JP2008524535A - 油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、動作ピストン（３）により第１動作圧力室（４）と第２動作圧力室（５）とに分割される油圧シリンダ（１）を包含する油圧駆動装置に関連する。油圧駆動装置はさらに、第１コネクタ（１０）により第１作用ライン（７）を介して第１動作圧力室（４）に、第２コネクタ（１２）により第２作用ライン（１３）を介して第２動作圧力室（５）に接続された第１油圧ポンプ（４３）を備える閉鎖油圧回路（３９）を包含する。加えて、第３コネクタ（１１）により第１動作圧力室（４）に接続された第２油圧ポンプ（８）を備える開放油圧回路（４０）が設けられる。第２油圧ポンプ（８）の第４コネクタ（１４）は、油圧容器要素（７５）に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油圧シリンダを備える油圧駆動装置に関連する。

例えば移動式作業設備における延出アーム又はショベルの動作は、一般的に油圧により行われる。概して、両端部で油圧の供給が可能なピストンを備える油圧シリンダがこの目的で使用される。例えば延出アームへ動作を伝達するため、ピストンの片側にピストンロッドが装着されている。このピストンロッドのため、調整ピストンの動作中の供給量の変化は、調整ピストンの両側で異なる。そのため、対応の調整ピストン室へ出入する圧力媒体のポンプ供給は、調整ピストンの両側に形成された調整圧力室に合わせて適宜変更しなければならない。

この目的のため閉回路と開回路の組合せを使用できることは、特許文献１からすでに知られている。調整ピストンの両側の調整圧力室は、ポンプ供給量を調節できるハイドロポンプを介して閉回路に接続されている。すなわち、同様に調節可能な第２ハイドロポンプの接続端部がピストン側の調整圧力室に接続されているのである。第２ハイドロポンプの第２端部は、真空ラインを介してタンク内部に接続されている。複動油圧シリンダ内の調整ピストンの動作に対応して、開回路に配置された第２ハイドロポンプにより対応の調整圧力室に対して様々な容量がポンプ供給又は排出される。

この種の油圧シリンダの調整ピストンは一般的に油圧で制御されるため、ポンプ排出される圧力媒体は加圧状態に置かれる。様々な容量が第２ハイドロポンプを介して一移動方向にタンク内部へポンプ排出されるので、この圧力は減圧されなければならない。移動方向が逆転した場合に、この未使用減圧エネルギーを回収することはできない。逆に、タンク内部の圧力レベルに置かれた圧力媒体は、操作を加えることにより、調整圧力室に見られる圧力レベルに到達しなければならない。

そのため上述したシステムは、開放されたエネルギーが未使用のままであり、移動逆転の場合に対応のエネルギーがハイドロポンプにより発生されなければならないという短所を持っている。これは不必要なエネルギー浪費につながる。
独国出願公開第４０ ０８ ７９２ Ａ１号公報

そのため本発明の目的は、移動方向に放出されたエネルギーが蓄積され、後で移動方向が逆転した場合に再び放出される油圧駆動装置を提供することである。

この目的は、特許請求の範囲第１項に記載の油圧駆動装置により達成される。

特許請求の範囲第１項に記載の油圧駆動装置の場合には、油圧シリンダの第１調整圧力室と第２調整圧力室とが、第１動作ライン及び第２動作ラインを介して、調節自在ハイドロポンプの第１接続部と、調節自在第１ハイドロポンプの第２接続部とに接続されている。そのため、第１ハイドロポンプは、油圧シリンダ及び動作ラインとともに閉鎖油圧回路を形成する。

加えて、第２ハイドロポンプの第３接続部は油圧シリンダの第１調整圧力室に接続され、そのため付加的な開回路を形成する。第２ハイドロポンプの第４接続部は、油圧アキュムレータに接続されている。したがって、圧力媒体は油圧アキュムレータからポンプ排出されるかアキュムレータにポンプ供給され、この圧力媒体は、油圧シリンダの第１及び第２調整圧力室の様々な容量変化のため、閉回路から又は閉回路へポンプ供給されなければならない。油圧アキュムレータへ圧力媒体がポンプ供給されると、それによりエネルギーが蓄積され、これは油圧シリンダの調整ピストンの移動方向が逆転した場合に使用することができる。

本発明による油圧駆動装置のさらに好都合な発展形は、従属の特許請求の範囲に提示される。

第１ハイドロポンプのポンプ供給量が第２ハイドロポンプのポンプ供給量と合同で調節される場合には、本発明による油圧駆動装置を特に簡単な形で実現することができる。その結果、２台のハイドロポンプのコスト集約的な個別制御は必要ない。２台の独立したハイドロポンプの代わりに二重ハイドロポンプが使用される場合には、さらなる単純化が達成される。この場合、合計四つの接続部により閉回路と開回路の両方に供給を行う単一のピストン機構によって、閉回路と開回路が実現する。

高いエネルギーを蓄積するため、油圧アキュムレータをハイドロ膜アキュムレータとして設けると特に好都合である。ハイドロ膜アキュムレータの使用により、蓄積可能な流体静力学的エネルギーは特に高い。それぞれの駆動装置の使用に応じて、ハイドロ膜アキュムレータを高圧アキュムレータとして設けると特に好都合である。しかし、蓄積圧力のためにこのような高機能が必要ない場合には、コスト面でより有利な低圧アキュムレータを使用できる。低圧アキュムレータの使用により、アキュムレータ圧力制限バルブなどの周辺構造要素が比較的低い圧力のために設計されるだけでよいというさらなる長所が得られる。

第１及び第２ハイドロポンプ又は二重ハイドロポンプの機能が、延出アーム又はショベルの上昇、下降、対応動作のみに適していればよいように、別のポンプを補助ポンプとして設けると特に好都合である。対照的に、第１及び第２ハイドロポンプと無関係に、システム始動時にシステムを所与の始動圧力まで上げる補助ポンプを介して、不可避の漏出オイルのポンプ供給が実行される。特にエネルギーの蓄積から見ると、第２ハイドロポンプの第４接続部が接続されなければならないのはアキュムレータ及びアキュムレータ圧量制限バルブのみであるため、このように分離することは特に好都合である。そのため、例えば漏出によるエネルギー損失につながる別のバルブ又は装置は、エネルギー蓄積の領域で必要ない。

本発明の好適な実施例を図面に表し、以下でより詳細に説明する。図面は以下の通りである。

作業ユニットにおける本発明による油圧駆動装置の第一実施例について、図１を参照して以下に説明する。

図１は、作業ユニットに油圧シリンダ１とハイドロポンプ要素２とを備える本発明による油圧駆動装置の回路図を示す。油圧シリンダ１をピストン側の第１調整圧力室４とピストンロッド側の第２調整圧力室５とに分割する調整ピストン３が、油圧シリンダ１内に変位自在に取り付けられている。油圧ポンプユニット２の第１接続端部６は、第１動作ライン７を介して油圧シリンダ１の第１調整圧力室４に接続されている。ハイドロポンプユニット２は、シャフト９を介して機械的に相互接続された第１ハイドロポンプ４３と第２ハイドロポンプ８とから成る。

ハイドロポンプユニット２の第１接続端部６は、第１ハイドロポンプ４３の第１接続部１０と第２ハイドロポンプ８の第３接続部１１とで構成される。第１ハイドロポンプ４３の第２接続部１２は、第２動作ライン１３を介して油圧シリンダ１の第２調整圧力室５に接続されている。第２ハイドロポンプ８の第４接続部１４は、油圧ライン１５を介して油圧アキュムレータ７５に接続されている。第２接続部１２及び第４接続部１４はともに、ハイドロポンプユニット２の第２接続端部７８を形成する。第１ハイドロポンプ４３は、第１ポンプ制御装置１７を介して油圧流体の流れが制御される。類推できるように、第２ハイドロポンプ８は第２ポンプ制御装置１８を介して油圧流体の流れが制御される。２台のポンプ制御装置１７，１８は、任意で、機械式、油圧式、空気式、電気式のいずれかによる制御が可能である。

第１動作ライン７に過圧が見られる場合には、第１動作ライン７に入力で接続された第１圧力制限バルブ１９が開く。第１動作ライン７の圧力は、油圧接続ライン２１を介して第１圧力制限バルブ１９の第１制御接続部２０に印加される。第１動作ライン７の許容可能な最高圧力を調節するための調節ばね２３の圧力が、第１制御接続部２０を持つ第１圧力制限バルブ１９の嵌合点２２に印加される。調節ばね２３の力と同じ作用方向において、第１圧力制限バルブ１９の出力３３での圧力が、油圧接続ライン３１を介して第１圧力制限バルブ１９の出力３３に接続された第２制御接続部４４に作用する。動作ライン７に過圧が生じると、第１圧力制限バルブ１９の入力３２と出力３３との間の圧力差が、調節ばね２３により設定された最大圧力差より大きい場合には、第１圧力制限バルブ１９が開く。開いた第１圧力制限バルブ１９により、第１及び第２動作ライン７，１３を接続するライン３８において第１圧力制限バルブ１９と第２動作ライン１３との間に接続された第１非可逆バルブ２４を介して、第１動作ライン７の過圧は第２動作ライン１３へ放出される。

類推できるように、第２動作ライン１３に過圧が見られると、第２動作ライン１３に入力３４で接続されて第１非可逆バルブ２４に並列接続された第２圧力制限バルブ２５が開く。第２動作ライン１３の圧力は、油圧接続ライン２７を介して第２圧力制限バルブ２５の第１制御接続部２６へ印加される。第２動作ライン１３の許容可能な最高圧力を調節するための調節ばね２９の圧力は、第２圧力制限バルブ２５の嵌合点２８に印加される。調節ばね２９の圧力と同じ作用方向において、第２圧力制限バルブ２５の出力３７での圧力は、油圧接続ライン３６を介して第２圧力制限バルブ２５の出力３７に接続された第２圧力制限バルブ２５の第２制御接続部３５に作用する。第２動作ライン１３に過圧が生じると、第２圧力制限バルブ２５の入力３４と出力３７との間の圧力差が調節ばね２９により設定される最大圧力差より大きい場合には、第２圧力制限バルブ２５が開く。開いた第２圧力制限バルブ２５により、第２圧力制限バルブ２５と第１動作ライン７との間においてライン３８の第１圧力制限バルブ１９と並列に配置された第２非可逆バルブ３０を介して、第２動作ライン１３の過圧が第１動作ライン７へ放出される。

油圧シリンダ１と第１油圧ライン７と第２油圧ライン１３とともに、第１油圧ポンプ４３は閉鎖油圧回路３９を形成する。第２ハイドロポンプ８は、開回路４０を介して油圧シリンダ１のピストン側第１調整圧力室４へ供給を行う。このため、動作ライン岐路７７を介して、第２ハイドロポンプ８の第２接続部１１が第１動作ライン７、したがって第１調整圧力室４へ接続されている。

油圧駆動装置により駆動される作業ユニットの可動部の必要な位置及び移動方向に応じて、油圧シリンダ１内で調整ピストン３が移動し、位置決めされる。油圧シリンダ１内で調整ピストン３を移動させ、位置決めするため、ハイドロポンプユニット２により、ポンプ流制御ユニットを介して、油圧シリンダ１の第１及び第２調整圧力室４，５へ対応量の油圧流体がポンプ供給される。調整ピストン３は片側に調整ピストンロッドを備えるため、調整ピストンが移動する場合に、第１調整圧力室４又は第２調整圧力室５で生じる容量変化は異なる。実質的には、閉回路内で調整ピストン３が図１の右へ移動した場合に、圧力媒体を第２動作ライン１３及び第１動作ライン７を介して第２調整圧力室５からポンプ排出し、第１調整圧力室４へポンプ供給する第１ハイドロポンプ４３により調整動作が行われる。二つの調整圧力室４，５の異なる容量変化の均衡を保つため、第１調整圧力室４でさらに必要とされる圧力媒体は開回路４０を介して第１調整圧力室４へ供給される。第２調整圧力室５から第１調整圧力室４へ第１ハイドロポンプ４３によりポンプ供給される圧力媒体に加えて、動作ライン岐路７７を介して第２ハイドロポンプ８から第１調整圧力室４へ圧力媒体がポンプ供給される。

このため、第２ハイドロポンプ８は、油圧アキュムレータ７５に蓄積される圧力媒体を、油圧ライン１５を介してポンプ供給する。

油圧アキュムレータ７５は、上述した動作方向と反対の動作により充填される。調整ピストン３が図１の左へ移動する場合には、第２調整圧力室５へポンプ供給されるよりも多くの圧力媒体が、第１ハイドロポンプ４３により第１調整圧力室４からポンプ排出されなければならない。過圧媒体は、第２ハイドロポンプ８と油圧ライン１５とにより油圧アキュムレータ７５へポンプ供給される。油圧アキュムレータ７５は、ハイドロ膜アキュムレータとして形成されることが好ましい。油圧アキュムレータ７５へ圧力媒体を導入する際には、膜の裏側に設けられた気体内容物が圧縮されるため、油圧アキュムレータ７５は、様々な圧力媒体の収容に使用されるばかりでなく、同時にエネルギー蓄積部にもなる。逆に、アキュムレータ７５に収容された圧力媒体を第１調整圧力室４へポンプで戻すため調整ピストン３の移動方向に変化が見られる場合には、油圧アキュムレータ７５に蓄積されたエネルギーが使用される。第２ハイドロポンプ８がタンク内部へ接続された開回路との相異により、例えば掘削機のショベルを下降する場合のエネルギーの放出は、スロットルを通した圧力媒体の放出により熱へ変換されずに、膜アキュムレータに蓄積される。したがって蓄積エネルギーを使用することができ、容量の均衡を保つため、無圧状態のタンク内部から圧力媒体を排出する必要がない。

油圧アキュムレータ７５は、アキュムレータ圧力制限バルブ７６を介して、過剰に高いアキュムレータ圧力の発生を防ぐ。アキュムレータ圧力制限バルブ７６は、入力端部において油圧分岐ライン１５'を介して油圧ライン１５に接続されている。ここで生じる圧力は、アキュムレータ圧力制限バルブ７５の開放圧力を調節するための調節ばね７９に、油圧接続ライン８０を介して作用する。閾値を超えると、油圧ライン１５はタンク内部１６へ放出を行う。

容量均衡に必要な圧力媒体流が第２ハイドロポンプによりタンク内部からまたタンク内部へポンプ供給される開放システムとの相違として、本発明による実施例の場合には、第２ハイドロポンプ８を介した漏出圧力媒体のポンプ供給は可能でない。そのため、タンク内部から真空ライン４７を介して圧力媒体を引き出してこれを供給ライン４６へポンプ供給する、やはりシャフト９により駆動される補助ポンプ４１が設けられている。補助ポンプ４１は、一方向のみにポンプ供給を行う定ポンプであることが好ましい。この種の定ポンプのポンプ供給力はシャフト９の回転速度に左右されるので、供給ライン４６は第３圧力制限バルブ４５により保護される。第３圧力制限バルブ４５は、供給ライン岐路４６'を介して供給ライン４６に接続されている。調節ばね５１は、第３圧力制限バルブ４５の嵌合点５０と当接する。供給ライン４６及び供給ライン岐路４６'に生じる圧力は、油圧接続ライン４９を介して第３圧力制限バルブ４５の制御入力４８に反対方向に作用する。制御入力４８における対応の油圧力が対向調節ばね５１の力を超える場合には、第３圧力制限バルブ４５が開いて、供給ライン４６とタンク内部１６との間の通過流接続を開放する。

供給ライン４６は、補助ポンプ４１と反対側の端部においてライン３８へ開口するため、供給ライン４６よりも低い圧力が動作ライン７，１３に生じると仮定すると、第１非可逆バルブ２４又は第２非可逆バルブ３０を介して、第２動作ライン１３又は第１動作ライン７へ圧力媒体が供給される。

図２は、本発明による作業ユニットの油圧駆動装置の第二実施例を示す。

図２に図示された第二実施例のハイドロポンプユニット２は、二つの油圧回路、つまり第１接続部１０及び第２接続部１２を介して閉鎖油圧回路３９と、第３接続部１１及び第４接続部１４を介して開放油圧回路４０に供給を行う二重ハイドロポンプ５２によって実現する。ここでは、共通のポンプ制御装置５３を介して調整される分流軸方向ピストンポンプ７９が使用されることが好ましい。

ポンプ制御装置５３の第１及び第２ポンプ調整圧力室５４Ａ，５４Ｂのための調整圧力は、ポンプの流れを制限するため油圧スロットル６４Ａ，６４Ｂが挿入された油圧ライン５５Ａ，５５Ｂを介して供給され、四方・三方バルブとして設計された調節バルブ５６で調節される。調節ばね５８Ａと電気制御式電磁石５９Ａとにより第１制御入力５７Ａにおいて、調節ばね５８Ｂと電気制御式電磁石５９Ｂとにより第２制御入力５７Ｂにおいて調節バルブ５６の制御力が発生する。調節バルブ５６の入力６０Ａは、ポンプ流を制限するため油圧スロットル６２が挿入された油圧接続ライン６１を介して、補助ポンプ４１の供給接続部４２に接続されている。調節バルブ５６の出力６０Ｂは、タンク内部１６に接続されている。第１及び第２制御入力５７Ａ，５７Ｂにおける二つの電磁石５９Ａ，５９Ｂの電気制御に応じて、第１ポンプ調整圧力室５４Ａは調整圧力に接続され、第２ポンプ調整圧力室５４Ｂはタンク内部１６に接続されるか、その逆になる。第１及び第２ポンプ調整圧力室５４Ａ，５４Ｂの間の圧力は、調節ばね５８Ａ，５８Ｂにより規定される調節バルブ５６の休止位置で均衡を保つ。

第１又は第２圧力制限バルブ１９，２５を介して過圧を開放する結果、油圧シリンダ１内の調整ピストン３の端部位置において本発明による油圧駆動装置に必要とされるよりも長く持続する油圧力の損失を回避するため、好ましくは第１動作ライン７と第２動作ライン１３との間に圧力カットオフバルブ６５が設けられる。この圧力カットオフバルブ６５は、第１動作ライン７と第２動作ライン１３との間に接続された圧力シャトルバルブ６６を包含する。調整ピストン３が油圧シリンダ１内で端部位置にあるため第１動作ライン７又は第２動作ライン１３に過圧が生じた場合、この過圧は圧力シャトルバルブ６６の出力６７に接続される。圧力シャトルバルブ６６の出力６７は、第４圧力制限バルブ６９の制御入力６８に接続される。第１動作ライン７又は第２動作ライン１３の過圧のために、第４圧力制限バルブ６９の制御入力６８における圧力が、第４圧力制限バルブ６９の嵌合点７０で調節ばね７１により調節自在な最高圧力よりも高い場合には、第４圧力制限バルブ６９が開く。このようにして、調節バルブ５６の入力６０Ａは、第４圧力制限バルブ６９の入力に接続された油圧接続ライン７２を介して、タンク内部に接続される。

これは、調節バルブ５６の入力６０Ａにおいてポンプ制御装置５３のための調整圧力を低下させ、ポンプ制御装置５３の調整ピストン７４は休止位置へ向かう方向に変位する。その結果、二重ハイドロポンプ５２のポンプ流量が制御され、第１動作ライン７又は第２動作ライン１３の過圧が低下する。第１動作ライン７又は第２動作ライン１３で所与の圧力に達すると、圧力シャトルバルブ６６が再び閉じ、そのためポンプ制御装置５３のための調整圧力の低下が終了する。

油圧アキュムレータ７５によるエネルギーの蓄積とその回収は、図１を参照して説明した方法に対応する。

本発明は、提示された実施例に限定されない。すなわち、あらゆる実施例の特徴すべてを好都合な形で互いに組み合わせることができる。

実施例として提示したのは、本発明を単純な形で説明したものである。特に、補助ポンプ４１の回路において、油圧駆動装置の改良のため別の特徴が考えられる。例えば、システム全体を通して油圧流体をクリーニングするためのフィルタを補助ポンプの真空側に配置することが可能である。さらに、第３圧力制限バルブを介したタンク内部への圧力の放出は、冷却器を介して実行することができる。

油圧アキュムレータは、低圧アキュムレータと高圧アキュムレータのいずれかとして設計できる。蓄積されるエネルギーによっては、低圧アキュムレータの使用が特に好都合である。例えば、低圧アキュムレータの使用中、油圧ライン１５の圧力は低く維持される。これは、アキュムレータ圧力制限バルブ７６を対応して設計することにつながる。さらに、第２ハイドロポンプ８に関して、圧力媒体は油圧ライン１５を通り油圧アキュムレータ７５まで高い圧力レベルでポンプ供給される必要はない。

逆に、実現可能な高い圧力のため、高圧アキュムレータには大量のエネルギーを蓄積できる。いずれの場合にも、ポンプ供給された圧力媒体を供給するための補助ポンプ４１が供給ライン４６を介して第１動作ライン７又は第２動作ライン１３へ直接ポンプ供給するため、損失が減少する。そのため、アキュムレータに油圧エネルギーを蓄積するためのアキュムレータシステムとのコスト集約的な組合せは必要ない。そのため接続ライン１５は、圧力媒体による油圧アキュムレータ７５の充填のため、あるいは、蓄積された圧力媒体の排出のためのみに使用される。

本発明による油圧駆動装置の第一実施例の回路図を示す。 本発明による油圧駆動装置に第二実施例の回路図を示す。

Claims (7)

1. 調整ピストン（３）により第１調整圧力室（４）と第２調整圧力室（５）とに分割される油圧シリンダ（１）と、
   第１接続部（１０）により第１動作ライン（７）を介して前記第１調整圧力室（４）に接続されるとともに、第２接続部（１２）により第２動作ライン（１３）を介して前記第２調整圧力室（５）に接続される第１ハイドロポンプ（４３）を包含する閉鎖油圧回路（３９）と、
   第３接続部（１１）により前記第１調整圧力室（４）に接続される第２ハイドロポンプ（８）を包含する開放油圧回路（４０）とを備えて、
   前記第２ハイドロポンプ（８）の第４接続部（１４）が、油圧アキュムレータ（７５）に接続されることを特徴とする、油圧駆動装置。
2. 前記第１ハイドロポンプ（４３）と前記第２ハイドロポンプ（８）のポンプ供給量が合同で調節されることを特徴とする請求項１に記載の油圧駆動装置。
3. 前記第１ハイドロポンプ（４３）と前記第２ハイドロポンプ（８）とが二重ハイドロポンプ（７９）として形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧駆動装置。
4. 前記油圧アキュムレータ（７５）がハイドロ膜アキュムレータであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の油圧駆動装置。
5. 前記油圧アキュムレータ（７５）が低圧アキュムレータであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の油圧駆動装置。
6. 前記油圧アキュムレータ（７５）が高圧アキュムレータであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の油圧駆動装置。
7. 前記第１ハイドロポンプ（４３）及び前記第２ハイドロポンプ（８）に加えて、圧力媒体の供給のため前記第１動作ライン（７）及び／又は前記第２動作ライン（１３）に接続することのできる補助ポンプ（４１）が設けられることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の油圧駆動装置。

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