KR20100053665A

KR20100053665A - 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치

Info

Publication number: KR20100053665A
Application number: KR1020107005690A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 로다 헬브링
Original assignee: 리브에르 프랑스 에스에이에스
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2010-05-20
Also published as: JP2010537130A; CN101861437A; JP5364709B2; DE202007011783U1; ES2393817T3; EP2181221B1; CN101861437B; WO2009024197A1; EP2181221A1; US20110302914A1

Abstract

본 발명은 펌프(1)와 모터(2)를 포함한 유압회로를 구비하고 있는 특히 굴착기의 특히 회전시스템용 유압구동장치에 관한 것으로서, 적어도 하나의 밸브(4)를 통해 펌프 및/또는 모터에 연결 가능한 고압저장부(3)와, 적어도 하나의 밸브를 컨트롤하는 컨트롤 유닛(6)이 구비된다.

Description

굴착기의 회전시스템용 유압구동장치 {HYDRAULIC DRIVE, PARTICULARLY OF A DIGGER, PARTICULARLY FOR A ROTATION SYSTEM}

본 발명은 펌프와 엔진을 포함하는 유압회로(hydraulic circuit)를 가진, 특히 굴착기의, 특히 선회기어(slewing gear)용, 유압구동장치(hydraulic drive)에 관한 것이다.

굴착기의 유압으로 구동되는 기본 기능들은 굴착기의 주행운동(driving movement) 및 유압실린더 구동장치(hydraulic cylinder drive)들을 통해 수행되는 장비운동(equipment movement)과 유정압 회전구동장치(hydrostatic rotational drive)들을 통해 수행되는 상부구조(superstructure)의 회전운동(rotary movement)이다. 이를 위한 유압에너지는 내연기관(internal combustion engine), 특히 디젤엔진에 의해 순차적으로 구동되는 하나 이상의 펌프에 의해 공급된다. 이러한 점에서, 펌프 트랜스퍼케이스(pump transfer case)는 내연기관과, 장비운동 및 주행운동을 위한 하나 이상의 펌프 사이에 구비된다. 특히, 세퍼레이트 펌프(separate pump)는 상부구조의 회전운동을 위한 관점에서 사용될 수 있다.

유압에너지 외에 추가로 발생하여 유압유(hydraulic fluid)를 가열하는 열에너지는 라디에이터(radiator)를 통해 다시 방열된다. 따라서 디젤엔진에 의해 공급된 에너지는 유압에너지와 손실(loss)로 바뀐다.

특히, 지금은 유압구동장치가 유압굴착기의 상부구조의 회전운동을 위해 사용되는데, 이 회전운동에서 펌프에 의해 공급된 유압에너지는 유압엔진(hydraulic engine)에서 기계적 에너지(mechanical energy)로 다시 변환된다. 따라서 유압엔진은 대응하는 선회기어 트랜스미션(corresponding slewing gear transmission)과 조합하여 회전운동을 발생시킨다. 이러한 구동장치의 파라미터(parameter)는 토크와 속도로서, 토크(torque)는 유압엔진, 압력, 토출체적(displacement volume) 및 전동률(transmission ratio)에 의해 결정되고, 속도(speed)는 유효 오일체적흐름(oil volume flow), 토출체적 및 전동률에 의해 결정된다.

유압구동장치의 실시와 관련하여, 기본적으로 2 가지 대안이 선행기술에 의해 알려져 있다.

유압구동장치는 컨트롤밸브(control valve)를 통해, 펌프가 엔진과 연결되는 개방유압회로(open hydraulic circuit)를 포함할 수 있다. 이러한 점에서, 작업펌프(working pump)는 정토출량형 펌프(fixed displacement pump) 또는 가변토출량형 펌프(variable displacement pump)일 수 있다. 컨트롤밸브는 유압유 체적흐름의 압력과 양을 컨트롤하여 엔진을 컨트롤한다. 유압유는 엔진의 유출구(outlet)로부터 유압유가 안으로 흘러들어 가는 반송조(return reservoir)에서 펌프에 의해 흡입된다. 회전운동이 제동되면, 제동에너지는 그러한 컨트롤로 인해 수력학적으로 파괴되어 시스템에 더 이상 사용 가능하지 않다.

세퍼레이트 선회기어펌프(separate slewing gear pump)는 폐회로(closed circuit)용으로 사용되며, 폐회로에서 밸브 없이 엔진과 연결된다. 이러한 점에서, 펌프는 유압유 체적흐름의 압력과 양이 펌프를 통해 컨트롤될 수 있도록 가변토출량형 펌프가 일반적이다. 제동과정(braking procedure)에서, 이러한 구성의 선회기어펌프는 에너지가 다른 컨슈머(consumer)에게 이론적으로 사용 가능하도록 내연기관에 트랜스미션을 통해 지지된다. 하지만, 실제작동에서, 에너지는 에너지가 사용 가능한 당시에는 사실상 필요가 없어 손실된다.

따라서 에너지 소비량이 더 낮고, 특히 에너지가 제동과정에서 손실되지 않는 유압구동장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 목적은 청구항 1에 따른 유압구동장치에 의한 본 발명에 따라 해결된다. 이러한 점에서, 적어도 하나의 밸브를 통해 펌프 및/또는 엔진에 연결될 수 있는 고압저장부(high-pressure store)가 구비되며, 적어도 하나의 밸브를 컨트롤하는 컨트롤러가 구비된다. 이러한 고압저장부는 유압에너지를 저장하는 것을 가능하게 하며 나중에 다시 구동하는데 사용 가능하게 한다. 밸브를 통한 고압저장부의 스위칭에 의해, 예컨대, 고압저장부는, 선회기어의 재가속(reacceleration)시에 저장되었던 에너지를 다시 돌려주는 펌프로서 작동하는 엔진을 통해 선회기어의 제동 중에, 충전될 수 있다. 이에 의해 유압구동장치의 에너지 소비량이 낮아짐으로써, 특히 내연기관이 펌프의 구동장치용으로 더 작은 치수로 제작될 수 있다. 또한, 고압저장부는 펌프를 통해 똑같이 충전될 수 있다. 고압저장부가 밸브를 통해 유압회로에서 분리되면, 본 발명의 유압구동장치는, 그와 대조적으로, 펌프가 엔진을 구동하는 선행기술에 따른 유압구동장치처럼 다시 작동한다.

따라서 펌프를 구동하는데 사용되는 내연기관은, 고압저장부로부터의 에너지가 동력(power)이 피크일 때 지원하는 방식으로 사용될 수 있으므로, 더 작은 치수로 제작될 수 있다. 한편으로는, 더 작은 치수로 제작되는 내연기관에 의해 제조비용이 낮춰질 수 있다. 또한, 다른 한편으로는, 더 작은 치수로 제작됨에 따라, 정상작동시에는 내연기관이 더 균일하게 로드되고 더 나은 엔진 작동시점(engine operating point)에서 구동될 수 있으므로, 유압구동장치의 총 소비량이 감소한다.

고압저장부는 적어도 하나의 밸브를 통해 유압회로의 적어도 다른 두 지점에서 펌프 및/또는 엔진에 연결될 수 있는 것이 유리하다. 고압저장부는 충전을 위해 한쪽 연결지점에 연결될 수 있고, 저장된 에너지를 유압유의 형태로 다시 배출하기 위해 다른 쪽 연결지점(connection point)에 연결될 수 있다. 따라서 펌프 또는 엔진의 수송방향(conveying direction)을 다르게 할 수 있다.

유압유가 에너지저장모드(energy storage mode)에서는 고압저장부로 수송되고, 유압유가 에너지회수모드(energy recovery mode)에서는 고압저장부 밖으로 흘러나가도록, 컨트롤러는 적어도 하나의 밸브를 스위칭하는 것이 더 유리하다. 따라서 에너지는, 예컨대 펌프의 제동시 또는 저부하(low load)시, 컨트롤러에 의해 저장될 수 있고, 가속(acceleration)시에 다시 반송될 수 있다.

펌프와 엔진이 정상모드(normal mode)에서는 폐회로에서 서로 연결되도록 컨트롤러는 적어도 하나의 밸브를 스위칭하는 것이 더 유리하다. 이러한 펌프와 엔진의 폐회로(closed circuit)는 선회기어구동장치를 가진 개회로(open circuit)보다 특히 유리하며, 에너지가 저장되지도 회수되지도 않는 상태에서 펌프를 통한 엔진의 직접 구동에 사용될 수 있다.

이러한 점에서, 고압저장부는 정상모드에서는 펌프와 엔진의 폐회로로부터 분리되는 것이 유리하다. 저장부(store)가 펌프와 엔진 사이의 압력라인(pressure line)에 항상 연결되는, 2차 조절기(secondary regulation)를 가진 유압회로와 대조적으로, 유압구동장치의 컨트롤이 가변형 조절펌프(variable adjustment pump)를 통해 수행되기 때문에, 여기서는 정토출량형 엔진(fixed displacement engine)이 사용될 수 있다. 따라서 더 심플하고 더 값싼 디자인이 얻어진다.

본 발명에 따른 유압구동장치는 적어도 하나의 밸브를 통해 펌프 및/또는 엔진에 연결될 수 있는 저압저장부(low pressure store)를 포함하는 것이 더 유리하며, 컨트롤러로 적어도 하나의 밸브를 컨트롤한다. 이러한 점에서, 적어도 하나의 밸브는 고압저장부도 유압회로에 연결될 수 있는 동일한 밸브일 수 있다. 그러나 이와 달리, 세퍼레이트 밸브 또는 밸브 조합(valve combination)도 사용될 수 있다. 다음으로, 저압저장부는 에너지저장모드에서는 고압저장부 안으로 수송되는 유압유를 공급하고, 반대로, 에너지회수모드에서는 고압저장부 밖으로 흘러나가는 유압유를 받아들인다.

이러한 점에서, 저압저장부는 적어도 하나의 밸브를 통해 유압회로의 적어도 다른 두 지점에서 펌프 및/또는 엔진에 연결될 수 있는 것이 유리하다. 따라서 에너지가 저장되는지 또는 회수되는지에 따라, 저압저장부는 대응하는 지점에서 펌프 및/또는 엔진에 연결될 수 있다. 엔진이나 펌프의 회전방향을 다르게 하는 것이 똑같이 가능하다.

컨트롤러는, 에너지저장모드에서는 유압유가 저압저장부의 바깥으로 흘러나가고, 회수모드에서는 유압유가 저압저장부 안으로 흘러들어오도록, 적어도 하나의 밸브를 스위칭하는 것이 유리하다. 따라서 에너지저장모드와 에너지회수모드 중에는, 본 발명에 따른 유압구동장치를 가진 폐유압회로(closed hydraulic circuit)는 없다. 오히려, 유압유가 고압저장부로부터 저압저장부 안으로 흘러들어가 유압구동장치에 에너지를 출력하거나, 또는, 유압유가 저압저장부로부터 고압저장부 안으로 수송되어 유압에너지를 저장한다.

컨트롤러는, 저압저장부가 정상모드(normal mode)에서는 펌프와 엔진의 폐회로부터 분리되도록, 적어도 하나의 밸브를 스위칭하는 것이 더 유리하다. 따라서 정상모드에서는 앞서 설명한 엔진과 펌프의 유리한 폐회로가 생기는 반면, 에너지저장모드와 에너지회수모드에서는 폐회로가 생기지 않도록 밸브가 스위칭된다.

이러한 점에서, 고압저장부는 정상모드에서는 펌프와 엔진의 폐회로에서 완전히 분리되는 것이 유리한 반면, 저압저장부는 필요한 유압유가 공급되도록 폐회로의 저압측과 체크밸브를 통해 연결되는 것이 유리할 것이다. 따라서 저압저장부는, 본 발명에 따른 유압시스템에서는 2 가지 기능을 수행한다. 정상작동(normal operation)시에, 저압저장부는 선행기술에 의해 알려진 바와 같이 체크밸브를 통해 저압측의 유압유공급수단(hydraulic fluid supply)으로 작동하며, 그 목적을 위해, 저압저장부는 펌프를 통해 허용압력(admission pressure)으로 충전되는 것이 유리하다. 이와 대조적으로, 에너지저장모드에서는 저압저장부가 고압저장부 안으로 수송되는 유압유에 대한 유압유공급원(hydraulic fluid source)으로서의 역할을 수행하고, 에너지회수모드에서는 저압저장부가 고압저장부의 바깥으로 흘러나가는 유압유에 대한 유압유수신원(hydraulic fluid receiver)으로서의 역할을 수행한다. 이러한 목적을 위해, 저압저장부는 이들 모드 중에는 엔진 또는 펌프와 이에 상응하여 연결되는 것이 유리하다. 이러한 점에서, 에너지저장모드 및/또는 에너지회수모드에서는 펌프와 엔진의 폐회로가 없는 것이 유리하다.

유압구동장치의 고압저장부는 본 발명에 따른 유압구동장치에서 적어도 하나의 밸브를 통해 적어도 펌프의 유입측(inflow side)에 연결될 수 있는 것이 유리하다. 따라서 고압저장부는 에너지회수모드 중에는 펌프의 유입측에 연결될 수 있어서 펌프를 지지할 수 있다. 따라서 펌프에 대한 압력차이(pressure difference)와 펌프를 구동하는데 필요한 동력은, 펌프의 유입측에 연결된 고압저장부에 의해 감소한다. 따라서 펌프를 구동하는데 사용되는 내연기관은 동력이 피크일 때 펌프가 고압저장부에 의해 지원을 받을 수 있으므로 더 작은 치수로 제작될 수 있다.

더 유리하게는, 고압저장부는 적어도 하나의 밸브를 통해 펌프의 양측에 연결될 수 있다. 따라서 고압저장부는, 특히 펌프가 2개의 수송방향을 가진 펌프인 경우, 펌프의 운전방향(running direction)에 따라 각각의 유입측에 연결될 수 있다. 이것은 또한, 펌프를 통해 고압저장부를 충전하는 것도 가능하게 한다. 유압엔진이 필요 없는 유압구동장치의 작동상태에서는, 펌프를 구동하기 위해 내연기관이 여전히 구동될 수 있으며, 고부하 상태에서는, 에너지를 다시 돌려주기 위해 고압저장부에 에너지를 저장할 수 있다. 따라서 유압유 또한, 유압구동장치의 엔진이 펌프로 작용하는 제동상태(braking phase)에서는 고압저장부 안으로 주입될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 그러한 제동상태에서는, 예컨대 고압저장부가 펌프의 유출측(outflow side)에 연결되면 충분하다.

더 유리하게는, 저압저장부는 적어도 하나의 밸브를 통해 적어도 엔진의 유출측(outflow side)에 연결될 수 있다. 따라서 고압저장부로부터 흘러들어오는 유압유는 에너지회수 중에 엔진에서 빠져나와 저압저장부 안으로 흘러들 수 있다.

더 유리하게는, 저압저장부는 적어도 하나의 밸브를 통해 엔진의 양측에 연결될 수 있다. 이것은 특히, 2개의 운전방향을 가지는 엔진에 의한 양쪽 회전방향에서의 에너지회수를 허용한다. 따라서 엔진은 제동상태 중에는 펌프로서의 역할도 수행할 수 있기 때문에, 저압저장부가 엔진의 유출측에 연결된 상태에서 저압저장부로부터 고압저장부 안으로 유압유를 펌핑할 수 있다.

본 발명에 따른 유압구동장치의 컨트롤러는, 1차 에너지저장모드(first energy storage mode)에서, 저압저장부, 엔진, 가능하다면 펌프와 고압저장부의 유압연결(hydraulic connection)이 존재하여, 엔진이 펌프로서의 역할을 수행하도록, 적어도 하나의 밸브를 스위칭하는 것이 유리하다. 따라서 이미 상술한 바와 같이, 펌프로서의 역할을 수행하는 엔진을 통해, 유압유가 저압저장부로부터 고압저장부 안으로 펌핑되므로, 제동에너지가 저장될 수 있다. 따라서 유압유는 엔진으로부터 고압저장부 안으로 직접 펌핑되거나 펌프를 통해 그 전처럼 유입될 수 있다.

본 발명에 따른 유압구동장치의 컨트롤러는, 2차 에너지저장모드(second energy storage mode)에서, 저압저장부, 펌프 및 고압저장부의 유압연결이 존재하고 유리하게는 엔진이 유압연결로부터 분리되어, 펌프가 고압저장부 안으로 유압유를 펌핑하도록, 적어도 하나의 밸브를 컨트롤하는 것이 더 유리하다. 따라서 펌프를 구동하는 내연기관이 사이클에 공급해야 하는 다소간의 동력을 출력해야만 하는 상태에서, 여분의 에너지를 저장하는 것이 가능하다. 따라서 이 에너지는, 높은 출력이 요구되는 상태에서, 내연기관을 지원하는데 사용할 수 있다. 따라서 내연기관의 출력이 전체 사이클에 걸쳐 거의 일정하게 유지될 수 있고, 내연기관의 작동시점이 소비량과 관련하여 적절히 선택될 수 있다. 따라서 내연기관이 이에 상응하여 더 작은 치수로 제작될 수 있다.

더 유리하게는, 본 발명에 따른 유압구동장치의 컨트롤러는, 1차 에너지회수모드(first energy recovery mode)에서, 고압저장부로부터의 압력이 펌프의 기능을 지원하도록 하기 위해 고압저장부, 펌프, 엔진 및 저압저장부의 유압연결이 존재하도록, 적어도 하나의 밸브를 스위칭한다. 이미 설명한 바와 같이, 펌프에서의 압력차이는, 더 작은 구동력이 펌프를 구동하는데 요구되도록 하기 위해, 고압저장부와 펌프의 유입측 사이의 연결에 의해 감소한다. 따라서 펌프의 기능은, 저장된 에너지가 회수되어 유압펌프에서 사용할 수 있게 한다는 점에서, 가속상태 중에 지원될 수 있다.

더 유리하게는, 본 발명에 따른 유압구동장치의 컨트롤러는, 2차 에너지회수모드(second energy recovery mode)에서, 고압저장부, 펌프 및 저압저장부의 유압연결이 존재하고 유리하게는 엔진이 유압연결로부터 분리되어 펌프가 엔진처럼 작동하도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브를 스위칭한다.

이것은, 펌프가 구동엔진, 특히 내연기관에 의해 구동되는 경우에 특히 유리한데, 내연기관은 다른 컨슈머(consumer)도 구동한다. 따라서 펌프의 필요 이상의 구동 토크(additional drive torque)는 트랜스퍼케이스(transfer case)를 통해 다른 컨슈머에게 제공될 수 있다. 이러한 점에서, 유압유가 저압저장부 안으로 흘러드는 동안에, 고압저장부로부터의 에너지는 펌프를 구동한다.

더 유리하게는, 컨트롤러가 구동장치의 제동상태에서는, 에너지저장모드로, 특히 1차 에너지저장모드로 스위칭되어 엔진이 펌프처럼 작동하며, 가속상태에서는, 에너지회수모드로, 특히 1차 에너지회수모드로 필요에 따라 스위칭된다. 따라서 제동에너지는 제동상태 중에 저장될 수 있어 손실되지 않고, 가속상태 중에 돌려받을 수 있다.

더 유리하게는, 컨트롤러는 펌프를 구동하는 구동엔진이 더 적게 부하를 받는 상태에서는 2차 에너지저장모드로 스위칭된다. 따라서 내연기관의 출력은 거의 일정하게 유지될 수 있는데, 이것이 내연기관의 소비량과 치수에 긍정적인 효과를 가진다. 더 유리하게는, 컨트롤러는 펌프를 구동하는 구동엔진이 크게 부하를 받는 상태에서는, 특히 그때 엔진처럼 작동하는 펌프에 의해 제공된 에너지를 다른 컨슈머에 사용할 수 있도록 하기 위해, 2차 에너지회수모드로 스위칭된다.

엔진과 펌프는, 본 발명에 따른 유압구동장치에서는, 두 개의 수송방향을 가지는 것을 유리하다. 따라서 엔진의 회전방향은 폐회로에서 펌프의 수송방향에 의해 조정될 수 있다.

더 유리하게는, 적어도 하나의 밸브는 적어도 다음의 3가지 연결을 가능하게 한다.

- 고압저장부가 펌프의 제1 측면에 연결되고, 저압저장부가 엔진의 제1 측면에 연결되며, 엔진과 펌프의 제2 측면이 서로 연결된다. 따라서 펌프와 엔진의 운전방향에 따라, 고압저장부는 엔진이 펌프처럼 작동하므로 충전될 수 있고 또는 고압저장부가 펌프의 일을 지원(support)할 수 있다.

- 고압저장부가 펌프의 제2 측면에 연결되고, 저압저장부가 엔진의 제2 측면에 연결되며, 엔진과 펌프의 제1 측면이 서로 연결된다. 이것은, 대응하는 기능이 엔진과 펌프의 반대로 된 회전방향에 의해 실현될 수 있도록, 제1 연결조합(first connection combination)의 거울상 상황(mirror-image situation)이다.

- 고압저장부와 저압저장부가 펌프와 엔진으로부터 분리되고, 엔진과 펌프의 제1 및 제2 측면이 각각 서로 연결된다. 이러한 정상작동상태에서는, 따라서 펌프와 엔진의 폐회로가 생긴다.

특히, 1차 에너지저장 및 에너지회수모드는 이들 3가지 연결조합에 의해 행해진다.

더 유리하게는, 밸브는 다음과 같은 연결조합을 가능하게 한다. 즉, 고압저장부가 펌프의 제1 측면에 연결되고, 저압저장부가 펌프의 제2 측면에 연결되며, 유리하게는 펌프와 이들 저장부로부터 엔진이 분리된다. 2차 에너지저장모드 또는 2차 에너지회수모드는 펌프의 회전방향에 따라 결정되는 이러한 결합에 의해 행해질 수 있다.

더 유리하게는, 본 발명에 따른 유압구동장치의 펌프는 가변토출량형 펌프(variable displacement pump)이고 및/또는 본 발명에 따른 유압구동장치의 엔진은 정토출량형 엔진(fixed displacement engine)이다. 따라서 유압구동장치는 가변토출량형 펌프의 회전각도(pivot angle)에 의해 컨트롤될 수 있는데 반해, 엔진은 정토출량형 엔진처럼 디자인될 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 시스템의 단순한 컨트롤이 이루어지며, 본 발명에 따른 에너지저장 및 에너지회수모드도 가변토출량형 펌프의 대응하는 컨트롤에 의해 행해질 수 있다.

더 유리하게는, 이러한 점에서, 펌프의 회전각도는 컨트롤러의 입력값이 된다.

더 유리하게는, 컨트롤러에 데이터로 공급되는 유압을 측정하기 위해, 적어도 하나의 압력센서가 더 구비된다.

더 유리하게는, 본 발명에 따른 유압구동장치의 컨트롤러는 오퍼레이터의 컨트롤 신호를 처리한다.

이 때문에, 컨트롤러의 입력값은 오퍼레이터(operator)의 컨트롤 신호, 회로의 서로 다른 지점에서의 압력 및 펌프의 회전각도이다. 이러한 점에서, 출력값은 펌프에 보내는 컨트롤 신호 및 적어도 하나의 밸브에 보내는 컨트롤 신호인 것이 유리하다.

그 가능성은, 종래기술에 따른 통상적인 선회기어 컨트롤뿐 아니라, 에너지가 저장될 수 있고 특히 펌프의 구동에 더 작은 내연기관이 사용될 수 있는 본 발명에 따른 유압저장관리를 행하는, 본 발명에 따른 컨트롤러에 의해 이루어짐으로써, 또한 소비 및 제조비용이 줄고 게다가 소음공해가 감소한다. 이러한 목적에 맞는 컨트롤러는 본 발명에 따른 이점을 달성하기 위해 그에 상응하여 펌프를 컨트롤한다.

더 유리하게는, 컨트롤러는 구동엔진의 가동을 균일하게 하기 위해, 펌프를 구동하는 구동엔진의 구동전자기기(drive electronics)와 통신한다. 이에 의해, 소비와 소음방출을 줄이는 구동엔진의 균일한 가동(capacity utilization)은, 특히 2차 에너지저장모드의 사용에 의해, 그리고 선택적으로, 2차 에너지회수모드에 의해 제공될 수 있다. 이 점에서, 컨트롤러는, 바람직하게는 마이크로컨트롤러 및, 펌프의 압력과 회전각도를 측정할 수 있는 대응하는 센서 시스템을 포함하는 전자 컨트롤러 시스템인 것이 유리하다.

본 발명은, 상술한 바와 같이, 특히 유압구동장치를 구비한 굴착기의 선회기어(slewing gear)를 더 포함한다. 유압구동장치와 관련하여 상술한, 특히 유압굴착기의, 이러한 선회기어에 의해 동일한 이점이 달성된다.

또한, 본 발명은, 상술한 바와 같이, 특히 선회기어에 적합한, 유압구동장치를 가진 굴착기를 포함한다. 본 발명에 따른 이점도 이에 의해 달성된다.

이 점에서, 본 발명은 또한, 특히 굴착기의, 특히 선회기어의, 유압구동장치를 컨트롤하기 위한 대응 방법을 더 포함하는데, 대응하는 에너지저장 및 에너지회수모드가 행해지도록 하기 위해, 이 방법에 의해 밸브 및, 선택적으로 펌프가 컨트롤된다.

도 1은 본 발명에 따른 유압구동장치의 제1 실시형태.
도 2는 본 발명에 따른 유압구동장치의 제2 실시형태.
도 3은 본 발명에 따른 유압구동장치의 제3 실시형태.

실시형태와 도면을 참조하여, 본 발명이 지금부터 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 1차 에너지저장모드에서 선회기어의 제동상태 중에 제동에 의한 에너지가 고압저장부(3)에 저장될 수 있고 또한 이러한 에너지가 1차 에너지회수모드에서 회전구동장치(rotary drive)의 재가속(reacceleration)시에 구동장치에 다시 반환될 수 있는, 본 발명에 따른 유압구동장치의 제1 실시형태를 나타낸다. 따라서 디젤엔진은 이에 상응하여 더 작은 치수로 제작될 수 있다.

이러한 점에서, 본 발명에 따른 제1 실시형태의 유압구동장치는, 펌프(1)와 엔진(2)을 포함하며, 여기서 가변토출량형 액셜 피스톤 펌프(axial piston pump)와 정토출량형 엔진은 각각 2개의 수송방향을 가진다. 본 실시형태에서 고압저장부(3)는 밸브(4)를 통해, 여기서는 6/3방 밸브(6/3 way valve)를 통해 밸브(4)의 우측 포지션에서 펌프(1)의 좌측편(11)에 연결되는 한편, 밸브(4)의 좌측 포지션에서 펌프(1)의 우측편(12)에 연결될 수 있다. 따라서, 밸브(4)의 우측 포지션에서는 저압저장부(5)가 엔진(2)의 좌측편(21)에 연결되는 한편, 저압저장부(5)가 밸브(4)의 좌측 포지션에서는 엔진(2)의 우측편(22)에 연결된다. 따라서, 펌프의 좌측편(11)과 엔진(2)의 좌측편(21)은 밸브(4)의 좌측 포지션에서 서로 연결되는 한편, 펌프(1)의 우측편(12)과 엔진(2)의 우측편(22)은 밸브의 우측 포지션에서 서로 연결된다.

이와 대조적으로, 밸브(4)의 중간 포지션(middle position)에서는 고압저장부(3)와 저압저장부(5)가 엔진(1)과 펌프(2)로부터 분리되는 한편, 펌프(1)의 좌측편(11)이 엔진(2)의 좌측편(21)과 연통하고, 펌프(1)의 우측편(12)이 엔진(2)의 우측편(22)과 연통한다.

또한, 잠재적으로, 정상작동 중 폐회로에 의해 유압구동장치의 저압측에 유압유를 공급하기 위해서, 저압저장부(5)가 2개의 체크밸브를 통해 펌프(1)의 좌측편(11) 및 우측편(12)과 항상 연통한다. 또한, 저압저장부(5)는 펌프를 통해 허용압력으로 충전된다. 이것이 여기서는 메인펌프(main pump)에 연결된 것으로 나타나 있다. 마찬가지로, 릴리프 밸브(relief valve)가 저압저장부와 연통하여 구비된다.

컨트롤러(6), 여기서는 마이크로컨트롤러가 밸브(4)와 가변토출량형 펌프(1)를 컨트롤한다. 유압시스템의 압력과 펌프의 회전각도(pivot angle)는 입력값이 된다. 마찬가지로, 오퍼레이터의 컨트롤신호도 컨트롤러(6)의 입력값이다. 따라서 컨트롤러(6)는 본 발명에 따른 저장관리(storage management)와 선회기어의 컨트롤을 떠맡는다.

이러한 점에서, 도 1에 도시된 제1 실시형태에서는, 본 발명의 1차 에너지저장모드에서, 밸브(4)가 엔진(2)의 회전방향에 따라 좌측 포지션 또는 우측 포지션으로 이동된다. 따라서 상부구조(superstructure)의 제동시에 엔진(2)은 펌프가 되고 펌프(1)는 엔진이 된다. 저압저장부(3)는 밸브를 통해 엔진의 유입측에 연결되는 한편, 고압저장부(3)는 밸브(4)를 통해 펌프(1)의 유출측에 연결된다. 따라서 펌프처럼 작동하고 상부구조의 작동에너지(movement energy)에 의해서 구동되는 엔진(2)은 저압저장부(5)로부터 고압저장부(3)로 유압유를 수송한다. 따라서 제동시에 상부구조의 작동에너지는 고압저장부(3)에 유압에너지로 저장될 수 있다.

1차 에너지회수모드에서는, 펌프(1)와 엔진(2)의 회전방향에 따라, 밸브(4)가 좌측 포지션 또는 우측 포지션에 있으며, 수송방향이 동일한 1차 에너지저장모드와 비교해서 정확히 반대 포지션에 있다. 따라서 고압저장부는 밸브(4)를 통해 펌프(1)의 유입측에 연결되는 한편, 저압저장부는 엔진(2)의 유출측에 연결된다. 이에 의해 펌프에서의 델타 Ｐ가 감소하며 따라서 펌프를 구동하기 위해 필요한 동력이 감소한다. 이와 관련하여, 유압유는 펌프와 엔진(2)을 통해 고압저장부(3)로부터 저압저장부(3)로 흐르며, 이렇게 함으로써, 저장된 유압에너지를 기계적인 에너지로 다시 변환시킨다. 따라서 선회기어의 가속은 저장된 에너지에 의해 지원받을 수 있다.

제2 실시형태는 밸브의 디자인이 다르다는 점을 제외하면, 나머지는 동일한 제1 실시형태의 변형을 나타낸 것이다. 제1 실시형태에서의 6/3방 밸브 대신, 제2 실시형태에서는 좌측 4/2 밸브(4a)와 우측 4/2 밸브(4b)가 사용되지만, 이들은 제1 실시형태의 6/3방 밸브(4)처럼 동일한 기능을 구비하고 있다. 만약 좌측 밸브(4a)가 그대로 좌측 포지션에 있고 우측 밸브(4b)가 우측 포지션에 그대로 있다면, 도 2에 도시된 바와 같이, 펌프와 엔진의 폐회로(closed circuit)는 정상모드에 적합하게 구성되며, 이 폐회로에서 펌프(1)의 좌측편(11)은 엔진(2)의 좌측편(21)과 연통하고 펌프(1)의 우측편(12)은 엔진(2)의 우측편(22)과 연통하는 한편, 고압저장부(3)와 저압저장부(5)는 펌프와 엔진으로부터 분리된다. 이와 대조적으로, 만약 좌측밸브(4a)가 좌측 포지션에 그대로 있는 한편, 우측밸브(4b) 또한 좌측 포지션에 있다면, 고압저장부(3)는 펌프(1)의 우측편에 연결되는 한편, 저압저장부(5)는 엔진(2)의 우측편(22)에 연결된다. 이와 대조적으로, 만약 좌측밸브(4a)가 우측 포지션에 있는 한편, 우측밸브(4b)가 좌측 포지션에 있다면, 고압저장부(3)는 펌프(1)의 좌측편(11)에 연결되는 한편, 저압저장부(5)는 엔진(2)의 좌측편(21)에 연결된다. 따라서, 밸브(4a)(4b)는 컨트롤러(6)를 통해, 정상모드, 1차 에너지저장모드, 1차 에너지회수모드에 필요한 연결을 수립할 수 있으며, 또한 제1 실시형태에서처럼, 컨트롤러가 이들을 컨트롤한다. 따라서 각각의 수송방향은 컨트롤러를 통해 펌프(1)의 조정각도를 세팅함으로써 정해진다.

도 3에 도시된 제3 실시형태는, 좌측밸브(4a)와 우측밸브(4b) 각각이 제2 실시형태로부터 알려진 좌측 포지션과 우측 포지션뿐 아니라 중앙 포지션을 가진다는 점을 제외하면, 제2 실시형태의 연결 구성(connection aspect)과 동일하다. 중간 포지션에서는, 좌측밸브(4a)가 고압저장부(3)를 펌프의 좌측편(11)에 연결하는 한편, 저압저장부(5)와 엔진(2)의 좌측편(21) 사이에는 연결이 수립되지 않는다. 이와 대조적으로, 중간 포지션에서는, 우측밸브(4b)가 저압저장부(5)를 펌프(1)의 우측편(12)에 연결하는 한편, 고압저장부(3)가 엔진(2)의 우측편(22)으로부터 분리된다.

또한, 4/3방 밸브(4a)(4b)의 이러한 배치에 의해, 도 3에 도시된 실시형태로 2차 에너지저장모드와 에너지회수모드를 수행하는 것이 가능해진다.

엔진이 밸브(4a)(4b)의 중간 포지션에서는 펌프로부터 분리되고 펌프가 저압저장부 및 고압저장부에 연결되므로, 고압저장부는 대응하는 방향으로 펌프를 유출회전(outward pivoting) 시킴으로써 충전될 수 있는데, 이것은 2차 에너지저장모드에 해당한다. 이러한 점에서, 펌프의 저압측은 저압저장부(5)로부터 공급된다. 따라서 고압저장부(3)가 충전되는 경우에, 펌프(1)는 제로(zero)로 역회전된다. 따라서 펌프(1)를 구동하기 위해 구비된 구동엔진이 사이클에 기인한 적은 동력을 제공해야 하는 상태에서는 여분의 에너지가 저장될 수 있다.

이와 대조적으로, 다른 방향으로 펌프(1)를 유출회전시킴으로써, 펌프가 밸브(4a)(4b)의 중간 포지션에서는 엔진처럼 사용될 수 있다. 이러한 점에서, 유압유는, 고압저장부(3)에 저장된 에너지가 엔진처럼 작동하는 펌프(1)를 구동하도록 하기 위해, 펌프(1)를 통해 저압저장부(5)를 향해 고압저장부(3)의 바깥으로 흘러나간다. 따라서 여분의 구동 토크는 트랜스퍼케이스를 통해 다른 컨슈머에 이용될 수 있다.

마찬가지로, 도 3에 도시된 제3 실시형태에 의해, 1차 에너지저장 및 에너지회수모드를 수행하는 것 또한 당연히 가능하다. 이러한 목적에 적합한 절차는 제1 및 제2 실시형태에서처럼 동일하다.

본 발명에 따른 에너지저장 및 에너지회수로 인해, 펌프(1)를 구동하는 디젤엔진은 이에 상응하여 더 작은 치수로 제작될 수 있고, 이것은 비용, 구조물 크기 및 무게를 줄인다. 마찬가지로, 소비(consumption)가 이에 상응하여 더 줄어들 수 있다.

또한, 디젤엔진이 가속상태 중에 부하 피크를 감당하도록 구성할 필요가 없는 경우에, 내연기관의 작동시점이 소비와 관련하여 더 바람직하게 선택될 수 있다. 특히 2차 에너지저장모드는 부수적으로, 전체 사이클에 걸쳐 디젤엔진의 출력을 거의 일정하게 유지시키는 것을 가능하게 하는데, 결과적으로 이것이 에너지 소비를 최적화한다. 게다가, 디젤엔진이 이에 의해 더욱더 작은 치수로 제작될 수 있고, 다른 컨슈머의 부하 피크(load peak) 또한 2차 에너지회수모드에 의해 완화될 수 있다.

Claims

펌프(1)와 엔진(2)을 포함하는 유압회로로 이루어진, 굴착기의 선회시스템용 유압구동장치(hydraulic drive)에 있어서,
적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 펌프(1) 및/또는 엔진(2)에 연결될 수 있는 고압저장부(high pressure store)(3)가 구비되고,
적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 컨트롤하는 컨트롤러(6)가 구비되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항에 있어서,
고압저장부(3)는 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 유압회로의 적어도 2개의 다른 지점에서 펌프(1) 및/또는 엔진(2)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 에너지저장모드(energy storage mode)에서는 유압유가 고압저장부(3) 안으로 수송되고, 에너지회수모드(energy recovery mode)에서는 유압유가 고압저장부(3) 밖으로 흘러나가도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 정상모드(normal mode)에서는 펌프(1)와 엔진(2)이 폐회로(closed circuit)에서 서로 연통되도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제4항에 있어서,
고압저장부(3)는, 정상모드에서는 펌프(1)와 엔진(2)의 폐회로로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 펌프(1) 및/또는 엔진(2)에 연결될 수 있는 저압저장부(low pressure store)(5)를 포함하며, 컨트롤러(6)가 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제6항에 있어서,
저압저장부(5)는 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 유압회로의 적어도 2개의 다른 지점에서 펌프(1) 및/또는 엔진(2)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제6항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 에너지저장모드에서는 유압유가 저압저장부(5) 밖으로 흘러나가고, 에너지회수모드에서는 유압유가 저압저장부(5) 안으로 흘러들어가도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제6항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 정상모드에서는 저압저장부(5)가 펌프(1)와 엔진(2)의 폐회로로부터 분리되도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제6항에 있어서,
에너지저장모드 및/또는 에너지회수모드에서는 펌프(1)와 엔진(2)의 폐회로가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
고압저장부(3)는 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 펌프(1)의 유입측(inflow side)(11, 12)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서,
고압저장부(3)는 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 펌프(2)의 양측(11, 12)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
저압저장부(5)는 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 엔진의 적어도 하나의 유출측(outflow side)(21, 22)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
저압저장부(5)는 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 통해 엔진의 양측(21, 22)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 1차 에너지저장모드(first energy storage mode)에서는 저압저장부(5), 엔진, 포텐셜리(potentially) 펌프(1)와 고압저장부(3)의 유압연결(hydraulic connection)이 존재하여, 엔진이 펌프(1)처럼 작동하도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 2차 에너지저장모드(second energy storage mode)에서는 저압저장부(5), 펌프(1)와 고압저장부(3)의 유압연결이 존재하고, 유리하게는 엔진(2)이 유압연결로부터 분리되어, 펌프(1)가 유압유를 고압저장부(3) 안으로 펌핑하도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 고압저장부(3)로부터의 압력이 펌프(1)의 기능을 지원하도록, 1차 에너지회수모드에서는 고압저장부(3), 펌프(1), 엔진(2)과 저압저장부(5)의 유압연결이 존재하도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 2차 에너지회수모드에서는 고압저장부(3), 펌프(1)와 저압저장부(5)의 유압연결이 존재하고, 유리하게는 엔진(2)이 유압연결로부터 분리되어, 펌프(1)가 엔진(2)처럼 작동하도록 하기 위해, 적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서,
펌프(1)는 다른 컨슈머(consumer)를 구동하는 구동엔진, 특히 내연기관에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 구동장치의 제동상태에서는 에너지저장모드, 특히 1차 에너지저장모드로 스위칭되어, 엔진(2)이 펌프(1)처럼 작동하며, 가속상태에서는 에너지회수모드, 특히 1차 에너지회수모드로 선택적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는 펌프(1)를 구동하는 구동엔진이 작은 부하를 가지는 상태에서는 2차 에너지저장모드로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는 펌프(1)를 구동하는 구동엔진이 큰 부하를 가지는 상태에서는 2차 에너지회수모드로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서,
엔진(2)과 펌프(1)는 2개의 수송방향(conveying direction)을 가지는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)는,
- 고압저장부(3)가 펌프(1)의 제1 측면에 연결되고, 저압저장부(5)가 엔진의 제1 측면에 연결되며, 엔진(2)과 펌프(1)의 제2 측면이 서로 연결되고;
- 고압저장부(3)가 펌프(1)의 제2 측면에 연결되고, 저압저장부(5)가 엔진의 제2 측면에 연결되며, 엔진(2)과 펌프(1)의 제1 측면이 서로 연결되고;
- 고압저장부(3)와 저압저장부(5)가 펌프(1)와 엔진(2)으로부터 분리되고, 엔진(2)과 펌프(1)의 제1 및 제2 측면이 서로 연결되는;
적어도 세 개의 연결조합(connection combination)이 가능한 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제24항 중의 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 밸브(4, 4a, 4b)는, 적어도,
- 고압저장부(3)가 펌프(1)의 제1 측면에 연결되고, 저압저장부(5)가 펌프(1)의 제2 측면에 연결되며, 유리하게는 엔진(2)이 펌프(1)와 저장부들로부터 분리되는,
연결조합을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서,
펌프(1)는 가변토출량형 펌프(variable displacement pump)이고 및/또는 엔진(2)은 정토출량형 엔진(fixed displacement engine)인 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제26항에 있어서,
펌프(1)의 회전각도(pivot angle)는 컨트롤러(6)의 입력신호가 되는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제27항 중의 어느 한 항에 있어서,
유압을 측정하기 위한 적어도 하나의 압력센서가 구비되어, 컨트롤러(6)에 측정데이터를 제공하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제28항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는 오퍼레이터의 컨트롤신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는 펌프(1)를 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제30항 중의 어느 한 항에 있어서,
컨트롤러(6)는, 구동엔진의 가동(capacity utilization)을 균일하게 하기 위해, 펌프(1)를 구동하는 구동엔진의 전자구동시스템(electronic driving system)과 통신하는 것을 특징으로 하는 굴착기의 회전시스템용 유압구동장치.
제1항 내지 제31항 중의 어느 한 항에 기재한, 유압구동장치를 구비한, 굴착기의 선회기어(slewing gear).
제1항 내지 제32항 중의 어느 한 항에 기재한, 선회기어용 유압구동장치를 구비한 굴착기.