阅读说明：本技术 电液的驱动单元和具有该驱动单元的可移动的做功机械 (Electrohydraulic drive unit and mobile work machine having the drive unit ) 是由 P.纳格尔 N.施特克 S.罗泽 于 2019-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于特别是可移动的做功机械的电液的驱动单元,具有构造成电机的、有驱动功率的驱动机和能由该驱动机驱动的机械的输出装置,以及具有液压机和能由该液压机驱动的液压的输出装置。本发明还涉及一种具有该驱动单元的可移动的做功机械。(The invention relates to an electrohydraulic drive unit for a, in particular, mobile work machine, having a drive machine, which is designed as an electric motor, having a drive output and having a machine output which can be driven by the drive machine, and having a hydraulic machine and having a hydraulic output which can be driven by the hydraulic machine. The invention also relates to a movable work machine having such a drive unit.)

电液的驱动单元和具有该驱动单元的可移动的做功机械

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于可移动的做功机械的电液的驱动单元以及一种按照权利要求14所述的具有这种驱动单元的可移动的做功机械。

背景技术

由现有技术已知一种可移动的做功机械，其具有例如用于控制悬臂、手柄或铲斗的致动器。此外，大多设有旋转的驱动器，例如回转机构马达、牵引马达或通风器马达。这种做功机械例如是挖掘机。通常液压地实现所述致动器或输出装置。重量等级在8和17吨之间的紧凑式挖掘机或移动式挖掘机例如具有带液压泵的系统，输出装置通过能集合在液压控制块中的阀连接到该液压泵上。液压泵在此由设计成内燃机的驱动机驱动。通过同一液压机为牵引马达通过阀控制机构供应压力介质。

为了能通过选择性地关断单个液压泵或联接来减少能量损失，在较大的做功机械中，例如从20吨的装料重量起，设置多个液压泵来为致动器或输出装置供应压力介质。在此可以例如将两个液压泵的压力介质体积流量相加，从而使它们表现得像惟一的大型的液压机那样。另一方面，在压力介质体积流量很小时，可以通过联接两个液压回路在关断液压泵之一的情况下改善留在运行中的液压泵的效率。

在对可移动的做功机械的无排放的或少排放的驱动系统的要求提高的背景下，开始了驱动系统的电气化。因此例如制造商Komatsu用其混动机型HB215LC-2展示了一种具有回转机构输出装置的挖掘机，该回转机构输出装置纯粹是电驱动的。除了通过电气化的驱动减小排放外，这种挖掘机还允许了通过在电域内、特别是在高功率电容器中储存例如回转机构的动能的能量回收。在所述混动机型中，在内燃机（柴油机）的高加速下支持性地使用这样储存的电能。因此所公开的驱动系统有助于节省燃料和减少排放。

这种技术方案的缺点在于，较为昂贵的和成本高昂的电驱动技术仅能用于输出装置中的一个输出装置并且在该输出装置的静止时间中是闲置的。

发明内容

据此，本发明的任务是，创造一种用于可移动的做功机械的电液的驱动单元，该驱动单元具有更高的负荷程度。另一个任务是，创造一种有负荷程度更好的电液的驱动单元的可移动的做功机械。

第一个任务通过一种具有权利要求1的特征的电液的驱动单元解决，第二个任务则通过一种具有权利要求14的特征的可移动的做功机械解决。

电液的驱动单元的有利的改进方案在权利要求2至13中说明。所述可移动的做功机械的有利的改进方案则在权利要求15中说明。

用于特别是可移动的做功机械的、特别是挖掘机的电液的驱动单元具有构造成电机的驱动机。驱动机的驱动功率用于驱动所述驱动单元的机械的输出装置。机械的输出装置尤其是旋转的，特别是一种回转机构。此外，驱动单元还具有用于液压介质供应并且因此用于液压地驱动所述驱动单元的液压的输出装置的液压机。根据本发明，电机的驱动功率是能分流的，因此不仅能用于驱动机械的输出装置，而且也能用于驱动一个或多个其它的输出装置。

通过所述分流，电机在机械的输出装置的静止时间内不必强制性地停止，而是可以另作他用。由此提高了或至少能提高它的负荷程度和驱动单元的负荷程度，由此能降低投入成本。因此通过分流提供的驱动功率例如可能导致，在驱动单元的其它部位上取消了否则必需的驱动机或者这个驱动机可以至少设计得更小。

在一种改进方案中，特别是能由驱动单元的控制单元这样来控制分流，使得驱动功率被选择性地要么提供给液压机，要么提供给机械的输出装置。驱动功率然后仅在机械的输出装置的静止阶段中、但也全面地提供用于驱动液压的输出装置。

在一种改进方案中，备选或补充性地可以这样来控制分流，使得驱动功率能按份额分流到液压机上和机械的输出装置上。分流的这种方式或控制被证实还要更为灵活并且相比具有仅选择性的分流的所述改进方案能改进负荷程度（Auslastung）。

所述份额可以是固定的、分级地变化的或连续变化的。所述备选方案在此可以规定作为彼此的备选或补充。

为了实现分流和/或为了中断在电机和机械的输出装置之间的功率路径或者至少减小传输给所述功率路径的驱动功率，在一种改进方案中，在电机和机械的输出装置之间布置有能操纵的离合器。

所述离合器可以这样设计，使得它能无负荷地或有负荷地操纵。离合器可以是摩擦离合器、湿式运行的或干式运行的片式离合器、变矩器或形状配合的离合器。视设计方案而定，然后能选择性地要么连接要么中断所述功率路径，或者如在滑动式离合器或变矩器中那样能可变地改变所传输的驱动功率。

在一种改进方案中，驱动单元具有用于制动和/或止动机械的输出装置的制动器。

一种改进方案被证实特别紧凑，在该改进方案中，驱动功率能在液压机上分流。液压机因此既起到用于液压的输出装置的液压的驱动机的作用，也起到功率分流器或功率分配器的作用，由此例如可以取消用于功率分流的机械的传动机构。

为了在液压机上进行功率分流的目的，在一种改进方案中，液压机的驱动轴或直通驱动装置（Durchtrieb）一方面能与或与电机连接，另一方面则能与或与机械的输出装置连接。

若液压机在一种改进方案中具有特别是能调整到零的挤压容积，那么当液压机固定地与电机连接，即在此处不设置能松开的而是设置固定的离合器时，才能进行功率分流。分流然后可以按份额通过分级地或连续地调整挤压容积完成。

在一种变型方案中，液压机具有恒定不变的挤压容积。然后在电机和液压机之间设有能操纵的离合器，通过所述离合器能形成和能中断在电机和液压机之间的功率路径。

当电机在一种改进方案中被这样设计，使得输出装置中的至少一个输出装置的液压能和/或动能可以通过该电机回收，即电机在发电机运行中是能被驱动的时，驱动单元设计得更为能量有效。

为此优选在液压机的驱动轴上将输出装置的功率相加。在此，液压机的与机械的输出装置连接的直通驱动装置，例如是用于机械的输出装置的有待回收的功率的输入端，并且液压机的与液压的输出装置连接的高压接头或工作接头，是用于液压的输出装置的有待回收的功率的输入端。

除了通过液压机转换相应的输出装置的经回收的功率并且将该功率直接导给输出装置中的其它输出装置的可能性外，还出现了第一种补充性的或备选的改进方案，在该改进方案中，所述能量能经由在发电机运行中工作的电机输送给驱动单元的电储存单元、特别是高功率电容器。在第二种补充的或备选的改进方案中，所述能量能通过液压机输送给驱动单元的液压储存单元、特别是液压储存器并且储存于其内。

在一种改进方案中，驱动单元具有控制单元，通过该控制单元能根据在输出装置中的至少一个输出装置上的请求和/或驱动单元或可移动的做功机械的运行状态来控制分流、相加、离合器的操纵和/或回收。

驱动单元的再一个能更为灵活地使用的改进方案具有拥有第二驱动功率的第二驱动机、特别是第二电机和能由该第二驱动机驱动的第二液压机和能由该第二液压机驱动的第二液压的输出装置。以这种方式能建立起两个分开的或能分开的液压的回路。

在一种改进方案中，能通过额外的阀装置连接两个液压机的工作接头。所述液压机的压力介质体积流量以及因此液压的功率因此能馈入到回路之一中并且能相加。

在回收的相反的情形下，阀装置在一种改进方案中能将回路的压力介质体积流量相加并且例如导送给液压机中的仅一个液压机，该液压机然后在马达运行中运转。

通过第一次提到的液压机（在该液压机上，驱动功率如上述那样能分流并且输出功率补充性地是能相加的）然后可以与阀装置配合作用地将所有的输出装置的功率或其一个子集的功率加到电机中的仅一个电机。

在一种改进方案中，这样来设计驱动单元和特别是液压的输出装置，使得液压的输出装置能沿相反方向运行。

可移动的做功机械具有根据之前的说明的至少一个方面进行设计的驱动单元。在此，机械的输出装置优选是回转机构、特别是做功机械的结构件（Aufbau）的回转机构。可移动的做功机械的优点由针对驱动单元的所述优点得出。通过更为灵活地使用电机（不仅仅用于驱动机械的输出装置），可以在做功机械的其它部位上必要时取消否则需要的驱动机，由此能节省结构空间、重量和成本。

附图说明

附图中示出了根据本发明的电液的驱动单元的两个实施例。现在借助所述附图详细阐释本发明。图中：

图1示出了用于可移动的做功机械的根据本发明的电液的驱动单元的第一个实施例；

图2a至2c示出了在驱动功率分流到输出装置的情况下，根据图1的驱动单元的不同的运行状态；

图3a至3c示出了在回收输出功率中的至少一个输出功率的情况下，根据图1的驱动单元的不同的运行状态；以及

图4示出了根据本发明的电液的驱动单元的第二个实施例。

具体实施方式

根据图1，电液的驱动单元1具有电机2，该电机经由驱动轴4与液压机6连接以传输扭矩。液压机6具有与驱动轴4抗扭地连接的轴直通驱动装置8。在轴直通驱动装置8上布置着能操纵的离合器10，轴直通驱动装置8通过该离合器与能旋转的元件、特别是回转机构（未示出）的转动轴12连接，例如可移动的做功机械的结构件能通过所述回转机构转动。备选可以通过轴12取代回转机构地例如驱动牵引输出装置、通风器或其它旋转的输出装置。此外，驱动单元1还具有制动器14，通过该制动器能制动和/或止动转动轴12。

电液的驱动单元1具有两个设计成差动缸的液压的负载或输出装置16、18，它们能由液压机6供应压力介质。液压的输出装置16、18布置在具有液压机6和料箱T的开放的液压回路中。液压的输出装置16设置用于操纵悬臂并且液压的输出装置18设置用于操纵设计成挖掘机的可移动的做功机械的挖斗。液压机6通过第一工作管路20与输出装置16、18的相应的底部空间22、24流体连通。在单独的工作管路26、28中，在此布置着各一个配量板30、32用于分配到相应的底部空间22、24中的压力介质体积流量。输出装置16、18的相应的杆侧的环形室34、36通过各配属的回流管路38、40与料箱T连接。在回流管路38、40中布置着各一个制动阀42、44用于对回流进行节流。

根据本发明设计的电液的驱动单元1设计用于，使由电机2提供的驱动轴4的驱动功率或轴功率分流。在此可以进行到驱动轴8上和液压的分支上的分流，所述液压的分支由工作管路20代表。在根据图1的图示下，为此例如概略地绘出了用于驱动做功机械的电液的单元1的三种运行状态。它们对应各一张功率流图表。初始点是所提供的驱动功率P₄，该驱动功率由驱动轴4的转速n₄和扭矩M₄组成。P₆是液压机6的内部的损耗功率，其例如由轴承阻力、流体介质阻力和泄漏组成。P₈指的是驱动轴8的轴功率。类似的说明适用于具有附图标记P₁₂的驱动轴12。P₂₀指的是在工作管路20中的液压的功率，其由该液压管路的压力介质体积流量和压力组成。P₁₂指的是输出装置12的在回转机构的驱动轴上提供的净轴功率。

由图1可知，驱动轴4可以将驱动功率传输给液压机6和该液压机的直通驱动装置8。以这种方式可以一方面提供工作管路20的压力介质流量并且另一方面提供在回转机构的转动轴12上的驱动扭矩和相应的转速。换句话说，在液压机6上，驱动功率P₄分流成液压的功率P₂₀和机械的轴功率P₁₂。图2a至2c在此在图中也考虑到了液压机的损耗功率P₆和直通驱动装置8的损耗功率P₈。

图2a示出了一种运行状态，在该运行状态中，液压机6的挤压容积V₆等于零。据此，液压机6的驱动机构通过驱动功率P₄仅被“拖曳”。拖曳所需的功率对应值P₆并且较小。基于V₆ = 0，负载16、18没有被供以压力介质。液压的功率P₂₀因此是零。因此完整的驱动功率P₄减小了损耗功率P₆地提供给直通驱动装置8。若离合器10是闭合的，那么这个驱动功率被1:1地传输给驱动轴12。

在根据图2b的运行状态中，挤压容积V₆＞0，因而液压机6通过工作管路20将液压的功率P₂₀供应给液压的输出装置16、18或输出装置中的至少一个输出装置。离合器10同时被闭合并且驱动轴12用功率P₁₂驱动驱动机构。根据图2b，驱动功率P₄因此在液压机6上分流成输出功率P₂₀和P₁₂。

根据图2c，示出了一种运行状态，在该运行状态中，离合器10被打开。同时制动器14被闭合，因而转速n₁₂ = 0。因此能传输给转动轴的输出功率P₁₂ = 0。但直通驱动装置8的损耗功率P₈一如既往地存在。驱动功率P₄然后减小了液压机6的内部的损耗功率P₆地作为液压的输出功率P₂₀提供给液压的输出装置。

根据本发明实现了一种电液的单元1，在该电液的单元中，电机2至少暂时也能驱动液压机6，因而这个液压机提供液压的功率P₂₀。在此，当（如在图2c中所示那样）否则由电机2驱动的输出装置12（回转机构）停止时（参看图2c）或者当这个输出装置被驱动时（参看图2b），可以提供液压的功率P₂₀。

在可移动的做功机械的运行状态中（其中在回转机构的驱动轴12上没有请求或请求仅很小的功率P₁₂），电机2没有输出或仅输出很小的功率到驱动轴12。通过液压机6的集成和根据本发明的分流，电机2然后能用于提供液压的功率P₂₀。由此实现了电机2的更高的负荷程度，因而可以在可移动的做功机械的其它部位上取消否则必需的、附加的驱动器或电机以及与之连接的、必需的控制元件（例如燃料供应装置、功率电子器件、控制器）。

换句话说，电机2在回转机构的较小的功率请求的阶段中用于其它目的，特别是用于其它输出装置的功率供应。这种协同效果可以用于提高效率和降低系统成本，因为电机2在输出装置12上本来就存在。

图3a至3c示出了根据本发明的电液的单元1的另一个效果和优点。示出了一些运行状态，在这些运行状态中，通过输出功率P₂₀和P₁₂的回收进行能量回收。

根据图3a，将驱动功率P₁₂传输给驱动轴12。这个驱动功率由在液压机6上转换的、经回收的液压的输出功率P₂₀和电机2（驱动轴4）的相应减小的驱动功率P₄组成。以如下方式实现这种运行状态，即，液压机6在马达运行中工作。此时压力介质从一个或两个输出装置16、18经由工作管路20流向液压机6，压力介质在该液压机的驱动机构上减压。因此在液压机6上将液压的功率P₂₀转化成轴功率并且相加成轴功率P₄。

在根据图3b的运行状态中，两个功率分支，即一方面是液压的功率分支（20）和另一方面是机械的功率分支（12）贡献于能量回收。当在负荷作用下以及在操作者的请求下，与输出装置16连接的悬臂下降并且因此在负荷压力下压力介质从活塞室22经由工作管路26流向液压机6并且在那里减压时，例如就出现了这种情况。转动的回转机构（驱动轴12）同时将旋转动能传输给驱动轴8。在此，液压的功率P₂₀和机械的功率P₁₂在液压机6上相加并且传输给驱动轴4。这样回收的输出功率然后可以在电机2的发电机运行中输送给高功率电容器用以储存。

图3c示出了一种运行状态，在该运行状态中，无论是电机2的驱动功率P₄还是回转机构的回收的旋转动能P₁₂均在液压机6上相加成液压的功率P₂₀。图3c明确表明，在这种情况下可以取消有损耗的机-电转换和有损耗的电能储存，因为通过回转机构馈入的功率P₁₂完全直接被液压机6吸收并且能输送给液压储存器。由此能最小化转换损耗。

若回转机构没有要求电机2的最大的驱动功率P₄，那么可以利用电机2的所保留的功率储备来驱动液压机6，这在图2b中示出。若回转机构不要求功率（静止状态），那么制动器14闭合并且离合器10断开。电机2现在可以独立于回转机构地驱动液压的负载16、18（图2b）或者从液压的负载回收能量。

若回转机构的功率需求在电机2以这种方式驱动液压的负载16、18期间上升，那么离合器10又是闭合的并且电机2的转速n₄和回转机构的转速n₁₂得到适应。视液压机6和驱动轴12（回转机构）的功率需求而定，通过驱动单元1的控制单元（未示出）来调整驱动轴4的匹配的转速n₄。同样要控制，离合器10是否锁止并且因此无滑转地和无损耗地运行，或者离合器是否滑转地运行，例如作为没有锁止的变矩器。

在回转机构减速的情况下，这个回转机构通过驱动轴12主动地将功率馈入到电机2的直通驱动装置8和驱动轴4中（回收）。这个功率可以视电机2和液压机6的控制而定，要么被电转换要么被液压转换。通过这种灵活性可以进一步提高整个电液的驱动单元的效率。通过根据图3c的回收的输出功率P₁₂的直接的可使用性和其在液压机6中转化成液压的功率P₂₀，也减小了最大的电储存功率。由此能降低电储存器的、特别是高功率电容器的成本。

图4示出了用于可移动的做功机械的电液的单元101的第二个实施例。这个电液的单元包含了根据前面的图1至3的电液的单元1作为子系统，因而不再重新对其进行说明。

电液的单元101补充性地具有液压的回路，该液压的回路与根据图1的电液的单元1构造相同，但减少了直通驱动装置8和所有输出侧的部件如离合器10、制动器14和驱动轴12。纯液压的回路因此具有第二电机102、通过第二驱动轴104连接的第二液压机106和能通过该第二液压机供以压力介质的第二液压的负载或输出装置116、118。通过第二液压机106的压力介质供应和朝着料箱T（包括为此所需的阀在内）的压力介质输出与根据图1的电液的单元1构造相同。

根据图4的电液的单元101补充性地具有带相加阀48的连接管路46，两个液压机6、106的工作管路20、120通过该连接管路能彼此流体连通。在前述电液的单元1的组件的液压机6上的功率分流和功率相加的前述功能也保留在了第二个实施例中。第二液压的输出装置116和118可以独立于电液的单元1地由第二电机102和液压机106单独驱动。针对输出装置16、18、116、118之一或者这些输出装置中的一个子集需要比所相应配设的液压机6、106之一能够提供的液压的功率更多的液压的功率这样的情形，可以通过所述连接管路46和阀48接入液压机106、6中的相应另一个。

类似的说明也适用于液压的功率的回收。若这个液压的功率应当单独地被电储存，那么这例如可以通过电机2、102中的仅一个以如下方式完成，即，通过连接管路46和阀48使所有的压力介质体积流量通过液压机6或备选通过液压机106被减压。

针对回收液压的能量以直接驱动回转机构的驱动轴12的情形，第二液压的输出装置116、118的压力介质体积流量必须通过连接管路46和阀48经由液压机6减压。

本发明公开了一种用于可移动的做功机械、特别是用于起重机或挖掘机的电液的驱动单元，具有液压的输出装置和机械的输出装置，其中，后者能通过驱动单元的电机驱动。根据本发明，该驱动单元的驱动功率能完全地或按份额地不仅分流到机械的输出装置上，而且也能分流到至少另一个输出装置上。