NO20200709A1 - Sylinder, hydraulisk system, anleggsmaskin og fremgangsmåte - Google Patents

Description

SYLINDER, HYDRAULISK SYSTEM, ANLEGGSMASKIN OG FREMGANGSMÅTE

Oppfinnelsen vedrører en sylinder, et hydraulisk system, en anleggsmaskin og en fremgangsmåte. I ulike utførelser, beskrives en volumnøytral sylinder.

Bakgrunn

I bygg – og anleggsmaskiner benyttes i dag hydrauliske systemer til å overføre krefter til arbeidsoperasjoner som skal utføres. Dette kan for eksempel omfatte grave- og lastemaskiner der hydrauliske sylindere benyttes til å omsette væsketrykk og væskestrøm til lineære bevegelser med stor kraft.

Et hydraulisk system for en anleggsmaskin omfatter én eller flere hydraulikkpumper som typisk drives av en forbrenningsmotor, og en flerhet hydrauliske funksjoner, eksempelvis sylindre og motorer. Retningsventiler sørger for at ønsket oljemengde tilføres de ulike hydrauliske funksjonene. Struping og trykkfall i ventilene kan gi stort energitap i form av varme som da typisk kjøles bort med kjølere i oljekretsen. Dagens hydrauliske systemer er ikke optimalisert med hensyn til energiforbruk, men dette har ikke blitt adressert i bransjen fordi tilgang på energi fra forbrenningsmotorer har vært billig.

Anleggsbransjen og spesielt anleggsmaskiner som slipper ut mye CO2 står nå overfor krav om utslippsreduksjon av klimagasser og økte krav til HMS.

Én løsning for å redusere utslippene, er å bruke batteri som energiforsyning. Batterier er mindre energitette enn forbrenningsmotorer. Det betyr for eksempel at en batteridrevet anleggsmaskin vil kreve vesentlig lengre tid for tilførsel av energi enn en tilsvarende anleggsmaskin med forbrenningsmotor, noe som gir redusert driftstid for en batteridrevet gravemaskin.

En annen løsning er å regenerere energi fra maskinenes hydrauliske system, eksempelvis ved å utnytte oljetrykket i sylindrene for en bom på en gravemaskin. Patentskriftet NO317269 beskriver en gravemaskin med en separat hydraulisk bomsylinder innrettet til å frembringe en motkraft og et ekstra hydraulisk trykk som kan brukes til å redusere kraft- og energibehovet ved løfting av gravebommen.

Patentdokumentet EP3150861 beskriver en gravemaskin hvor retningsventilene for bomsylinderen, stikkesylinderen og skuffesylinderen er erstattet med en flerhet lukkede og uavhengige oljekretser. Hver krets omfatter en dobbeltvirkende sylinder, en motor og en oljepumpe. Fordi sylindrene har ulike trykkvolum og returvolum, er hver oljemotor tilkoblet en oljetank slik at det kan dreneres overskuddsolje fra returvolumet når sylinderen beveges i en trykkretning, og fra tanken og til returvolumet når sylinderen går i en returretning.

Patentdokumentet JP2005344776A beskriver også en gravemaskin med lukkede hydrauliske kretser for gravemaskinens bomsylinder, stikkesylinder og skuffesylinder. Videre beskrives en volumnøytral sylinder slik at oljemengden i hver enkelt krets kan holdes konstant. Den volumnøytrale sylinderen har en gjennomgående stempelstang, hvor stempelstangens ene frie ende huses av et ekstra sylinderrom, noe som gir sylinderen en ekstra innbyggingslengde tilsvarende sylinderens slaglengde.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Generell beskrivelse av oppfinnelsen

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen en sylinder som omfatter: en stempeldel; en sylinderdel anordnet for bevegelse aksialt i forhold til stempeldelen; ett eller flere trykkrom innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere trykkflater for forskyvning av stempeldelen i en første slagretning; og ett eller flere returtrykkrom innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere returtrykkflater for forskyvning av stempeldelen i en andre returslagretning; sylinderdelen og/eller stempeldelen omfatter et rørparti som omslutter det ene eller minst ett av nevnte trykkrom og/eller trykkflate(r i et radielt indre område i sylinderen; og sylinderdelen og/eller stempeldelen videre omfatter det ene eller minst ett av nevnte returtrykkrom og/eller returtrykkflate(r i et radielt ytre område av sylinderen.

Fluid kan dermed fordelaktig benytte returtrykkrommet og/eller returtrykkflatene i det ytre område for å bidra helt eller delvis til returtrykket, og for eksempel oppnå volumnøytral operasjon av sylinderen.

Trykkflaten(e og returtrykkflaten(e er fortrinnsvis konfigurert for volumnøytral eller tilnærmet volumnøytral operasjon av sylinderen.

Returtrykkflaten(e har fortrinnsvis totalt en arealstørrelse prosjektert på et plan vinkelrett på slagretningen lik eller tilnærmet lik trykkflaten(es arealstørrelse prosjektert på et plan vinkelrett på slagretningen. Returtrykkflaten(e ha typisk totalt en arealstørrelse lik eller tilnærmet lik trykkflaten(es arealstørrelse totalt, for eksempel ved hjelp av trykkflater og returtrykkflater står vinkelrett på aksial retningen. På denne måten, kan volumnøytral oppførsel oppnås.

En effekt er at det slik kan oppnås en lik trykkhastighet og returhastighet for stempeldelen og/eller sylinderdelen hvis trykkvolumet og returvolumet tilføres en lik angitt mengde olje. Sylinderen kan på fordelaktig vis benyttes slik at en gitt mengde olje kan forskyve stempeldelen like langt i trykkretningen som i returretningen uansett om oljen tilføres trykksiden eller retursiden. Trykkrom kan tilføres en oljemengde som da kan da være lik oljemengden som dreneres ut av returrom, og vice versa. Videre kan sylinderen ha en like stor skyvekraft i trykkretningen (trykkraft som i returretningen (trekkraft. En ytterligere effekt er at sylinderen kan benyttes i en lukket oljekrets med et konstant oljevolum, og uten behov for ekstra tank og tilførsel av fluid for å kompensere for ulike trykkvolum og returvolum eller pumpe med variabelt oljevolum.

I andre eksempler, kan returtrykkflaten(e ha en totalarealstørrelse eller prosjektert total arealstørrelse som er ulik trykkflaten(es totalarealstørrelse eller prosjekterte totalarealstørrelse. Dette kan være nyttig i kretser hvis det ikke er nødvendig at de er like, for eksempel hvis streng volumnøytral oppførsel ikke er nødvendig.

Sylinderdelen eller stempeldelen har typisk en første ende som omfatter en føring for den andre av sylinderdelen og stempeldelen, og en andre ende som er lukket for den andre av sylinderdelen og stempeldelen.

Ett eller flere returtrykkrom kan være utformet som ringrom. Den ene eller de flere returtrykkflatene kan være ringformede.

En effekt av at det tilveiebringes en eller flere returtrykkflater i sylinderens radielt ytre område er at det kan tilveiebringes en volumnøytral sylinder, uten en gjennomgående stempelstang. Derigjennom kan sylinderen konfigureres for endemontering, og kobles til som erstatning for en dobbeltvirkende sylinder uten endring i innbyggingslengde, slanglengde eller behov for gjennomgående stempelstang.

Med endemontering kan det forstås at sylinderdelen i en ende kobles til et første legeme og stempeldelen i en fri ende tilkobles et andre legeme, og at sylinderens totale lengde kan endres tilsvarende en gitt slaglengde for sylinderen.

Returtrykkflaten(es totalareal kan være inntil 10 prosent større eller mindre enn trykkflaten(es totalareal, slik at sylinderens trykkraft og returkraft har en maksimal differanse på mellom 0 og 10 prosent. En differanse på inntil 10 prosent kan være et akseptabelt avvik i applikasjoner med begrenset krav til nøyaktighet. I en utførelsesform med 1 % avvik vil eksempelvis 1 liter olje på trykksiden gir et trykkslag på 100 mm, og 1 liter olje på retursiden vil gi et returslag på 99 eller 101 mm. Tilsvarende vil identisk lik total arealstørrelser på retur og trykksider gi identiske like trykkslag og returslag. Arealet av trykkflaten(e totalt og arealet av returtrykkflaten(e totalt kan i en fordelaktig utførelsesform ha et avvik på mindre enn 1 %.

Et trykkrør kan i en utførelsesform være del av sylinderdelen. I denne utførelsesformen kan det minst ene trykkrommet være posisjonert i et første endeparti av sylinderen, og den indre strukturen kan omfatte en sentrert trykkflate tilhørende en første ende av stempeldelen.

Trykkrøret kan i en alternativ utførelsesform være del av stempeldelen. I denne utførelsesformen kan det minste ene trykkrommet være posisjonert i et andre endeparti av sylinderen, og omfatte en sentrert trykkflate i en andre ende av stempeldelen.

Det minst ene returtrykkrom i sylinderens radielt ytre område kan fordelaktig omslutte det minst ene trykkrommet. Dette returtrykkrommet kan alternativt omslutte et parti av trykkrommet, eksempelvis ved at returtrykkrommet strekker seg i en radiell sektor om trykkrommet, eller er anordnet i et rom posisjonert på utsiden av sylinderdelen, hvor det eksterne rom er sammenkoblet med stempeldelen.

Sylinderen kan videre omfatte i det minste ett første returtrykkrom og/eller i det minste én første returtrykkflate. Sylinderen kan videre omfatte i det minste ett andre returtrykkrom og/eller i det minste en andre returtrykkflate. Sylinderen kan videre omfatte en rørseksjon, hvor rørpartiet kan være et parti av rørseksjonen. Rørseksjonen kan videre strekke seg rundt eller omslutte et andre returtrykkrom og/eller i det minste én andre returtrykkflate. Det andre returtrykkrommet og/eller andre returtrykkflate er typisk tilveiebrakt i sylinderens radielt indre område. Rørseksjonen kan omfatte minst én port innrettet til å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom det første returtrykkrommet og det andre returtrykkrommet.

En effekt av rørseksjonen som slik tilveiebringes rundt eller omslutter et andre returtrykkrom og/eller i det minste én andre returtrykkflate, er at den andre returtrykkflaten kan benyttes av fluid inn mot senter av sylinderen for å bidra til returtrykket slik at sylinderens utvendige diameter kan reduseres.

Sylinderen kan videre omfatte et tredje returtrykkrom og/eller i det minste én tredje returtrykkflate. Det tredje returtrykkrommet og/eller tredje returtrykkflate er typisk tilveiebrakt i sylinderens radielt ytre område. Det tredje returtrykkrommet kan omslutte det første returtrykkrommet. Den ytre strukturen kan omfatte et sylinderrør mellom det første returtrykkrommet og det tredje returtrykkrommet. Sylinderrøret kan omfatte minst én port innrettet til å tilveiebringe en fluidkommunikasjon mellom det første returtrykkrommet og det tredje returtrykkrommet. En effekt av det tredje returtrykkrommet er at trykkrom kan posisjoneres i sylinderens første ende endeparti, og at stempeldelen kan omfatte en sentrert stempelstang. Det tredje trykkrommet kan være et ringrom. Den tredje trykkflaten kan være ringformet.

Det andre returtrykkrommet kan være utformet som et ringrom. Den andre returtrykkflaten kan være ringformet.

En første ende av sylinderdelen kan omfatte en et første koblingselement slik at sylinderen kan endemonteres.

Det første koblingselementet kan omfatte et langstrakt bolthull med en senterakse som krysser en langsgående senterakse for sylinderen. Ved krysning av aksene, kan det unngås et dreiemoment i koblingselementet når sylinderen i bruk påføres en aksiell belastning.

Det første koblingselementet kan omfatte en første hydraulikkport. Den første hydraulikkporten, kan bidra til at sylinderen kan gjøres kompakt, i det olje kan tilføres trykksiden på en enkel måte, for eksempel når sylinderen omfatter ett eller flere ringrom som omslutter et parti av et sirkulært trykkrom i et endeparti av sylinderhuset.

Sylinderen kan omfatte en flerhet tetninger innrettet til å skille fluid i trykkrommet fra fluid i ett eller flere returtrykkrom.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen sylinder som omfatter: en stempeldel; en sylinderdel som i en første ende omfatter en føring for stempeldelen og som i en motsatt, andre ende er lukket for stempeldelen; ett eller flere trykkrom innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere trykkflater for forskyvning av stempeldelen i en første slagretning; og ett eller flere returtrykkrom innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere returtrykkflater for forskyvning av stempeldelen i en andre returslagretning; hvor trykkflaten(e og returtrykkflaten(e er konfigurert for volumnøytral eller tilnærmet volumnøytral operasjon av sylinderen.

Sylinderen kan ha en eller flere ytterligere trekk som beskrevet ovenfor i forbindelse med oppfinnelsens første aspekt.

I et tredje aspekt vedrører oppfinnelsen en sylinder som omfatter: en stempeldel; en sylinderdel anordnet for bevegelse aksialt i forhold til stempeldelen; ett eller flere trykkrom innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere trykkflater for forskyvning av stempeldelen i en første slagretning; og ett eller flere returtrykkrom innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere returtrykkflater for forskyvning av stempeldelen i en andre returslagretning; en rørseksjon som er tilkoblet stempeldelen eller sylinderdelen, hvor et parti av rørseksjonen omslutter det ene eller i det minste ett av nevnte trykkrom som i en aksiell retning er avgrenset av det ene eller i det minste ett av nevnte trykkflate(r; hvor det ene eller minst ett av nevnte returtrykkrom og/eller returtrykkflate(r er posisjonert på utsiden av rørseksjonen.

Sylinderen kan ha en eller flere ytterligere trekk som beskrevet ovenfor i forbindelse med oppfinnelsens første aspekt eller andre aspekt.

I et fjerde aspekt vedrører oppfinnelsen et hydraulikksystem som omfatter en hydraulikkrets som omfatter i det minste én sylinder ifølge oppfinnelsens første, andre, eller tredje aspekt.

I fordelaktige utførelsesformer kan et element som betjenes av den minst ene sylinderen beveges med en lik hastighet i en første retning og i en andre retning ved en gitt fluidmengde.

Hydraulikkretsen kan være lukket.

Med en lukket hydraulikkrets kan det heri forstås en oljekrets med én forbruker som får tilført olje av en egen pumpe. Forbrukeren kan være sylinderen. Ved at hydraulikkretsen er lukket kan det unngås bruk av retningsventiler i hydraulikkretsen, slik at trykktap og varmgang kan reduseres. Videre kan fluidmengden i et lukket system holdes konstant.

Den lukkede kretsen kan omfatte en suppleringspumpe og en oljetank innrettet til å tilføre suppleringsolje til den lukkede kretsen.

En effekt av suppleringspumpa og oljetanken er at eventuelle lekkasjer av fluid gjennom eksempelvis pakninger, kan kompenseres slik at den lukkede kretsen hele tiden kan ha et optimalt oljevolum.

Suppleringsoljen kan tilføres kretsen via minst én tilbakeslagsventil.

En effekt av tilbakeslagsventilen er at fluid kan hindres i å bli ført fra kretsen og til suppleringspumpen. I en fordelaktig utførelse kan suppleringspumpa være tilkoblet kretsen på to sider av pumpa, slik at det kan tilføres suppleringsfluid uavhengig av om det er sylinderens trykkvolum eller returtrykkvolum som tilføres fluid.

Sylinderen kan være tilkoblet en fluid pumpe med en rotasjonsretning som er vekselbar mellom en første rotasjonsretning og en andre rotasjonsretning, hvor den første rotasjonsretningen opererer pumpa for å tilføre fluid til sylinderens trykkrom, og den andre rotasjonsretningen opererer pumpa for å tilføre olje til sylinderens returtrykkrom.

Ved at sylinderen får tilført olje direkte fra pumpa slik det beskrives heri, kan pumpa tilveiebringe en fluidstrøm og et fluidtrykk kun når sylinderens stempeldel skal forskyves i trykkretningen eller returretningen. Når stempeldelen står i ro, vil også pumpa stå i ro slik at det ikke brukes energi.

Fluidpumpa kan ha et fast volum slik at fluidstrømmen er lik uavhengig av rotasjonsretningen.

Pumpa kan være tilkoblet en elektrisk motor, og den elektriske motoren kan være tilkoblet en frekvensomformer innrettet til å endre rotasjonsretning og turtall på den elektriske motoren og/eller pumpa.

Ved at pumpa er tilkoblet en elektrisk motor som er til koblet en frekvensomformer, kan elektromotorens rotasjonsretning og turtall reguleres trinnløst av frekvensomformeren, og sylinderen kan betjenes uten retningsventil.

Med trinnløs turtallsregulering kan en flow, dvs. en oljestrøm, og/eller trykk fra hydraulikkpumpen styres trinnløst uten ventiler med struping og uten derav følgende energitap. Den elektriske motoren kan være en PM motor som kan ha fullt startmoment uten turtall og kan egne seg spesielt godt til å regulere trykk og flow med små mengder og/eller stor nøyaktighet.

Med en volumnøytral sylinder kan retningen og hastighet på sylinderslaget likt på i trykkretningen og returretningen når pumpa roterer med et likt turtall i en første retning eller andre retning. Dette kan kontrolleres direkte ved at turtallet på elektromotoren kan styres både i hastighet og retning.

Hastighet på sylinderbevegelsen kan reguleres med turtallet på elektromotoren, hvor turtallet på elektromotoren kan styres via frekvensomformeren. Frekvensomformeren kan være koblet til en elektronisk styreenhet (PLS og videre til en hendel som en operatør kan kontrollere for å bestemme ønsket hastighet og/eller kraft på sylinderen.

Hvis hydraulikksystemet omfatter flere sylindre ifølge først aspekt, kan det tilveiebringes én krets for hver sylinder, hvor hver krets omfatter en sylinder tilkoblet en pumpe og eventuelt en elektromotor som beskrevet ovenfor. Hver krets kan da betjenes individuelt.

I en alternativ utførelse kan slagretningen reguleres med en enkel retningsventil.

I et femte aspekt vedrører oppfinnelsen en anleggsmaskin omfattende i det minste en sylinder ifølge oppfinnelsens første, andre eller tredje aspekt.

I fordelaktige utførelser, kan sylinderen beveges i en slagretning eller i en returretning med lik hastighet ved et angitt volum.

Anleggsmaskinen kan være en gravemaskin. Anleggsmaskinen kan være en hjullaster.

Anleggsmaskinen kan omfatte et hydraulikksystem ifølge oppfinnelsene andre aspekt.

Ved at anleggsmaskinen omfatter hydraulikksystemet som beskrives heri, kan energi fra senkning av last, eksempel et graveaggregat, regenereres og tilbakeføres, eksempelvis via et batteri.

Dette kan oppnås ved at hydraulikkpumpen som kobles til elektromotoren kan gå som hydraulisk motor når lasten senkes. Derved kan energi regenereres. Den hydrauliske sylinderen kan fortrinnsvis være en volumnøytral hydraulisk sylinder som har lik volumstrøm i begge retninger. Med en volumnøytral sylinder med lik oljestrøm i begge retninger på sylinderen, kan standard pumper benyttes til dette formålet.

Ved at gravemaskinen omfatter nevnte sylinder, kan en sylinderfunksjon på gravemaskinen betjenes volumnøytralt.

Anleggsmaskin kan omfatte et hydraulikksystem ifølge oppfinnelsens andre aspekt.

Ved at gravemaskinen omfatter et hydraulikksystem med en lukket krets med en volumnøytral sylinder tilkoblet en pumpe som er tilkoblet en elektrisk motor som betjenes via en frekvensomformer, kan den lukkede kretsen regenerere energi når sylinderen påføres en stor last. Eksempelvis kan olje fra en bomsylinder presses inn i pumpa, slik at pumpa fungerer som en motor den elektriske motoren fungerer som en generator som genererer strøm til et batteri på gravemaskinen.

I et sjette aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for betjening av en sylinder ifølge oppfinnelsens første, andre eller tredje aspekt, hvor fremgangsmåten omfatter trinnet å pumpe et fluid til sylinderen.

Fremgangsmåten kan videre omfatte trinnet å gi et styresignal til en frekvensomformer som er tilkoblet en elektromotor som er tilkoblet en pumpe som er tilkoblet sylinderen, slik at elektromotoren og pumpa roterer i en ønsket retning og med en ønsket hastighet for derigjennom å føre olje fra pumpa til sylinderen

Framgangsmåten kan ytterliggere omfatte trinnet å generere elektrisk energi ved å la sylinderen når den er belastet, føre olje inn i pumpa slik at elektromotoren som er tilkoblet pumpa påføres en rotasjon og derigjennom generer energi.

I et sjuende aspekt kan oppfinnelsen utføres på følgende måter:

● Anordning ved drivverk for kraftoverføring fra batteri til et antall hydrauliske sylinder i en bygg- og anleggsmaskin, hvor elektromotoren er turtallsregulert ved hjelp av frekvensomformer og tilkoblet hydraulisk pumpe som genererer hydraulisk trykk og flow til aktivering av en sylindere som retningskontrolleres ved hjelp av ventilen styrt av PLS tilordnet kontrollenhet med betjeningshendel.

● Anordning ved drivverk for kraftoverføring fra batteri til et antall hydrauliske sylindere i en gravemaskin, karakterisert ved at det på gravemaskinen er anordnet volumnøytrale sylindere hvor stempelarealene tilfredsstiller relasjonen A1 = A2+ A3 –A4.

● Anordning som beskrevet i sjuende aspekt, første avsnitt, hvor det til hver av sylindrene er koblet lastsenkeventiler.

● Anordning som beskrevet i sjuende aspekt, første og/eller andre avsnitt, hvor et antall motorer og pumpemoduler plasseres på en rammekonstruksjon sammen med hydraulikktank og frekvensomformere.

Utførelseseksempler

I det etterfølgende vil det beskrives eksempler på utførelsesformer med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig.1a viser en forenklet prinsippskisse av en første utførelsesform av en volumnøytral sylinder;

Fig.1b viser en forenklet prinsippskisse av sylinderdelen tilhørende sylinderen i figur 1a;

Fig.1c viser en forenklet prinsippskisse av stempeldelen tilhørende sylinderen i figur 1a;

Fig.1d viser en detaljert aksialsnitt av sylinderen i figur 1a.

Fig.1e viser et radialsnitt av sylinderen i figur 1d;

Fig.2a viser en forenklet prinsippskisse av en andre utførelsesform av en volumnøytral sylinder;

Fig.2b viser en forenklet prinsippskisse av sylinderdelen tilhørende sylinderen i figur 2a;

Fig.2c viser en forenklet prinsippskisse av stempeldelen tilhørende sylinderen i figur 2a;

Fig.2d viser en detaljert aksialsnitt av sylinderen i figur 2a.

Fig.2e viser et radialsnitt av sylinderen i figur 2a;

Fig.3a viser en forenklet prinsippskisse av en tredje utførelsesform av en volumnøytral sylinder;

Fig.3b viser en forenklet prinsippskisse av sylinderdelen tilhørende sylinderen i figur 3a;

Fig.3c viser en forenklet prinsippskisse av stempeldelen tilhørende sylinderen i figur 3a;

Fig.3d viser en detaljert aksialsnitt av sylinderen i figur 3a.

Fig.3e viser et radialsnitt av sylinderen i figur 3a;

Fig.4a viser et toppriss av en gravemaskin med et elektrohydraulisk system omfattende en volumnøytral sylinder;

Fig.4b viser gravemaskinen i figur 4a i perspektiv;

Fig.5 viser et koblingsskjema for et elektrohydraulisk system omfattende en volumnøytral sylinder; og

Fig.6 viser det elektrohydrauliske systemet omfattende en dobbeltvirkende sylinder ifølge kjent teknikk.

I figurene brukes samme referanse på elementer med lik teknisk funksjon. Det gjøres oppmerksom på at figurene 1a-c, 2a-c og 3a-c er forenklede prinsippskisser, og at det på disse og de øvrige figurene kan være utelatt detaljer for bedre å fremheve selve oppfinnelsen og dens virkemåte.

I figurene 1a – 3e, beskrives tre utførelsesformer 1A, 1B, 1C for en sylinder ifølge oppfinnelsens første aspekt, hvor sylinderen 1A, 1B, 1C omfatter en sylinderdel og en stempeldel og er konfigurert volumnøytralt, på fagspråket omtalt som volumnøytral sylinder.

En volumnøytral sylinder kan kjennetegnes ved at det samlede arealet av alle trykkflater TF er likt det samlede arealet av alle motvirkende returtrykkflater RTF. Dette gjelder dersom trykkflatene og returtrykkflatene alle befinner seg i sin helhet i parallelle plan vinkelrett på den aksiale bevegelsesretningen til sylinderdelen relativt stempeldelen. Derigjennom kan det når trykkrommet TR tilføres en gitt mengde fluid gjennom en trykkport 235, dreneres en tilsvarende mengde fluid gjennom en returport 335, vice versa, slik at stempeldelen 300 kan forskyves like langt i en slagretning A som i en slagretning B, enten den gitte mengden fluid tilføres trykkrommet TR eller et returtrykkrom RTR. Fluidet kan være olje.

Alle de tre sylindrene 1A, 1B, 1C omfatter en sylinderdel 200 og en stempeldel 300 som er aksielt innbyrdes forskyvbare i forhold til hverandre. Stempeldelen 200 er ikke gjennomgående. Derigjennom kan sylindrene endemonteres 1A, 1B, 1C. Med endemontering menes at sylinderdelen 200 og stempeldelen 300 kan monteres i sine respektive ender, slik at avstanden mellom sylinderfestene og sylinderens totale lengde kan reguleres ved å forskyve stempeldelen 200 relativt til sylinderdelen 300.

Det vises først til den første utførelsesformen 1A, hvor figurene 1a, 1b og 1c viser forenklede prinsippskisser av sylinderen 1A, sylinderdelen 200 og stempeldelen 300. Figur 1d viser et detaljert aksialsnitt av sylinderen 1A og figur 1e viser et radialsnitt A-A av sylinderen 1A.

Sylinderen 1A omfatter en stempeldel 300, en sylinderdel 200 som i én ende omfatter en føring 230 for stempeldelen 300, og som i en motsatt andre ende omfatter et sylinderfeste 230. En rørseksjon 400 er tilkoblet sylinderdelen 200, hvor et parti av rørseksjonen 400 omslutter et trykkrom TR som i en aksiell retning er avgrenset av i det minste én trykkflate TF. Trykkrommet TR er innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot den minst ene trykkflaten TF slik at stempeldelen 300 forskyves i den i første slagretningen A.

Et første returtrykkrom RTR1 innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot i det minste én første returtrykkflate RTF1 slik at stempeldelen 300 forskyves i den andre returslagretningen B. Det første returtrykkrommet RTR1 er posisjonert på utsiden av rørseksjonen 400, og er ringformet. Arealet av den minst ene første returtrykkflaten RTF1 er likt arealet av den minst ene returtrykkflaten TF slik at det tilveiebringes en volumnøytral operasjon av sylinderen.

I figur 1d er trykkflaten TF vist sentrert og fordelt mellom flere plan tildannet av en stempelstang 310, et låseelement 341 og et stempel 340.

Sylinderen 1A omfatter videre en flerhet hulrom 99, som på figurene 1a og 1d er lukkede, slik at lufttrykket i hulrommene 99 endres med posisjonen på stempeldelen. I en ikke vist utførelsesform kan hulrommene 99 være ventilerte slik at trykket i hulrommene 99 er likt atmosfæretrykket.

Et bakre koblingsstykke 230 forbinder rørseksjonen 400 og et ytre sylinderhus 210. Det bakre koblingsstykket 230 kan omfatte trykkporten 235 og et bolthull 233, som vist på figurene 1a – 1d. Nevnte elementer er vist sammenkoblet med en flerhet skruer. I en alternativ utførelsesform (ikke vist kan to eller flere av de nevnte elementene kobles til hverandre med en gjengeforbindelse.

Videre omfatter sylinderdelen 200 et sylinderstempel 241 som er festet til rørseksjonen 400, og som tildanner en innvendig føring for stempelstangen 310. En returport 335 er posisjonert i det ytre sylinderhuset 210.

Et fremre koblingsparti 330 forbinder stempelstangen 310 og stempelrøret 320. I stempelstangens ende er det montert et stempel 340 med et tilhørende låseelement 341. Et første ringstempel 342 er tilkoblet stempelrøret 320, og ligger som førende and mot innsiden av det ytre sylinderhuset 210 og utsiden av rørseksjonen 400.

Det vises så til den andre utførelsesformen 2B, hvor figurene 2a, 2b og 2c viser forenklede prinsippskisser av sylinderen 2B og sylinderdelen 200 og stempeldelen 300. Figur 2e viser et detaljert aksialsnitt av sylinderen og figur 2e viser et radialsnitt B-B av sylinderen.

I den andre utførelsesformen 1B er rørseksjonen 400 tilkoblet stempeldelen 300. Rørseksjonen 400 erstatter funksjonelt stempelstangen 330 i den første og den tredje utførelsesformen 1A, 1C.

Trykkrommet TR og den tilhørende trykkflaten TF er posisjonert i stempeldelens første ende 300A.

Det første returtrykkrommet RTF1 er supplert med et andre returtrykkrom TRF2 og en andre trykkreturflate TRF2 posisjonert på innsiden av rørseksjonen 400 og på utsiden av et sylinderrør 240 tilhørende sylinderdelen. Sylinderrøret 240 omfatter en aksiell fluidkanal kanal 236.

Når stempeldelen 300 skal føres i den første slagretningen A, tilføres fluidet via trykkporten 235 og fluidkanalen 236 slik at det tilveiebringes et fluidtrykk på trykkflaten TF. Når stempeldelen 300 skal føres i den andre slagretningen B, tilføres fluidet via returtrykkporten 335. Rørseksjonen 400 omfatter minst én port 333 slik at fluidet kan som føres inn og ut via returtrykkporten 335 kan strømme mellom det første returtrykkrommet RTR1 og det andre returtrykkrommet RTR2. Derigjennom kan det tilveiebringes et likt fluidtrykk i det første returtrykkrommet RTR1 og det andre returtrykkrommet RTR2.

Arealet den første returtrykkflaten RTF1 og den andre returtrykkflaten RTF2 er likt arealet av trykkflaten TF.

Det vises så til den tredje utførelsesformen 3B, hvor figurene 3a, 3b og 3c viser forenklede prinsippskisser av sylinderen 3B og sylinderdelen 200 og stempeldelen 300. Figur 3e viser et detaljert aksialsnitt av sylinderen og figur 3e viser et radialsnitt C-C av sylinderen.

I den tredje utførelsesformen 1C er rørseksjonen 400 er tilkoblet sylinderdelen 200, tilsvarende den første utførelsesformen 1A. Det første returtrykkrommet RTR1 og det andre returtrykkrommet RTR2 er supplert med et tredje returtrykkrom RTR3 med en tredje returtrykkflate TRF3. Det tredje returtrykkrommet RTR3 er posisjonert på utsiden av rørseksjonen 400 og på innsiden av et stempelrør 320 som er posisjonert mellom rørseksjonen 400 og sylinderrøret 210. Stempelrøret 320 tilhører stempeldelen 300. Stempelrøret 320 og rørseksjonen 400 omfatter en flerhet porter 333 slik at fluidet kan strømme mellom det første returtrykkrommet RTR1, den andre returtrykkrommet RTR2 og det tredje returtrykkrommet RTR3. Derigjennom kan det tilveiebringes et likt fluidtrykk i det første returtrykkrommet RTR1, det andre returtrykkrommet RTR2 og det tredje returtrykkrommet.

Arealet den første returtrykkflaten RTF1, den andre returtrykkflaten RTF2 og den tredje returtrykkflaten RTF2 er likt arealet av trykkflaten TF.

Trykkarealene og returtrykkarealene kan begrenes. For den tredje utførelsesformen 1C kan for eksempel med nedforstående formel, hvor A2 er arealet av trykkflaten TF, og A1, A3 og A4 er arealene av returtrykkflatene RTF1, RTF2 og RTF3.

A2 = A1 A3 – A4

A1 = 3.14/4 (D2-D1<2>

A2 = 3.14/4 (D2<2>

A3 = 3.14/4 (D6<2>-D3<2>

A4 = 3.14/4 (D5<2>-D4<2>

Den volumnøytrale sylinderen 1A, 1B, 1C om beskrives heri, tilveiebringer i det vesentlige samme innbyggingsmål og slaglengde som en vanlig dobbeltvirkende sylinder med endemontering, fordi sylinderen ikke har en gjennomgående stempelstang. Den volumnøytrale konfigurasjonen skiller seg fra en volumnøytral sylinder ifølge kjent teknikk, ved at trykkrommet TR er sentrert, og at det korresponderende returtrykkrommet RTR delvis eller helt er anordnet radielt utenfor trykkrommet TR. Dette muliggjør bruk av volumnøytrale sylindre der det kreves endemontering og hvor det er begrenset plass.

I en alternativ, ikke vist utførelsesform, kan sylinderdelen 200 ha sideinnfesting, hvor det anordnes to radielt motstående sylinderfester på sylinderrørets radielle overflate. En slik innfesting er kjent brukt på tippsylindre til lastebiler og tilhengere.

I en ytterligere, ikke vist utførelsesform, kan sylinderdelen fastgjøres til et fundament slik at sylinderdelen 200 tilveiebringer en fast stilling til fundamentet.

Figurene 4a og 4b viser en gravemaskin 90 omfattende et elektrohydraulisk system 99 ifølge oppfinnelsens andre aspekt, og tre volumnøytrale sylindre 1B, på figurene 4a og 4b angitt med referansenumrene 6, 7 og 8. Sylindrene 8, 6, 7 er endemonterte, slik det er vanlig på gravemaskiner.

Gravemaskinen 90 omfatter en transportinnretning 11 med belter til forflytning av gravemaskinen 90. Oppå transportinnretningen 11 er det roterbart om akse 36 anordnet en rammekonstruksjon 35. Til rammekonstruksjonen 35 er det montert batterier 10 og fester 40 for feste av en gravebom 5. En bomsylinder 8 betjener gravebommen 5. En stikkesylinder 6 betjener en gravestikke 9, og en skuffesylinder 7 betjener en graveskuff 15.

På rammekonstruksjonen 35 er til i tillegg montert et antall elektrohydrauliske aggregater 12, hver med en elektromotor 16, en pumpe 18 og en frekvensomformer 13. I tillegg omfatter det elektrohydrauliske systemet 99 en oljetank 17, og en svingmotor 3 som besørger rotasjon om aksen 36.

Et førerhus 4 inneholder betjeningshendler 25 med kontrollenhet 24 for betjening av sylinderfunksjoner for sylindrene 6, 7 og 8.

For å minimere energitapet mellom batteriet 10 og utført arbeid med en graveskuff 15 er oljestrømmen 30 til hver av sylindrene 6, 7 og 8 betjent av individuelle pumper 18 drevet av elektromotorer 16 som er turtallsregulert av frekvensomformere 13 tilkoblet batteriet 10 med forbindelsen 19.

Figur 5 viser et koblingsskjema for det elektrohydrauliske systemet 99 i figurene 4a og 4b. Sylinderen 1b på figur 5 tilsvarer en av sylindrene 6, 7, 8 i figurene 4a og 4b.

Elektromotoren 16 driver den hydrauliske pumpa 18 som genererer et hydraulisk trykk og oljestrøm for aktivering av sylinderen 3B. En frekvensomformer 13 regulerer elektromotorens 16 turtall og rotasjonsretning. Derigjennom kan slagretningen på sylinderen 1b reguleres direkte fra elektromotoren 16, uten bruk av retningsventiler.

Fordi sylinderen 1B er volumnøytral, er oljestrømmen i sylinderens trykkrom TR og returtrykkrom RTR (se figur 3a og 3d like store. Når gravebommen 5 i figurene 4a og 4b skal heves, tilføres en oljestrøm og et oljetrykk til trykkrommet TR, og stempeldelen 300 forskyves ut av sylinderhuset 200.

Når gravebommen 5 senkes, kan energi regenereres ved at fluid strømmer gjennom pumpa 18 slik at denne får funksjon som en motor. I det pumpa 18 er tilkoblet elektromotoren 16, vil elektromotoren 16 fungere som en generator som generer energi til batteriet 10 gjennom frekvensomformeren 13. Tilsvarende regenerering kan skje for stikkesylinderen 6 og skuffesylinderen 7.

Det elektrohydrauliske systemet 99 omfatter videre en egen krets for etterfylling av olje grunnet eventuelle indre lekkasjer den hydrauliske kretsen. Etterfyllingen skjer ved at en pumpe 54 tilkoblet en tank 17, fører olje til trykksiden TS og retursiden TR via en tilbakeslagsventil 55. Tilbakeslagsventilen vist i figur 5 er dobbel, slik at oljen kan tilføres både trykksiden TS og retursiden TR.

Figur 6 viser et alternativt hydraulisk system 96, hvor den volumnøytrale sylinderen 1B er erstattet av en annen dobbeltvirkende 6a sylinder, som ikke er volumnøytral. Fordi sylinderen 6a har ulikt areal på trykksiden TS og retursiden TR, vil det tilføres og dreneres ulik mengde olje når stempeldelen 300 føres ut eller inn av sylinderhuset 200.

I figur 6 roterer den elektriske motoren 16 i bare én retning, og slagretningen på sylinderen 6a reguleres derfor med en retningsventil 14, styrt av en PLS 21, tilordnet kontrollenheten 24 og betjeningshendelen 25. Videre vises to lastesenkeventiler 27, 28.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformene illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende.

Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktumet at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekkene ikke med fordel kan brukes.

Claims (23)

Patentkrav

1. Sylinder (1A, 1B, 1C) som omfatter:

- en stempeldel (300);

- en sylinderdel (200) anordnet for bevegelse aksialt i forhold til stempeldelen (300);

- ett eller flere trykkrom (TR) innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere trykkflater (TF) for forskyvning av stempeldelen (300) i en første slagretning (A); og

- ett eller flere returtrykkrom (RTR1, RTR2, RTR3) innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere returtrykkflater (RTF1, RTF2, RTF3) for forskyvning av stempeldelen (300) i en andre returslagretning (B);

k a r a k t e r i s e r t v e d at

- sylinderdelen (200) og/eller stempeldelen (300) omfatter et rørparti (400) som omslutter det ene eller minst ett av nevnte trykkrom (TR) og/eller trykkflate(r) (TF) i et radielt indre område i sylinderen; og

- sylinderdelen (200) og/eller stempeldelen videre omfatter det ene eller minst ett av nevnte returtrykkrom (RTR) og/eller returtrykkflate(r) (RTF1, RTF3) i et radielt ytre område av sylinderen.

2. Sylinder ifølge krav 1, hvor trykkflaten(e) (TF) og returtrykkflaten(e) (RTF1, RTF2, RTF3) er konfigurert for volumnøytral eller tilnærmet volumnøytral operasjon av sylinderen.

3. Sylinder ifølge krav 1 eller 2, hvor returtrykkflaten(e) (RTF1, RTF2, RTF3) har totalt en arealstørrelse lik eller tilnærmet lik trykkflaten(e)s arealstørrelse totalt

4. . Sylinder ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor returtrykkflatene har totalt en arealstørrelse prosjektert på et plan vinkelrett på slagretningen lik eller tilnærmet lik trykkflaten(e)s arealstørrelse prosjektert på et plan vinkelrett på slagretningen.

5. Sylinder ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor sylinderdelen eller stempeldelen videre omfatter en rørseksjon (400) hvor rørpartiet er et parti av rørseksjonen, og hvor det ene eller det minste ene av nevnte returtrykkrom (RTR) og/eller returtrykkflate(r) (RTF1, RTF3) i det radielt ytre området av sylinderen er posisjonert på utsiden av rørseksjonen.

6. Sylinder ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor sylinderdelen eller stempeldelen har en første ende som omfatter en føring for den andre av sylinderdelen og stempeldelen og en motsatt, andre ende som er lukket for den andre av sylinderdelen og stempeldelen

7. Sylinder ifølge et hvilket som helst foregående krav, videre omfattende:

en rørseksjon (400) hvor rørpartiet er et parti av rørseksjonen;

i det minste ett første returtrykkrom (RTR1);

i det minste en første returtrykkflate (RTF1); og

hvor rørseksjonen videre omslutter i det minste ett andre returtrykkrom (RTR2) og/eller i det minste én andre returtrykkflate (RTF2).

8. Sylinder ifølge krav 7, hvor rørseksjonen (400) omfatter minst én port (333) innrettet til å tilveiebringe en fluidkommunikasjon mellom det første returtrykkrommet (RTR1) og det andre returtrykkrommet (RTR2).

9. Sylinder ifølge krav 7 eller 8, videre omfattende i det minste ett tredje returtrykkrom (RTR3) og/eller i det minste én tredje returtrykkflate (RTF3).

10. Sylinder ifølge krav 9, videre omfattende et sylinderrør (320) mellom det første returtrykkrommet (RTR1) og det tredje returtrykkrommet (RTR3), og sylinderrøret (320) omfatter minst én port (333) innrettet til å tilveiebringe en fluidkommunikasjon mellom det første returtrykkrommet (RTR1) og det tredje returtrykkrommet (RTR3).

11. Sylinder (1A, 1B, 1C) som omfatter:

- en stempeldel (300);

- en sylinderdel (200) som i en første ende omfatter en føring for stempeldelen (300) og som i en motsatt, andre ende er lukket for stempeldelen (300);

- ett eller flere trykkrom (TR) innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere trykkflater (TF) for forskyvning av stempeldelen (300) i en første slagretning (A); og

- ett eller flere returtrykkrom (RTR1, RTR2, RTR3) innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere returtrykkflater (RTF1, RTF2, RTF3) for forskyvning av stempeldelen (300) i en andre returslagretning (B);

k a r a k t e r i s e r t v e d a t

trykkflaten(e) (TF) og returtrykkflaten(e) (RTF1, RTF2, RTF3) er konfigurert for volumnøytral eller tilnærmet volumnøytral operasjon av sylinderen.

12. Sylinder (1A, 1B, 1C) som omfatter:

- en stempeldel (300);

- en sylinderdel (200) anordnet for bevegelse aksialt i forhold til stempeldelen (300);

- ett eller flere trykkrom (TR) innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere trykkflater (TF) for forskyvning av stempeldelen (300) i en første slagretning (A); og

- ett eller flere returtrykkrom (RTR1, RTR2, RTR3) innrettet til å motta et fluid for å påføre et trykk mot en eller flere returtrykkflater (RTF1, RTF2, RTF3) for forskyvning av stempeldelen (300) i en andre returslagretning (B);

- en rørseksjon (400) som er tilkoblet stempeldelen eller sylinderdelen, hvor et parti av rørseksjonen omslutter det ene eller i det minste ett av nevnte trykkrom (TR) som i en aksiell retning er avgrenset av det ene eller i det minste ett av nevnte trykkflate(r);

k a r a k t e r i s e r t v e d at

det ene eller minst ett av nevnte returtrykkrom (RTR) og/eller returtrykkflate(r) (RTF1, RTF3) er posisjonert på utsiden av rørseksjonen.

13. Hydraulikksystem (99) omfattende en hydraulikkrets (95) som omfatter i det minste én sylinder (1A, 1B, 1C) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav.

14. Hydraulikksystem (99) ifølge krav 13, hvor hydraulikkretsen (95) er lukket.

15. Hydraulikksystem (99) ifølge krav 14, hvor den lukkede kretsen (95) omfatter en suppleringspumpe (54) og en oljetank innrettet til å tilføre suppleringsolje til den lukkede kretsen (95).

16. Hydraulikksystem (99) ifølge krav 15, hvor oljetanken er innrettet til å tilføre suppleringsoljen tilføres kretsen via minst én tilbakeslagsventil (55).

17. Hydraulikksystem (99) ifølge et hvilket som helst av kravene 13 til 16, hvor sylinderen (1A, 1B, 1C) er tilkoblet en fluidpumpe (18) konfigurert til å drives med en rotasjonsretning som er vekselbar mellom en første rotasjonsretning og en andre rotasjonsretning, hvor i den første rotasjonsretningen, opererer pumpa (18) for å tilføre fluid til sylinderens trykkrom (TR), og i den andre rotasjonsretningen, opererer pumpa (18) for å tilføre fluid til sylinderens returtrykkrom (RTR).

18. Hydraulikksystem (99) ifølge krav 17, hvor fluidpumpa (18) er tilkoblet en elektrisk motor (16), og den elektriske motoren er tilkoblet en frekvensomformer (13) innrettet til å endre rotasjonsretning og turtall på den elektriske motoren (16) og/eller pumpa (18).

19. Anleggsmaskin (1) omfattende i det minste en sylinder (1A, 1B, 1C) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 12.

20. Anleggsmaskin (1) omfattende et hydraulikksystem (99) ifølge et hvilket som helst av kravene 13 til 18.

21. Framgangsmåte for betjening av en sylinder ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 12, hvor framgangsmåten omfatter trinnet å pumpe et fluid til sylinderen.

22. Fremgangsmåten følge krav 21, hvor sylinderen er koblet til en fluidmotor som er tilkoblet en elektromotor som er tilkoblet en frekvensomformer; og fremgangsmåten videre omfatter trinnet å gi et styresignal til frekvensomformeren slik at elektromotoren og pumpa roterer i en ønsket retning og med en ønsket hastighet for derigjennom å føre fluidet fra pumpa til sylinderen.

23. Framgangsmåte ifølge krav 22, hvor framgangsmåten omfatter ytterligere trinnet å generere elektrisk energi ved å la sylinderen når den er belastet, føre fluid inn i pumpa slik at elektromotoren som er tilkoblet pumpa påføres en rotasjon og derigjennom generere energi.