KR20120086317A - 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치 - Google Patents

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KR20120086317A
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pressure medium
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우베 노이만
얀 암라인
에트빈 헴스케르크
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

압력 매체를 컨슈머(8)에 공급하기 위한 압력 매체 펌프(1) 및 컨슈머로부터 압력 매체를 배출하기 위한 리턴 라인(8)으로 이루어진, 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치가 공지되어 있다. 본 발명에 따라, 배출된 압력 매체는 압력 하에서 압력 매체 펌프의 흡입측으로 리턴된다.

Description

에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치{HYDRAULIC DRIVE WITH ENERGY RECOVERY}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른, 병진식 컨슈머, 예컨대 굴삭기, 스테이플러 및 이와 유사한 작업 장치와 같은 작업 기계의 붐/리프팅 메카니즘 또는 에너지 회수 기능을 가진 예컨대 케이블 윈치와 같은 회전식 컨슈머를 위한 유압식 드라이브 장치에 관한 것이다.
케이블 윈치 드라이브와 같은 회전식 컨슈머 또는 작업 기계의 리프팅 장치와 같은 병진식 컨슈머는 특히 유압식으로 구동되고, 이를 위해 필요한 유압 유체 유동은 압력 매체 펌프에 의해 형성된다. 펌프는 모터에 의해 기계식으로 구동되고, 이 경우 상기 펌프의 송출 체적은 수동 작동식 제어 레버에 의해 직접 기계적 방식으로 변경될 수 있거나 또는 제어 유닛에 의해 간접적으로 변경될 수 있고, 상기 제어 유닛은 해당 제어 신호를 형성하여 이 신호를 압력 매체 펌프 또는 그것의 조절 메카니즘에 인가한다. 또한 펌프와 컨슈머 사이의 연결 라인 중간에 적어도 하나의 수동으로 작동 가능한 제어 밸브가 배치되고, 상기 제어 밸브에 의해 컨슈머의 이동 속도 및 방향이 제어될 수 있다. 이와 관련해서, 이동 속도(예를 들어 붐에서 하강 속도)를 밸브 리프터의 위치에 따라 조절하고, 유압식 드라이브 장치의 감압 라인 내의 방향 밸브에 의해 최대 이동 속도, 예컨대 하강 속도를 구현하는 것은 기술 표준에 해당한다. 이 경우 방향 밸브의 스로틀 위치에서 상승 또는 견인 로드의 잠재 에너지가 열로 변환되고 유체에 의해 탱크로 방출된다.
특히 전기 작동식 작업 기계에서는 물론 일반적으로 이동식 유압 기기에서 유압식 장치의 에너지 효율이 매우 중요하고, 그러한 경우에 상승 로드의 잠재 에너지는 상기 상승 로드의 감소시 재생 작동식 전기 모터에 의해 전기 배터리로 피드백된다. 또한 예컨대 DE 44 16 173 C2호에 따른 선행 기술에는, 리프팅 장치의 리프팅 실린더에 송출 체적 조절이 가능한 압력 매체 펌프에 의해 유압 유체를 공급하는 것이 공지되어 있고, 상기 압력 매체 펌프는 압력 매체 라인과 중간에 배치된 제어 밸브를 통해 리프팅 실린더에 연결된다. 제어 밸브는 수동으로 작동 가능하고, 리프팅 실린더를 로드의 증가를 위한 압력 매체 펌프 또는 로드 감소를 위한 감압 라인에 선택적으로 연결한다.
감압 라인 중간에 로드 강하 밸브가 배치되고, 상기 로드 강하 밸브에 의해 압력 매체가 스로틀되어 압력 매체 탱크 내로 릴리스될 수 있다. 또한 감압 라인으로부터 스위치 밸브를 지나 상류로 로드 강하 밸브를 향해 에너지 회수 라인이 분기되고, 상기 에너지 회수 라인은 체크 밸브를 지나 압력 매체 라인 내로 펌프 상류로 리턴되고, 따라서 릴리스된 압력 매체는 압력 매체 펌프를 향해 상기 펌프의 배출 접속부로 리턴된다. 리프팅 실린더와 제어 밸브 사이의 압력이 정해진 값을 초과하는 경우에, 스위치 밸브는 에너지 회수 라인으로 전환한다. 이러한 경우에 압력 매체 펌프는 압력 매체 모터로서 작동하고 여기에 기계적으로 접속된 전기 모터는 제너레이터로서 작동한다.
전술한 선행기술에 따른 에너지 회수 기능을 가진 회로는 전기 에너지 저장기(예컨대 배터리)를 포함하는 전기 구동식 펌프-모터-유닛을 전제로 한다. 그러나 이동식 작업 기계에서 유압 펌프는 일반적으로 내연기관에 의해 구동된다.
또한 다수의 센서에 의한 비교적 높은 조절 기술적 복잡성이 단점인데, 그 이유는 펌프 회전수와 밸브 개방은 시스템 및 컨슈머 압력과 컨슈머 속도에 따라 조절되어야 하기 때문이다. 또한 더 높은 컨슈머 압력을 갖는 병렬 컨슈머들에 의한 작동 상태에서 에너지 회수는 불가능하다.
이와 관련하여 본 발명의 과제는 높은 효율을 달성하고 다수의 병렬 컨슈머를 구동할 수 있는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는 전기 구동식 펌프-모터-유닛이 전기 에너지 저장기를 필요로 하지 않고 더 바람직하게는 더 낮은 조절 기술적 복잡성에 의해 작동될 수 있도록 유압식 드라이브 장치를 형성하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 특징들을 포함하는 유압식 드라이브 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항의 대상이다.
본 발명의 핵심과 선행기술과의 주요 차이점은, 배출된 압력 매체가 (에너지 회수) 압력 하에 압력 매체 펌프의 흡입측으로 리턴되도록 적어도 하나 또는 다수의(병진식 또는 회전식) 컨슈머에 압력 매체를 공급하는 압력 매체 펌프 및 컨슈머(들)로부터 압력 매체를 배출하는 리턴 라인으로 이루어진 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치를 형성하는 것이다. 따라서 펌프가 펌프 작동 상태인 경우에는 펌프에 의해 압력차가 감소되고 따라서 에너지 소비도 감소하고, 또는 펌프가 모터에 의한 작동 상태인 경우에는 에너지가 리턴된 압력 매체로부터 구동 샤프트로 방출된다. 두 경우에 에너지 회수가 이루어지고, 회수된 에너지는 병렬 컨슈머 및 동일한 펌프에 의해 구동되는 컨슈머에 즉시 직접 제공된다. 이로써 드라이브 장치의 효율이 개선될 수 있다.
이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에서, 리턴 라인 중간에 압력 조절기가 배치되고, 상기 압력 조절기의 배출측은 압력 제한 밸브에 의해 (에너지 회수) 압력으로 예비 응력이 가해지고/예비 응력을 받을 수 있다. 이로 인해 로드와 무관한 (에너지 회수) 압력이 펌프의 흡입측에 인가될 수 있다.
특히 바람직하게 압력 매체 저장기는 압력 매체 펌프의 흡입측에 연결되고, 상기 압력 매체 저장기에 펌프에 의해 요구/호출되지 않는 (에너지 회수) 체적 유량이 일시적으로 저장될 수 있다.
또한 바람직하게 압력 조절기는 브릿지 라인에 의해 우회되고, 상기 브릿지 라인 중간에 스로틀 부재, 바람직하게는 비례 밸브가 배치된다. 이로써, 드라이브 장치의 효율을 일시적으로 더 높이기 위해, 리턴 라인 내의 리턴 압력이 상응하게 높은 경우에 압력 조절기에 설정된 흡입 압력보다 높은 (에너지 회수) 압력이 펌프에 인가될 수 있다.
본 발명은 하기에서 첨부된 도면을 참고로 바람직한 실시예에 의해 상세히 설명된다.
도 1은 실질적으로 기본 모델인 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 유압식 드라이브 장치의 회로도.
도 2는 회수된 에너지를 위한 추가 에너지 저장기가 장착된 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 유압식 드라이브 장치의 회로도.
도 3은 제 2 실시예의 개선예이고 드라이브 장치의 효율을 개선하는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 유압식 드라이브 장치의 회로도.
도 4는 제 3 실시예의 기능에 추가하여 추가의 "가상의 컨슈머"가 장착된 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 유압식 드라이브 장치의 회로도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 5 실시예에 따른 유압 장치의 회로도.
도 6은 리프팅에 따른 압력 조절기의 오리피스 횡단면의 변화를 도시한 그래프.
도 1에는 본 발명에 따른 유압식 드라이브 장치의 회로도가 기본 모델로 도시된다. 상기 회로도는 간단하지만 완전한 기능을 하는 유압 회로를 형성한다. 이와 달리 도 2 내지 도 4에 따른 각각의 회로도는 완전한 기능을 하는 드라이브 장치의 회로도가 아니라 드라이브 장치의 본 발명에 따른 부분적 양상만, 즉 "로드 감소" 만 설명한다.
따라서 본 발명에 따른 드라이브 장치는 바람직하게 조절 가능한 압력 매체 펌프(1)를 포함하고, 상기 압력 매체 펌프는 전기 모터 또는 내연기관(2)에 의해 작동된다. 펌프(1)는 이 경우 공급 라인(4)을 통해 리프팅 실린더(8)의 링 챔버(6) 또는 피스톤 챔버(16)에 연결될 수 있고, 공급 라인(4) 중간에 제어 가능한 비례 밸브(9)가 배치된다. 또한 펌프(1)는 중간에 배치된 체크 밸브(14)를 가진 흡입 라인(12)을 포함하고, 상기 체크 밸브는 유체 탱크로부터 펌프(1)의 방향으로 압력 매체를 흡입하는 것만 허용한다.
리프팅 실린더(8)의 피스톤 챔버(16)로부터 리턴 라인(18)이 나오고, 상기 리턴 라인 중간에 비례 밸브(9)가 배치된다. 로드를 높이기 위해, 상기 밸브(9)에 의해 리프팅 실린더의 피스톤 챔버(16)는 선택적으로 라인(4, 18)을 통해 펌프(1)에 연결될 수 있다. 밸브(9)의 이러한 스위칭 위치에서 링 챔버(6)는 탱크에 연결된다. 또한 피스톤 챔버(16)는 리턴 라인(18)과 상기 리턴 라인(18) 중간에 배치된 밸브(9)를 통해 로드를 줄이기 위한 유체 탱크에 연결될 수 있고, 이 경우에 링 챔버(6)는 밸브(9)를 통해 펌프(1)에 연결된다. 이 경우 밸브(9)는 로드 감소 과정을 정확히 조절하기 위해, (로드 감소-위치에서) 리턴 라인(18)에서 일종의 배출 제어 에지 또는 배출 측정 오리피스(20)를 형성한다.
리프팅 실린더(8)에 대한 대안으로서, 도 1에는 유압 기계 형태의 회전 컨슈머가 도시되고, 상기 유압 기계에 예컨대 케이블 윈치가 결합된다. 그러나 하기에서 본 발명은 편의상 리프팅 실린더로만 설명된다.
배출 제어 에지(20)의 하류에서 체크 밸브(22)가 리턴 라인(18)에 배치될 수 있고(특히 도 2 참조), 상기 체크 밸브는 리프팅 실린더(8)의 피스톤 챔버(16)로부터 압력 매체를 배출하는 것만을 허용한다. 상기 체크 밸브(22)를 향한 하류에서 단락 라인(24)이 분기되고, 상기 단락 라인은 다른 체크 밸브(26)에 의해 링 챔버(6)로 리턴되고, 이로써 피스톤 챔버(16)로부터 링 챔버(6) 내로 유체 유동만이 가능하다. 체크 밸브(26)의 바로 전방에 감압 밸브(28)가 단락 라인(24)에 배치되고, 상기 감압 밸브의 하나의 제어측에는 바람직하게 조절 가능한 스프링이 작용하고, 다른 제어측에는 제어 압력이 가해지고, 상기 제어 압력은 감압 밸브(28)의 하류에서 단락 라인(24)으로부터 탭된다.
(밸브(9)의) 배출 제어 에지(20)의 하류로 리턴 라인(18) 중간에 압력 조절기(30)가 배치된다. 상기 압력 조절기(30)는 바람직하게 2-방향-비례 조절 밸브로 이루어지고, 상기 밸브의 하나의 제어측에는 스프링 예비 응력이 가해지고 리턴 라인(18)으로부터 압력 조절기(30)의 바로 상류에서 탭되는 제어 압력이 가해지고, 상기 밸브의 다른 제어측에는 리턴 라인(18)으로부터 배출 제어 에지(20)의 상류에서 탭되는 제어 압력이 가해진다.
압력 조절기(30)의 하류에서 리턴 라인(18)은 압력 매체 펌프(1)의 흡입 라인(12)에 연결되고, 정확히 말해서 압력 매체 펌프(1)와 흡입 라인(12) 내의 체크 밸브(14) 사이에 연결된다. 또한 압력 조절기(30)의 하류에서 리턴 라인(18)으로부터 감압 라인(32)이 유체 탱크를 향해 분기하고, 상기 감압 라인 중간에 압력 제한 밸브(34)가 배치된다. 압력 제한 밸브(34)의 하나의 제어측은 바람직하게 조절 가능한 스프링에 의해 예비 응력을 받고, 다른 제어측에는 감압 라인(32)으로부터 압력 제한 밸브(34)의 바로 상류에서 탭되는 제어 압력이 가해진다.
압력 제한 밸브(34)에 의해 압력 조절기(30)의 배출부는 압력 제한 밸브(34)에 설정 가능하거나 또는 사전 설정된 값으로 예비 응력을 받으므로, 흡입 라인(12)도 상류로 상기 흡입 라인 중간에 배치된 체크 밸브(14)를 향해 상기 압력값을 취한다. 또한 압력 매체 펌프(유압 기계;1)는 예컨대 붐의 도 1에 도시된 리프팅 실린더(8) 및 도시되지 않은 컨슈머에 압력 매체를 공급하기 위해 제공된다. 또한 감압 라인(32) 내의 압력 제한 밸브(34)는 전방에 배치된 스로틀(20)(또는 스로틀의 제어 에지)을 지나 압력 조절기(30)에 의해 설정된 압력차를 뺀 리프팅 실린더(8)에 대한 최소 로드 압력(실질적으로 해당 붐의 고유 중량에 상응함)에 상응하는 압력으로 설정된다.
본 발명의 기본적인 기능은 도 1에 따른 개략적인 드라이브 장치를 참고로 다음과 같이 설명될 수 있다:
로드 감소 동안 로드가 가해진 실린더 피스톤 챔버(16)는 밸브(9)의 배출 제어 에지 또는 배출 측정 오리피스(20) 및 후방에 배치된 압력 조절기(30)를 통해 펌프/모터 유닛(1)의 흡입 라인(1)에 연결된다. 이 경우 다음 작동 상태들이 구별될 수 있다:
1. 배출 측정 오리피스(20)를 지난 체적 유량은 펌프(1)에 의해 배출된 체적 유량보다 크다.
이러한 경우에 압력 매체의 잔여량은 압력 제한 밸브(34;설정 가능하거나 또는 고정 설정됨)를 통해 탱크 내로 방출되고, 따라서 에너지 회수 기능을 상실한다. 압력 매체 펌프(1)의 흡입 라인(12) 내의 압력은 그동안 압력 제한 밸브(34)에 설정된 압력(예컨대 50 bar)으로 상승한다. 이제 시스템 압력(펌프(1)를 지난 후)이 펌프 흡입 라인(12) 내의 압력(펌핑 흡입 압력)보다 높은 경우에, 펌프/모터-유닛(1)은 펌프(1)에 의해 더 감소된 압력차를 갖는 높은 흡입 압력으로 인해 펌프로서 작동한다. 이로써 (모터(2)와 펌프(1) 사이의) 중앙 구동 샤프트의 적은 출력만이 필요하다.
그러나 시스템 압력이 흡입 라인(12) 내의 압력보다 낮은 경우에, 펌프/모터-유닛(1)은 모터로서 작동하고, 따라서 중앙 크랭크 샤프트에 기계적 출력을 방출한다. 압력 조절기(30)는 이 경우 로드 감소 동안 리턴 라인(18) 내의 스로틀(배출 측정 오리피스)(20)에 의해 압력차를 일정하게 유지하고 이로써 로드와 무관한 감소가 가능해진다.
2. 배출 측정 오리피스(20)를 지난 체적 유량은 펌프(1)가 필요로 하는 체적 유량보다 작다.
이러한 작동 상태에서 펌프(1)의 전체 배출 체적 유량이 이용된다. 압력 매체의 잔여량은 압력 제한 밸브(34)에 의해 유체 탱크 내로 릴리스되지 않기 때문에, 펌프 흡입 라인(12) 내의 압력이 탱크 압력으로 감소한다. 펌프(1)가 추가로 필요로 하는 압력 매체의 양은 흡입 라인(12) 내의 체크 밸브(14)를 통해 유체 탱크로부터 배출될 수 있다.
실린더(8)의 링 챔버(6)에 충분한 공급을 위해 단락 라인(24)에 감압 밸브(18)가 배치되고, 링 챔버(6) 내의 압력이 정해진(정해질 수 있는) 값에 미달되는 경우에 상기 감압 밸브는 후방에 배치된 체크 밸브(26)를 통해 실린더(8)의 링 챔버(6)에 대한 피스톤 챔버(16)의 연결을 형성한다.
전술한 설명에 기본적으로 나타나는 바와 같이, 상승 로드에 저장된 잠재 에너지는 압력 에너지 형태로 압력 매체 펌프(1)의 흡입측에 제공되고, 이로써 가능한 작동 상태에서 압력차는 펌프(1)에 의해 감소될 수 있고 및/또는 다른 작동 상태에서는 펌프(1)가 모터로서 사용될 수 있다. 따라서 장치의 효율은 선행기술의 전술한 표준 버전에 비해 증가할 수 있고 동시에 다수의 컨슈머들에 펌프(1)를 통해 압력 매체가 공급될 수 있다.
도 2에는 제 1 실시예의 개선예인 본 발명의 바람직한 제 2 실시예가 도시된다. 하기에서는 제 1 실시예와 상이한 제 2 실시예의 기술적 특징들만 설명된다. 또한 동일한 기술적 특징들은 동일한 도면부호를 갖는다. 또한 도 2는 "로드 감소" 상태만을 설명하고 완전한 유압 회로를 형성하지 않는다.
따라서 도 1에 도시된 비례 밸브는 공급 라인(4) 내의 조절 가능한 스로틀(10) 및 리턴 라인(18) 내의 조절 가능한 하나의 배출 측정 오리피스(20)로 대체된다. 제 2 실시예의 중요한 기술 혁신은 바람직하게 감압 라인(32)에 축압기(36)를 배치하는 것에 있고, 상기 축압기는 항상 압력 조절기(30) 후방에 배치되고, 압력 제한 밸브(34) 전방에 배치된다. 따라서 축압기(36)는 리턴 라인(18)에 접속될 수 있거나 또는 흡입 라인(12)에 배치된 체크 밸브(14)의 상류에서 상기 흡입 라인(12)에 접속될 수 있다. 축압기(36)의 배치는 제 1 실시예에서 이미 설명한 2개의 작동 상태에서 다음 효과를 갖는다:
3. 배출 측정 오리피스(20)를 지난 체적 유량은 펌프(1)에 의해 배출된 체적 유량보다 크다.
이러한 경우에 압력 매체 잔여량은 먼저 축압기(36)에 저장되고, 상기 축압기가 꽉 찬 경우에야 압력 제한 밸브(34)를 통해 유체 탱크 내로 안내된다. 펌프(1)의 흡입 라인(12) 내의 압력은 축압기(36) 내의 압력으로 상승한다.
4. 배출 측정 오리피스(20)를 지난 체적 유량은 펌프(1)가 필요로 하는 체적 유량보다 작다.
이러한 작동 상태에서 펌프(1)의 전체 배출 체적 유량이 이용된다. 펌프(1)가 추가로 필요로 하는 압력 매체의 양은 적어도 일시적으로 축압기(36)로부터 배출될 수 있고, 상기 축압기는 적어도 소정 시간 동안(또는 소정의 유체 양이 배출되는 동안) 흡입 라인(12) 내의 압력을 높이거나 유지한다. 축압기(36)가 비워지면, 펌프(1)는 압력 매체를 유체 탱크로부터 흡입 라인(12) 중간에 배치된 체크 밸브(14)를 통해 배출한다.
리턴 라인(18) 내의 배출 측정 오리피스(20) 바로 후방에 배치된 체크 밸브(22)의 과제는, 모든 작동 상태에서 축압기(36) 내의 압력이 실린더(8)의 피스톤 챔버(16) 내의 압력보다 큰 경우에 이동 방향이 전환되지 않는 것을 보장하는 것이다.
도 3에는 제 2 실시예의 개선예인 본 발명의 바람직한 제 3 실시예가 도시된다. 따라서 하기에서는 제 2 실시예와 다른 제 3 실시예의 기술적 특징만 설명된다. 또한 동일한 기술적 특징은 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 3에는 도 2에 공지된 축압기(36) 및 추가 스로틀 부재(38)를 포함하는 실시예가 도시된다. 스로틀 부재(38)는 이 경우에 비례 밸브로서 형성되고, 상기 밸브는 브릿지 라인(40) 중간에 배치되고, 상기 브릿지 라인은 압력 조절기(30)를 향한 바로 상류의 리턴 라인(18)을 체크 밸브(14)를 향한 상류의 흡입 라인(12)에 연결한다. 이 실시예에서 브릿지 라인(40)은 흡입 라인(12)과의 접속 위치 바로 앞에서 리턴 라인(18)에 접속된다. 또한, 리턴 라인(18) 중간에 추가 체크 밸브(42)가 배치되고, 상기 체크 밸브는 브릿지 라인(40)의 접속 위치를 향한 상류에서 리턴 라인(18)에 배치된다.
비례 밸브(스로틀 부재;38)는 제 1 제어측과 제 2 제어측을 갖고, 상기 제 1 제어측에 리턴 라인(18)으로부터 압력 조절기(30)의 바로 하류에서 직접 탭된 제어 압력이 가해지고, 상기 제 2 제어측은 스프링에 의해 예비 응력을 받는다. 또한 제 2 제어측에 누설 라인(44)이 접속되고, 상기 누설 라인은 압력 조절기(30) 내의 로드 경감 경로(30a)를 통해 유체 탱크로 안내된다. 압력 조절기(30)가 비교적 넓게 개방되면, 상기 로드 경감 경로(30a)는 압력 조절기(30)에 의해 릴리스된다. 여기에서 도면부호 30b는 제어 에지 또는 압력 조절기의 조절 오리피스를 나타낸다.
또한 리턴 라인(18)으로부터 브릿지 라인(40)의 접속 위치 바로 뒤에서 삽입 라인(46)이 분기하고, 상기 삽입 라인은 누설 라인(44)으로 안내되고, 상기 삽입 라인 중간에 스로틀/노즐(48)이 배치된다.
제 2 실시예에 추가되는 특히 스로틀 부재(38)의 추가 유압 부재들의 작동은 다음과 같이 전술한 2개의 작동 상태에서 가장 명확히 설명된다.
로드가 감소하는 동안 리프팅 실린더(8)의 로드가 가해진 피스톤 챔버(16)는 스로틀/배출 오리피스(20), 바로 후방에 배치된 체크 밸브(22) 및 스로틀 부재(38)(이 순서로)를 통해 중앙 펌프/모터-유닛(1)의 흡입 라인(12)에 연결된다. 전술한 바와 같이, 스로틀 부재(38)의 스프링측은 노즐(38)을 통해 흡입 라인(12)에 연결되고, 누설 라인과 압력 조절기(30) 내의 로드 경감 경로(30a)를 통해 탱크에 연결된다. 이로써 전술한 2개의 작동 상태에 대해 다음 기능들이 제공된다:
5. 배출 측정 오리피스(20)를 지난 체적 유량은 펌프(1)에 의해 배출된 체적 유량보다 크다.
이러한 경우에 압력 매체의 잔여량은 압력 조절기(30)를 통해 유압식 축압기(36)에 공급된다. 압력 조절기(30)는 배출 측정 오리피스(20)에 의해 압력차를 일정하게 유지하고 이로써 로드와 무관한 로드 감소를 가능하게 한다.
압력 조절기(30)는 조절 위치에 있기 때문에, 스로틀 부재(38)의 스프링측은 탱크에 연결된다. 따라서 스로틀 부재(38)는 완전히 개방되고, 브릿지 라인(40)을 통해 실린더 배출부, 즉 배출 측정 오리피스(20) 하류의 리턴 라인(18)과 펌프(1)의 흡입 라인(12) 사이의 연결이 이루어진다. 이로써 펌프 흡입 라인(12) 내의 압력은 배출 측정 오리피스(20)에 의한 압력차 또는 압력차 값을 뺀 피스톤 챔버 압력으로 상승한다.
(펌프(1)의 하류) 시스템 압력이 펌프(1)의 흡입 라인(12) 내의 압력보다 높은 경우, 펌프/모터-유닛(1)은 펌프(1)에 의해 더 낮은 압력차를 갖는 증가된 흡입 압력으로 인해 펌프로서 작동한다. 이로 인해 구동 샤프트는 더 적은 출력만을 요구한다. 시스템 압력이 펌프 흡입 라인(12) 내의 압력보다 작은 경우, 펌프/모터-유닛(1)은 모터로서 작동하고, 구동 샤프트에 기계적 출력을 제공한다.
펌프(1)의 흡입 라인(12) 내의 압력은 제 3 실시예의 경우에 배출 측정 오리피스(20)에 의한 압력차를 뺀 피스톤 챔버 압력에 상응하고, 따라서 축압기(36) 내의 압력보다 클 수 있다. 이것은 릴리스된 잠재 에너지의 더 큰 이용을 가능하게 한다. 펌프(1;유압 기계)가 필요로 하지 않는 압력 매체의 양은 압력 조절기(30)를 통해 축압기 압력 레벨로 스로틀되고, 축압기(36)에 저장되고 또는 저장기(36)가 꽉 찬 경우에 탱크 내로 릴리스 된다.
6. 배출 측정 오리피스(20)를 지난 체적 유량은 펌프(1)가 필요로 하는 체적 유량보다 작다.
이러한 작동 상태에서 펌프(1)의 전체 배출 체적 유량이 이용된다. 압력 매체 잔여량이 축압기(36)에 더 이상 제공되지 않기 때문에, 압력 조절기(30)는 거의 완전히 폐쇄된다. 또한 펌프(1)가 추가로 필요로 하는 압력 매체의 양은 축압기(36)로부터 배출되어야 하거나, 또는 축압기(36)가 빈 경우에는 탱크로부터 배출되어야 한다. 또한 압력 매체 양이 추가 체크 밸브(42)를 통해 리턴 라인(18)과의 브릿지 라인(40)의 접속 위치를 향한 상류로 축압기(36)로부터 배출될 수 있도록 하기 위해, 펌프(1)의 흡입 라인(12) 내의 압력은 스로틀 부재(38)를 통해 축압기 레벨로 스로틀된다. 전술한 바와 같이 압력 조절기(30)는 이러한 작동 상태에서 거의 완전히 폐쇄되기 때문에, 스로틀 부재(38)의 감압부(누설 라인)(44)가 폐쇄된다. 따라서 스로틀 부재(38)의 스프링측에 흡입 라인(12) 내의 압력이 가해지고, 스로틀 부재(38)는 흡입 라인(12) 내의 압력이 축압기 압력에 상응할 때까지 폐쇄된다. 이로 인해 리턴 라인(18) 내의 추가 체크 밸브(42)는 하류로 압력 조절기(30)를 향해 개방될 수 있고, 펌프 흡입 라인(12) 내로 저장기(36)의 연결을 형성한다. 축압기(36)가 완전히 비워진 경우에, 펌프 흡입 라인(12) 내의 압력은 탱크 레벨로 감소하고, 이 경우 흡입 라인(12) 내의 체크 밸브(14)는 탱크에 대한 연결을 형성한다. 추가로 필요한 압력 매체 양은 탱크로부터 배출될 수 있다.
이와 관련해서 본 발명의 제 3 실시예의 하기 추가 기능들이 참조된다:
배출 측정 오리피스(20) 바로 후방에 배치된, 리턴 라인(18) 내의 체크 밸브(22)는, 전술한 모든 작동 상태에서, 축압기(36) 내의 압력이 리프팅 실린더(8)의 피스톤 챔버(16) 내의 압력보다 큰 경우에 리프팅 실린더(8)에서 이동 방향이 전환되지 않는 것을 보장한다. 최대 축압기 압력은 압력 제한 밸브(34)를 통해 설정될 수 있거나 또는 고정된 값으로 사전 설정된다. 리프팅 실린더(8)의 링 챔버(6)에 압력 매체를 충분히 공급하기 위해 감압 밸브(28)가 사용되고, 제 1 실시예를 참고로 전술한 바와 같이, 상기 감압 밸브는 단락 라인(24) 중간에 접속된다. 링 챔버(6) 내의 압력이 규정된 압력값에 미달되는 경우, 상기 감압 밸브(28)는 바로 후방에 배치된 체크 밸브(26)를 통해 리프팅 실린더(8)의 링 챔버(6)와 피스톤 챔버(16)의 연결을 형성한다.
또한 상기 제 6 작동 상태에서 비례 밸브 또는 스로틀 부재(38)는 압력 조절기(30)와 함께 사전 제어된 압력 조절기로서 작용하고, 이 경우 스로틀 부재(38)는 메인 스테이지이다.
도 6에는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 압력 조절기(30)의 특성 곡선이 도시된다. 상기 도면에는 밸브 슬라이드의 리프팅에 따른 압력 조절기(30)의 오리피스 횡단면(30a, 30b)의 변화가 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 0 mm의 리프팅은 압력 조절기(30)의 완전히 개방된 조절 오리피스(30b) 및 개방된 탱크 감압부(30a)에 해당한다.
도 6에 제시된 바와 같이, 탱크 감압부, 즉 감압 경로(30a)는 큰 리프팅 거리에 걸쳐 완전히 개방되어 유지되고, 최대 리프팅 거리의 6/7(즉, 대략 6.5 mm)을 지난 후 폐쇄된다. 압력 조절기(30)는 탱크 감압부가 완전히 폐쇄된 경우에도 잔류 횡단면을 갖고 따라서 그 조절 기능을 수행할 수 있다. 즉, 포인트 6에 설명된 작동 상태에서 압력 조절기는 도 6에 따른 특성 곡선의 우측 영역에 따라 (6 mm 내지 7 mm의 밸브 슬라이드 리프팅 사이) 조절된다.
제 1 내지 제 3 실시예에 따른 본 발명의 대상의 명확한 설명을 위해 첨부한 다이어그램이 참조되고, 이 다이어그램에서 각각의 실시예에 대한 전술한 2개의 작동 상태들이 대조적으로 나타난다.
Figure pct00001
도 4에는 제 3 실시예의 개선예인 본 발명의 바람직한 제 4 실시예가 도시된다. 따라서 하기에는 제 3 실시예와 다른 제 4 실시예의 기술적 특징들만 설명된다. 또한 동일한 기술적 특징들은 동일한 도면부호를 갖는다.
도 4에 따라 본 발명의 제 4 실시예의 유압식 드라이브 장치에 추가의 "가상" 컨슈머(50)가 장착된다. 상기 "가상" 컨슈머(50)는, 실제로 기존의(전형적인) 컨슈머가 압력 매체 양을 요구하지 않더라도, 추가 압력 매체 양을 펌프/모터-유닛(1)에 의해 이송하는 것이 가능하다. 이는 예컨대 펌프/모터-유닛(1)이 모터에 의한 작동 상태이고(에너지 과잉) 구동 샤프트에 기계적 출력을 방출하는 경우에 바람직하다. 이로 인해 전형적인 컨슈머에 의해 사용된 것보다 많은 압력 매체가 펌프/모터-유닛(1)에 의해 빼내지고, 이로써 더 많은 출력이 크랭크 샤프트에 방출될 수 있다. "가상의" 컨슈머(50)는 예컨대 탱크, 추가 축압기 또는 이와 유사한 유압 부품일 수 있다.
구동 샤프트에 방출된 출력이 예를 들어 추가 유압 모듈에 저장될 수도 있다. "가상의" 컨슈머는, 유압 기계가 가능한 리프팅 실린더(8)에 의해 공급된 유압 매체 양을 완전히 배출하도록 설정된다.
도 5에는 본 발명의 바람직한 제 5 실시예가 도시된다. 상기 도면에서 동일한 기술적 특징은 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 5에는 본 발명의 가능한 실제 실시예로서 붐-이중 리프팅 실린더(52) 및 병렬 컨슈머(버킷;54)를 위한 유압식 드라이브 장치와 조합하여 바람직한 제 3 실시예에 따른 에너지 회수 기능을 가진 유압식 장치가 도시되고, 이중 리프팅 실린더(54)의 기능 "붐 리프팅"과 병렬 컨슈머는 전형적인 LUDV-기술로 제어된다. "붐 하강" 기능을 위해 바람직하게 제 3 실시예에 따른 전술한 장치가 사용된다.
상기 2개의 컨슈머들을 로드와 무관하게 들어올리기 위해, 구체적으로 압력 매체 펌프(1)가 수동으로(ECU에 의해) 작동 가능한 2개의 비례 밸브들(56, 58)을 통해 상기 2개의 컨슈머들(52, 54)에 연결된다. (LUDV-기술에 따른) 상기 유압식 드라이브 장치는 본 출원인의 선행기술에 공지되어 있으므로, 여기에서 상세한 설명은 생략될 수 있다. "로드 감소"의 경우에 적절하게 작동되는 비례 밸브(56, 58)는 이중 리프팅 실린더(52) 또는 병렬 컨슈머(54)의 해당 피스톤 챔버들을 리턴 라인(18)에 연결하고, 상기 리턴 라인 중간에 압력 조절기(30)가 배치되고, 스로틀 부재(38)는 제 3 실시예에 따라 설명된 방식으로 상기 리턴 라인에 접속된다. 이로써 압력 매체에 포함된 에너지를 회수하기 위해, 작동 상태에 따라 압력 매체는 압력 매체 펌프(1)의 흡입측으로 리턴된다.
1 펌프/모터-유닛
2 모터
4 공급 라인
6 링 챔버
8 리프팅 실린더
10 공급 측정 오리피스/스로틀
12 흡입 라인
14 체크 밸브
16 피스톤 챔버
18 리턴 라인
20 배출 측정 오리피스/스로틀
22 체크 밸브
24 단락 라인
26 체크 밸브
28 감압 밸브
30 압력 조절기
30a 로드 경감 경로
30b 조절 오리피스
32 감압 라인
34 압력 제한 밸브
36 축압기
38 스로틀 부재
40 브릿지 라인
42 추가 체크 밸브
44 누설 라인
46 삽입 라인
48 스로틀
50 가상 컨슈머
52 이중 리프팅 실린더
54 병렬 컨슈머
56, 58 비례 밸브

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 컨슈머(8)에 압력 매체를 공급하는 압력 매체 펌프(1)와 상기 컨슈머(8)로부터 압력 매체를 배출하는 리턴 라인(18)으로 이루어진 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치에 있어서,
    배출된 압력 매체는 규정된 또는 규정될 수 있는 회수 압력하에서 상기 압력 매체 펌프(1)의 흡입측으로 리턴되는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리턴 라인(18)은 상기 컨슈머(8)로부터 시작되어 상기 압력 매체 펌프(1)의 흡입 라인(12) 내로 통하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 리턴 라인(18)의 유입부와 압력 매체 탱크 사이의 상기 흡입 라인(12)에 밸브, 바람직하게는 체크 밸브(14)가 배치됨으로써, 탱크로부터 펌프(1)로 압력 매체 유동만을 허용하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 리턴 라인(18) 내에 압력 조절기(30)가 제공되고, 상기 압력 조절기는 규정된 또는 규정될 수 있는 배출 압력에서 그리고 바람직하게는 전방에 배치된 스로틀(20)에 의해 규정된 또는 규정될 수 있는 압력차에서 상기 리턴 라인(18)을 개방하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 압력 제한 밸브(34)가 제공되고, 상기 압력 제한 밸브는 상기 압력 조절기(30)를 향해 하류로 상기 리턴 라인(18)에 접속된 과압 라인(32) 중간에 배치되고, 상기 압력 조절기(30)의 배출측은 규정된 또는 규정될 수 있는 에너지 회수 압력으로 예비 응력을 받는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 축압기(36)가 제공되고, 상기 축압기는 리턴 체적 유량으로 충전되는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 축압기(36)는 상기 압력 매체 펌프(1)의 흡입측에 접속되는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 스로틀 부재(38)가 제공되고, 상기 스로틀 부재에 의해 적어도 하나의 컨슈머(8)와 상기 압력 매체 펌프(1)의 흡입측 사이에 압력 매체 연결이 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  9. 적어도 제 5 항과 관련해서 제 8 항에 있어서, 상기 스로틀 부재(38)는 브릿지 라인(40) 중간에 배치되고, 상기 브릿지 라인은 압력 조절기(30)를 우회하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스로틀 부재(38)는 비례 밸브이고, 상기 비례 밸브의 하나의 제어측에는 상기 압력 조절기(30)의 스로틀된 흡입 압력이 제공될 수 있고, 상기 비례 밸브의 다른 제어측에는 스프링 예비 응력이 가해지고 추가 스로틀(48)을 포함하는 제어 라인을 통해 제어 압력이 제공될 수 있고, 상기 제어 압력은 상기 스로틀 부재(38)의 배출 압력 및/또는 상기 압력 조절기(30)의 스로틀된 배출 압력으로부터 탭되는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 압력 조절기(30)는 상기 리턴 라인(18)을 개방하는 위치에서 상기 스로틀 부재(38)의 스프링 예비 응력을 받은 제어측을 감압하고, 상기 리턴 라인(18)을 폐쇄하는 제어 활성화시 상기 스로틀 부재(38)의 스프링 예비 응력을 받은 제어측에서 제어 압력을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 매체 펌프(1)에 의해 압력 매체를 공급받는 적어도 하나의 다른 컨슈머(50)가 제공되는 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 다른 컨슈머(50)는 압력 매체 저장기 또는 제너레이터 펌프인 것을 특징으로 하는 에너지 회수 기능을 가진 유압식 드라이브 장치.
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