EP1614814A2 - Bagger und Maschine zum Materialumschlag - Google Patents

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EP1614814A2
EP1614814A2 EP05014569A EP05014569A EP1614814A2 EP 1614814 A2 EP1614814 A2 EP 1614814A2 EP 05014569 A EP05014569 A EP 05014569A EP 05014569 A EP05014569 A EP 05014569A EP 1614814 A2 EP1614814 A2 EP 1614814A2
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EP
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hydraulic
excavator
material handling
hydraulic cylinder
additional
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EP05014569A
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English (en)
French (fr)
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EP1614814A3 (de
Inventor
Dirk Asam
Rolf Mieger
Roland Wachter
Bernd Wager
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Liebherr Hydraulikbagger GmbH
Original Assignee
Liebherr Hydraulikbagger GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/14—Energy-recuperation means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217—Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/024—Installations or systems with accumulators used as a supplementary power source, e.g. to store energy in idle periods to balance pump load

Definitions

  • the invention relates to excavators and machines for material handling with a movable element via at least one hydraulic cylinder.
  • FIG. 1 a detail of an excavator and machines for material handling is shown by way of example according to the prior art.
  • a boom 12 is hinged to a revolving platform 10 of an excavator, which is movable over two pairs of hydraulic cylinders 14.
  • the Hydraulic cylinder pairs are interconnected, as can be seen from the hydraulic circuit diagram according to FIG. 1a.
  • the object of the present invention is therefore to provide an excavator or a machine for material handling according to the preamble of claim 1, wherein as much as possible of the energy used to lift the equipment and the attachment tool can be stored for successive working cycles.
  • this object is achieved in that, in addition to the at least one hydraulic cylinder present for moving the movable elements, one or more additional hydraulic cylinders are articulated to the element to be moved, wherein the one or more additional hydraulic cylinders are connected to one or more own hydraulic accumulators.
  • These additional hydraulic cylinders can be arranged parallel to the already existing at least one hydraulic cylinder, but it can also be mounted elsewhere.
  • the additional hydraulic cylinders do not engage in the hydraulic system, but are connected on the piston side with a hydraulic accumulator, which may consist of a piston or bladder accumulator.
  • the element to be moved may be a boom or a stick of the excavator or the material handling machine.
  • the additional hydraulic cylinder (s) may be interposed between two hydraulic cylinders used to move the element, i. H. serve the boom or the stem, be arranged.
  • the memory is loaded during the downward movement of the equipment.
  • the stored energy then supports the upward movement of the equipment.
  • the equipment weight can be at least partially compensated.
  • the one or more hydraulic cylinders can be connected via a switchable valve to the main hydraulic circuit of the excavator or machine for material handling.
  • a switchable valve to the main hydraulic circuit of the excavator or machine for material handling.
  • the number of additional hydraulic cylinders can be interconnected advantageous in a multi-unit equipment and providing more than one additional hydraulic cylinder.
  • the additional hydraulic cylinder of the handle can be fed, so that the handle is supported during extension and vice versa.
  • the solution according to the invention of the object stated at the outset leads to a number of advantages.
  • the main hydraulic cylinders used since then can be dimensioned smaller. Overall, less energy is needed from the diesel engine to lift. Higher working speeds are possible.
  • the engine can theoretically have less power or, if it has a higher one Performance, he can work in part-load range. Overall, less energy must be dissipated through the radiator. The machine efficiency can be increased significantly. This can reduce fuel consumption. This in turn leads to a reduction in operating costs.
  • the bearing loads of the hydraulic cylinder can be distributed from usually four to six bearings. Due to the provision of his or her own memory for the additional hydraulic cylinder or cylinders, an active feed into the main hydraulic circuit is not necessary. As a result, no complex hydraulic circuits are necessary.
  • FIG. 2 A detail of a hydraulic excavator is shown by way of example with reference to FIG. 2 for an excavator and material handling machines.
  • a boom 12 is pivotally hinged to a revolving platform 10, wherein the pivoting up and down of the Jib 12 via hydraulic cylinder 14 takes place.
  • an additional hydraulic cylinder 16 is arranged centrally. It can be seen from the hydraulic circuit diagram according to FIG. 2a that the hydraulic cylinders 14 are connected to one another in a similar manner, as is already known from the prior art (cf., FIG. 1a).
  • an additional hydraulic cylinder 16 is provided, whose piston side 18 is connected to a hydraulic accumulator 20, which may be, for example, a piston or bladder accumulator.
  • the additional hydraulic cylinder 16 is independent of the hydraulic cylinders 14.
  • the hydraulic cylinder 16 serves to displace the hydraulic fluid by means of the piston 22 in the direction of the hydraulic accumulator 20 as the equipment moves downwards. The energy is stored here until the boom 12 is to be moved up again.
  • the additional hydraulic cylinder 16 the stored energy in the memory 20 is released again, so that a large part of the mass force of the boom and the attached thereto stem or equipment is compensated and no longer has to be applied by the hydraulic cylinders 14.
  • FIG. 3 In the hydraulic circuit diagram of FIG. 3 is a basically similar embodiment variant, as in the hydraulic circuit diagram according to the embodiment of FIG. 2a.
  • the additional hydraulic cylinder 16 which is likewise connected here to a hydraulic accumulator 20, via appropriate switching valves 22 and 24, an optional connection to the main hydraulic circuit, via which the hydraulic cylinders 14 are supplied, is possible.
  • the additional hydraulic cylinder 16 can be switched into the main hydraulic circuit. This may be desirable, for example, if the memory 20 is defective and if the hydraulic excavator defies this defect continuously continue to work until it can be repaired.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bagger oder Maschine zum Materialumschlag mit einem über mindestens einen Hydraulikzylinder (14) bewegbaren Element (12). Erfindungsgemäß ist an dem Element (12) zusätzlich ein oder mehrere Hydraulikzylinder (16) angelenkt, wobei der oder die zusätzliche(n) Hydraulikzylinder (16) mit einem oder mehreren Hydraulikspeicher(n) (20) verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft Bagger und Maschinen zum Materialumschlag mit einem über mindestens einen Hydraulikzylinder bewegbaren Element.
  • Bei Baggern und Maschinen zum Materialumschlag, wie beispielsweise Baggern, Radladern und ähnlichen Geräten, werden z. B. über zwei parallele Hydraulikzylinderpaare ein Ausleger und/oder Stiel bewegt. Im Falle eines Baggers ist am Stiel dann ein Anbauwerkzeug befestigt, mit dem das zu verladende Gut umgeschlagen wird. Natürlich sind sowohl der Ausleger wie auch der Stiel und die Anbaugeräte mit Massen behaftet. Das bedeutet, dass nur ein kleiner Teil der für die Hubarbeit aufgewandten Energie dem Heben des Ladegutes zugute kommt. Der weitaus größere Teil muss für das Heben der Ausrüstung und des Anbauwerkzeuges aufgewandt werden.
  • In der Figur 1 ist beispielhaft ein Detail eines Bagger und Maschinen zum Materialumschlages nach dem Stand der Technik dargestellt. Im hier vorliegenden Fall handelt es sich um einen Bagger. Hier ist an einer Drehbühne 10 eines Baggers ein Ausleger 12 angelenkt, der über zwei Hydraulikzylinderpaare 14 bewegbar ist. Die Hydraulikzylinderpaare sind, wie aus dem Hydraulikschaltplan gemäß Fig. 1a ersichtlich, miteinander verschaltet.
  • Es hat bereits erste Bemühungen gegeben, die bei der Hubarbeit der Ausrüstung und des Anbauwerkzeuges aufgewandte Energie in einem Energierückgewinnungssystem zurückzugewinnen. Hierzu wurde beispielsweise in der DE 102 56 442 A1 bzw. der DE 103 15 071 A1 versucht, hydraulisch gespeicherte Energie in den Haupthydraulikkreis einzuspeisen. Dies gelingt jedoch nur bedingt, da der Einspeisdruck immer größer als der Systemdruck im Hauptkreis sein muss.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Bagger oder eine Maschine zum Materialumschlag nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem möglichst ein Großteil der zum Heben der Ausrüstung und des Anbauwerkzeuges aufgewandte Energie für aufeinanderfolgende Arbeitszyklen gespeichert werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zusätzlich zu dem zum Bewegen der bewegbaren Elemente vorhandenen mindestens einen Hydraulikzylinder ein oder mehrere zusätzlicher Hydraulikzylinder an dem zu bewegenden Element angelenkt ist, wobei der oder die zusätzliche Hydraulikzylinder mit einem oder mehreren eigenen Hydraulikspeicher verbunden ist. Diese zusätzlichen Hydraulikzylinder können parallel zu dem bereits vorhandenen mindestens einen Hydraulikzylinder angeordnet sein, er kann aber auch an anderer Stelle angebracht werden. Erfindungsgemäß greifen die zusätzlichen Hydraulikzylinder nicht in das Hydrauliksystem ein, sondern wird auf der Kolbenseite mit einem Hydraulikspeicher, der aus einem Kolben- oder Blasenspeicher bestehen kann, verbunden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
  • Demnach kann das zu bewegende Element einen Ausleger oder einen Stiel des Baggers oder der Maschine zum Materialumschlag sein.
  • Der oder die zusätzlichen Hydraulikzylinder kann zwischen zwei Hydraulikzylindern, die zum Bewegen des Elementes, d. h. des Auslegers oder des Stieles dienen, angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß wird bei der Abwärtsbewegung der Ausrüstung der Speicher geladen. Die gespeicherte Energie unterstützt dann wiederum die Aufwärtsbewegung der Ausrüstung. Hierdurch kann das Ausrüstungsgewicht zumindest zum Teil kompensiert werden. Über die beispielsweise anstelle von zwei früher vorhandenen nunmehr drei vorhandenen Zylindern wird dieselbe Arbeit verrichtet, wie sie bisher von den zwei im Hydraulikkreislauf verschalteten Hydraulikzylindern verrichtet wurden.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung können der oder die zusätzlichen Hydraulikzylinder über ein schaltbares Ventil an den Haupthydraulikkreis des Baggers oder Maschine zum Materialumschlags anschließbar sein. So kann beispielsweise für den Fall, dass das Speichersystem ausfällt, über ein Ventil der dritte Zylinder in den Haupthydraulikkreis geschaltet werden, so dass die Maschine nicht ausfällt und ohne weiteres ihre Arbeit verrichten kann.
  • Weiterhin können vorteilhaft bei einer mehrgliedrigen Ausrüstung und bei Vorsehen von mehr als einem zusätzlichen Hydraulikzylinder die Zahl der zusätzlichen Hydraulikzylinder untereinander verschaltet werden. So kann beispielsweise bei der Abwärtsbewegung des Auslegers der zusätzliche Hydraulikzylinder des Stiels gespeist werden, so dass der Stiel beim Ausfahren unterstütz wird und umgekehrt.
  • Die erfindungsgemäße Lösung der eingangs gestellten Aufgabe führt zu einer Reihe von Vorteilen. So können die seither verwendeten Haupthydraulikzylinder schwächer dimensioniert sein. Es ist insgesamt weniger Energie aus dem Dieselmotor zum Heben notwendig. Es sind höhere Arbeitsgeschwindigkeiten möglich. Der Motor kann theoretisch weniger Leistung haben oder aber, falls er eine höhere Leistung hat, kann er im Teillastbereich arbeiten. Insgesamt muss weniger Energie über den Kühler abgebaut werden. Der Maschinenwirkungsgrad kann deutlich erhöht werden. Damit kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Dies wiederum führt zu einer Senkung der Betriebskosten.
  • Darüber hinaus können auch die Lagerbelastungen der Hydraulikzylinder von üblicherweise vier auf sechs Lagerstellen verteilt werden. Aufgrund des Vorsehens des oder der eigenen Speicher für den oder die zusätzlichen Hydraulikzylinder ist eine aktive Einspeisung in den Haupthydraulikkreis nicht notwendig. Dadurch sind keine aufwendigen Hydraulikschaltungen notwendig.
  • Die Einspeisungen von Energie in den oder die zusätzlichen Hydraulikzylinder sind auf jedem Druckniveau möglich. Hier braucht nicht auf das Druckniveau des Haupthydraulikkreises Rücksicht genommen werden. Schließlich ist eine Systemredundanz durch Umschalten des oder der zusätzlichen Hydraulikzylinder auf den Haupthydraulikkreis gegeben.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus denen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Detailansicht eines Teils eines Baggers oder einer Maschine zum Materialumschlages nach dem Stand der Technik,
    Fig. 2:
    eine Darstellung gemäß Fig. 1 nach einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung (einschließlich des Hydraulikschaltplans) und
    Fig. 3:
    einen schematischen Hydraulikschaltplan einer Variante zur Ausführungsform gemäß Fig. 2.
  • Anhand der Fig. 2 ist beispielhaft für ein Bagger und Maschinen zum Materialumschlag ein Detail eines Hydraulikbaggers dargestellt. Hier ist an einer Drehbühne 10 ein Ausleger 12 schwenkbar angelenkt, wobei das Auf- und Abschwenken des Auslegers 12 über Hydraulikzylinder 14 erfolgt. Neben den Hydraulikzylindern 14 ist mittig ein zusätzlicher Hydraulikzylinder 16 angeordnet. Aus dem Hydraulikschaltplan gemäß Fig. 2a ist ersichtlich, dass die Hydraulikzylinder 14 in ähnlicher Weise miteinander verschaltet sind, wie das bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist (vgl. Fig. 1a). Neben den Hydraulikzylindern 14 ist ein zusätzlicher Hydraulikzylinder 16 vorgesehen, dessen Kolbenseite 18 mit einem Hydraulikspeicher 20, der beispielsweise ein Kolben- oder Blasenspeicher sein kann, verbunden ist.
  • Wie aus der Hydraulikschaltung gemäß Fig. 2a zu sehen ist, ist der zusätzliche Hydraulikzylinder 16 unabhängig von den Hydraulikzylindern 14. Der Hydraulikzylinder 16 dient dazu, dass bei Abwärtsbewegung der Ausrüstung die Hydraulikflüssigkeit mittels des Kolbens 22 in Richtung zum Hydraulikspeicher 20 verdrängt wird. Die Energie wird hier gespeichert, bis der Ausleger 12 wieder nach oben bewegt werden soll. Hier wird mittels des zusätzlichen Hydraulikzylinders 16 die im Speicher 20 gespeicherte Energie wieder freigesetzt, so dass ein Großteil der Massenkraft des Auslegers und der an diesem anhängenden Stiels bzw. Ausrüstung ausgeglichen wird und von den Hydraulikzylindern 14 nicht mehr aufgebracht werden muss.
  • Im Hydraulikschaltplan gemäß Fig. 3 ist eine grundsätzlich ähnliche Ausführungsvariante, wie im Hydraulikschaltplan gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 2a. Hier ist allerdings beim zusätzlichen Hydraulikzylinder 16, der hier ebenfalls mit einem Hydraulikspeicher 20 verbunden ist, über entsprechende Schaltventile 22 und 24 eine wahlweise Verschaltung mit dem Haupthydraulikkreis, über den die Hydraulikzylinder 14 versorgt werden, möglich. Je nach Stellung der Ventile 22 und 24 kann daher der zusätzliche Hydraulikzylinder 16 in den Haupthydraulikkreis geschaltet werden. Dies mag beispielsweise dann gewünscht sein, wenn der Speicher 20 defekt ist und wenn der Hydraulikbagger trotzt dieses Defektes kontinuierlich weiterarbeiten soll, bis er repariert werden kann.

Claims (6)

  1. Bagger oder Maschine zum Materialumschlag mit einem über mindestens einen Hydraulikzylinder bewegbaren Element,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zusätzlich mindestens ein Hydraulikzylinder an dem Element angelenkt ist, wobei der zusätzliche Hydraulikzylinder mit einem oder mehreren Hydraulikspeichern verbunden ist.
  2. Bagger oder Maschine zum Materialumschlag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Ausleger oder ein Stiel eines Baggers oder einer Maschine zum Materialumschlag ist.
  3. Bagger oder Maschine zum Materialumschlag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die zusätzliche(n) Hydraulikzylinder zwischen oder außerhalb ein oder mehreren Hydraulikzylindern, die zum Bewegen des Elementes dienen, angeordnet sind.
  4. Bagger oder Maschine zum Materialumschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die zusätzliche(n) Hydraulikzylinder über ein schaltbares Ventil an den Haupthydraulikkreis des Bagger oder Maschine zum Materialumschlag anschließbar ist.
  5. Bagger oder Maschine zum Materialumschlag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer aus mehreren Elementen bestehenden Ausrüstung mehrere zusätzliche Hydraulikzylinder untereinander verschaltet sind und mit einem Hydraulikspeicher verbunden sind.
  6. Bagger oder Maschine zum Materialumschlag nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden vorhandenen Hydraulikzylinder mit einem oder mehreren Hydraulikspeichern verbunden ist.
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