AT525609A1 - Vorrichtung zum Antreiben einer mobilen, insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum Antreiben einer mobilen, insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Antreiben einer mobilen, insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine mit einer beweglichen Arbeitsvorrichtung, die zur wechselbaren Aufnahme eines Werkzeugs eingerichtet ist, mit einem hydraulischen ersten Antriebskreis (1a), in dem eine von einem vorzugsweise elektrischen Motor (2) antreibbare Pumpe (3) mit mindestens einem hydraulischen Aktuator (6) antriebsverbunden ist, beschrieben. Energieeffiziente Regelungsbedingungen ergeben sich, wenn mindestens ein zweiter einen elektrischen Motor (2) aufweisender Antriebskreis (1b) vorgesehen ist, der zum Betätigen von hydraulischen und/oder elektromechanischen Aktuatoren (6) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
unabhängigen Anspruchs 1.
Hydraulisch betriebene Arbeitsmaschinen wie Bagger, Radlader oder Teleskoplader weisen eine Vielzahl verschiedener hydraulischer Aktuatoren auf. Derartige Aktuatoren können beispielsweise hydraulische Zylinder (Linearantriebe) oder Hydromotoren (Rotationsantriebe) sein. Jeder dieser Aktuatoren wird in der Regel über eine separate Leitung mit Hydraulikfluid versorgt. Entsprechend muss jede Leitung mit einem separaten Steuerventil geschalten werden. Diese Vielzahl von Steuerventilen werden in einem Ventilblock zusammengefasst. Zum Betätigen der Aktuatoren wird üblicherweise eine Pumpe eingesetzt, welche über einen Motor, beispielsweise einen Dieselmotor, angetrieben wird. Die Pumpe fördert Hydraulikfluid zum Ventilblock, wo das Fluid dann mittels der Steuerventile an die Aktuatoren geleitet wird. Nachteiliger Weise muss die Pumpe beim Betätigen mehrerer Aktuatoren immer gegen den höchsten Aktuatordruck anfördern, sodass das Druckniveau für Aktuatoren, die auf niedrigerem Druckniveau arbeitenden, mittels einer Drossel reduziert werden muss. Dies resultiert in einem energetisch
äußerst ineffizienten Steuerprozess.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antreiben einer Arbeitsmaschine der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, die eine energieeffiziente Versorgung von Aktuatoren mit unterschiedlichen Nenndrücken
erlaubt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des
unabhängigen Anspruchs 1. Zufolge dieser Maßnahmen ergeben sich zwei
sein, das direkt mit einem Elektromotor angetrieben wird.
Im Sinne einer kompakten Bauweise kann mindestens einer der beiden Antriebskreise einen Ventilblock mit mindestens einem Steuerventil aufweisen, welches mit einem hydraulischen Aktuator strömungsverbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann demnach einen hydraulischen Antriebskreis aufweisen, in dem mehrere durch eine Pumpe druckbeaufschlagte Aktuatoren angeordnet sind. Die Pumpe ist über den Ventilblock mit den Aktuatoren strömungsverbunden, der je Aktuator ein in Strömungsrichtung vorgelagertes Steuerventil umfassen kann. Grundsätzlich weisen unterschiedliche Aktuatoren unterschiedliche Nenndrücke auf, sodass die Pumpe wenigstens jenen Druck zur Verfügung stellen muss, der dem Nenndruck jenes Aktuators mit dem höchsten Nenndruck entspricht. Um eine Überbelastung jener im gleichen Antriebskreis angeordneten Aktuatoren, die einen niedrigeren Nenndruck aufweisen, zu verhindern, muss der von der Pumpe bereitgestellte Druck für diese Aktuatoren durch die Steuerventile bzw. Druckminderventile gedrosselt werden, wodurch es zu
einer Umwandlung der überschüssigen Energie in nicht nutzbare Wärme kommt.
Nenndruck des Aktuators mit nächsthöchstem Nenndruck reduzieren, wodurch die
werden. Solche Arbeitsmaschinen können Bagger, Radlader oder dergleichen sein.
In einer besonders kompakten Ausführungsform können der erste und zweite Antriebskreis hydraulisch ausgebildet sein und deren zugeordneten Pumpen von einem gemeinsamen elektrischen Motor angetrieben sein. Hierzu können die Pumpen bevorzugt als Verstellbumpen ausgestaltet sein, an denen unabhängig voneinander die notwendigen Förderleistungen zum Erreichen des Systemdrucks
eingestellt werden können.
sind hierzu aufgrund deren großer Drehzahlbereiche wiederum besonders geeignet.
Damit die Vorrichtung insbesondere für elektrisch betriebene Arbeitsmaschinen energieeffizient eingesetzt werden kann, kann neben dem ersten und zweiten Antriebskreis wenigstens ein weiterer elektrischer Antriebskreis vorgesehen sein. Auf diese Weise können Aktuatoren wie zum Beispiel das Drehwerk eines Baggers ohne Zwischenschalten einer Hydraulik direkt mit einem Elektromotor angetrieben werden, wodurch Umwandlungsverluste vermieden werden. Andere Beispiele für geeignete Aktuatoren sind z.B. ein elektrischer Fahrantrieb mittels Elektromotor
oder ein elektrischer Linearantrieb.
Speziell Aktuatoren mit variierendem Nenndruck können auf besonders einfache Weise gesteuert werden, wenn mindestens einer der ersten und zweiten Antriebskreise ein verdrängergesteuerter Hydraulikkreis ist. In diesem Fall ist kein Ventilblock zwischen der Pumpe und dem Aktuator zur Volumenregelung notwendig, da die Pumpe direkt den Aktuator bedarfsgerecht mit Volumenstrom versorgt. Auch diese Variante kann im offenen oder geschlossenen Kreis betrieben werden. Das Drehwerk eines Baggers ist ein Aktuator, der auf solche Weise
effizient angetrieben werden kann.
Es hat sich herausgestellt, dass eine besonders einfache Bedienbarkeit einer Arbeitsmaschine mit einer Vielzahl unterschiedlicher Aktuatoren erzielt werden kann, wenn lineare Aktuatoren und rotierende Aktuatoren unterschiedlichen Antriebskreisen zugeordnet sind. Dies bedeutet, dass jene Aktuatoren, welche beispielsweise für die Drehbewegung von Oberwagen, Kehrbesen, oder Mähwerken einer Arbeitsmaschine zuständig sind, auf einem anderen Ventilblock als Aktuatoren
für den Hubarm angeordnet sind.
Leistung zugewiesen wird als dem Schwenkwerk.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es
zeigen
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erstes Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben einer insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine weist, wie den Figs.1 und 2 zu entnehmen ist, wenigstens zwei Antriebskreise 1a,1b auf, nämlich einen ersten Antriebskreis 1a und einen zweiten Antriebskreis 1b. Beide Antriebskreise 1a,1b weisen eine über insbesondere einen elektrischen Motor 2 antreibbare Pumpe 3 auf, welche über Steuerventile 4 der Ventilblöcke 5a,5b (erster Ventilblock 5a bzw. zweiter Ventilblock 5b) mit hydraulischen Aktuatoren 6 strömungsverbunden ist und die Aktuatoren 6 über die hydraulischen Leitungen 7 mit einem Hydraulikfluid versorgen kann. Die schematischen fünf Punkte in den Ventilblöcken 5a, 5b deuten an, dass auch mehr als vier Steuerventile 4 je Ventilblock 5a,5b vorgesehen sein können. Jene Aktuatoren 6 mit einem Nenndruck größer gleich eines Schwellwerts können dem ersten Antriebskreis 1a und jene Aktuatoren 6 mit einem Nenndruck kleiner als der
Schwellwert dem zweiten Antriebskreis 1b zugeordnet sein. Auf diese Weise
zweiten Antriebskreises 1b reduziert werden.
Die Leistungsregler 8 können demnach veranlassen, dass der ersten Antriebskreis 1a mit einem ersten höheren Betriebsdruck und der zweiten Antriebskreis 1b mit einem zweiten niedrigeren Betriebsdruck beaufschlagt ist, wobei die Betriebsdrücke keine festgelegten Werte sind, sondern in Abhängigkeit der betriebenen Aktuatoren
6 variieren können.
Zwar können die Pumpen 3 des ersten und zweiten Antriebskreises 1a,1b grundsätzlich von einem gemeinsamen elektrischen Motor 2 angetrieben werden, jedoch ergeben sich sowohl einfache als auch exakte Regelbedingungen, wenn die Pumpen 3 von jeweils einem separaten elektrischen Motor 2 angetrieben werden,
wie dies den Figs. 1 und 2 zu entnehmen ist.
Neben den hydraulischen Antriebskreisen 1a,1b kann auch ein elektrischer Antriebskreis 9 vorgesehen sein, der einen von einem elektrischen Motor 10
antreibbaren Verbraucher 11, beispielsweise ein Drehwerk eines Baggers,
Antriebskreis zum Betätigen eines elektrischen Aktuators 6 sein.
Darüber hinaus kann auch eine Antriebsleitung 12 mit einer verdrängergesteuerten Verstellbumpe 13 vorgesehen sein, um Aktuatoren 6 mit varlierender Fördermenge
ZU versorgen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem lineare Aktuatoren 6a und rotierende
Aktuatoren 6b unterschiedlichen Antriebskreisen 1a,1b zugeordnet sind.
Den Pumpen 3,13 und Motoren 2,10 kann eine Steuereinheit 14 zugeordnet sein, die dazu ausgelegt ist, die Pumpen 3,13 und/oder Motoren 2,10 so zu regeln, dass deren aufsummierte Leistung unterhalb der maximal zulässigen Gesamtleistung bleibt.

Claims (10)

(344101.6) HEL Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Antreiben einer mobilen, insbesondere elektrischen Arbeitsmaschine mit einer beweglichen Arbeitsvorrichtung, die zur wechselbaren Aufnahme eines Werkzeugs eingerichtet ist, mit einem hydraulischen ersten Antriebskreis (1a), in dem eine von einem vorzugsweise elektrischen Motor (2) antreibbare Pumpe (3) mit mindestens einem hydraulischen Aktuator (6) antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter einen elektrischen Motor (2) aufweisender Antriebskreis (1b) vorgesehen ist, der zum Betätigen von hydraulischen und/oder elektromechanischen Aktuatoren (6)
ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Antriebskreise (1a, 1b) einen Ventilblock (5a, 5b) mit mindestens einem Steuerventil (4) aufweist, welches mit einem hydraulischen Aktuator (6)
strömungsverbunden ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische erste Antriebskreis (1a) mit einem wenigstens zwei Steuerventile (4) aufweisenden ersten Ventilblock (5a) strömungsverbunden ist, wobei an die Steuerventile (4) Aktuatoren (6) angeschlossen sind, wobei ein zusätzlicher hydraulischer zweiter Antriebskreis (1b) mit einer von einem elektrischen Motor (2) antreibbaren Pumpe (3) und einem wenigstens zwei Steuerventile (4) aufweisenden zweiten Ventilblock (5b) für an die Steuerventile (4) angeschlossene Aktuatoren (6) vorgesehen ist, wobei jene Aktuatoren (6) mit einem Nenndruck größer gleich eines Schwellwerts dem ersten Antriebskreis (1a) und jene Aktuatoren (6) mit einem
Nenndruck kleiner als der Schwellwert dem zweiten Antriebskreis (1b) zugeordnet
gesonderter Leistungsregler (8) zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebskreis (1a) mit einem ersten höheren Betriebsdruck und der zweite Antriebskreis (1b) hydraulisch ausgebildet und mit einem zweiten niedrigeren
Betriebsdruck beaufschlagt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Antriebskreis (1a,1b) hydraulisch ausgebildet sind und deren zugeordneten Pumpen (3) von einem gemeinsamen Motor (2) angetrieben
sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Antriebskreis (1a,1b) hydraulisch ausgebildet sind und deren zugeordneten Pumpen (3) jeweils von einem separaten Motor (2) angetrieben
sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem ersten- und zweiten Antriebskreis (1a,1b) wenigstens ein weiterer
elektrischer Antriebskreis (9) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der ersten und zweiten Antriebskreise (1a,1b) ein
verdrängergesteuerter Hydraulikkreis ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass lineare Aktuatoren (6a) und rotierende Aktuatoren (6b) unterschiedlichen
Antriebskreisen (1a, 1b) zugeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Pumpen (3) und/oder Motoren (2) eine Steuereinheit (14) zugeordnet ist,
die dazu ausgelegt ist, die Pumpen (3) und/oder Motoren (2) so zu regeln, dass
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