DE202017100338U1

DE202017100338U1 - Hybridantrieb

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Publication number: DE202017100338U1
Application number: DE202017100338.8U
Authority: DE
Original assignee: Netstal Maschinen AG
Current assignee: Netstal Maschinen AG
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2017-02-06
Anticipated expiration: 2027-01-25

Abstract

Hybridantrieb (20) umfassend – einen hydraulischen Antrieb (2) mit einem einfach wirkenden Zylinder (2a), einem Hydraulikkolben (2b), einer lastseitigen Kolbenstange (2c), welche mit einer Last bzw. einem anzutreibenden Element (40) verbindbar ist, und mit einem Druckmittelspeicher (3), welcher über eine Druckmittelleitung (4) mit einem Druckraum (2d) verbunden ist, welcher auf derjenigen Seite des Kolbens (2b) liegt, die der Last bzw. dem anzutreibenden Element (40) abgewandt ist, wobei der Druckmittelspeicher (3) ohne Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen strömungstechnisch direkt mit dem Druckraum (2d) verbunden ist, so dass ein Druckfluid direkt von dem Druckmittelspeicher (3) über die Druckmittelleitung (4) in den Druckraum (2d) und umgekehrt ein Druckfluid direkt von dem Druckraum (2d) über die Druckmittelleitung (4) in den Druckmittelspeicher (3) strömen kann, – einen Elektromotor (1), welcher sowohl als Motor (M) als auch als Generator (G) betreibbar ist, wobei der Elektromotor (1) in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Antrieb (2) steht, – und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Elektromotors (1), wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, um den Elektromotor (1) entweder als Motor (M) oder als Generator (G) betreiben zu können, oder um den Elektromotor kraftlos schalten zu können.

Description

Aus der EP0760277A1 ist ein Hybridantrieb mit einem elektrischen Antrieb mit hydraulischer Unterstützung in einer Spritzgießmaschine bekannt, insbesondere für den Schneckenvortrieb beim Einspritzvorgang und/oder in der Nachdruckphase. Ein Elektromotor bewirkt über ein geeignetes Getriebe die axiale Vortriebsbewegung der Schnecke. In einem Zylinder ist ein Kolben mittels Druckbeaufschlagung aus einem Druckmittelspeicher verschiebbar. Diese Bewegung des Kolbens ist der durch den Elektromotor erzeugten axialen Bewegung überlagerbar. Die Druckbeaufschlagung über den Druckmittelspeicher erfolgt bei Erreichen einer definierten Regelgröße, die einem definierten Belastungszustand des Elektromotors entspricht, wobei der Druckanstieg im Zylinder proportional zur Lastaufnahme des Elektromotors ist.
Die DE 101 04 109 A1 offenbart ein Regelverfahren für die hydraulische Unterstützung eines elektrischen Antriebs für ein axial verfahrbares Maschinenteil. Auf das axial verfahrbare Maschinenteil wirken in Längsrichtung die Kraft eines Elektromotors, dessen Drehbewegung über ein Getriebe in eine Längsbewegung umgesetzt wird, und die Kraft des Kolbens eines hydraulischen Zylinders. Die von dem Elektromotor ausgeübte Kraft wird auf einen Wert begrenzt, bei dem noch keine Beschädigung des Getriebes erfolgt. Zur Begrenzung des von dem Elektromotor aufgebrachten Kraftanteils wird aus dem Sollwert für die in axialer Richtung auf das Maschinenteil wirkende Kraft und dem Istwert dieser Kraft eine Regeldifferenz gebildet, die die Summe der auf das Maschinenteil in axialer Richtung wirkenden Kraftanteile steuert. Aus dem Istwert der in axialer Richtung auf das Maschinenteil wirkenden Kraft und einem die mechanische Belastbarkeit des Getriebes berücksichtigenden Wert wird ein Sollwert für die in axialer Richtung auf den Kolben wirkende Kraft gebildet. Aus dem Sollwert für die in axialer Richtung auf den Kolben wirkende Kraft und ihrem Istwert wird eine Regeldifferenz gebildet, die einen der auf das Maschinenteil in axialer Richtung wirkenden Kraftanteile steuert. Das Regelverfahren findet Anwendung bei Spritzgießmaschinen mit hydraulischer Unterstützung eines elektrischen Antriebs, insbesondere für den Schneckenvortrieb beim Einspritzvorgang und/oder in der Nachdruckphase.
Die hydraulischen Zylinder werden in der Regel mittels Proportionalventilen gesteuert, welche die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung entsprechend ihrer Ansteuerung bestimmen. Mit einer solchen Regelung wird sichergestellt, dass bei einer bestimmten Anwendung mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit verfahren werden kann. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Hydraulikzylinder bewegt, ist dabei proportional zum Volumenstrom. Ein unterschiedlich großer Volumenstrom kann dadurch erzeugt werden, dass das Ventil mehr oder weniger stark ausgelenkt wird. Andererseits bedeutet ein weniger schnelles Verfahren des Zylinders aber auch eine höhere Drosselung beim Ventildurchfluss mit dem Nachteil, dass überschüssige Energie, die an sich zur Verfügung steht, in Wärme umgewandelt wird und verloren geht.
Zur Vermeidung der vorgenannten Unzulänglichkeiten ist aus der EP 2 569 136 B1 ein Hybridantrieb bekannt, bei dem als Ventil lediglich ein einfaches Ventil oder eine Kombination aus Ventilen verwendet wird, welches möglichst keine Drosselung oder Querschnittsverengung aufweist, so dass über das Ventil selbst möglichst keine Energie durch Leitungs- oder Drosselverluste verloren geht. Die vormalige Steuerungs- oder Regelungsaufgabe des Ventils wird nunmehr von einer elektrischen Maschine übernommen, die entweder unmittelbar oder mittelbar über ein Getriebe mit dem Hydraulikzylinder bzw. der Kolbenstange verbunden ist. Die elektrische Maschine kann als Motor oder als Generator wirken. Mit der elektrischen Maschine, die je nach Ansteuerung sowohl zum Antreiben (Motor) wie auch als Generator arbeiten kann, ist es möglich, den Hydraulikkolben sowohl in Bewegungsrichtung wie auch entgegen der Bewegungsrichtung mit Kraft zu beaufschlagen. In einem Fall addiert sich die vom Elektromotor erzeugte Kraft zu der Kraft des Hydraulikantriebs, im anderen Fall wird der Generator vom Hydraulikantrieb mit angetrieben, so dass von der ursprünglich vom Hydraulikantrieb zur Verfügung gestellten Kraft eine geringere resultierende Kraft übrig bleibt. Anstatt die überschüssige Energie also wie bisher bei einem Proportionalventil an einer Drosselstelle in Wärme umzuwandeln, wird gemäß der EP 2 569 136 B1 die überschüssige hydraulische Energie in elektrische Energie regeneriert, wobei die elektrische Energie nachfolgend in anderen Achsen oder Komponenten oder über einen Zwischenkreis gespeichert und wieder verwendet werden kann. Das in der EP 2 569 136 B1 offenbarte Prinzip basiert also auf der Rückgewinnung der überschüssigen hydraulischen Energie, wobei die elektrische Maschine als Generator dient und die Funktion eines Proportionalventils ersetzt. Natürlich kann die elektrische Maschine nicht nur zum Bremsen verwendet werden, sondern auch unterstützend für einen zusätzlichen Kraftaufbau – wie oben beschrieben – nützlich sein. Dies hat den Vorteil, dass der hydraulische Antrieb um die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine geringer ausgelegt werden kann. Wird der hydraulische Zylinder mittels eines Akkumulators betrieben, so können mit einem solchen Antrieb hohe Dynamiken erzielt werden. Der mechanisch gekoppelte Generator kann die überschüssige Energie in Elektrizität umwandeln. Muss der Hydraulikzylinder in Position gehalten werden, so können die beiden Druckkammern entlastet oder kurz geschlossen werden. Während der Positionierung selbst kann insbesondere der Elektromotor verwendet werden, der unterstützend wirken kann.
Ausgehend von dem vorstehenden Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hybridantrieb zu realisieren, der aus energetischer Sicht gegenüber der EP 2 569 136 B1 verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Hybridantrieb einen hydraulischen Antrieb mit einem einfach wirkenden Zylinder, einem Hydraulikkolben, einer lastseitigen Kolbenstange, welche mit einer Last bzw. einem anzutreibenden Element verbindbar ist, und mit einem Druckmittelspeicher, welcher über eine Druckmittelleitung mit einem Druckraum verbunden ist, welcher auf derjenigen Seite des Hydraulikkolbens liegt, die der Last bzw. dem anzutreibenden Element abgewandt ist. Erfindungsgemäß ist der Druckmittelspeicher ohne Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen strömungstechnisch direkt mit dem Druckraum verbunden, so dass ein Druckfluid direkt von dem Druckmittelspeicher über die Druckmittelleitung in den Druckraum und umgekehrt ein Druckfluid direkt von dem Druckraum über die Druckmittelleitung in den Druckmittelspeicher strömen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Hybridantrieb wird also kein Ventil bzw. keine Ventileinrichtung verwendet. Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Hybridantrieb einen Elektromotor, welcher sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar ist, wobei der Elektromotor in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Antrieb steht. Dadurch kann im Idealfall jede überschüssige Energie entweder hydraulisch oder elektrisch rekuperiert werden. Ein erfindungsgemäßer Hybridantrieb kann auch mehrere Elektromotoren und/oder mehrere hydraulische Antrieben aufweisen, wobei mehrere Hydraulikzylinder und/oder mehrere Druckmittelspeicher vorgesehen werden können.
Die Erfindung umfasst weiterhin auch eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Elektromotors, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um den Elektromotor entweder als Motor oder als Generator betreiben zu können, oder um den Elektromotor kraftlos schalten zu können. Insbesondere ist die Steuereinrichtung ausgebildet, um mit dem Elektromotor eine zum hydraulischen Antrieb gleichwirkende Kraft aufzubauen, wobei der Elektromotor als Motor dient, oder um mit dem Elektromotor eine zum hydraulischen Antrieb entgegenwirkende Kraft aufzubauen, wobei der Elektromotor als Generator dient, oder um den Elektromotor kraftlos zu schalten, derart, dass die Kombination aus der Wirkung des Elektromotors und des hydraulischen Antriebs einen vorgegebenen Wert einer Betätigungskraft erreicht.
Mit dem Elektromotor als Generator gewonnene elektrische Energie kann vorzugsweise einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
In einer ersten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass der Elektromotor in Wirkverbindung mit der lastseitigen Kolbenstange steht, wie dies für sich genommen aus der EP 0 760 277 A1 bekannt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass auf derjenigen Seite des Hydraulikkolbens, welche der lastseitigen Kolbenstange abgewandt ist, eine druckraumseitige Kolbenstange vorgesehen und mit dem Hydraulikkolben verbunden ist, wobei sich die druckraumseitige Kolbenstange durch den Druckraum hindurch erstreckt und aus dem Zylinder herausragt, und wobei der Elektromotor in Wirkverbindung mit der druckraumseitigen Kolbenstange steht. Eine derartige antriebstechnische Kopplung von Elektromotor und hydraulischem Antrieb ist beispielsweise aus der EP 2 569 136 B1 der Anmelderin bekannt.
Eine Wirkverbindung zwischen Elektromotor und hydraulischem Antrieb bzw. mit einer Kolbenstange des hydraulischen Antriebs kann auf verschiedene Art und Weise vorgesehen sein. Insbesondere kann ein Elektromotor über ein geeignetes Getriebe antriebstechnisch mit der Kolbenstange verbunden sein. Beispielsweise kann hierfür ein Ritzel-Zahnstangen-Getriebe oder ein Mutter-Spindel-Getriebe vorgesehen sein. Als Elektromotor können beispielsweise Servomotoren, Hohlwellenmotoren oder Linearmotoren in Betracht kommen.
Der erfindungsgemäße Hybridantrieb muss – bevor er aktiv geschaltet und eine Last damit angetrieben werden kann – aufgeladen werden. Vorliegend kann daher auch von einem betriebsbereiten Zustand oder einem Betriebszustand die Rede sein. Ein solcher Betriebszustand liegt also vor, wenn der Hybridantrieb bzw. dessen hydraulischer Antrieb aufgeladen ist und die Last antreiben kann oder bereits antreibt. In diesem Betriebszustand ist der Hybridantrieb bzw. dessen hydraulischer Antrieb mit Hydrauliköl gefüllt und auf ein gewünschtes Druckniveau aufgeladen und steht zum Betätigen der Last zur Verfügung. Im Bedarfsfalle, beispielsweise beim Abschalten einer Maschine, sollte der erfindungsgemäße Hybridantrieb bzw. dessen hydraulischer Antrieb auch entladen, also druckentlastet, werden können.
Zum Auf- und Entladen des Hybridantriebs kann ein geeignetes Hydraulikaggregat vorgesehen werden. Ein solches Hydraulikaggregat zum Auf- und Entladen des Hybridantriebs bzw. zum Auf- und Entladen von dessen hydraulischem Antrieb soll nachfolgend auch als hydraulische Ladevorrichtung bezeichnet werden. Mit einer solchen hydraulischen Ladevorrichtung kann der hydraulische Antrieb des Hybridantriebs mit einem Druckmittel aufgeladen werden kann. Dabei kann der Druckraum im Zylinder, die Druckmittelleitungen und/oder der Druckmittelspeicher mit dem Druckmittel aufgeladen werden. Mit der gleichen Ladevorrichtung kann das Druckmittel aus dem hydraulischen Antrieb abgeführt und der hydraulische Antrieb entladen werden. Das Hydraulikaggregat bzw. die hydraulische Ladevorrichtung kann dauerhaft an den Hybridantrieb angeschlossen sein, nämlich in dem Sinne, dass dieses Hydraulikaggregat an eine geeignete Druckmittelleitung im Hybridantrieb angeschlossen ist und über eine geeignete Ventileinrichtung eine fluidische Verbindung mit der Druckmittelleitung und somit mit dem Hydraulikaggregat hergestellt werden kann oder eine solche Verbindung unterbrochen ist. Es ist aber auch denkbar, ein Hydraulikaggregat nur für die Zwecke des Aufladens und des Entladens des Hybridantriebs an diesen anzuschließen, d.h. es könnte ein separates Hydraulikaggregat bereitgehalten werden, welches zu diesem Zweck an den Hybridantrieb angeschlossen wird und welches ansonsten für andere Zwecke zur Verfügung steht, beispielsweise zum Betreiben von hydraulischen Nebenantrieben, wie z.B. einem Kernzug.
In einer ersten Ausführungsform kann die hydraulische Ladevorrichtung einen Tank, eine Pumpe, eine Ventileinrichtung und gegebenenfalls einen Hydraulikspeicher umfassen. Die Ventileinrichtung kann als Schaltventil, als Proportionalventil oder als Servoventil ausgebildet sein. Vorzugsweise besitzt die Ventileinrichtung wenigstens zwei oder nur zwei Schaltstellungen, wobei in der einen Schaltstellung eine Verbindung des Hybridantriebs mit der Pumpe und dem Tank vorliegt, nämlich zum Aufladen und zum Entladen des Hybridantriebs bzw. dessen hydraulischem Antrieb, und wobei in der anderen Schaltstellung keine Verbindung des Hybridantriebs mit der Pumpe bzw. dem Tank vorliegt. In der anderen Schaltstellung ist die hydraulische Ladevorrichtung funktional von dem Hybridantrieb getrennt. In dieser anderen Schaltstellung kann der Hybridantrieb aktiv geschaltet werden – sofern ein gewünschtes Druckniveau im hydraulischen Antrieb bzw. im Druckmittelspeicher vorliegt – und der Betrieb zum Betätigen der Last kann beginnen. Die hydraulische Ladevorrichtung ist beim Betätigen der Last also nicht beteiligt. Insbesondere wird beim Betrieb des Hybridantriebs, d.h. beim Betätigen der Last, kein Druckfluid von der Ladevorrichtung dem hydraulischen Antrieb des Hybridantriebs zugeleitet und kein Druckfluid von dem hydraulischen Antrieb des Hybridantriebs in den Tank der Ladevorrichtung oder einen sonstigen Tank abgeleitet.
Zum Ansteuern und Betätigen der Ventileinrichtung in der gewünschten Weise kann eine Ventil-Steuereinrichtung vorgesehen werden, wobei die Ventil-Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Auf- und Entladevorrichtung nur für die Zeit bzw. nur den Vorgang des Aufladens und die Zeit bzw. den Vorgang des Entladens mit dem hydraulischen Antrieb in Verbindung zu bringen und während des Betriebs des Hybridantriebs die Verbindung zu blockieren. Anstelle einer eigenen Ventil-Steuereinrichtung kann auch vorgesehen werden, diese Funktion in die Steuereinrichtung des Hybridantriebs zu integrieren.
Ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Hybridantriebs und einer gesamten Antriebsvorrichtung mit Hybridantrieb und Ladevorrichtung zeichnet sich durch folgende Schritte aus:

(1) In einem ersten Schritt erfolgt das Aufladen des hydraulischen Antriebs, wobei der Druckraum und der Druckmittelspeicher mit einem Druckmittel aufgeladen werden, bis in dem Druckmittelspeicher und dem Druckraum ein vorgegebener Druck aufgebaut ist.
(2) In einem zweiten Schritt erfolgt das Trennen der Auf- und Entladevorrichtung von dem Hybridantrieb.
(3) Anschließend kann in einem dritten Schritt das Betreiben des Hybridantriebs in einem gewünschten Betriebsmodus erfolgen. Hierzu wird wie folgt vorgegangen: (3.1.) Ermitteln einer von dem Hybridantrieb angeforderten Betätigungsrichtung und angeforderten Betätigungskraft, (3.2.) Ermitteln der Differenz der von dem hydraulischen Antrieb erzeugten Kraft sowie der angeforderten Betätigungskraft und (3.3.) Ansteuern und Betrieb des Elektromotors in einer Weise, dass durch Addition oder Subtraktion der von dem Elektromotor erzeugten Kraft zu oder von der vom hydraulischen Antrieb erzeugten Kraft, insbesondere von der von dem Druckmittelspeicher erzeugten Kraft, die angeforderte Betätigungskraft erreicht wird.

Der vorgenannte Schritt (3), d.h. das Betreiben des Hybridantriebs, kann solange erfolgen, bis der Hybridantrieb nicht mehr benötigt wird, beispielsweise weil die mit dem Hybridantrieb ausgestattete Maschine, wie z.B. eine Spritzgießmaschine, angehalten oder auch ganz abgeschaltet wird.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Hybridantrieb während des Aufladens des hydraulischen Antriebs betrieben werden kann. In der Regel wird es jedoch so sein, dass zunächst das Trennen der Auf- und Entladevorrichtung von dem Hybridantrieb erfolgt und erst anschließend das Betreiben des Hybridantriebs erfolgt.
Die von dem hydraulischen Antrieb erzeugte oder erzeugbare Kraft wird ausschließlich von dem Druckmittelspeicher zur Verfügung gestellt. Es ist lediglich eine Hinzuschaltung des Elektromotors als Motor oder als Generator vorhanden. Eine Hinzuschaltung von einer weiteren Druckmittelquelle an den hydraulischen Antrieb ist für und während des Betriebs des Hybridantriebs nicht vorgesehen. Ist allerdings der initiale Druck des Hybridantriebs unter ein bestimmtes Niveau abgesunken, beispielsweise durch Leckage, und ist ein Nachladen notwendig, so kann dies auch während des Betriebs des Hybridantriebs vorgenommen werden.
Der Leistungsbereich des erfindungsgemäßen Hybridantriebs wird lediglich von dem hydraulischen Leistungsbereich und dem elektromotorischen Leistungsbereich bestimmt, wobei der hydraulische Leistungsbereich durch die hydraulischen Leistungsdaten des ausgewählten bzw. verwendeten Druckmittelspeichers des hydraulischen Antriebs bestimmt ist und der elektromotorische Leistungsbereich durch die elektrischen Leistungsdaten des ausgewählten bzw. verwendeten Elektromotors bestimmt ist.
Im ersten Schritt, d.h. beim Aufladen des hydraulischen Antriebs kann der Kolben von dem Elektromotor in einer vorgebbaren Position festgehalten werden. Alternativ dazu oder zusätzlich kann auch eine separate mechanische Feststell- oder Blockiereinrichtung vorgesehen werden, um den Kolben beim Aufladen in Position zu halten. Denkbar wäre zum Beispiel eine Feststellbremse, die auf eine der Kolbenstangen einwirkt. Ebenso wäre eine Feststellbremse denkbar, die auf ein vom Elektromotor angetriebenes Element einwirken könnte. Grundsätzlich könnte auch eine mechanische Blockiereinrichtung vorgesehen werden, die in das Getriebe eingebracht werden kann.
Falls der hydraulische Antrieb entladen werden muss, was insbesondere dann vorkommt, wenn die mit der Last ausgestattete Maschine abgeschaltet werden soll, kann die Ventileinrichtung in der Ladevorrichtung wieder in eine Schaltstellung gebracht werden, in der eine Verbindung des Hybridantriebs bzw. dessen hydraulischen Antriebs mit der Pumpe und dem Tank vorliegt. Das abfließende Druckfluid kann durch die Pumpe strömen und den Pumpenmotor antreiben. Der Pumpenmotor wird dabei als Generator betrieben, und es wird elektrische Energie erzeugt, welche einer weiteren Verwendung zuführbar ist.
In einer Ausführungsform kann eine Ladevorrichtung mit einer Ventileinrichtung verwendet werden, wobei die Ventileinrichtung zwei verschiedene Schaltstellungen besitzt oder in zwei verschiedene Schaltstellungen gebracht werden kann. In der einen Schaltstellung liegt eine Verbindung des Hybridantriebs mit der Pumpe bzw. dem Tank vor und diese Schaltstellung wird für das Aufladen und ein eventuelles Entladen eingenommen oder eingestellt. In der anderen Schaltstellung liegt keine Verbindung des Hybridantriebs mit der Pumpe bzw. dem Tank vor und diese Schaltstellung wird für das Betreiben des Hybridantriebs eingenommen oder eingestellt.
Gegebenenfalls kann ein Nachladen erforderlich werden. Dann muss die Auflade- und Entladevorrichtung wieder mit dem Hybridantrieb strömungstechnisch in Verbindung gebracht werden. Das Nachladen kann analog zu dem ersten Aufladen vorgenommen werden.
Nachfolgend soll der erfindungsgemäße Hybridantrieb und dessen Betriebsweise anhand der 1 bis 7 näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einer Auf- und Entladevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einer Auf- und Entladevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 ein beispielhaftes Leistungsdiagramm einer hybriden Achse mit verschiedenen Betriebsbereichen K1, K2, K3 und K4;
4 Leistungsverteilung im Betriebsbereich K1;
5 Leistungsverteilung im Betriebsbereich K2;
6 Leistungsverteilung im Betriebsbereich K3;
7 Leistungsverteilung im Betriebsbereich K4.
In den 1 und 2 ist jeweils mit dem Bezugszeichen 20 ein Hybridantrieb und mit dem Bezugszeichen 30 eine Ladevorrichtung bezeichnet. Eine gestrichelte Linie LT soll die funktionale Trennung von dem eigentlichen Antrieb, nämlich dem Hybridantrieb 20, und der Ladevorrichtung 30 symbolisieren. Während der Hybridantrieb 20 in Betrieb ist und dabei mittels des Hybridantriebs 20 eine angetriebene Achse betätigt bzw. eine Last 40 angetrieben wird, ist die Ladevorrichtung 30 funktional von dem Hybridantrieb 20 getrennt. Die Ladevorrichtung 30 ist in der Regel nur dann mit dem Hybridantrieb 20 funktional verbunden, wenn dieser sich nicht in Betrieb befindet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Hybridantrieb 20 vor Aufnahme des Betriebs aufgeladen oder nach Beendigung des Betriebs entladen wird.
Vorliegend ist von einer funktionalen Trennung an der Linie LT die Rede, weil – wie unten näher beschrieben – die Ladevorrichtung zwar mittels ihrer Ventileinrichtung hydraulisch gesehen dauerhaft mit dem hydraulischen Antrieb 2 des Hybridantriebs 20 und damit letztendlich auch mit dem Hybridantrieb 20 insgesamt verbunden sein kann, aber mit der Ventileinrichtung je nach deren Schaltstellung eine Verbindung mit Pumpe und Tank erzeugt werden kann oder diese Verbindung unterbrochen ist. Im ersten Fall kann somit von einer funktionalen Verbindung und im zweiten Fall von einer funktionalen Trennung von Hybridantrieb 20 und Ladevorrichtung 30 gesprochen werden.
Der Hybridantrieb 20 umfasst einen Elektromotor 1 und einen hydraulischen Antrieb 2. Der Elektromotor 1 kann sowohl als Motor M als auch als Generator G betrieben werden und steht in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Antrieb 2. Dieser hydraulische Antrieb 2 umfasst einen einfach wirkenden Zylinder 2a, einen Kolben 2b, eine lastseitige Kolbenstange 2c, welche mit einer Last bzw. einem anzutreibenden Element 40 verbindbar ist, und einen Druckmittelspeicher 3. Über eine Druckmittelleitung 4 ist der Druckmittelspeicher 3 mit einem Druckraum 2d verbunden, welcher auf derjenigen Seite des Kolbens 2b liegt, die der Last bzw. dem anzutreibenden Element 40 abgewandt ist. Der Druckmittelspeicher 3 ist ohne Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen strömungstechnisch direkt mit dem Druckraum 2d verbunden, so dass ein Druckfluid direkt von dem Druckmittelspeicher 3 über die Druckmittelleitung 4 in den Druckraum 2d und umgekehrt ein Druckfluid direkt von dem Druckraum 2d über die Druckmittelleitung 4 in den Druckmittelspeicher 3 strömen kann. Der Hybridantrieb 20 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 10 zur Ansteuerung des Elektromotors 1. Diese Steuereinrichtung 10 ist ausgebildet, um mit dem Elektromotor 1 eine zum hydraulischen Antrieb 2 gleichwirkende Kraft aufzubauen, wobei der Elektromotor 1 als Motor M dient, oder um mit dem Elektromotor 1 eine zum hydraulischen Antrieb 2 entgegenwirkende Kraft aufzubauen, wobei der Elektromotor 1 als Generator G dient. Es kann aber auch vorgesehen werden, dass mit der Steuereinrichtung 10 der Elektromotor 1 kraftlos geschaltet werden kann. Insgesamt ist die Steuereinrichtung ausgebildet, um den Elektromotor 1 derart anzusteuern, dass die Kombination aus der Wirkung des Elektromotors 1 und des hydraulischen Antriebs 2 einen vorgegebenen Wert einer Betätigungskraft erreicht. Mit dem Elektromotor 1 als Generator G kann regenerierte elektrische Energie erzeugt werden, welche einer weiteren Verwendung zuführbar ist. Beispielweise kann regenerierte elektrische Energie einem hier nicht dargestellten, für sich genommen bekannten, Zwischenkreis zugeführt werden, in dem die regenerierte elektrische Energie gespeichert werden kann, bis sie wieder benötigt wird. Von dem Zwischenkreis kann die elektrische Energie wieder dem Elektromotor 1 zugeführt werden. Es kann aber auch vorgesehen werden, mit der regenerierten elektrischen Energie andere elektrische Antriebe zu betreiben. Beispielsweise kann mit der regenerierten elektrischen Energie aus dem Zwischenkreis ein Pumpenmotor 6a der Ladevorrichtung 30 angetrieben werden, um den hydraulischen Antrieb 2 aufzuladen, wie weiter unten noch erläutert wird.
In den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist eine druckraumseitige Kolbenstange 2e mit dem Kolben 2b verbunden. Diese druckraumseitige Kolbenstange 2e erstreckt sich durch den Druckraum 2d hindurch und ragt aus dem Zylinder 2a heraus. Das aus dem Zylinder 2a herausragende Ende der Kolbenstange 2e steht in Wirkverbindung mit dem Elektromotor 1. Der Rotor des Elektromotors 1 kann unmittelbar oder über ein Getriebe mit einem Ritzel 8 gekoppelt sein. Das Ritzel 8 kann auf einem gezahnten Teil 9 der Kolbenstange 2e, die als Zahnstange wirkt, abrollen. Natürlich können auch beidseits der Kolbenstange 2e jeweils Ritzel 8 angeordnet sein, welche auf zugeordneten Zahnungen 9 abrollen bzw. in jeweilige Zahnungen 9 eingreifen und so eine symmetrische Krafteinbringung ermöglichen. Jedem dieser Ritzel 8 kann ein eigener Elektromotor 1 zugeordnet sein, so dass in diesem Fall zwei Elektromotoren vorhanden wären. Auf der dem Elektromotor 1 abgewandten Seite des Hydraulikkolbens 2b ist eine lastseitige Kolbenstange 2c mit einem axial zu verfahrenden Betätigungselement 40 bzw. einer Last 40 wirkverbunden. Der hydraulische Antrieb 2 ist erfindungsgemäß mit einem einfachwirkenden Zylinder 2a ausgestattet. Selbstverständlich ist es auch möglich einen erfindungsgemäßen Hybridantrieb mit mehreren Elektromotoren und/oder mehreren hydraulischen Antrieben auszubilden, wobei mehrere Hydraulikzylinder und/oder mehrere Druckmittelspeicher vorgesehen werden können.
Gemäß einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann der Elektromotor 1 auch mit der lastseitigen Kolbenstange 2c in Wirkverbindung stehen.
In den 1 und 2 stellen die Ritzel-Zahnstangen-Kombination (8, 9) jeweils Getriebe dar, welche die Drehbewegung des Rotors des Elektromotors 1 in eine Linearbewegung der Last 40 umwandeln und umgekehrt eine Linearbewegung der Last 40 in eine Drehbewegung des Rotors des Elektromotors. Anstelle der Ritzel-Zahnstangen-Kombination können auch andere Getriebe verwendet werden, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Beispielsweise kann auch ein Mutter-Spindel-Getriebe vorgesehen sein. Verschiedene Arten von Elektromotoren können vorliegend zum Einsatz kommen, wie beispielsweise: Servomotor, Hohlwellenmotor, Linearmotor und andere. Im Falle eines Hohlwellenmotors könnte die Mutter antriebstechnisch mit der drehangetriebenen Hohlwelle des Hohlwellenmotors verbunden sein.
Mit dem Bezugszeichen 30 ist eine Ladevorrichtung bezeichnet, mit welcher der hydraulische Antrieb 2 des Hybridantriebs 20 mit einem Druckmittel aufgeladen werden kann, wobei der Druckraum 2d und der Druckmittelspeicher 3 mit dem Druckmittel aufgeladen werden können, und mit welcher das Druckmittel im Bedarfsfalle aus dem hydraulischen Antrieb 2 abgeführt und der hydraulische Antrieb 2 entladen werden kann. Die Entladung bezieht sich auf den hydraulischen Antrieb 2 als Ganzes, d.h. der gesamte hydraulische Antrieb wird druckentlastet. Dies bedeutet insbesondere, dass sowohl der Druckraum 2d entlastet bzw. entladen wird als auch der Druckmittelspeicher 3 entlastet bzw. entladen wird.
Die in der 1 dargestellte hydraulische Ladevorrichtung 30 umfasst einen Tank 5, eine Pumpe 6, welche vorzugsweise als Servopumpe ausgebildet ist, und eine Ventileinrichtung 7. Die Ventileinrichtung 7 ist als Schaltventil oder als Servoventil ausgebildet und besitzt vorzugsweise mindestens zwei Schaltstellungen oder nur zwei Schaltstellungen wie dargestellt. In der einen Schaltstellung, nämlich in der 1 die rechte Schaltstellung, welche hier in der 1 nicht eingenommen ist, liegt eine Verbindung des Hybridantriebs 20 mit der Pumpe 6 und dem Tank 5 vor. Diese Schaltstellung wird zum Aufladen und zum Entladen des Hybridantriebs eingenommen. In der anderen Schaltstellung, wie sie in der 1 dargestellt ist, liegt keine Verbindung des Hybridantriebs 20 mit der Pumpe 6 bzw. dem Tank 5 vor. Die Ladevorrichtung 30 ist in dieser Schaltstellung funktional von dem Hybridantrieb 20 getrennt. Diese Schaltstellung liegt beim Betreiben des Hybridantriebs vor. Nach dem Aufladen ist also diese Schaltstellung einzunehmen, bevor der Hybridantrieb aktiv geschaltet und betrieben wird.
Die in der 2 dargestellte hydraulische Auf- und Entladevorrichtung 30 unterscheidet sich von derjenigen aus der 1 lediglich darin, dass hier ein weiterer Druckmittelspeicher als Hydraulikspeicher 60 vorgesehen ist. Diese Ladevorrichtung 30 entspricht einem in der Praxis üblichen, an einer hydraulischen Spritzgießmaschine, vorhandenen Hydraulikaggregat. Damit soll gezeigt werden, dass der erfindungsgemäße Hybridantrieb an ein bereits bestehendes Hydraulikaggregat angeschlossen werden kann.
Zur Erläuterung der Betriebsweise eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs soll davon ausgegangen werden, dass der Hybridantrieb 20 aufgeladen ist. Der Druckmittelspeicher 3 des hydraulischen Antriebs 2 und die Druckkammer 2d sind auf ein gewünschtes Druckniveau aufgeladen worden. Der Hybridantrieb 20 ist von der Ladevorrichtung funktional getrennt und kann aktiv geschaltet werden.
Zunächst soll Bezug genommen werden auf die 3. Diese zeigt ein beispielhaftes Leistungsdiagramm einer hybriden Achse bzw. einer von einem erfindungsgemäßen Hybridantrieb zu betätigenden Last. Bei diesem beispielhaften Leistungsdiagramm erreicht der Elektromotor 1 am Zylinder 2a 60% und die Speicherhydraulik aus dem Druckmittelspeicher 3 erreicht 50% der maximal aufsummierten Kraft. Der Elektromotor 1 ist um 10% stärker ausgelegt, damit Regelreserven zur Verfügung stehen. Im normalen Betrieb geht man jedoch nicht über 50% hinaus.
Die in dem Leistungsdiagramm von 3 eingezeichneten Betriebsbereiche K1, K2, K3 und K4 sollen nachfolgend anhand der 4 bis 7 näher beschrieben werden. Der Pfeil „v_Zylinder“ gibt dabei die Richtung an, in welche die Last bewegt wird oder sich bewegt. Die Pfeile an dem Elektromotor 1 geben zum einen die Richtung der Drehung (ω_Mot) und zum anderen die Richtung des Drehmoments (M_Mot) an.
In der 4 befindet sich der Hybridantrieb in dem Betriebsbereich K1 aus der 3. Die von dem Druckmittelspeicher 3 erzeugbare Kraft bzw. die in dem Druckmittelspeicher 3 zur Verfügung stehende Energie wird teilweise zum Betätigen der Last 40 und teilweise zum Betreiben des Elektromotors 1 im Generatorbetrieb G verwendet. Anders ausgedrückt: Die in dem Druckmittelspeicher 3 vorhandene Energie ist größer als benötigt und die mit dem Druckmittelspeicher 3 an der Last 40 erzeugbare Kraft übersteigt die angeforderte Kraft zum Betätigen der Last 40. Daher wird der überschüssige Anteil an Kraft bzw. Energie aus dem Druckmittelspeicher 3 dem Elektromotor 1 zugeführt, wobei dieser als Generator betrieben wird und elektrische Energie erzeugt. Der Pfeil „v_Zylinder“ gibt die Richtung an, in welche die lastseitige Kolbenstange 2c und somit die Last 40 bewegt werden soll. In dem vorliegenden Beispiel ist die an die Last 40 abgegebene Lastenergie (W_L-ab) kleiner oder gleich 50% des gesamten Energiepotentials. Die von dem Druckmittelspeicher 3 abgegebene hydraulische Energie (W_{s_mot}) und die von dem Elektromotor 1 als Generator erzeugte elektrische Energie (W_{M_gen}) ergeben in Summe die an die Last 40 abgegebene Lastenergie (W_L-ab).
Der Betriebsbereich K1 erstreckt sich ausgehend von Kraft ist gleich Null und Geschwindigkeit ist gleich Null entlang der Lastkennlinie LK bis zur Pfeilspitze am Ende des Betriebsbereichs K1, wo das Maximum des hydraulischen Leistungsbereichs erreicht ist. Solange das Maximum des hydraulischen Leistungsbereichs nicht erreicht ist, benötigt die Last 40 also eine geringere hydraulische Leistung als sie vom Druckmittelspeicher 3 zur Verfügung gestellt wird. Die Last 40 bzw. das Betätigungselement 40 muss somit in geringerer Weise (z.B. weniger schnell oder mit weniger Kraft) angetrieben werden und der Elektromotor 1 kann von der Steuereinrichtung 10 gesteuert als Generator betrieben werden. Er bremst den hydraulischen Antrieb 2 ab, so dass als resultierende Kraft eine geringere Kraft als ohne Zuschaltung des Elektromotors 1 zur Verfügung steht. Mit einer entsprechenden Steuerung bzw. Regelung des Elektromotors 1 können Kraft und Geschwindigkeit zum Betätigen der Last 40 in gewünschter Weise bestimmt und eingestellt werden.
Die von dem Elektromotor 1 im Generator-Betrieb erzeugte elektrische Energie kann über eine hier nicht dargestellte Versorgungsleitung in ein System, beispielsweise einen Zwischenkreis als Energiespeicher, zurückgespeist werden. Sie steht damit für andere Anwendungen zur Verfügung. Beispielsweise kann mit der elektrischen Energie aus dem Zwischenkreis eine Pumpe der Ladevorrichtung 30 betrieben werden.
In der 5 befindet sich der Hybridantrieb in dem Betriebsbereich K2 aus der 3. Zum Betätigen der Last 40 wird die von dem Druckmittelspeicher 3 erzeugbare Kraft bzw. die in dem Druckmittelspeicher 3 zur Verfügung stehende Energie verwendet wird und zusätzlich wird der Elektromotor 1 als Motor (M) angesteuert und betrieben. Der Druckmittelspeicher 3 und der Elektromotor 1 sind also in einer Weise zusammengeschaltet bzw. wirken in eine Weise gemeinsam auf den Hydraulikkolben 2b, dass die von dem Druckmittelspeicher 3 abgegebene hydraulische Energie (W_{s_mot}) und die von dem Elektromotor 1 abgegebene elektrische Energie (W_{M_mot}) in Summe die an die Last 40 abgegebene Lastenergie (W_L-ab) ergeben.
In der 6 befindet sich der Hybridantrieb in dem Betriebsbereich K3 aus der 3. Die Last 40 wird in Richtung des Elektromotors 1 verschoben. Der Elektromotor 1 wird in der Weise von der Steuereinrichtung 10 angesteuert und betrieben, dass er als Motor M betrieben wird und elektrische Energie abgibt. Auf den Kolben 2b wirkt somit eine Kraft von der Last 40 und zusätzlich eine Kraft von dem Elektromotor 1 in einer Richtung, in welcher der Kolben 2b in Richtung des Elektromotors 1 bewegt wird. Dadurch wird das in der Druckkammer 2d befindliche Druckfluid aus dieser Druckkammer herausgedrängt und über die Druckmittelleitung 40 dem Druckmittelspeicher 3 zugeführt. Der Druckmittelspeicher 3 wird somit mit Druckfluid beladen und sein Druck- und Energieniveau erhöht. Die von dem Elektromotor 1 und von der Last 40 an den Kolben 3b abgegebenen Energien ergeben in Summe die dem Druckmittelspeicher 3 zugeführte Energie (W_S-gen).
In der 7 befindet sich der Hybridantrieb in dem Betriebsbereich K4 aus der 3. Die Last 40 wird in Richtung des Elektromotors 1 verschoben. Im Unterschied zur 6 wird der Elektromotor 1 nunmehr in der Weise von der Steuereinrichtung 10 angesteuert und betrieben, dass er als Generator M betrieben wird und elektrische Energie erzeugt. Der Elektromotor 1 wirkt also als Bremse in Bezug auf die Last 40. Ein erster Anteil der von der Last 40 dem Kolben 2b zugeführten Lastenergie wird also dem Druckmittelspeicher 3 zugeleitet und in hydraulische Energie umgewandelt. Ein zweiter Anteil der von der Last 40 dem Kolben 2b zugeführten Lastenergie wird dem Elektromotor 1 zugeleitet und von diesem in elektrische Energie umgewandelt. Anders ausgedrückt ergibt sich im Betriebsbereich K4 somit folgende Situation: Die von dem Druckmittelspeicher 3 aufgenommene, hydraulische Energie (W_S-gen) und die von dem Elektromotor 1 als Generator G erzeugte elektrische Energie (W_{M_gen}) ergeben in Summe die zugeführte Lastenergie (W_{L_zu}).
Im Idealfall kann mit dem erfindungsgemäßen Hybridantrieb jede überschüssige Energie entweder elektrisch oder hydraulisch oder teilweise elektrisch und teilweise hydraulisch rekuperiert werden.
Außerdem können mit einem erfindungsgemäßen Hybridantrieb die Vorteile sowohl des hydraulischen Antriebs (hohe Dynamik) wie auch des elektrischen Antriebs (hohe Regelgenauigkeit) genutzt werden. Auch steht das System unter einem Druck, der nicht erst bei einer Anforderung aufgebaut werden muss. Das so vorgespannte System bringt gerade bei Schnellläuferanwendungen durch die unmittelbare Bereitstellung der Energie einen dynamischen Vorteil.
Überdies kann der hydraulische Antrieb 2 in seiner Leistung geringer ausgelegt werden als bei alleinigem Betrieb, da der Elektromotor 1 in Kombination mit dem hydraulischen Antrieb 2 dessen Antriebskraft erhöhen kann.
Die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor 1, dem hydraulischen Antrieb 2, nachstehend auch Hydraulikzylinder genannt, und der Last 40 kann auf vielfältige Weise realisiert werden. Insbesondere kann die Last 40 nicht nur wie in den 1 und 2 dargestellt angeordnet sein. Vielmehr kann die Last 40 auch an anderen Positionen in dem Antriebsstrang vorgesehen werden, nämlich:

– Hydraulikzylinder-Elektromotor-Last
– Last-Hydraulikzylinder-Elektromotor
– Hydraulikzylinder-Last-Elektromotor
– Last-Elektromotor-Hydraulikzylinder

Je nachdem welche Anordnung gewählt wird, kommt eine Kolbenstange in Betracht, die durch den Druckraum hindurchgeht oder eben nicht. Beispielsweise ist es bei der oben zuerst genannten Anordnung, d.h. „Hydraulikzylinder-Elektromotor-Last“ nicht erforderlich, dass die Kolbenstange durch den Druckraum hindurchgeht.
Ein erfindungsgemäßer Hybridantrieb wird insbesondere dann interessant, wenn eine Achse mehrere Motoren verwendet. Mit einer elektromotorischen Unterstützung für einen vergleichsweise preisgünstigen hydraulischen Antrieb kann eine energieeffiziente Achse aufgebaut werden. Diese ist aus wirtschaftlicher Sicht günstiger als eine vergleichbare rein elektrisch angetriebene Achse und energieeffizienter als eine vergleichbare rein hydraulisch angetriebene Achse.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Hybridantriebs sind Spritzgießmaschinen und hier insbesondere die Einspritzachse. Der Hybridantrieb soll hierbei als Linearantrieb in Wirkverbindung mit einem Einspritzkolben stehen. Der Einspritzkolben bildet sozusagen die Last bzw. das anzutreibende Element. Der Einspritzkolben kann eine Schubschnecke sein, d.h. eine rotatorisch und linear angetriebene Schnecke. Der Einspritzkolben kann aber auch der Spritzkolben einer separaten Kolben-Einspritzeinheit mit Schneckenvorplastifizierung sein. Selbstverständlich kann der Hybridantrieb auch an weiteren Achsen einer Spritzgießmaschine eingesetzt werden. Darüber hinaus kann der Hybridantrieb auch anderen Verwendungen zugeführt werden bzw. in anderen Maschinen als Linearantrieb eingesetzt werden. Als Druckmittelspeicher können verschiedene an sich bekannte Ausführungsformen vorgesehen werden, zum Beispiel Blasenspeicher, Kolbenspeicher oder Membranspeicher.
In Bezug ein Verfahren zum Betreiben des Hybridantriebantriebs kann vorgesehen werden, dass die von dem Druckmittelspeicher (3) erzeugbare Kraft oder die in dem Druckmittelspeicher (3) zur Verfügung stehende Energie teilweise zum Betätigen der Last (40) und teilweise zum Betreiben des Elektromotors (1) als Generator (G) verwendet wird. Ferner kann vorgesehen werden, dass zum Betätigen der Last (40) die von dem Druckmittelspeicher (3) erzeugbare Kraft bzw. die von dem Druckmittelspeicher (3) zur Verfügung stehende Energie verwendet wird und dass zusätzlich der Elektromotor (1) als Motor (M) angesteuert und betrieben wird, derart, dass die von dem Druckmittelspeicher (3) abgegebene hydraulische Energie und die von dem Elektromotor (1) abgegebene elektrische Energie in Summe die an die Last (40) abgegebene Lastenergie ergeben. Ebenso ist es denkbar, dass der Kolben (2b) von der Last (40) in Richtung des Elektromotors (1) angetrieben wird und dass der Elektromotor (1) als Motor (M) angesteuert und betrieben wird, derart, dass die von dem Elektromotor (1) und von der Last (40) an den Kolben (2b) abgegebene Energie in Summe derjenigen Energie entspricht, welche dem Druckmittelspeicher (3) zugeführt wird. Ebenso ist es möglich, dass der Kolben (2b) von der Last (40) in Richtung des Elektromotors (1) angetrieben wird, und dass der Elektromotor (1) als Generator (G) angesteuert und betrieben wird, derart, dass die von dem Druckmittelspeicher (3) aufgenommene hydraulische Energie und die von dem Elektromotor (1) als Generator (G) erzeugte elektrische Energie in Summe der von der Last (40) dem Kolben (2b) zugeführten Lastenergie entspricht. Darüber hinaus kann vorgesehen werden, dass beim Entladen des hydraulischen Antriebs (2) des Hybridantriebs (20) der Pumpenmotor (6a) der Ladevorrichtung (30) angetrieben wird, wobei der Pumpenmotor (6a) als Generator (G) betrieben wird und elektrische Energie erzeugt wird, welche einer weiteren Verwendung zuführbar ist. Schließlich ist es auch möglich, dass die Ladevorrichtung (30) eine Ventileinrichtung (7) und gegebenenfalls einen Hydraulikspeicher (60) umfasst, wobei die Ventileinrichtung (7) als Schaltventil oder als Servoventil ausgebildet ist und zwei Schaltstellungen besitzt, wobei in der einen Schaltstellung eine Verbindung des Hybridantriebs (20) mit der Pumpe (6) bzw. dem Tank (5) vorliegt und wobei in der anderen Schaltstellung keine Verbindung des Hybridantriebs (20) mit der Pumpe (6) bzw. dem Tank (5) vorliegt, wobei für das Aufladen und gegebenenfalls für das Entladen des Hybridantriebs (20) die zuerst genannte Schaltstellung eingenommen wird, und wobei für das Betrieben des Hybridantriebs die zuletzt genannte Schaltstellung eingenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Hydraulischer Antrieb
2a: Einfach wirkender Zylinder
2b: Kolben
2c: lastseitige Kolbenstange
2d: Druckraum
2e: druckraumseitige Kolbenstange
3: Druckmittelspeicher
4: Druckmittelleitung
5: Tank
6: Pumpe
6a: Pumpenmotor
7: Ventileinrichtung
8: Ritzel
9: Zahnung bzw. Zahnstange
10: Steuereinrichtung
20: Hybridantrieb
30: Ladevorrichtung bzw. Hydraulikaggregat
40: Last bzw. anzutreibendes Element
50: Ventil-Steuereinrichtung
60: Hydraulikspeicher
LT: Trennlinie zwischen den Funktionen Hybridantrieb und Ladevorrichtung
LK: Lastkennlinie
K1–K4: Betriebsbereiche des Hybridantriebs
G: Elektromotor als Generator
M: Elektromotor als Motor
M_Mot: Drehmoment am Elektromotor in Pfeilrichtung
ω_Mot: Drehzahl und Drehrichtung am Elektromotor in Pfeilrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0760277 A1 [0001, 0010]
DE 10104109 A1 [0002]
EP 2569136 B1 [0004, 0004, 0004, 0005, 0011]

Claims

Hybridantrieb (20) umfassend – einen hydraulischen Antrieb (2) mit einem einfach wirkenden Zylinder (2a), einem Hydraulikkolben (2b), einer lastseitigen Kolbenstange (2c), welche mit einer Last bzw. einem anzutreibenden Element (40) verbindbar ist, und mit einem Druckmittelspeicher (3), welcher über eine Druckmittelleitung (4) mit einem Druckraum (2d) verbunden ist, welcher auf derjenigen Seite des Kolbens (2b) liegt, die der Last bzw. dem anzutreibenden Element (40) abgewandt ist, wobei der Druckmittelspeicher (3) ohne Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen strömungstechnisch direkt mit dem Druckraum (2d) verbunden ist, so dass ein Druckfluid direkt von dem Druckmittelspeicher (3) über die Druckmittelleitung (4) in den Druckraum (2d) und umgekehrt ein Druckfluid direkt von dem Druckraum (2d) über die Druckmittelleitung (4) in den Druckmittelspeicher (3) strömen kann, – einen Elektromotor (1), welcher sowohl als Motor (M) als auch als Generator (G) betreibbar ist, wobei der Elektromotor (1) in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Antrieb (2) steht, – und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Elektromotors (1), wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, um den Elektromotor (1) entweder als Motor (M) oder als Generator (G) betreiben zu können, oder um den Elektromotor kraftlos schalten zu können.
Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) in Wirkverbindung mit der lastseitigen Kolbenstange (2c) steht.
Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf derjenigen Seite des Kolbens (2b), welche der lastseitigen Kolbenstange (2c) abgewandt ist, eine druckraumseitige Kolbenstange (2e) vorgesehen und mit dem Kolben (2b) verbunden ist, wobei sich die druckraumseitige Kolbenstange (2e) durch den Druckraum (2d) hindurch erstreckt und aus dem Zylinder (2a) herausragt, und wobei der Elektromotor (1) in Wirkverbindung mit der druckraumseitigen Kolbenstange (2e) steht.
Antriebsvorrichtung mit einem Hybridantrieb (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit einer hydraulischen Ladevorrichtung (30) zum Aufladen und zum Entladen des Hybridantriebs (20), wobei die hydraulische Ladevorrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass mit der hydraulischen Ladevorrichtung (30) der hydraulische Antrieb (2) des Hybridantriebs (20) mit einem Druckmittel aufgeladen werden kann, wobei der Druckraum (2d) und/oder der Druckmittelspeicher (3) mit dem Druckmittel aufgeladen werden können, und dass mit der hydraulischen Ladevorrichtung (30) das Druckmittel aus dem hydraulischen Antrieb (2) abgeführt und der hydraulische Antrieb (2) entladen werden kann.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Ladevorrichtung (30) einen Tank (5), eine Pumpe (6), eine Ventileinrichtung (7) und gegebenenfalls einen Hydraulikspeicher (60) umfasst, wobei die Ventileinrichtung (7) als Schaltventil oder als Servoventil ausgebildet ist und zwei Schaltstellungen besitzt, wobei in der einen Schaltstellung eine Verbindung des Hybridantriebs (20) mit der Pumpe (6) bzw. dem Tank (5) vorliegt und wobei in der anderen Schaltstellung keine Verbindung des Hybridantriebs (20) mit der Pumpe (6) bzw. dem Tank (5) vorliegt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventil-Steuereinrichtung (50) vorgesehen ist, wobei die Ventil-Steuereinrichtung (50) ausgebildet ist, um die Ladevorrichtung (30) nur für die Zeit bzw. nur den Vorgang des Aufladens mit dem hydraulischen Antrieb (2) in Verbindung zu bringen und während des Betriebs des Hybridantriebs (20) die Verbindung zu blockieren.