(57)【要約】【課題】少なくとも１つの作動駆動部を介して動かすことができる要素を持つ、掘削機および資材を扱う機械を含む装置を提供する。【解決手段】可動要素の動きからエネルギーを回収するために少なくとも１つのエネルギー回収シリンダが設けられ、可動要素は気体で満たされたチャンバを含み、エネルギー回収シリンダは熱交換器を含む。【選択図】図１
2012107499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの作動駆動部を介して動かすことができる要素を持つ、掘削機および資材を扱う機械を含む装置であって、
前記可動要素の動きからエネルギーを回収するために少なくとも１つのエネルギー回収シリンダが設けられ、
前記可動要素は気体で満たされたチャンバを含み、
前記エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記駆動装置は、前記エネルギー回収シリンダを加熱し、
加熱は、前記エネルギー回収シリンダ上に配置された加熱要素及び／又は摩擦要素及び／又は熱交換器を介して行われる
請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動装置は、前記エネルギー回収シリンダを冷却し、
冷却は、前記エネルギー回収シリンダ上に配置された熱交換器を介して行われる
請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記エネルギー回収シリンダの前記温度を調節する前記装置は、前記駆動装置の少なくとも１つの動作パラメータに基づいて駆動される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
温度センサが設けられ、
前記エネルギー回収シリンダの前記温度を調節する前記装置の前記駆動は、前記温度センサの信号に基づいて行われ、
前記温度センサは、外気温及び／又は前記エネルギー回収シリンダの前記温度及び／又は気体で満たされた前記チャンバ内の前記気体の温度及び／又は冷却流体の温度を求める
請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記エネルギー回収シリンダの前記温度を調節する前記装置は、前記エネルギー回収シリンダを第１閾値温度より下なら加熱し、第２閾値温度より上なら冷却し、及び／又は温度ウィンドウの中なら冷却及び／又は加熱が行われないように、コントローラを介して駆動される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記エネルギー回収シリンダは、冷却回路に接続され、その中を冷却流体が流れる熱交換器を備え、
前記冷却回路は、前記冷却流体を冷却する冷却ユニット及び／又は前記冷却流体を加熱する加熱ユニットを含む
請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記冷却回路は、前記駆動装置の要素の前記冷却回路に接続され、特に前記駆動装置の内燃エンジン及び／又は油圧システムの前記冷却回路に接続される
請求項７に記載の駆動装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の駆動装置を運転する方法であって、前記エネルギー回収シリンダの前記温度は、少なくとも１つの動作パラメータに依存して増加及び／又は減少される方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の駆動装置のエネルギー回収シリンダの温度を調節するエネルギー回収シリンダ及び／又は装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの作動駆動部（working drive）を介して動かすことができる要素を持つ装置に関する。
【０００２】
可動要素の動きからエネルギーを回収するために、少なくとも１つのエネルギー回収シリンダ（energy recovery cylinder）が設けられる。エネルギー回収シリンダは、気体で満たされたチャンバを含む。特に本発明は走行装置（traveling implement）に関し、中でも掘削機や資材を扱う機械に関する。特に作動駆動部は、作動油圧シリンダ（working hydraulic cylinder）を備える。
【０００３】
このような装置においては可動要素を低くするときにエネルギー回収シリンダの気体で満たされたチャンバは圧縮され、よって位置エネルギーを貯蔵し、可動要素の上向きの動きのあいだには作動駆動部を補助するために貯蔵された位置エネルギーを放出する。
【背景技術】
【０００４】
特許文献１は、エネルギー回収シリンダの気体で満たされたチャンバが、エネルギー回収シリンダの気体で満たされた底面およびエネルギー回収シリンダの空洞のピストンロッドによって形成されている装置を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】DE 10 2008 034 582 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、気体で満たされたチャンバを持つエネルギー回収シリンダを備えた装置の機能をさらに改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は請求項１に記載の装置によって達成される。本発明は、少なくとも１つの作動駆動部を介して動かすことができる要素を持つ装置を開示し、特に走行装置を開示し、中でも掘削機や資材を扱う機械を開示する。可動要素の動きからエネルギーを回収するために、少なくとも１つのエネルギー回収シリンダが設けられ、このエネルギー回収シリンダは、気体で満たされたチャンバを含む。本発明によればエネルギー回収シリンダの温度を調節する装置が提供される。これは、エネルギー回収シリンダ、またはその中にある気体の温度が装置の動作を決定するという知見を考慮する。本発明によれば、エネルギー回収シリンダの温度が調節され得る。このようにして、望ましくない温度状況が避けられたり、改善されたりする。
【０００８】
エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置は、エネルギー回収シリンダの加熱を行う。特に例えば寒冷な雰囲気温度においては、加熱によりエネルギー回収シリンダは一定の動作温度まで上げることができる。エネルギー回収シリンダを加熱することは、さまざまな手法で行われ得る。
【０００９】
特に、加熱要素は、エネルギー回収シリンダを加熱するよう構成される。加熱要素は、エネルギー回収シリンダに配置され、特にシリンダジャケットに配置され得る。有利なことに、加熱要素は電気的に動作する加熱要素である。
【００１０】
さらに加熱は、熱交換器を介して行われ得る。特にこれは有利なことに、後で詳述されるような熱交換器である。有利なことに、熱交換器は熱回路に接続される。特に熱回路中の流体を加熱する加熱要素は、熱回路中に提供され、特に電気的加熱要素である。
【００１１】
加熱は、摩擦要素を介して行われてもよい。特に本発明による摩擦要素は、エネルギー回収シリンダの動きのあいだ、摩擦を増す。特に摩擦要素は、シリンダロッドがシリンダジャケットに対して動かされたときに、摩擦要素とエネルギー回収シリンダのシリンダロッドとの間に摩擦熱を発生する。有利なことに、摩擦要素は、アクチュエータが設けられ、よって駆動され得る。特に、摩擦要素の接触圧力は、アクチュエータを介して制御され得る。
【００１２】
さらに、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置は、エネルギー回収シリンダの冷却を行う。特に、動作中におけるエネルギー回収シリンダの制御されない加熱は、冷却によって打ち消される。
【００１３】
有利なことに、冷却は熱交換器を介して行われる。有利なことに、この熱交換器は、上述のように構成される。
【００１４】
有利なことに、本発明のエネルギー回収シリンダの温度の調節は、温度調節の装置をコントローラによって選択的に駆動することによって行われる。特に好ましくは、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置は、装置の動作パラメータのうちの少なくとも１つに基づいて駆動される。
【００１５】
さらに有利なことに、本発明によれば温度センサが設けられ、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置の駆動は、温度センサの信号に基づいて行われる。特に、そのような温度センサは、有利なことに、エネルギー回収シリンダの温度を制御できる。
【００１６】
本発明の優位性のある局面において、温度センサは、エネルギー回収シリンダの温度、及び／又は気体で満たされたチャンバ内の気体の温度、及び／又は冷却流体の温度を測定する。これにより、エネルギー回収シリンダの温度またはエネルギー回収シリンダの気体で満たされたチャンバ内の気体の温度の制御または調整ができる。代替として、またはこれに加えて、温度センサは、外気温を測定できる。これにより、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置を効果的に駆動できる。
【００１７】
装置はコントローラを含んでもよく、このコントローラが、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置を駆動することによって、エネルギー回収シリンダが第１閾値温度未満のときは加熱される。代替として、またはこれに加えて、このコントローラは、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置を駆動することによって、エネルギー回収シリンダが第２閾値温度を超えるときは冷却される。
【００１８】
さらに、代替として、またはこれに加えて、エネルギー回収シリンダは、冷却及び／又は加熱を所定の温度ウィンドウの中では行わない。所定の温度ウィンドウの中においては温度を調節する装置をオフにすることによって、温度調節のためのエネルギー消費が可能な限り抑えられる。
【００１９】
本発明によれば、エネルギー回収シリンダは、冷却流体が流れる冷却回路に接続された熱交換器を備えてもよい。その構成に依存して、冷却回路は、エネルギー回収シリンダを冷却及び／又は加熱するために用いられ得る。
【００２０】
有利なことに、冷却回路は、冷却流体を冷却する冷却ユニットを含む。代替として、またはこれに加えて、冷却回路は、冷却流体を加熱する加熱ユニットを含む。さらに、冷却回路は、冷却流体を循環させるためのポンプを含むよう構成され得る。本発明によればこのポンプを駆動することによって、冷却ユニット及び／又は加熱ユニットは、エネルギー回収シリンダの冷却及び／又は加熱を行うことができる。
【００２１】
エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置の駆動は、必ずしもエネルギー回収シリンダの温度調節のためだけに機能する必要はなく、装置の他の要素の温度を調節してもよい。
【００２２】
有利なことに、エネルギー回収シリンダの冷却回路は、装置の他の要素の冷却回路に接続される。特に、そのような冷却回路は、内燃エンジンの冷却回路及び／又は装置の油圧システムの冷却回路である。内燃エンジン及び／又は油圧システムは、ふつうは既に冷却回路を含む。これは通常、冷却流体に基づいて動作している。
【００２３】
エネルギー回収シリンダを、装置の他の要素の冷却回路に接続することによって、非常に安価でかつ簡単に２つの問題が解決され得る。要素の冷却回路は常に一定の温度である。その結果、エネルギー回収シリンダは、動作の開始において一定の動作温度へ加熱され得る。
【００２４】
２つ目の点は、冷却回路によるエネルギー回収シリンダの冷却である。温度が過度に上昇し、よってバーストヒューズとして設計されている既存の圧力リリーフ弁が動作するのを防ぐことができる。しかし代替として、別個の冷却構成が選ばれることによってエネルギー回収シリンダを冷却してもよく、装置の他の要素の冷却回路は加熱のためだけに用いられ得る。
【００２５】
特に、シリンダにおいては常に同じ動作圧力が存在し、シリンダ内の動作圧力は特定されたウィンドウの中でだけ変動することが確保される。その結果、外気温または動作のモードとは独立して、常に一定または類似の力／ストローク曲線がエネルギー回収シリンダ内で確保される。
【００２６】
両方の問題は、エネルギー回収シリンダの熱交換器を装置の既存の要素の冷却回路に接続することによってだけではなく、エネルギー回収シリンダの温度を独立して駆動することによって、及び／又はそのような冷却回路を一時的に接続することによってももちろん解決できる。
【００２７】
特に、エネルギー回収シリンダの熱交換器が、動作パラメータに基づいて、特に温度信号に基づいて、装置の既存の要素の冷却回路と接続されたり、それから分離されたりする回路構成が提供され得る。特にこの回路構成は、上述のように、閾値温度を採用してもよい。
【００２８】
本発明による装置以外に、本発明は、そのような装置を動作させる方法をさらに提供する。特に、それによりエネルギー回収シリンダの温度が上昇及び／又は下降する。本発明による方法の実施形態に依存し、エネルギー回収シリンダの温度の上昇だけ、または下降だけが実現され得る。有利なことに、エネルギー回収シリンダの温度の上昇及び／又は下降は、少なくとも１つの動作パラメータに依存して行われる。
【００２９】
有利なことに、本方法は、前記装置について既に上述したように実施される。
【００３０】
本装置および本方法以外に、本発明は、対応するエネルギー回収シリンダもさらに提供する。有利なことに、このエネルギー回収シリンダは、温度を調節する装置を含むか、またはそのような装置に接続される。
【００３１】
さらに本発明は、エネルギー回収シリンダの温度を調節する対応する装置も提供する。
【００３２】
さらに本発明は、エネルギー回収シリンダおよびエネルギー回収シリンダの温度を調節する装置のセットを提供する。
【００３３】
上述された装置または温度を調節する装置を持つエネルギー回収シリンダと独立して、本発明は、少なくとも１つの作動駆動部を介して動かすことができる要素を持つ装置を備え、特に走行装置を備え、中でも掘削機や資材を扱う機械を備える。可動要素の動きからエネルギーを回収するために、少なくとも１つのエネルギー回収シリンダが設けられ、このエネルギー回収シリンダは、気体で満たされたチャンバを含む。本発明によれば、エネルギー回収シリンダは、熱交換器を含む。
【００３４】
特に、気体で満たされたチャンバ内の気体が動作に起因して加熱し得ることが見いだされた。その結果、望ましくないくらい高い温度になり得る。よって本発明の好ましい実施形態においては、本発明によるエネルギー回収シリンダは、熱交換器が設けられ、これによってエネルギー回収シリンダ及び／又は気体で満たされたチャンバ内の気体が冷却され得て、または実際に冷却される。
【００３５】
さらに、気体の温度が低すぎても（例えば外気温が低いとき）、望ましくない特性曲線またはエネルギー回収シリンダの低すぎるシリンダ力が得られることがある。よって本発明のさらなる実施形態においては、本発明によるエネルギー回収シリンダは、熱交換器が設けられ、これによってエネルギー回収シリンダ及び／又は気体で満たされたチャンバ内の気体が加熱され得る。
【００３６】
このようにして、装置の動作のためには望ましくない温度状況は、解消されるか、または少なくとも改善され得る。
【００３７】
有利なことに、熱交換器は、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケットを囲むように構成される。これにより、熱交換のために広い表面積が得られる。加えて、エネルギー回収シリンダの内部構造は影響されない。
【００３８】
有利なことに、本発明はエネルギー回収シリンダにおいて用いられ、エネルギー回収シリンダ底面は気体で満たされている。よって気体で満たされたチャンバ内の気体は、シリンダジャケットと直接に接触するので、シリンダジャケットにおける熱交換器の構成が特に有利である。
【００３９】
有利なことに、熱交換器は、シリンダジャケットの外側表面の５０％を超える範囲を囲む。さらに有利なことに、熱交換器は、シリンダジャケットの外側表面の７０％を超える範囲を囲み、さらに有利なことに、熱交換器は、シリンダジャケットの外側表面の９０％を超える範囲を囲む。これにより特に良好な熱交換が確保できる。
【００４０】
熱交換器の熱交換要素は、熱交換器のシリンダジャケット上に直接に配置され得る。しかし代替の実施形態においては、熱交換器は、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケットの外側表面に熱伝導するかたちで配置されたシリンダチューブを備える。これにより、エネルギー回収シリンダ上に密着される、自給自足ユニットとしての熱交換器の製造が簡単になる。
【００４１】
その設計に依存して、本発明による熱交換器は、エネルギー回収シリンダの能動的冷却または加熱だけでなく、受動的冷却または加熱のためにも用いられ得る。
【００４２】
本発明による装置の第１実施形態においては、熱交換器は、外部の空気によって吹かれ得る冷却リブを含む。これによって外気によるエネルギー回収シリンダの効率的な冷却が確保される。特に冷却リブは、エネルギー回収シリンダの表面積を増す。
【００４３】
有利なことに、冷却リブは、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケットから、または熱交換器のシリンダチューブから外へ延びる。冷却リブは、例えば、半径方向に、長手方向に、または螺旋状に延びてもよい。
【００４４】
しかし本発明のさらなる実施形態においては、熱交換器は、冷却流体が流れるフロースペースを含んでもよい。特に、フロースペースは入口および出口を含み、これらによって熱交換器は冷却回路および加熱回路とそれぞれ接続される。この目的のために、特にフロースペースは、冷却流体を導くホースが接続され得る接続要素を含む。
【００４５】
熱交換器は、フロースペースの外側壁を形成する外側チューブを含むよう構成されてもよい。特に、フロースペースは、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケットの外側表面と外側チューブとの間に構成され得る。熱交換器がシリンダチューブを備え、このシリンダチューブはシリンダジャケットの外側表面上に熱伝導するかたちで構成される、代替の実施形態においては、フロースペースは、このシリンダチューブと外側チューブとの間に設けられてもよい。
【００４６】
さらに、本発明によれば、フロースペースは、シリンダジャケットを螺旋状に囲むよう構成されてもよい。このようにして、冷却流体がフロースペースを通って特に均一に流れることが確保される。螺旋状のフロースペースは、それぞれシリンダジャケットおよびシリンダチューブの周りで螺旋状に導かれる円筒形導管によって提供され得る。代替として、螺旋状接続構成は、外側チューブとシリンダジャケットまたはシリンダチューブとの間に提供されてもよく、これによりフロースペースが螺旋状に分割される。螺旋状接続構成は、シリンダジャケット上、またはシリンダチューブ上に配置されてもよい。特に、接続構成は、シリンダジャケットまたはシリンダチューブの材料中に組み込まれてもよい。代替として、または加えて、螺旋状の接続構成は、外側チューブ上に配置されてもよく、特に外側チューブの材料中に組み込まれてもよい。
【００４７】
本発明による熱交換器は、エネルギー回収シリンダまたはその内部にある気体を冷却する働きをし得る。有利なことに、よって熱交換器は、装置の冷却回路に接続される。
【００４８】
さらに、熱交換器は、エネルギー回収シリンダを加熱する働きをし得る。有利なことに、よって熱交換器は、装置の加熱回路に接続される。
【００４９】
特に熱交換器は、装置の組み合わされた冷却および加熱回路に接続され得る。
【００５０】
前記装置以外に、本発明は、上述されたように装置のためのエネルギー回収シリンダをさらに提供する。本発明によるエネルギー回収シリンダは、特に熱交換器を備える。有利なことに、エネルギー回収シリンダは、上述されたように構成される。
【００５１】
本発明の特に好ましい利用法は、ここでもう一度簡単に記載される。
【００５２】
特に本発明による装置は走行装置であり、とりわけ掘削機や資材を扱う機械である。
【００５３】
前記装置は、少なくとも１つの作動駆動部を介して動かすことができる要素を含む。少なくとも１つのエネルギー回収シリンダは、可動要素の動きからエネルギーを回収するために設けられる。作動駆動部としては、特に作動油圧シリンダが用いられ得る。
【００５４】
気体で満たされたチャンバを持つエネルギー回収シリンダは、それ自体が、可動要素の動きからエネルギーを回収するエネルギー累積器として働く。エネルギー回収シリンダの底面によって形成された空間は、有利なことに、圧力が加わった気体で満たされていて、この気体はピストンロッドが底に対して動くあいだ、圧縮される。そのときに貯蔵されたエネルギーは、特に作動油圧シリンダである作動駆動部を支持するピストンロッドが上向きに動くあいだ、再び利用可能となる。さらに有利なことには、エネルギー回収シリンダのピストンロッドは、空洞であり、かつ底面に向かって開放しており、それにより、ピストンロッドの内部は、気体で満たされたチャンバの一部を成す。
【００５５】
本発明の装置の可動要素は、有利なことに、回転の垂直軸の周りに回転可能に装置に取り付けられ、前記１つ以上の作動駆動部を介して垂直なスイベル平面内で回転可能である。特に可動要素は、掘削機のアームまたは資材を扱う機械のブームである。さらに有利なことに、走行装置は、走行手段を持つ下部台車（undercarriage）、および垂直な回転軸の周りに回転可能に下部台車の上に配置された上部台車（uppercarriage）を含み、上部台車には可動要素が関節式に結合されている。
【００５６】
可動要素上には、作業ツール（working tool）、例えばショベルまたはグラブ（grab）が設けられ得る。可動要素を低くするとき、可動要素および作業ツールの位置エネルギーは、エネルギー回収シリンダを介して貯蔵される。
【発明の効果】
【００５７】
可動要素を低くするときには、可動要素が上向きに動くあいだ、機器重量を少なくとも部分的に補償するために、可動要素および作業ツールの位置エネルギーはエネルギー回収シリンダを介して貯蔵される。その結果、可動要素を上向きに動かすために、作動駆動部を介して消費されるエネルギーは少なくなる。その結果、装置のエネルギーバランスが改善されるが、これはエンジン出力がより小さくても済み、燃料消費が削減されるからである。
【００５８】
１つ以上の作動油圧シリンダのように、本発明によるエネルギー回収シリンダは、有利なことに、装置の上部台車と可動要素との間に配置される。よって可動要素の動きのあいだ、エネルギー回収シリンダは、作動油圧シリンダと同時に動く。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】２つの作動油圧シリンダおよび１つのエネルギー回収シリンダを持つ、本発明による装置の例示的実施形態を示す図である。
【図２】（ａ）は、本発明によるエネルギー回収シリンダの第１変形例の概略図であり、（ｂ）は、本発明によるエネルギー回収シリンダの第２変形例の概略図である。
【図３】冷却流体がその中を通ることができるフロースペースを含む熱交換器を持つ、本発明によるエネルギー回収シリンダの例示的実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）は、熱交換器がエネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に直接に配置された、図３に示される熱交換器の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、熱交換器がエネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に直接に配置された、図３に示される熱交換器の変形例を示す断面図であり、（ｃ）は、熱交換器がエネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に直接に配置された、図３に示される熱交換器の変形例を示す断面図であり、（ｄ）は、熱交換器がエネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に直接に配置された、図３に示される熱交換器の変形例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、熱交換器が、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に配置されたシリンダチューブを備える、図３に示される熱交換器を持つエネルギー回収シリンダの変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、熱交換器が、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に配置されたシリンダチューブを備える、図３に示される熱交換器を持つエネルギー回収シリンダの変形例を示す断面図であり、（ｃ）は、熱交換器が、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に配置されたシリンダチューブを備える、図３に示される熱交換器を持つエネルギー回収シリンダの変形例を示す断面図であり、（ｄ）は、熱交換器が、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケット上に配置されたシリンダチューブを備える、図３に示される熱交換器を持つエネルギー回収シリンダの変形例を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、冷却リブを持つエネルギー回収シリンダの例示的実施形態の変形例を示す図であり、（ｂ）は、冷却リブを持つエネルギー回収シリンダの例示的実施形態の変形例を示す図であり、（ｃ）は、冷却リブを持つエネルギー回収シリンダの例示的実施形態の変形例を示す図である。
【図７】エネルギー回収シリンダの温度を調節する本発明による装置の例示的実施形態を示す図である。
【図８】（ａ）は、加熱構成が示されるエネルギー回収シリンダの温度を調節する例示的実施形態の変形例を示す図であり、（ｂ）は、加熱構成が示されるエネルギー回収シリンダの温度を調節する例示的実施形態の変形例を示す図であり、（ｃ）は、加熱構成が示されるエネルギー回収シリンダの温度を調節する例示的実施形態の変形例を示す図である。
【図９】２つの変形例におけるエネルギー回収シリンダの温度を調節する本発明による装置のさらなる例示的実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
ここで例示的実施形態および図面を参照し本発明を説明する。
【００６１】
図１および図２を参照して、本発明が利用され得る、エネルギー回収シリンダを持つ装置の例示的実施形態がまずおおまかに示される。
【００６２】
この装置は、水平に延びるスイベル軸５を介して、装置の溶接された構成部４に連結されている可動要素２を備える。本装置は、可動要素２が掘削機アームの周りに取り付けられている油圧掘削機である。この掘削機アームは掘削機の上部台車（uppercarriage）に連結されている。上部台車自身も、シャシを持つ下部台車に垂直な回転軸の周りに旋回可能に取り付けられている。
【００６３】
可動要素２を動かすために、２つの作動油圧シリンダ（working hydraulic cylinders）１が設けられる。これら２つの作動油圧シリンダ１は、対応する連結点を介してそれぞれ可動要素２に連結され、かつ上部台車の溶接された構成部４に連結される。さらに、本発明の例示的実施形態によるエネルギー回収シリンダ３は、作動油圧シリンダ１のように、可動要素２と装置の上部台車４との間に設けられることで、可動要素の動きからエネルギー回収を行う。エネルギー回収シリンダ３は、２つの作動油圧シリンダ１の間に設けられる。
【００６４】
可動要素２は、この場合は掘削機ブームであり、この可動要素２には、例えば掘削ショベルのような作業機材（work equipment）が通常は設けられる。可動要素２を低くするときには、本発明の機構がなければ可動要素および作業機材の重量に起因して作動油圧シリンダにかかるはずの静止力（static forces）を、可動要素が上向きに動くあいだ、少なくとも部分的に補償し、それにより作動油圧シリンダ１によってより少ないエネルギーしか供給しなくても済むようにするために、可動要素２および作業機材の位置エネルギーが回収されて貯蔵されるべきである。この目的のために、本発明による油圧シリンダは、有利なことに気体で満たされたチャンバを含む。可動要素を低くすると、エネルギー回収シリンダの気体で満たされたチャンバ内の気体は圧縮されるが、可動要素を上げるときには気体が膨張し、それによって作動油圧シリンダ１を支持する。この目的のために、本発明によるエネルギー回収シリンダは、有利なことに、その底面が気体で満たされ、さらに有利なことに、底面に向かって開いている中空のピストンロッドを含む。
【００６５】
図２（ａ）および２（ｂ）は、エネルギー回収シリンダ３の２つの変形例の概略図である。両方の例示的実施形態は、ピストンロッド１１が軸方向に動けるように装着されたシリンダ１０を含む。ピストンロッド１１は中空シリンダの形状を有することによって、ピストンロッド１１の内部には空洞１３が設けられ、この空洞はシリンダの底面１２に向かって開いている。エネルギー回収シリンダ３の底面１２およびピストンロッド１１の内部にある空洞１３は、圧力がかけられた気体で満たされた一体となった（coherent）チャンバを形成する。シリンダ１０内のピストンロッド１１が動くあいだ、底面１２の大きさが変えられるので、ピストンロッド１１が完全に引き込まれた状態では、気体で満たされた容積は、空洞ピストンロッドの内部にある空洞１３に実質的に対応し、ピストンロッドが完全に伸びた状態では、気体で満たされた容積は、この空洞１３の容積とシリンダ１０の容積との和に対応する。
【００６６】
エネルギー回収シリンダは、底面ベアリングポイント１５およびピストンロッド側ベアリングポイント１６を含み、これらにより器具（implement）および可動要素に結合される。エネルギー回収シリンダは、可動要素および作業機材の重量によってエネルギー回収シリンダの底部に対してピストンロッド１１が下向きに動かされ、その結果、気体の体積が圧縮されるよう、可動要素および器具の間に結合される。作業機材を下げるときには圧力が単調に増加するように、中空のピストンロッド１１を持つ本発明によるエネルギー回収シリンダの設計により、十分な気体体積が引き込まれたシリンダに存在する。一方、可動要素が上向きに動かされるあいだは、重量の一部はエネルギー回収シリンダの内部にある気体体積にかかるので、作動油圧シリンダは、静止負荷の全てを支える必要はない。
【００６７】
エネルギー回収シリンダは、チャンバに気体を満たす充填バルブ１７および気体圧力を制限する圧力制限バルブ１８を含む。図２（ａ）の第１の例示的実施形態では、充填バルブ１７および圧力制限バルブ１８は、底面に配置されている。しかし図２（ｂ）に示される第２の例示的実施形態では、充填バルブ１７および圧力制限バルブ１８は、ピストンロッドの側部上に配置されている。
【００６８】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるエネルギー回収シリンダは２つの側面を有する油圧シリンダであるので、環状スペース１４が設けられ、これは器具の油圧システムにポート１２を介して接続可能である。底面も、器具の油圧システムに接続可能であるポートを含んでもよい。
【００６９】
図２（ｂ）に示されるように、エネルギー回収シリンダへ作動油を供給したり、シリンダから作動油を排出したりすることによって、エネルギー回収シリンダ内の気体体積は変えることができる。よって図２（ｂ）の第２の例示的実施形態では、作動油を供給するポート２０が設けられ、これによりエネルギー回収シリンダの底部スペースは器具の油圧システムに接続可能である。
【００７０】
本発明の発明者は、エネルギー回収シリンダの動作において、気体の圧縮によって熱が発生し、この熱によって制御されない状態でエネルギー回収シリンダが加熱されることを見いだした。加えて、エネルギー回収シリンダの特性曲線は、気体で満たされたチャンバ内の気体の温度に依存して変化する。
【００７１】
よって第１の局面で本発明は、熱交換器を持つエネルギー回収シリンダを提供する。有利なことに、これは少なくともエネルギー回収シリンダを冷却することも行う。冷却は、能動的または受動的に行われ得る。しかし加えて有利なことに、この熱交換器は、エネルギー回収シリンダを加熱する働きもする。
【００７２】
このようなエネルギー回収シリンダの第１の例示的実施形態は、図３に示される。エネルギー回収シリンダは、冷却回路に接続可能であり、その中を冷却流体が流れるフロースペースを持つ熱交換器３０を含む。この目的のために、熱交換器３０は、ポート３１および３２を含み、これらを介して、具体的にはホースラインを介して冷却回路に接続可能である。
【００７３】
熱交換器３０は、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケット１０上に配置され、この例示的実施形態では、実質的にシリンダジャケットの全長にわたって延びることによって、エネルギー回収シリンダ内部の気体と冷却流体との間での熱交換をできるだけ良好にする。
【００７４】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、そのような熱交換器の４つの変形例を示し、ここでは熱交換器は、シリンダジャケット１０上に直接に配置されている。図４（ａ）〜図４（ｃ）において、エネルギー回収シリンダのシリンダジャケット１０は、熱交換器のフロースペースの境界壁を構成する。シリンダジャケット１０上に押さえ付けられ、エネルギー回収シリンダのフロースペースの外側壁を形成する外側チューブ３５が設けられている。
【００７５】
図４（ａ）に示される例示的実施形態において、単純な円筒スリーブ３５が外側チューブとして設けられ、この外側チューブはシリンダジャケット１０上に直接に配置されることによって、フロースペースがシリンダジャケット１０と外側チューブ３５との間の中空の円筒スペースを形成する。
【００７６】
一方、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示される例示的実施形態において、フロースペース４１は、エネルギー回収シリンダの周りを螺旋状に延びる。このようにして、フロースペースで熱がより均一に分散されるようになる。この目的のために、螺旋状へリックスがフロースペースに設けられ、これがフロースペースを螺旋延長部に分割する。
【００７７】
図４（ｂ）では、螺旋フロースペース４１を形成する螺旋へリックス３６を含むシリンダジャケット１０によって螺旋フロースペース４１が形成される。図４（ｃ）に示される例示的実施形態では、これは螺旋へリックス３７を含む外側チューブ３５上で実現される。
【００７８】
したがってフロースペース４１は、シリンダジャケット１０または外側チューブ３５の螺旋へリックスまたは対応する螺旋凹部によって設けられ、それぞれへリックス３６および３７の間に構成される。これら凹部は、それぞれシリンダジャケット１０および外側チューブ３５の材料に作り込まれる。代替として、螺旋へリックスは、シリンダジャケット１０と外側チューブ３５との間の分離要素として構成されてもよい。
【００７９】
一方、図４（ｄ）において、熱交換器は、エネルギー回収シリンダの周りに螺旋状に巻かれたチューブ要素３８を含み、これによりフロースペースを提供する。
【００８０】
図４（ａ）〜図４（ｄ）に示される例示的実施形態では、外側チューブ３５およびチューブ要素３８は、それぞれシリンダジャケット１０上に直接に配置される。一方、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示される例示的実施形態では、シリンダチューブ４５が設けられ、このチューブは、熱伝導するかたちでシリンダジャケット１０上に直接に配置される。図５（ａ）〜図５（ｄ）では、このシリンダチューブ４５は、図４（ａ）〜図４（ｄ）の例示的実施形態におけるシリンダジャケット１０と同じ機能を果たす。シリンダチューブによって、熱交換器は、エネルギー回収シリンダ全体に密着される別個の機能ユニットを形成する。これ以外の点では、図５（ａ）〜図５（ｄ）の熱交換器の設計は、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示される設計に対応する。
【００８１】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、空気冷却の原理に基づく熱交換器の３つの変形例を示す。この目的のために、熱交換器は、冷却リブ５０，５１，５２を含み、これらは、外部の空気によって吹かれるので、エネルギー回収シリンダから熱を取り除く。冷却リブは、シリンダジャケット１０上に配置される。しかしここでも、上で既に述べたように、冷却リブが配置されたシリンダジャケット１０上にシリンダチューブがさらに配置されてもよい。
【００８２】
設計によっては、冷却リブは別の形状を有してもよい。そのときの目的は、冷却リブの表面積が大きくなるようにし、冷却リブを空気がよく通るようにすることである。
【００８３】
図６（ａ）に示される例示的実施形態では、半径方向の冷却リブ５０が設けられ、これらリブは、エネルギー回収シリンダの長手方向の軸に沿った断面図からわかるように、エネルギー回収シリンダの長手方向の軸に垂直な面内においてエネルギー回収シリンダの周りで延びる。
【００８４】
一方、図６（ｂ）に示される例示的実施形態では、冷却リブ５１が設けられ、これらはエネルギー回収シリンダの長手方向に沿って延びる。これは、右側に示されるエネルギー回収シリンダの長手方向の軸に垂直な断面図から特に明らかになろう。
【００８５】
また、図６（ｃ）に示される例示的実施形態では、螺旋冷却リブが示されているが、これらはエネルギー回収シリンダの周りを螺旋状に延びる。
【００８６】
本発明のさらなる局面においては、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置が提供される。エネルギー回収シリンダの温度を調節するこの装置は、エネルギー回収シリンダを冷却する働きをする。代替として、または加えて、この装置はエネルギー回収シリンダを加熱する働きをしてもよい。
【００８７】
有利なことに、この装置は、エネルギー回収シリンダの動作温度、またはシリンダ内の気体の温度を調節する働きをする。有利なことに、温度の調節は、装置の少なくとも１つの動作パラメータに基づいて行われ得る。このパラメータは、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置を駆動するコントローラに入力量として入力される。
【００８８】
さらに有利なことに、温度センサが提供され、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置は、温度センサの信号に基づいて駆動が行われる。
【００８９】
有利なことに、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置は、上述のようにフロースペースを持つ熱交換器を備える。特に装置がエネルギー回収シリンダを冷却するのに用いられるときには、そのような熱交換器は、エネルギー回収シリンダを冷却回路に接続する。
【００９０】
図７は、エネルギー回収シリンダ３の温度を調節する装置の、そのような例示的実施形態を示す。エネルギー回収シリンダ３は、フロースペースを持つ熱交換器３０を含み、これは入力３１および出力３２を介して冷却回路６５に接続されている。冷却流体は、ポンプ６６によって冷却回路６５を通るように送り出される。冷却ユニット６０は冷却回路６５内に設けられ、冷却ユニットによって冷却流体は冷却される。冷却ユニット６０は、熱交換器６１およびファン６２をさらに備え、これらによって熱交換器６１が冷却される。
【００９１】
よってこの例示的実施形態においては、冷却流体は、循環ポンプ６６によって外部熱交換器６１を通って流れる。この熱交換器６１においては、流体は、順次接続されたファンによって冷却され、再び冷却回路に注入される。このようにしてエネルギー回収シリンダ３の動作のあいだに発生する過剰な熱は、放熱され得る。有利なことに、冷却回路及びその要素の駆動は、コントローラによってなされる。有利なことに、この駆動は、動作パラメータに基づいて行われ、特に温度センサの信号に基づいて行われる。
【００９２】
図７に示される例示的実施形態では、エネルギー回収シリンダの能動的な加熱は可能ではない。しかしエネルギー回収シリンダは、気体の圧縮に起因して、いずれにしても動作のあいだに加熱する。
【００９３】
しかし図８（ａ）〜図８（ｃ）では、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置の３つの変形例が示され、これらはエネルギー回収シリンダの能動的な加熱を行う。例示的実施形態では、エネルギー回収シリンダを加熱するこれら装置は、エネルギー回収シリンダを冷却する装置と組み合わせて示されている。しかしエネルギー回収シリンダを加熱する装置は、冷却のための装置なしで単独で提供されてもよい。エネルギー回収シリンダを加熱する装置は、寒冷地のとき、または装置が電気的に駆動されるときには特に利用され得る。
【００９４】
図８（ａ）では、エネルギー回収シリンダの加熱は、冷却流体を加熱する加熱要素７０が図７に示される冷却回路に組み込まれていることで行われる。よってこの冷却回路は、エネルギー回収シリンダのための加熱回路として働く。したがって、エネルギー回収シリンダの加熱は、静止加熱（stationary heating）の原理によって動作する。この場合、冷却回路内の冷却流体は、加熱要素７０中の電気加熱コイルによって加熱され、循環ポンプ６６によって熱交換器３０を通るように流される。この概念も、冷却要素６０を省略することで能動的な冷却なしでも実現できる。
【００９５】
しかし図８（ｂ）に示される例示的実施形態では、エネルギー回収シリンダ３上に直接に配置された加熱要素が設けられる。特に、エネルギー回収シリンダの周りに配置された電気的加熱ブランケットが提供され得る。
【００９６】
しかし図８（ｃ）に示される例示的実施形態では、エネルギー回収シリンダの加熱は、摩擦要素７２によって行われる。アクチュエータ７５の制御の下で、加熱がシリンダロッド１１に対して行われ、よってエネルギー回収シリンダを加熱する摩擦を選択的に発生できる。図８（ｂ）および図８（ｃ）に示される加熱装置は、冷却装置と組み合わせても、または単独でも用いることができる。
【００９７】
エネルギー回収シリンダは、別個の冷却回路に結合される必要はない。むしろ特に好ましい実施形態では、エネルギー回収シリンダは、装置の別の構成要素の冷却回路に接続され、具体的には装置の内燃機関や油圧システムの冷却回路に接続される。
【００９８】
熱交換器には、装置の冷却回路からの冷却流体が常に流れ、つまり熱交換器は、回路構成の制御の下、上記冷却回路に接続される。装置の冷却回路からの冷却流体は常に一定の温度を有する。このようにして、２つの問題が同時に解消される。すなわち、動作サイクルの最初においては、冷却回路は、エネルギー回収シリンダを一定動作温度に保つことができる。このようにして、シリンダ内の動作圧力が常に同じであることが確保される。その結果、外部温度に関係なく、常に一定の力／ストローク曲線（force/stroke curve）がガスシリンダで確保される。第２の点は、エネルギー回収シリンダの冷却である。このようにして、エネルギー回収シリンダの温度が過度に上昇し、バーストヒューズ（burst fuse）が切れることが防止される。
【００９９】
エネルギー回収シリンダの温度は、好ましくはコントローラを介して変化させられ、さらに有利なことには、温度センサの信号によって制御される。ここで図９は、そのようなシステムの例示的実施形態を示す。温度センサ９５は、エネルギー回収シリンダに設けられ、気体で満たされたチャンバ内のガスの温度を測定する。代替として、温度センサは、エネルギー回収シリンダの温度、または冷却流体の温度を測定してもよい。
【０１００】
温度センサ９５の温度に依存して、エネルギー回収シリンダの温度を調節する装置は、コントローラによって駆動される。具体的には、温度に依存して、エネルギー回収シリンダを加熱する装置、及び／又はエネルギー回収シリンダを冷却する装置がオンにされたり、オフにされたりする。
【０１０１】
有利な変形例では、最小および最大動作温度の間である規定のガス温度のウィンドウの中でガスシリンダが動作するように、温度を調節する装置が動かされる。これは、最低動作温度未満の温度では、エンジン回路８０または外部ソースによって気体が最低動作温度まで引き上げられることを意味する。最低動作温度に達すると、加熱回路はオフにされ、今度はガスシリンダは自給自足で動作する。最大動作温度を超えると、冷却回路が駆動される。この場合は、例えば冷却流体が、冷却器のない回路においてだけ熱交換器を通して流される。代替として、冷却流体が冷却される追加のファン冷却器が用いられてもよい。
【０１０２】
有利なことに、動作温度ウィンドウは、加熱および冷却制御回路がなるべく必要にならないように選ばれる。ここでの第一の目的は、温度を調節するためのエネルギーの支出をなるべく小さくすることである。例えばここでは、温度ウィンドウとして２５℃から４０℃までの動作範囲が選ばれ得る。
【０１０３】
図９に示される例示的実施形態では、切替弁８５は、冷却回路での駆動のために設けられており、この切替弁８５によって熱交換器３０は交互に加熱装置８０または冷却装置６０に接続され得る。例示的実施形態では、装置８０は、装置のさらなる構成要素である加熱回路であり、具体的には掘削機の加熱回路であり、ここではエネルギー回収シリンダを加熱する機能を果たす。代替としては、別個の熱源を用いてもよい。冷却のために、冷却要素６０を持つ別個の冷却回路および循環ポンプ６６が設けられ、ここで冷却回路は、好ましくは１キロワットを超える能力を有し、より好ましくは３キロワットを超える能力を有し、さらに好ましくは約５キロワットの能力をする。
【０１０４】
上述の駆動は、熱交換器が最小動作温度未満では熱源８０に接続され、最高動作温度より高いときは冷却回路に接続されるように行われる。最小動作温度および最高動作温度の間では、冷却回路が冷却要素６０に接続され得るが、このとき冷却要素６０は動作しない。
【０１０５】
代替として、図９において参照番号８０で示される回路構成が変形例として採用され得る。切替弁８０によってエネルギー回収シリンダの熱交換器は、加熱要素８０からも冷却要素６０からも分離される。
【０１０６】
加熱および冷却ユニットをそれぞれ対応するようにオンおよびオフすることによって、同様の駆動は図８に示される例示的実施形態においてももちろん可能である。
【０１０７】
異なる局面において、本発明は、どちらかと言えば一定である動作温度のエネルギー回収シリンダを動作させる。一方で本発明によればガスシリンダが規定以上に加熱することを防ぐことができる。さらに、装置が、エネルギー回収シリンダのどちらかというと一定の力／パス（force/path）の特性曲線で装置が動作するように、気体は必要なときには加熱され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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