JP2012107496A - 作業機械及びそれに使用されるエネルギー回生シリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】ガス充填室に対する改良されたシールシステムを備えたエネルギー回生シリンダを有する作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械に少なくとも１つの駆動ドライブを介して可動な可動部と、この可動部の移動からエネルギーを回生する少なくとも１つのエネルギー回生シリンダ３と、ガス充填室１２とを設ける。エネルギー回生シリンダ３に油充填環状空間３０を含むガス充填室１２をシールするためのシール装置２５を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの駆動ドライブによって駆動される可動部を有し、この可動部の動作からエネルギーを回生するための少なくとも１つのエネルギー回生シリンダと、ガスを充填されるガス充填室とを有する作業機械に関する。本発明にかかる作業機械は、移動式作業機械であり、特に掘削機又は荷役機械である。特に、駆動ドライブは油圧駆動シリンダを含む。

エネルギー回生シリンダの、ガスを充填されるガス充填室は、この種の作業機械の可動部を下降させるときに圧縮され、駆動ドライブ（特に油圧駆動シリンダ）を支持する可動部を再び上方へ移動させるように押し出すための位置エネルギーを蓄える。

例えば、特許文献１の作業機械のように、ガスを充填されたエネルギー回生シリンダのガス充填室が、エネルギー回生シリンダの底部側とエネルギー回生シリンダの中空ピストンロッドとで形成されることが知られている。

独国特許出願公開第１０ ２００８ ０３４ ５８２号明細書

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス充填室に対する改良されたシールシステムを備えたエネルギー回生シリンダを有する作業機械を提供することにある。

この目的は、第１の発明の作業機械によって解決される。本発明は、作業機械、特に移動式作業機械、特に掘削機又は荷役機械を対象とし、
上記作業機械は、少なくとも１つの駆動ドライブを介して可動な可動部と、この可動部の動作によってエネルギーを回生し、ガスを充填されるガス充填室を有する少なくとも１つのエネルギー回生シリンダとを有する。駆動ドライブは、特に油圧駆動シリンダを含む。本発明によって、シール装置は、油充填環状空間を含むガス充填室をシールするために設けられる。油充填環状空間によって形成される油緩衝部は、実質的に改良されたシール性を有する、起こり得るガスの拡散に対する更なる障壁を形成する。

シール装置は、更にガスシールを含むのが望ましい。ガス充填室の特に良好なシールは、ガスシールと油充填環状空間との組合せにより実現される。また、ガスシールは、油充填環状空間とガス充填室との間に配置されるのが望ましい。

更に有利な形態では、シール装置は、油圧シールを更に含むとよい。これは、作動油が、油充填環状空間から漏れるのを防止する。油圧シールは、ガス充填室から油充填環状空間よりも離れた位置に配置されるのが望ましい。また、油圧シールは、油充填環状空間と外部空間との間に配置されるのが望ましい。油圧シールは、１つ以上のシール装置（特にシールリング）を含むことができる。

更に有利な形態では、連通路が、油充填環状空間とガス充填室との間に設けられる。ガスが油充填環状空間に移動するエネルギー回生シリンダの動作において、連通路が均圧を達成させ、ガスが油充填環状空間から漏れるのを許容する。

更にチェック弁が連通路に設けられているのが望ましく、チェック弁の開放方向が、油充填環状空間からガス充填室へ向かうように配置される。これにより、ガスが油充填環状空間からガス充填室へ漏れ出すことができ、その一方で、ガスが、連通路を経てガス充填室から油充填環状空間に押し出されることが防止される。これにより、油が油充填環状空間から押し出されることを防止することができる。

更に有利な形態では、油充填環状空間は、一方側に排出ポートを有し、ガスが、この排出ポートを経て油充填環状空間から漏れ出ることができるのが望ましい。

排出ポートは、油充填環状空間の最も高い位置に配置されるのが望ましい。つまり、排出ポートは、ガスが集まる位置に配置される。エネルギー回生シリンダは、その長手方向が斜めに又は水平に作業機械に配置されるように、望ましくはあらゆる作業姿勢で長手方向が斜めに又は水平に配置されるように、作業機械に配置される。そして、排出ポートは、油充填環状空間から半径方向外側に延びるのが望ましい。

上述した連通路は、油充填環状空間の排出ポートをガス充填室に接続するのが望ましい。

更に有利な形態では、油充填環状空間によりエネルギー回生シリンダの潤滑油を供給するようにしてもよい。特に、それは、シール、スクレーパ、ガイドベルトに油をさすためのオイルタンクとして用いられる。

本発明にかかるエネルギー回生シリンダは、このように油圧システムへの接続なしで作動可能である。

本発明のエネルギー回生シリンダは、１つの圧力空間だけを有する一方向シリンダとして設計されてもよい。そして、この唯一の圧力空間は、ガスを充填される。そして、油圧システムに第２のシリンダ空間を接続することなく、給油が油充填環状空間を経て行われる。しかし、この場合、ガスを充填されるシリンダの底部側を油圧システムに接続することができる。

更に有利な形態において、ピストンロッドとシリンダチューブとの間にシール装置が配置され、エネルギー回生シリンダは、底部側にガスを充填される。

更に有利な形態において、シール装置は、シリンダチューブに配置される。シール装置は、特に、シリンダチューブ終端の内側に配置される。特に、油充填環状空間は、シリンダチューブに又はシリンダチューブ内に配置される。更にまた、ガスシールのための及び／又は油圧シールのための油充填環状空間は、シリンダチューブ内に設けられるのが望ましい。

本発明を特にピストンロッドが中空であるエネルギー回生シリンダにおいて適用することができる。

本発明によれば、シールされていないシリンダチューブのピストンをガイドするためのガイド部がピストンロッドのピストンに設けられるのが望ましい。このとき、ピストンロッドの外面とシリンダチューブの内面との間の薄い油充填環状空間は、ガスを充填された底部側と連通し、均圧を許容する。

連通路は、ピストンロッドの外面とシリンダチューブの内面との間のガス充填環状空間を油充填環状空間に接続する。

本発明の作業機械は、更に、上述した作業機械のためのエネルギー回生シリンダを含む。本発明にかかるエネルギー回生シリンダは、ガス充填室と、ガス充填室をシールするための油充填環状空間を含むシール装置とを含む。

好ましい実施形態では、エネルギー回生シリンダは、上で更に詳細に説明されたように設計される。

ここで、本発明のより好ましい実施形態について再び簡潔に述べられる。

本発明にかかる作業機械は、移動式作業機械、特に掘削機又は荷役機械である。

それは、少なくとも１つの駆動ドライブを介して可動な可動部と、可動部の動作からエネルギーを回生する少なくとも１つのエネルギー回生シリンダを有する。油圧駆動シリンダが駆動ドライブとして用いられるのが望ましい。

エネルギー回生シリンダは、可動部の動作からエネルギーを回生のためのエネルギー貯留部としての、ガスを充填されるガス充填室を有する。エネルギー回生シリンダの底部側によって形成される空間は、底部側の方へのピストンロッドの動作によって圧縮される加圧ガスを充填されるのが望ましい。そして、この方法で蓄えられるエネルギーは、油圧駆動シリンダを支持するピストンロッドの上方への動作で再び利用可能である。更に有利な形態において、エネルギー回生シリンダのピストンロッドの内部がガス充填室の一部を形成するように、ピストンロッドは底部側の方へ開いた中空であってもよい。

本発明にかかる作業機械の可動部は、垂直軸のまわりに旋回可能な作業機械に揺動可能に支持され、駆動ドライブ又はドライブによって垂直軸を中心に旋回可能な平面において、揺動可能である。可動部は、特に掘削機のアーム又は荷役機械のブームである。更に移動式作業機械は、走行ギヤを有する下部構造と、その上に垂直軸のまわりに旋回可能に支持されると共に、可動部が揺動可能に接続される上部構造を備えるのが望ましい。

作業アタッチメント（例えばショベル又はグラブ）を可動部に接続することができる。可動部を低下させることで、可動部及び作業アタッチメントの位置エネルギーが、可動部の上方への動作において、作業アタッチメントの質量を少なくとも部分的に補助するために、エネルギー回生シリンダに蓄えられる。このことで、より少ないエネルギーで駆動ドライブによって可動部を上方へ移動させることができる。より小さなエンジン力しか必要とされず、燃費が向上するので、作業機械のエネルギー・バランスが改善される。

本発明にかかるエネルギー回生シリンダは、油圧駆動シリンダ、すなわち作業機械の上部構造と可動部と間のシリンダのように配置されるのが望ましい。このことで、エネルギー回生シリンダは、可動部の動作によって油圧駆動シリンダと同時に作動する。

２本の油圧駆動シリンダと１本のエネルギー回生シリンダとを有する本発明にかかる作業機械の実施形態を示す斜視図である。 本発明にかかるエネルギー回生シリンダの変形例を示す模式的な回路図であり、（ａ）が第１変形例で、（ｂ）が第２変形例である。 本発明のシール装置の実施例１を示す断面図である。 本発明のシール装置の実施例２を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明は、例えば、図１及び図２に概略的に記載したエネルギー回生シリンダを有する作業機械の実施形態に適用される。

作業機械は、その溶接構造物４に水平に伸びる揺動軸５を介して揺動可能に支持される可動部２を有する。作業機械は、例えば、可動部２が掘削機の上部構造に揺動可能に支持される掘削機アームである、油圧掘削機である。上部構造自体は、車台を有する下部構造の垂直旋回軸を中心に旋回可能に接続されている。

可動部２を動かすために、２本の油圧駆動シリンダ１は、一端が可動部２に他端が上部構造の溶接構造物４に回転可能に連結されている。更に、本実施形態では、エネルギー回生シリンダ３は、油圧駆動シリンダ１のように可動部２と溶接構造物４との間に配置され、可動部２の動作によるエネルギーの回生の役割をする。このため、エネルギー回生シリンダ３は、２本の油圧駆動シリンダ１に挟まれるように配置されている。

作業アタッチメント（例えば掘削ショベル）は、可動部２（この場合、掘削ブーム）の先端に接続される。可動部２を降下させることで、可動部２と作業アタッチメントとの位置エネルギーは、回生されて蓄えられる。蓄えられた位置エネルギーは、可動部の上方への移動における、可動部及び作業アタッチメントの重量によって油圧駆動シリンダ１に加わる静的な力を少なくとも部分的に補助し、このことでより少ないエネルギー供給で油圧駆動シリンダ１を駆動することができる。このために、本発明にかかるエネルギー回生シリンダ３は、ガス充填室を有するのが望ましい。可動部の降下によって、エネルギー回生シリンダ３のガス充填室のガスは圧縮されるが、一方で、それは可動部を上げることで拡大し、そのことで油圧駆動シリンダ１を支援する。このために、本発明にかかるエネルギー回生シリンダ３は、底部側でガスを充填されて、更に底部側の方へ開口する中空ピストンロッド１１を備えている。

エネルギー回生シリンダ３の２つの変形例の模式図は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される。両方の変形例は、ピストンロッド１１を軸方向に伸縮可能に収容するシリンダチューブ１０を有する。ピストンロッド１１は、中空筒の形状を有し、そのことで、中空空間１３が形成されると共に、ピストンロッド１１は、シリンダチューブ１０の底部側（ガス充填室１２）の方へ開口している。

エネルギー回生シリンダ３の底部側（ガス充填室１２）と、ピストンロッド１１の内部の中空空間１３とは、加圧ガスを充填される接続されたチャンバを形成する。シリンダチューブ１０内でのピストンロッド１１の移動によって、底部側（ガス充填室１２）の体積が変化し、実質的には、縮小時の中空のピストンロッド１１の内部の中空空間１３の体積から、最大伸長時の中空空間１３の体積とシリンダチューブ１０の体積との和とに対応する。

エネルギー回生シリンダ３は、底部側に支持環１５を有し、ピストンロッド１１側に支持環１６を有し、一端が溶接構造物４に接続され、他端が可動部２に接続されるようになっている。エネルギー回生シリンダ３は、一端が溶接構造物４に他端が可動部２にそれぞれ回転可能に連結され、ピストンロッド１１が底部側（ガス充填室１２）に向かって移動することで、可動部２及び作業アタッチメントの重量によってガスの体積が圧縮される。中空のピストンロッド１１を有するエネルギー回生シリンダ３の構造のため、充分なガス体積が存在し、作業アタッチメントを低下させても低い圧力増加でピストンロッド１１を収縮させることができる。逆にいえば、可動部２の上方への移動の際、重量の一部はエネルギー回生シリンダ３のガス内に残るので、油圧駆動シリンダ１が完全な静荷重をもはや発揮する必要はない。

本発明にかかるエネルギー回生シリンダ３は、チャンバにガスを充填するためのストップバルブ１７と、ガス圧を制限するための圧力リリーフ弁１８とを備えている。図２（ａ）に示す第１変形例において、ストップバルブ１７と圧力リリーフ弁１８とは、底部側に配置される。対照的に図２（ｂ）に示す第２変形例において、ストップバルブ１７と圧力リリーフ弁１８とは、ピストンロッド１１側に配置される。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるエネルギー回生シリンダ３は、単にガス充填室１２が圧力室として設けられ、ピストンロッド１１がシール装置２５を介してシリンダチューブ１０の終端に支持される一方向シリンダである。しかしながら、底部側には、作業機械の油圧システムに接続されるコック２０が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、エネルギー回生シリンダ３のガス体積を、エネルギー回生シリンダ３への供給又はエネルギー回生シリンダ３からの供給によって変化させることができる。このために、図２（ｂ）の第２変形例において、エネルギー回生シリンダ３の底部側空間に油を供給するために作業機械の油圧システムに接続することができるように、コック２０が設けられている。

図３及び図４に上記エネルギー回生シリンダ３で使用され得る、本発明にかかるシール装置の２つの実施例を示す。シール装置２５は、いずれの場合においてもガス充填室１２及び油充填環状空間３０をシールする役割を果たす。それぞれのガスシール３１は、油充填環状空間３０とガス充填室１２との間に設けられる。一方、油充填環状空間３０のガス充填室１２と反対側に、１つ以上のシール領域を含むことができる油圧シールユニット３２が設けられる。

いずれの場合においても油充填環状空間３０は、油充填環状空間３０に集まったガスが漏れ出すことができる排出ポート３６を有する。排出ポート３６は、連通路３４を経てガス充填室１２に接続される。チェック弁３５は、この連通路３４に配置され、連通路３４を介してガス充填室１２からガスが油充填環状空間３０に押し出されることを防止すると共に、この油充填環状空間３０から作動流体を押し出すことを防止する。逆にいえば、ガスは、油充填環状空間３０からガス充填室１２へ流出できる。連通ラインによって、ガス充填室１２と油充填環状空間３０との間に均圧が設けられる。

本発明にかかるシール装置２５は、両方の実施形態のシリンダチューブ１０の終端に配置されている。ガスを充填されてガス充填室１２の一部を形成する環状空間は、ピストンロッド１１の外面とシリンダチューブ１０の内面と間のシリンダチューブ１０の内部のシール装置２５の奥側にある。ガスを充填される、この環状空間は、底部側と連通し又はピストンロッド１１の中空内部と連通しているのが望ましい。

連通路３４は、ピストンロッド１１の外面とシリンダチューブ１０の内面との間のガスを充填される環状空間に油充填環状空間３０を接続するように配置されるのが望ましい。

図３に示した実施例１において、油充填環状空間３０は、シリンダチューブ１０の内側に配置される。ガスシール及び油圧シールユニットは、そこに同様に配置される。それらは、特にシリンダチューブ１０の溝を形成する。シール装置２５を含むシリンダチューブ１０の領域は、シリンダチューブ１０の残りの部分において１つの部品として作られることが可能である。あるいは、それをシリンダチューブ１０の一部で構成することもできる。

図３に示した実施例１において、チェック弁３５を有する連通路３４は、シリンダチューブ１０上に外向きに位置付けられた弁ブロック３３によって形成され、一端が排出ポート３６に接続され、他端がガス充填室１２に接続されている。この接続は、シリンダチューブ１０に設けた貫通孔により実現される。

図４に示した実施例２において、環状部材３３は、対照的に、シリンダチューブ１０の終端に配置され、その内面によってシリンダチューブ１０の内面に対する突出する段部を作っている。油充填環状空間３０、ガスシール３１及び油圧シール３２のためのチャンバがこの内面に配置されている。排出ポート３６のための通路、連通路３４及びその中で配置されるチェック弁３５が更に環状部材３３に設けられている。排出通路は、ピストンロッド１１の外面とシリンダチューブ１０の内面との間の環状空間における段部を通ってエネルギー回生シリンダ３の中心軸と平行に伸びている。

エネルギー回生シリンダ３は、作業機械に、斜めに又は水平になるように配置され、排出ポート３６は、油充填環状空間３０で最も高い位置にあるように配置される。排出ポート３６は、油充填環状空間３０から半径方向外側へ伸びている。このため、ガスが排出ポート３６に集められて漏れ出すことができる。

シール装置２５とガス充填室１２との間の本発明にかかる油緩衝部は、このように装着されたシール要素に加えて、可能なガス拡散性に対する障害を形成する。

しかしながら、ガスが油充填環状空間３０へ移動することを作動中に防止することはできない。このため、弁ブロックが油充填環状空間３０とガス充填室１２との間に装置され、ガスが集まる位置に配置される。取り付けられたチェック弁３５を有する弁ブロックは、常にガス充填室１２と油充填環状空間３０とを等しい圧力に保持するのに役立つ。チェック弁３５により、油がガス充填室１２に押し出されて、油充填環状空間３０が空になるのが防止される。

本発明にかかるエネルギー回生シリンダ３は、オイルタンクがシール、スクレーパ及びガイドベルトの潤滑油としての役割を果たすので、作動油なしで作動可能である。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 油圧駆動シリンダ
２ 可動部
３ エネルギー回生シリンダ
４ 溶接構造物
５ 揺動軸
１０ シリンダチューブ
１１ ピストンロッド
１２ ガス充填室
１３ 中空空間
１５ 支持環
１６ 支持環
１７ ストップバルブ
１８ 圧力リリーフ弁
２０ コック
２５ シール装置
３０ 油充填環状空間
３１ ガスシール
３２ 油圧シール
３３ 環状部材
３４ 連通路
３５ チェック弁
３６ 排出ポート

Claims (10)

1. 掘削機又は荷役機械であり、少なくとも１つの駆動ドライブによって駆動される可動部と、該可動部の動作からエネルギーを回生する少なくとも１つのエネルギー回生シリンダとを有し、該エネルギー回生シリンダがガスを充填されるガス充填室を有する作業機械において、
   上記ガス充填室は、油を充填される油充填環状空間を含み、
   シール装置が、上記油充填環状空間をシールするために設けられる
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   上記シール装置は、更に上記油充填環状空間と上記ガス充填室との間に配置されるガスシールを含む
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１又は２に記載の作業機械において、
   上記シール装置は、更に上記ガス充填室から上記油充填環状空間よりも離れた位置に配置される油圧シールを含む
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の作業機械において、
   連通路が、上記油充填環状空間と上記ガス充填室との間に設けられている
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項４に記載の作業機械において、
   チェック弁が上記連通路に配置され、
   上記チェック弁の開放方向が上記油充填環状空間から上記ガス充填室の方向へ向いている
   ことを特徴とする作業機械。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の作業機械において、
   上記油充填環状空間は、一方側に排出ポートを有し、
   上記排出ポートは、上記油充填環状空間の最も高い位置に配置されている
   ことを特徴とする作業機械。
7. 請求項４及び請求項６に記載の作業機械において、
   上記連通路は、上記排出ポートを上記ガス充填室に接続している
   ことを特徴とする作業機械。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の作業機械において、
   上記油充填環状空間は、上記エネルギー回生シリンダに潤滑油を提供し、
   上記エネルギー回生シリンダは、１つの圧力空間だけを有する一方向シリンダである
   ことを特徴とする作業機械。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の作業機械において、
   上記エネルギー回生シリンダは、底部側にガスを充填され、
   上記シール装置は、中空のピストンロッドとシリンダチューブとの間に設けられている
   ことを特徴とする作業機械。
10. 請求項１乃至９のいずれか１つの作業機械に使用される
    ことを特徴とするエネルギー回生シリンダ。

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