hydraulikflüssigkeit durchströmt, die zwischen diesen beiden Anschlüssen b, 118 fließt. Die zweite Hydromaschine 202 ist in eine Leitung eingefügt, die den Tank T für Hydraulikflüssigkeit mit dem Umschaltventil 29 verbindet, das diese Leitung wahlweise weiter mit entweder demjenigen Anschluss der ersten Hydromaschine 201, der auch mit dem Wegeventil 28 verbunden ist, oder mit dem Hydraulikanschluss 26 des Hubzylinders verbindet.
In der dargestellten Stellung des Umschaltventils 29, in der die zweite Hydromaschine 202 mit dem Anschluss b des Wegeventils 28 verbunden ist, verhält sich der Kran wie ein konventioneller Kran ohne Parallelführung. Er arbeitet gerade bei Bewegung des Wipparmzylinders zum vorwärts-aufwärts Schwenken der Kranspitze besonders effizient, weil die vom Anschluss b durch die zweite Hydromaschine 202 zum Tank T strömende Hydraulikflüssigkeit die erste Hydromaschine 201 mit antreiben lässt und so den Strom der Hydraulikflüssigkeit vom Anschluss b durch die erste Hydromaschine 201 zum Anschluss 118 des Wipparmzylinders 100 unterstützt. Nach Umschalten des Umschaltventils 29 und Verbindung der zweiten Hydromaschine 202 mit dem Hydraulikanschluss 26 des Hubzylinders 25 verhält sich der Kran dagegen wie ein Kran mit Parallelführung, bei dem die Kranspitze mit dem Arbeitskopf 24 vom Wegeventil 28 gesteuert weitgehend horizontal bewegt werden kann. Beim Schwenken des Wipparms 23 unter Bewegung der Kranspitze zur Basis 21 hin verdrängt der Hydraulikzylinder 100 Hydraulikflüssigkeit, die aus seinem zweiten Hydraulikanschluss 118 austritt und die erste Hydromaschine 201 durchströmt. Diese treibt wiederum die zweite Hydromaschine 202 an, die Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank T über das Umschaltventil 29 in den Hubzylinder 25 fördert. Dadurch hebt sich der Hauptarm 22 etwas an. Dies kompensiert die vom Wipparm alleine bewirkte abwärts gerichtete Bewegungskomponente der Kranspitze und erzeugt die Parallelführung. Bei der umgekehrten Bewegung strömt Hydraulikflüssigkeit aus dem Hubzylinder 25 durch die zweite Hydromaschine 202 in den Tank T. Diese treibt wiederum die erste Hydromaschine 201 an, die dabei das Fördern von Hydraulikflüssigkeit zum zweiten Hydraulikanschluss 118 des Wipparmzylinders 100 unterstützt.
Die erste Hydromaschine 201 muss nicht in die Leitung zwischen dem Anschluss b des Wegeventils 28 und dem zweiten Hydraulikanschluss 118 des Wipparmzylinders 100 eingefügt sein. Sie kann auch in die Leitung zwischen dem Anschluss a des Wegeventils 28 und dem ersten Hydraulikanschluss 117 des Wipparmzylinders 100 eingefügt sein, wenn die beiden Anschlüsse der zweiten Hydromaschine 202 vertauscht werden. Denn um die Parallelführung zu erzeugen, ist die zweite Hydromaschine 202 so anzuschließen, dass sie Hydraulikflüssigkeit in den Hubzylinder 25 fördert, wenn die erste Hydromaschine 201 in einer Richtung von Hydraulikflüssigkeit durchströmt wird, die die Kranspitze zur Basis 21 hin schwenkt.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele erlauben eine Horizontalbewegung der Kranspitze unter geringem Energieeinsatz bei niedrigem Hydraulikdruck. Dabei kommen sie mit einem mechanisch unkompliziert anbringbaren Wipparmzylinder 1 oder 100 und einem hydraulisch einfach wirkend Hubzylinder 25 aus.
4 zeigt schematisch eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Kran mit Vorrichtungen zur Rekuperation von Lageenergie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Elemente wie in den 1 bis 3 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil 27 nicht direkt sondern über einen weiteren Hydrotransformator 31 mit dem Hubzylinder 25 verbunden. Der Hydrotransformator 31 ist außerdem mit einem hydraulischen Druckspeicher, vorzugsweise einem hydraulischen Druckgasspeicher 32 verbunden.
Im Einzelnen weist der Hydrotransformator 31 eine erste Hydromaschine 33 mit zwei Anschlüssen auf, die mit den Anschlüssen A, B des Wegeventils 27 verbunden sind. Weiterhin weist der Hydrotransformator eine zweite Hydromaschine 34 mit zwei Anschlüssen auf, von denen der eine mit dem Hydraulikanschluss 26 des Hubzylinders 25 und der andere mit dem Druckspeicher 32 verbunden ist. Die beiden Hydromaschinen 33, 34 sind mechanisch gekoppelt. Insbesondere sind sie Hydromotoren, deren Wellen miteinander gekoppelt sind und die auch als Pumpe arbeiten können, so dass jeweils einer als Motor arbeitend den anderen als Pumpe arbeitenden antreibt.
Ventile 36 und 37 stellen bekannte Komponenten eines Load-Sensing-Systems LS dar, mit dessen Hilfe der größte an einen hydraulischen Verbraucher wie hier der ersten Hydromaschine 33 angelegte Hydraulikdruck erfasst und die Pumpe P so gesteuert wird, dass sie lediglich einen nur wenig darüber liegenden Druck zur Verfügung stellt.
Der Hydrotransformator 31 trennt den mit dem Wegeventil 27 verbundenen Hydraulikkreis von dem mit dem Hubzylinder 25 und Druckspeicher 32 verbundenen Hydraulikkreis und ermöglicht so den Anschluss des Druckspeichers 32 an den einfach wirkend genutzten Hubzylinder 25. Im Betrieb wird die erste Hydromaschine 33 vom Wegeventil 27 hydraulisch angesteuert und treibt somit die zweite Hydromaschine 34. Abhängig von der Stellung des Wegeventils 28 wird dabei Hydraulikflüssigkeit vom Hubzylinder 25 in den Druckspeicher 32 und zurück gefördert. So kann Lageenergie, die beim Absenken einer Last, beispielsweise beim Senken des Hauptarms eines Krans durch den Hubzylinder 25 frei wird, im Druckspeicher 32 gespeichert werden, indem die im Hubzylinder unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in den Druckspeicher geleitet wird. Das Wiederanheben der Last durch den Hubzylinder 25 wird wiederum durch die Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher 32 unterstützt, die zum Hubzylinder 25 gefördert wird und diesen ausfährt. So kann der von der Pumpe P an die erste Hydromaschine 33 zu liefernde Druck meist relativ niedrig bleiben und die Arbeitsmaschine kann energieeffizient arbeiten.
Zur Begrenzung des Drucks im Hubzylinder 25 auf Werte unter einem Maximaldruck ist der Hydraulikanschluss 26 des Hubzylinders 25 ferner mit der Steuerfläche eines ersten Steuerventils 38 verbunden, das bei Erreichen des Maximaldrucks Hydraulikflüssigkeit aus einer Messleitung Ma des Load-Sensing-Systems in den Tank ableitet. In der Folge regelt das Load-Sensing-System den Pumpendruck herab. Zusätzlich begrenzt das Sicherheitsventil 35 den maximalen Druck im Hubzylinder 25 auch gegenüber äußeren Lasten.
Um den Druck im Hubzylinder 25 auf Werte oberhalb eines Minimaldrucks zu beschränken und damit Kavitation in der Hydraulikflüssigkeit im Hubzylinder 25 zu verhindern, ist der Hydraulikanschluss 26 des Hubzylinders 25 außerdem mit der Steuerfläche eines zweiten Steuerventils 39 verbunden, das bei Unterschreiten des Minimaldrucks Hydraulikflüssigkeit aus einer Messleitung Mb zum Tank der Hydraulikflüssigkeit hin abströmen lässt, woraufhin das Load-Sensing-System den Pumpendruck entsprechend senkt und damit eine Handhabung der Arbeitsmaschine verhindert, die durch von außen auf die Maschine einwirkende Kräfte den Hubzylinder so bewegt, dass in ihm Kavitation auftreten könnte.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das die Merkmale der 1, 2 und 4 in Kombination miteinander aufweist. Gleiche Elemente wie in den 1, 2 und 4 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert.
Entsprechenderweise zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel, das die Merkmale der 3 und 4 in Kombination miteinander aufweist. Gleiche Elemente wie in den 3 und 4 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert.
7 zeigt eine Variante dieses Ausführungsbeispiels, die mit einem weiteren Sicherheitsventil 235 und einem weiteren Steuerventil 238 versehen ist. Eine Steuerfläche des Steuerventils 238 ist mit dem mit der ersten Hydromaschine 201 verbundenen zweiten Hydraulikanschluss 118 des Wipparmzylinders 100 verbunden. Überschreitet der Druck an dieser Stelle einen Maximalwert, lässt das Steuerventil 238 Hydraulikflüssigkeit aus einer zugehörigen Messleitung Mb des Load-Sensing-Systems in den Tank abströmen. In der Folge regelt das Load-Sensing-System den Pumpendruck herab. Das Sicherheitsventil 235 begrenzt den Druck am zweiten Hydraulikanschluss 118 des Wipparmzylinders 100 auch gegenüber äußeren Lasten.
Sowohl die Parallelführung, die durch Einsatz des Hydraulikzylinders 1 nach 1 und 2 als Wipparmzylinder oder des Hydrotransformators 200 nach 3 in der Hydraulikleitung zum Wipparmzylinder 100 ermöglicht wird, als auch die Rekuperation von Lageenergie, die durch den Einsatz des Hydrotransformators 31 und des Druckspeichers 32 nach 4 an der Hydraulikleitung zum Hubzylinder 25 ermöglicht wird, tragen dazu bei, dass der von der Pumpe P zu liefernde Hydraulikdruck meist auf niedrigem Niveau bleiben kann und ein energieeffizienter Betrieb möglich ist. Aus Kostengründen ist es wünschenswert, lediglich eine Pumpe in der Arbeitsmaschine vorzusehen, von der die hydraulischen Verbraucher mit Druck versorgt werden. Die Pumpe muss dann stets denjenigen Druck liefern, den der Verbraucher mit dem höchsten Druckbedarf benötigt. Daher ist es gerade bei solchen Systemen, die sowohl für den Wipparmzylinder 1, 100 als auch für den Hubzylinder 25 eine gemeinsame Druckquelle verwenden, vorteilhaft, wenn die Maßnahmen zur Rekuperation von Lageenergie am Hubzylinder 25 mit denjenigen zur Parallelführung am Wipparmzylinder 1, 100 kombiniert werden, damit die Pumpe in den meisten Betriebszuständen keinen unnötig hohen Druck liefern muss und vielmehr energieeffizient arbeiten kann.
Wenn auch der Greifer 24 von der Pumpe mit Hydraulikdruck versorgt wird, ist es sinnvoll, Maßnahmen gegen einen unnötig hohen Pumpendruck nur zum sicheren Greifen der Last zu ergreifen. Dazu kann der Greiferdruck mit einem (nicht dargestellten) Sensor überwacht und nur unterhalb eines gewissen Schließdrucks die vom Fahrer veranlasste Funktion „Greifer schließen” ausgeführt werden. So wird vermieden, dass der Fahrer der Arbeitsmaschine aus Angst, Ladegut zu verlieren, den Greifer mit unnötig hohem Hydraulikdruck greifen lässt, der die Pumpe wiederum mit unnötig hoher Leistung laufen und die oben geschilderten Maßnahmen zur Energieeinsparung teilweise zunichte machen würde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6681818 B2 [0005]
WO 97/16371 [0007]

Claims

Arbeitsmaschine mit einer Basis (21), einem gelenkig an der Basis angebrachten Hauptarm (22), einem gelenkig am Hauptarm angebrachten Wipparm (23), einem hydraulischen Hubzylinder (25) zum Schwenken des Hauptarms relativ zur Basis, und einem hydraulischen Wipparmzylinder (1, 100) zum Schwenken des Wipparms relativ zum Hauptarm, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubzylinder (25) eine zum Schwenken des Hauptarms mit Hydraulikdruck beaufschlagte Wirkfläche enthält, die hydraulisch so angeschlossen ist, dass bei einer Betätigung des Wipparmzylinders (1, 100) Hydraulikflüssigkeit in den Hubzylinder hinein verdrängt oder aus dem Hubzylinder aufgenommen werden kann.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, wobei der Wipparmzylinder (1) folgendes umfasst: ein Zylinderrohr (2), an dessen einem Ende ein Boden (3) und an dessen anderem Ende eine Buchse (4) angeordnet ist, einen beweglich im Zylinderrohr angeordneten Kolben (5) mit einer dem Boden zugewandten ersten (6) und einer der Buchse zugewandten zweiten Wirkfläche (7), und eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange (8), die durch die Buchse hindurch aus dem Inneren des Zylinderrohrs austritt, wobei die Kolbenstange einen zylindrischen Hohlraum (9) aufweist, der Kolben auf der gleichen Seite wie seine zweite Wirkfläche eine dritte Wirkfläche (10) aufweist, die den Hohlraum in der Kolbenstange begrenzt, und der Kolben außerdem eine Bohrung (11) aufweist, die ihn von der ersten zur dritten Wirkfläche durchsetzt, und der Boden starr mit einer Säule (12) verbunden ist, die im Inneren des Zylinderrohrs parallel zu diesem verläuft und durch die Bohrung des Kolbens hindurch in den Hohlraum der Kolbenstange eintritt.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, wobei die Säule innerhalb des Hohlraums der Kolbenstange starr mit einer kolbenartig gestalteten Platte (13) verbunden ist, die den Hohlraum (9) in zwei Kammern teilt, von denen sich die eine zwischen der dritten Wirkfläche und der Platte und die andere zwischen der Platte und einer vierten Wirkfläche innerhalb der Kolbenstange befindet, und vorzugsweise innerhalb der Säule ein Kanal (20) zur Versorgung der dritten Wirkfläche mit Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine (10) der Wirkflächen des Wipparmzylinders hydraulisch mit der Wirkfläche des Hubzylinders verbunden ist, um bei einer Betätigung des Wipparmzylinders Hydraulikflüssigkeit in den Hubzylinder hinein zu verdrängen oder aus dem Hubzylinder aufzunehmen.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, wobei der Wipparmzylinder (100) einen ersten und einen zweiten Hydraulikanschluss (117, 118) aufweist, die mit einem hydraulischen Wegeventil (28) zum Steuern des Wipparmzylinders verbunden sind, und der Hubzylinder (25) einen Anschluss (26) zur Versorgung der genannten Wirkfläche des Hubzylinders mit Hydraulikflüssigkeit aufweist, und die Arbeitsmaschine einen Hydrotransformator (200) mit einer ersten und einer zweiten Hydromaschine (201, 202) aufweist, die mechanisch gekoppelt sind, wobei die erste Hydromaschine (201) hydraulisch in eine Leitung zwischen dem Wegeventil (28) und einem der beiden Hydraulikanschlüsse (117, 118) und die zweite Hydromaschine (202) hydraulisch in eine Leitung zwischen dem Anschluss (26) des Hubzylinders (25) und einem Speicher (T) für Hydraulikflüssigkeit eingefügt ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem hydraulischen Ventil (29), um eine hydraulische Koppelung zwischen dem Wipparmzylinder (1, 100) und dem Hubzylinder (25) ein- und auszuschalten.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 6 sofern von Anspruch 4 abhängig, wobei das hydraulische Ventil (29) eingerichtet ist, um die genannte eine Wirkfläche (10) des Wipparmzylinders hydraulisch wahlweise mit der Wirkfläche des Hubzylinders oder einer anderen (7) der Wirkflächen des Wipparmzylinders zu verbinden.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 6 sofern von Anspruch 5 abhängig, wobei das hydraulische Ventil (29) eingerichtet ist, um die zweite Hydromaschine (202) hydraulisch wahlweise mit dem Anschluss (26) des Hubzylinders (25) oder der ersten Hydromaschine (201) zu verbinden.
Arbeitsmaschine mit einer Basis (21), einem gelenkig an der Basis angebrachten Hauptarm (22), einem hydraulischen Hubzylinder (25) zum Schwenken des Hauptarms relativ zur Basis, einem hydraulischen Wegeventil (27) zum Steuern des Hubzylinders, und einem hydraulischen Druckspeicher (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine einen Hydrotransformator (31) mit einer ersten und einer zweiten Hydromaschine (33, 34) aufweist, die mechanisch gekoppelt sind, wobei die erste Hydromaschine (33) hydraulisch mit dem Wegeventil (27) und die zweite Hydromaschine (34) hydraulisch mit dem Druckspeicher (32) verbunden ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 9, wobei die erste Hydromaschine (33) zwei hydraulisch mit dem Wegeventil (27) verbundene Hydraulikanschlüsse und die zweite Hydromaschine (34) einen mit einer Wirkfläche des Hubzylinders (25) hydraulisch verbundenen ersten und einen mit dem Druckspeicher (32) hydraulisch verbundenen zweiten Hydraulikanschluss aufweist, und die Hydromaschinen (33, 34) vorzugsweise Hydromotoren sind, deren Arbeitswellen mechanisch gekoppelt sind.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Wirkfläche des Hubzylinders (25) hydraulisch mit der Steuerfläche eines ersten Ventils (38) verbunden ist, das bei Überschreiten eines Maximaldrucks im Hubzylinder Hydraulikflüssigkeit aus einer Messleitung (Ma) zum Erfassen des Drucks beim Hub des Hubzylinders abströmen lässt, und/oder wobei die Wirkfläche des Hubzylinders mit der Steuerfläche eines zweiten Ventils (39) verbunden ist, das bei Unterschreiten eines Mindestdrucks zur Vermeidung von Kavitation im Hubzylinder Hydraulikflüssigkeit aus einer Messleitung zum Erfassen des Drucks beim Senken des Hubzylinders abströmen lässt.
Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Kombination mit einem der Ansprüche 9 bis 11.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Gliederkran, insbesondere einen Forstkran umfasst.
Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Einrichtung zur Überwachung des Schliessdrucks des Greifers (24), die ein weiteres Schließen des Greifers nur erlaubt, wenn der Schliessdruck unterhalb eines Mindestschliessdrucks liegt.