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Die
Erfindung betrifft eine Hubwerksventilanordnung zur Ansteuerung
eines doppeltwirkenden Hubwerks oder eines Anbaugerätes eines
mobilen Arbeitsgerätes
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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In
modernen Traktoren der mittleren und oberen Leistungsklasse kommen
bei der Arbeitshydraulik zunehmend elektrisch ansteuerbare Wegeventile
für die
Steuerung von Arbeitsfunktionen angekoppelter Geräte zum Einsatz.
Die Steuerung dieser hydraulischen Funktionen erfolgt über einen
sehr kompakten Steuerblock, bei dem die Steuerung mit allen wesentlichen
Wege- und Regelventilen zu einer Einheit zusammengefasst sind. Ein
derartiger Steuerblock ist beispielsweise in dem Katalog 1 987 760 507
(elektronisch-hydraulische Hubwerksregelung für Traktoren) der Anmelderin
beschrieben.
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1, auf die bereits jetzt
Bezug genommen wird, zeigt den Grundaufbau der Arbeitshydraulik
eines Traktors 1 oder eines sonstigen mobilen Arbeitsgerätes. Der
Traktor 1 ist gemäß 1 mit einem Heckhubwerk 2 und
einem Fronthubwerk 4 ausgeführt, deren Hubzylinder 6, 8 über einen
Steuerblock 10 mit Druckmittel einer Hydropumpe 12 versorgbar sind.
Bei dem dargestellten Stand der Technik sind die beiden Hubwerke 2, 4 einfachwirkend
(ew) ausgeführt – es sind
jedoch auch Lösungen
bekannt, bei denen sowohl das Fronthubwerk 4 als auch das Heckhubwerk 2 doppelt
wirkend (dw) ausgeführt
werden. Der Steuerblock 10 enthält jedem der Verbraucher 6, 8 etc.
zugeordnete elektrohydraulisch betätigbare Wegeventile 14,
die über
ein elektrisches Steuergerät 16,
angesteuert werden. Die Sollwerte werden bspw. über ein Frontbedienteil 18 oder
ein Heckbedienteil 20, die im Inneren der Traktorkabine 22 angeordnet
sind oder über
einen rückseitig
am Traktor angeordneten Hecktaster 22 oder einen Fronttaster (nicht
dargestellt) eingestellt.
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Zur
Erfassung der auftretenden Kräfte,
Drücke,
Geschwindigkeiten und Hubwerkspositionen sind am Traktor 1 noch
eine Vielzahl von Sensoren, beispielsweise Drucksensoren 26,
Drehzahlsensoren 28, Lagesensoren 30, Kraftsensoren 32 oder
Geschwindigkeitssensoren 34 vorgesehen, deren Signale über das
Steuergerät 16 verarbeitbar
sind.
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Wie
bereits erwähnt,
ist bei den meisten bekannten Lösungen
das Heckhubwerk 2 einfachwirkend ausgeführt, wobei der Hubzylinder 6 durch Druckmittelzufuhr über die
Pumpe 12 ausgefahren wird und das Absenken durch das Eigengewicht
des Heckhubwerks 2 und des daran ggf. angebauten Gerätes wie
beispielsweise eines Pflugs 36 erfolgt.
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Beispielsweise
zum Säen
mit einer Drillmaschine wird das Heckhubwerk 2 in eine
Schwimmstellung gebracht, so dass das Anbaugerät aufgrund seines Eigengewichtes
auf dem Boden aufliegt und eventuelle Bodenunebenheiten überfährt.
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Mit
den herkömmlichen
einfachwirkenden Heckhubwerken lässt
sich der Auflagedruck jedoch nicht aktiv verändern, da diese Hubwerke nicht
im Arbeitsbereich "Drücken" betrieben werden
können. Hierzu
sind doppeltwirkende Heckhubwerke erforderlich, deren Grundaufbau
demjenigen der üblicher Weise
verwendeten doppeltwirkenden Fronthubwerke entspricht. Die doppeltwirkenden
Heckhubwerke 2 ermöglichen
es, den Hubzylinder 6 in Richtung "Drücken" anzusteuern, so
dass beispielsweise ein aktives Pflugeinziehen ermöglicht ist.
Dieser Betriebszustand kann zum Beispiel auch verwendet werden,
um den Traktor zum Wechsel der hinteren, großen Räder rückseitig anzuheben, so dass
er auf der pendelnden Vorderachse und auf dem vom Heckhubwerk betätigten Anbaugerät oder direkt
auf den Unterlenkern steht.
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Der
bisher eingesetzte Drucksensor beispielsweise im Fronthubwerk ist
auf der Tragen-Seite angeordnet, es erfolgt eine Entlastungsdruckregelung – der Auflagedruck
bleibt unbekannt oder wird zur Regelung nicht verwendet.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hubwerksventilanordnung
zu schaffen, die es ermöglicht,
mit minimalem Aufwand einen Auflagedruck einzustellen und zu begrenzen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Hubwerksventilanordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat die
Hubwerksventilanordnung ein stetig verstellbares Wegeventil, dem eine
oder mehrere Druckwaagen vor- oder nachgeschaltet sind. Zwei Arbeitsanschlüsse der
Hubwerksventilanordnung sind mit den in Heben- bzw. Senkenrichtung
wirksamen Druckräumen
des Hubwerks – oder
genauer gesagt des Hubzylinders des Hubwerks – verbunden. Erfindungsgemäß ist in
einer Arbeitsleitung ein – vorzugsweise
proportional – verstellbares
Druckbegrenzungsventil oder dergleichen vorgesehen, über das
der Druck in dieser Arbeitsleitung auf einen veränderbaren Maximalwert begrenzbar
ist. Erfindungsgemäß wird der
Druck in dieser Arbeitsleitung über
das Druckbegrenzungsventil in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen begrenzt,
so dass entsprechend der Auflagedruck variabel einstellbar ist.
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Unter
dem Begriff Hubwerk ist dabei allgemein eine Vorrichtung zu verstehen, über die
ein einem mobilen Arbeitsgerät
zugeordnetes Arbeitswerkzeug, Anbaugerät oder dergleichen gegenüber einer
Bezugsebene bewegbar oder gegen diese drückbar ist.
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Diese
sehr einfach aufgebaute Hubwerksventilanordnung ermöglicht es,
den Auflagedruck durch Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils auf äußerst einfache
und kostengünstige
Weise an unterschiedliche Betriebsbedingungen anzupassen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung lässt
sich der Maximaldruck über
das Druckbegrenzungsventil in einem Bereich zwischen 0 bis 250 bar
verstellen. Bei der Einstellung eines minimalen Auflagedrucks (beispielsweise
5 bis 8 bar) kommt die Funktion des mit der erfindungsgemäßen Hubwerksventilanordnung
ausgeführten
Hubwerks derjenigen eines einfachwirkenden Hubwerks gleich. Im Normalbetrieb
stellt der Fahrer das Druckbegrenzungsventil auf seinen Maximalwert
ein, so dass der Auflagedruck entsprechend einen maximalen Wert erreichen
kann.
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Die
Einstellung des Maximaldrucks erfolgt in Abhängigkeit von unterschiedlichen
Betriebszuständen – beispielsweise
beim Anheben der Hinterachse für
den Reifenwechsel, bei Betätigung
eines Schnelleinzugsschalters für
eine schnellste Senkenbewegung, bei Betätigung des Hecktasters, etc.,
wobei jeweils geeignete Maximaldrücke eingestellt werden. Im
Normalbetrieb stellt der Fahrer den Maximaldruck ein.
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Bei
der erfindungsgemäßen Hubwerksventilanordnung
erfolgt die Ansteuerung vorzugsweise über ein Steuergerät, über das
das stetig verstellbare Wegeventil nach Ansprechen des Druckbegrenzungsventils
in eine Neutralstellung (dw) oder in eine Schwimmstellung (ew) verstellbar
ist.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist zur Begrenzung des Drucks in der anderen Arbeitsleitung, d.h.
vorzugsweise in der mit dem in Richtung "Heben" wirksamen Druckraum verbundenen Arbeitsleitung
ein Sekundärdruckbegrenzungsventil
vorgesehen.
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In
den Arbeitsleitungen ist stromabwärts der beiden Ausgangsanschlüsse des
stetig verstellbaren Wegeventils jeweils ein Senkenmodul vorgesehen, das
in einer Grundposition als entsperrbares Rückschlagventil wirkt und bei
Beaufschlagung mit einem Steuerdruck als Ablaufdruckwaage wirkt.
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Die
erfindungsgemäße Hubwerksventilanordnung
ist vorzugsweise als LS-System ausgebildet, wobei die Druckwaage
als Individualdruckwaage dem eine veränderliche Messblende ausbildenden stetig
verstellbaren Wegeventil vorgeschaltet ist. Die Druckwaage ist in Öffnungsrichtung
vom höchsten Lastdruck
der angesteuerten Verbraucher beaufschlagt. Dieser höchste Lastdruck
wird auch an eine Pumpe gemeldet und diese so geregelt, dass in
der Pumpenleitung ein um eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb
des Lastdrucks liegender Pumpendruck anliegt.
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Die
Hubwerksventilanordnung kann mit einem von Hand betätigbaren
Notablass ausgeführt werden, über den
die den höheren
Druck führende Arbeitsleitung
mit dem Tank verbindbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird
vorzugsweise bei einem Heckhubwerk eines Traktors eingesetzt. Denkbar
ist aber auch ein Einsatz bei Anbaugeräten, beispielsweise Pflügen und
außerhalb
landtechnischer Anwendungen, beispielsweise zum Betätigen von
Schilden, wie sie beispielsweise bei Schneeräumern zum Einsatz kommen.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Grundschema der Arbeitshydraulik eines herkömmlichen Traktors;
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2 eine
Schemadarstellung unterschiedlicher Betriebszustände eines doppeltwirkenden Heckhubwerks,
das mit einer erfindungsgemäßen Hubwerksventilanordnung
ausgeführt
ist;
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3 einen
Hydraulikschaltplan des Heckhubwerks, mit dem die Betriebszustände gemäß 2 einstellbar
sind;
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4 eine
Detaildarstellung der Hubwerksventilanordnung aus 3;
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5 eine
Schnittdarstellung einer Hubwerksventilanordnung, die in der Schaltung
gemäß 3 verwendet
ist und
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6 ein
Diagramm zur Verdeutlichung der Steuerungsstruktur zur Ansteuerung
der Hubwerksventilanordnung aus 3.
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Es
sei angenommen, dass der in 1 dargestellte
Traktor 1 anstelle eines einfachwirkenden ein doppeltwir kendes
Heckhubwerk 2 aufweist, wobei die Druckmittelversorgung
der beiden Druckräume
des Hubzylinders 6 über
eine erfindungsgemäße Hubwerksventilanordnung
erfolgt, die mit den Wegeventilen zur Ansteuerung der anderen Verbraucher des
Traktors 1 zu einem Steuerblock 10 zusammengesetzt
ist.
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Ein
Heckhubwerk 2 gemäß 1 lässt sich – wie in 2 dargestellt – in unterschiedlichen
Betriebszuständen
einsetzen. Im Arbeitsbereich "Tragen" ist das Heckhubwerk
und entsprechend ggf. davon betätigte
Anbaugeräte 36 entweder
vom Boden abgehoben oder wird in Bodenkontakt mit einer vorbestimmten
Stützkraft
getragen. Dieser Arbeitsbereich tritt beispielsweise beim Pflügen oder
beim Grubbern auf.
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In 2 links
ist der Hubkraftverlauf über
der Hubhöhe
dargestellt – diese
Hubkraft muss vom Hubzylinder 6 des Heckhubwerks 2 aufgebracht
werden. Beispielsweise zum Säen
mit einer Drillmaschine wird eine lastfreie Zwischenstellung eingenommen, in
der das Heckhubwerk 2 nicht mit einer Kraft beaufschlagt
ist, so dass das Anbaugerät
aufgrund seines Eigengewichtes auf dem Boden aufliegt. Eine derartige
lastfreie Zwischenstellung wird üblicher
Weise – wie
im Folgenden beschrieben – durch
Verstellen des Wegeventils 14 in eine Schwimmstellung eingestellt.
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Wie
eingangs erwähnt,
kann zum Einstellen des Arbeitsbereiches "Drücken" das Heckhubwerk 2 so
angesteuert werden, dass eine in Richtung auf den Boden wirkende
Druckkraft aufgebracht wird. Eine derartige Einstellung ist beispielsweise
beim aktiven Pflugeinziehen oder bei einem Packer erforderlich.
Im Arbeitsbereich "Drücken" kann auch die Hinterachse
des Traktors 1 angehoben werden, so dass ein Reifenwechsel
möglich
ist.
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Durch
die im Folgenden näher
beschriebene Hubwerksventilanordnung 14 kann die im Arbeitsbereich "Drücken" wirksame Druckkraft
auf unterschiedliche werte begrenzt werden, wobei dieser Grenzwert
in Abhängigkeit
von im Folgenden noch näher
beschriebenen Betriebszuständen
variiert wird.
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In 3 ist
ein Schaltschema eines Heckhubwerks 2 dargestellt, das über eine
erfindungsgemäße Hubwerksventilanordnung 14 angesteuert wird.
Diese ist in einem in Scheibenbauweise ausgeführten Gehäuse aufgenommen und hat einen Druckanschluss
P, einen Tankanschluss T sowie zwei Arbeitsanschlüsse A, B.
Der Druckanschluss P ist über
eine Pumpenleitung mit einer Verstellpumpe 38 verbunden,
deren Förderdruck
in Abhängigkeit von
dem höchsten,
an den Verbrauchern des Traktors 1 anliegenden Lastdruck
eingestellt wird. Dieser Lastdruck wird an einem LS-Anschluss abgegriffen. Eine
derartige LS-Steuerung ist jedoch keine Voraussetzung für das erfindungsgemäße System.
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Der
Druckanschluss P ist über
einen Zulaufkanal 40 mit einem Eingangsanschluss P' einer Individualdruckwaage 42 verbunden,
deren Ausgangsanschluss A' mit
einem Eingangsanschluss P'' eines stetig verstellbaren
Wegeventils 44 verbunden ist. Dessen Rücklaufanschluss R ist über einen
Rücklaufkanal 46 mit
dem Tankanschluss T der Hubwerksventilanordnung 14 verbunden.
Das wegeventil 44 hat zwei Arbeitsanschlüsse A'' und B'',
die über
Arbeitskanäle 48, 50 mit
den beiden Arbeitsanschlüssen
A, B der Hubwerksventilanordnung 14 verbunden sind.
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In
jedem Arbeitskanal 48, 50 ist jeweils ein Senkenmodul 52, 54 vorgesehen,
das in einer Grundstellung als entsperrbares Rückschlagventil zur leckölfreien
Einspan nung des Hubzylinders 6 des Heckhubwerks 2 dient
und in einer Regelposition den vom Hubzylinder 6 zurückströmenden Druckmittelvolumenstrom
im Sinne einer Ablaufregelung steuert.
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Der
Arbeitskanal 50 ist stromabwärts des Senkenmoduls 54 über ein
vorgesteuertes proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil 56 mit
dem Tankanschluss T verbindbar. Der Druck im anderen Arbeitskanal 48 wird über ein
Sekundär-druckbegrenzungsventil 58 begrenzt.
Der Hubzylinder 6 ist – wie
erwähnt – doppeltwirkend
ausgeführt,
wobei ein in Richtung "Senken" wirksamer Ringraum 60 mit dem
Arbeitsanschluss B und der in Richtung "Heben" wirksame Druckraum 62 mit
dem Arbeitsanschluss A der Hubwerksventilanordnung 14 verbunden
ist. Über
den Hubzylinder 6 werden ein schwenkbar an einer Hubwelle 64 gelagerter
Arm 66 sowie weitere Koppelelemente betätigt, an denen beispielsweise ein
Anbaugerät,
wie eine Drillmaschine oder ein Pflug 68 angebaut ist.
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Einzelheiten
der Hubwerksventilanordnung 14 werden anhand der vergrößerten Darstellung
in 4 erläutert.
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Ein
Druckwaagenkolben 69 der Druckwaage 42 ist von
einer Druckwaagenfeder 70 sowie von dem über einen
Kanal 72 von einem mit dem LS-Anschluss verbundenen Lastmeldekanal 74 abgegriffenen
Druck in Öffnungsrichtung
und von dem Druck in einem Steuerkanal 76 in Schließrichtung
beaufschlagt, der zwischen der Druckwaage 42 und dem Wegeventil 44 vom
Zulaufkanal 40 abzweigt. Der LS-Kanal 74 führt zu einem
Steueranschluss LS'' des Wegeventils 44.
Dieses hat noch zwei weitere Steueranschlüsse X, denen ausgangsseitig
Steueranschlüsse
XA und XB zugeordnet sind.
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Die
Betätigung
des Wegeventils 44 erfolgt über ein in 5 dargestelltes
Pilotventil 78 bzw. eine Pilotventilanordnung, die in der
Darstellung gemäß 4 durch
zwei elektrohydraulische Vorsteuerelemente 75, 77 ausgebildet
ist. Das Dreieck 79 deutet die Druckversorgung dieser Vorsteuerelemente 77, 75 an. Über das
Pilotventil 78 bzw. die Vorsteuerelemente 77, 75 kann
Steueröl
jeweils einem Steuerraum des Wegeventils 44 zugeführt werden,
bis ein Ventilschieber 80 eine Arbeitsposition einnimmt.
Diese wird über
einen Wegaufnehmer 128 erfasst. Sobald vom Wegaufnehmer 128 die
gewünschte
Position gemeldet wird, wird das Vorsteuerelement 77, 75 wieder
in seine Neutralstellung gebracht. Die Position des Ventilschiebers 80 wird
geregelt aufrechterhalten, indem entsprechend dem Signal des Wegaufnehmers 128 die
Vorsteuerelemente 77, 75 angesteuert werden. Die
Vorsteuerelemente 77, 75 sind über Steuerleitungen 82 bzw. 84 mit
der Druckversorgung 79 verbunden. Der Ventilschieber 80 ist über eine
Zentrierfederanordnung 86 in seine dargestellte Grundposition
(0) vorgespannt, in der der LS-Kanal 74 mit dem Tankkanal 46 verbunden
ist und alle anderen vorgenannten Anschlüsse abgesperrt sind.
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Die
Ventilkörper
der beiden Senkenmodule 52, 54 werden jeweils
durch eine Feder 88 und durch den am Ausgang A'' bzw. B'' über Druckwaagenkanäle 90, 92 abgegriffenen
individuellen Lastdruck stromabwärts
des Wegeventils 44 in ihre Grundposition (a) beaufschlagt,
in der die Senkenmodule 52, 54 als Rückschlagventile
wirken, die eine Druckmittelströmung
zu den Anschlüssen
A, B zulassen. In Öffnungsrichtung
sind die Ventilkörper
der Senkenmodule 52, 54 jeweils von dem am Anschluss
XA bzw. XB anliegenden Steuerdruck beaufschlagt, der über einen
Entsperrkanal 94, 96 abgegriffen wird. Dieser Steuerdruck
kann beispielsweise dem Eingangsdruck der Pilotventilanordnung 78 entsprechen.
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Der
Aufbau der Hubwerksventilanordnung mit der Individualdruckwaage 42,
dem stetig verstellbaren Wegeventil 44 und dem beiden nachgeordneten
Senkenmodulen 52, 54 entspricht im wesentlichen
der herkömmlichen
Lösung
des Ventils SB23 LS, so dass in der Folge nur die zum Verständnis der Erfindung
wesentlichen Elemente beschrieben werden und im übrigen diesbezüglich auf
den vorhandenen Stand der Technik zum Wegeventil SB23 LS verwiesen
wird.
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Soll
beispielsweise der Hubzylinder 6 zum Anheben des Pflugs 68 verfahren
werden, so wird über
die Pilotventilanordnung 78 der Ventilschieber 80 des
Wegeventils 44 in eine seiner mit (b) gekennzeichneten
Regelpositionen verschoben. Je nach Position wird dabei eine Messblende
aufgesteuert, die der Individualdruckwaage 42 nachgeschaltet
ist. In Abhängigkeit
von der Messblendenöffnung
stellt sich die Druckwaage 42 in eine Regelposition ein,
in der der Druckabfall über
der Messblende konstant gehalten und somit ein lastdruckunabhängiger Druckmittelvolumenstrom
eingestellt ist. Dieser Druckmittelvolumenstrom wird in den mit
(b) gekennzeichneten Regelpositionen über die Druckwaage 42,
den Druckanschluss P'' und den Ausgangsanschluss
A'' des Wegeventils 44 zum
Eingangsanschluss PDW des Senkenmoduls 52 und über dessen
Ausgangsanschluss ADW zum Arbeitsanschluss A der Hubwerksventilanordnung 14 und
von dort in den bodenseitigen Druckraum 62 geführt – der Hubzylinder 6 fährt aus.
Das aus dem Ringraum 60 verdrängte Druckmittel strömt über den
Arbeitsanschluss B der Hubwerksventilanordnung 14, den
Arbeitskanal 50, den Ausgangsanschluss BDW und den Eingangsanschluss
PDW des Senkenmoduls 54 zum Anschluss B'' des
Wegeventils 44 und von dort über den Rücklaufanschluss R, den Tankkanal 46 und
den Tankan schluss T zurück
zum Tank. Diese Rückströmung wird
dadurch ermöglicht,
dass der an der Pilotventilanordnung 78 anliegende Eingangsdruck über den
Steueranschluss X und den Ausgangsanschluss XB des Wegeventils 44 abgegriffen und über den
Entsperrkanal 96 den Ventilkörper in Öffnungsrichtung beaufschlagt,
so dass der Senkenmodul 54 entsperrt und die Rückströmung des
Druckmittels zum Tank T hin ermöglicht.
In diesen mit (b) gekennzeichneten Positionen des Senkenmoduls 54 wirkt
dieser als Ablaufdruckwaage, über
die der ablaufende Druckmittelvolumenstrom in gewissem Umfang geregelt
wird.
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Zum
Andrücken
eines vom Hubwerk getragenen Anbaugerätes wird das Wegeventil 44 in
eine seiner mit (b) gekennzeichneten Regelpositionen verschoben,
so dass entsprechend die Druckmittelzufuhr über das Senkenmodul 54 in
seiner Rückschlagfunktion
zum Ringraum 60 erfolgt, während das aus dem bodenseitigen
Druckraum 62 abströmende
Druckmittel über
das entsperrte Senkenmodul 52 und das Wegeventil 44 zum
Tank hin abströmt. Das
Entsperren erfolgt dabei über
den Steuerdruck, der über
die Steueranschlüsse
X, XA des Wegeventils 44 und den Entsperrkanal 94 an
die in Öffnungsrichtung
wirksame Steuerfläche
des Senkenmoduls 52 geführt
ist.
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Zum
lastfreien Auflegen wird das Wegeventil 44 in seine Schwimmstellung
(Endstellung c) verfahren, in der beide Senkenmodule 52, 54 entsperrt
und in ihre mit (b) gekennzeichnete Durchgangsposition verfahren
werden und die Arbeitsanschlüsse
A, B und der Steueranschluss LS mit dem Tankanschluss T verbunden
und der Eingangsanschluss P'' abgesperrt ist.
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In
dem Arbeitsbereich "Drücken" wird – wie im
Folgenden noch ausführlich
erläutert – der Maximaldruck
im Arbeitskanal 50 durch geeignete Einstellung des propor tional
verstellbaren Wegeventils 44 auf eine Wert von beispielsweise
zwischen 0 bis 250 bar begrenzt.
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5 zeigt
einen Schnitt durch eine Ventilscheibe, durch die die Hubwerksventilanordnung 14 realisiert
ist. Die Ventilscheibe hat ein scheibenförmiges Gehäuse 98, in das die
Druckwaage 42, das Wegeventil 44, die beiden Senkenmodule 52, 54,
das Pilotventil 78, das Sekundärdruckbegrenzungsventil 58 sowie
das proportional verstellbare Druckbegrenzungsventil 56 integriert
sind.
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Die
in 5 dargestellte Ventilscheibe 98 enthält weiterhin
ein nur schematisch dargestelltes und von Hand betätigbares
Notablassventil 100, über das
die Arbeitskanäle 48 und 50 mit
dem Tank T verbindbar sind.
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Bei
der in 5 dargestellten Lösung ist das Notablassventil 100 in
einem Verbindungskanal 102 zwischen den Arbeitskanälen 48, 50 angeordnet.
Es hat eine Kugel 104, die über eine von außen zugängliche
Madenschraube 106 in eine Schließposition vorgespannt ist,
in der eine Verbindung zu dem Tankkanal 46 und damit zum
Rücklaufanschluss
R abgesperrt ist. Durch Lösen
der Madenschraube 106 wird die zuvor eingespannte Kugel 104 frei
und kann daher durch den höheren
Druck im Arbeitskanal 48 oder 50 in eine Öffnungsstellung
gebracht werden, in der die Verbindung zum Tankkanal 46 geöffnet ist – das Druckmittel
kann aus dem druckbeaufschlagten Arbeitskanal 48 oder 50 abgelassen
werden.
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Über das
Sekundärdruckbegrenzungsventil 58 wird
der Druck im Arbeitskanal 48 (Anschluss A) auf einen unterhalb
des Pumpendrucks eingestellten Maximaldruck begrenzt. Der Aufbau
derartiger Sekundärdruckbegrenzungsventile
ist bekannt, so dass weitere Erläuterungen
entbehrlich sind. Auch der Aufbau des vorgesteuerten proportional
verstellbaren Druckbegrenzungsventils 56 ist per se bekannt – ein Kolben 108 des
Druckbegrenzungsventils 56 ist über eine schwache Druckfeder 110 und
durch den Druck im Federraum gegen einen Ventilsitz in eine Schließstellung
belastet. Der Druck im Federraum ist durch die mittels eines Proportionalmagneten 112 auf einen
Schließkegel 114 aufgebrachte
Kraft begrenzt.
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Die
Ansteuerung des Proportionalmagneten 112 erfolgt in der
nachfolgend beschriebenen Weise über
das Steuergerät 16.
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Die
Heben- und Senkenmodule 52, 54 haben ebenfalls
einen herkömmlichen
Aufbau, wobei ein Modulkolben 116 über eine Schließfeder 118 in
eine Schließstellung
vorgespannt ist. Der Federraum der Schließfeder 118 ist in
der Schließstellung
des Modulkolbens 116 vom Druck im Arbeitskanal 48 bzw. 50 beaufschlagt.
Im Boden des Modulkolbens 116 ist ein Vorsteuerventilkörper 120 angeordnet,
der ebenfalls über
die Schließfeder 118 in
seine Schließposition
vorgespannt ist und dabei eine Vorsteueröffnung verschliesst. Der Vorsteuerventilkörper 120 hat
einen Vorsprung, der in Anlage an einen Aufstoßkolben 122 bringbar
ist. Dieser Aufstoßkolben
ist rückseitig
mit dem Druck am Steueranschluss XA (XB) beaufschlagbar, der über das
Wegeventil 54 und dessen Anschluss X abgreifbar ist. D.h.
bei Beaufschlagung des Aufstoßkolbens 122 des
Senkenmoduls 52 oder 54 wird der Vorsteuerventilkörper 120 gegen
die Kraft der Schließfeder 118 von
seinem Vorsteuersitz angehoben – der
Modulkolben 116 ist dann druckausgeglichen und kann durch
den Aufstoßkolben 122 gegen die
Kraft der Schließfeder 118 von
seinem Sitz abgehoben werden, so dass Druckmittel vom Arbeitsanschluss
A bzw. B zum Tank T hin abströmen
kann.
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Mit
den Bezugszeichen 124, 126, 130, 132, 134 sind
Drucksensoren bezeichnet, über
die die Drücke
in den Arbeitskanälen 48, 50,
der Druck am Druckanschluss P, der Lastdruck und sonstige Drücke erfassbar
sind.
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Das
Pilotventil 78 gemäß 5 ist
als 4/3-Wegeventil
ausgeführt,
wobei dessen Ausgangsanschlüsse
an die Steuerleitungen 82 bzw. 84 angeschlossen
sind, die zu den stirnseitigen Steuerräumen 136 bzw. 138 des
Wegeventils 44 geführt
sind. An der in 5 linken Stirnfläche des
Ventilschiebers 80 des Wegeventils 44 ist ein
Wegaufnehmer 128 angeordnet, über den der Ventilschieberhub
erfassbar ist.
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Da – wie gesagt – der Grundaufbau
der Hubwerksventilanordnung 14 gemäß 5 – abgesehen vom
Druckbegrenzungsventil 56, vom Notablass 106 und
der Positionierung des Sekundärdruckbegrenzungsventils 58 sowie
der Drucksensoren 124, 126, 130, 132, 134 – bereits
aus dem bekannten Ventil SB23 LS bekannt sind, kann auf die Beschreibung weiterer
konstruktiver Details der vorbeschriebenen Ventilkomponenten verzichtet
werden.
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Zum
Einstellen des Betriebsbereiches "Drücken" wird das Pilotventil 78 so
angesteuert, dass in den Steuerräumen 136, 138 eine
Steuerdruckdifferenz wirkt, durch die der Ventilschieber 80 aus
der in 5 dargestellten federvorgespannten Grundposition
nach links verschoben wird, so dass Druckmittel vom Druckanschluss
P, über
die Druckwaage 42, den sich verzweigenden Eingangsanschluss
P'' des Wegeventils 44,
dessen Ausgangsanschluss B'', das sich in seiner
Rückschlagventilfunktion öffnende Senkennodul 54 und
den Arbeitskanal 50 zum Arbeitsanschluss B und von dort
zum Ringraum 60 gefördert
wird. Das aus dem bodenseitigen Druckraum 62 verdrängte Druckmittel
wird über
den Arbeitsanschluss A, das in der vorbeschriebenen Weise entriegelte
Senkenmodul 52, den Anschluss A'' des
Wegeventils 44, den Tankkanal 46 und den Rücklaufanschluss
R zum Tank T zurückgeführt. Der
maximale Auflagedruck ist durch geeignete Einstellung des Druckbegrenzungsventils 56 auf
einen in Abhängigkeit
vom verwendeten Anbaugerät
oder in Abhängigkeit
von der Aufgabenstellung an das Heckhubwerk 2 vorbestimmten
Wert begrenzt.
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Dem
Druckbegrenzungsventil 56 kann gemäß 4 ein Schaltventil 140 vor-
oder nachgeschaltet sein, das über
einen Magneten in eine Drosselstellung verfahrbar ist, so dass das
Druckmittel nicht über
das Druckbegrenzungsventil 56 zum Tank abströmen kann.
Das Schaltventil 140 wird betätigt, wenn der Auflagedruck
auf einen Wert eingestellt werden soll, der oberhalb des am Druckbegrenzungsventil 56 einstellbaren
Werts liegt (beispielsweise beim Reifenwechsel).
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Im
Folgenden wird das Steuerkonzept der Hubwerksansteuerung anhand
unterschiedlicher Betriebszustände
erläutert.
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In
der Regel wird das Heckhubwerk doppeltwirkend betrieben. Die Drucksensoren 124, 126, 130, 132, 134 ermöglichen
dabei eine Lage-/Zugkraftregelung, wobei die Funktion jedoch auch
ohne diese Druckerfassung gewährleistet
ist, da eine Absicherung im Arbeitsbereich "Drücken" über das Druckbegrenzungsventil 56 möglich ist.
Bei Einsatz der in 5 dargestellten Ausbaustufe
mit Drucksensoren 124, 126, 130, 132, 134 kann
der Auflagedruck/Entlastungsdruck über die Drucksensoren geregelt
werden. Die Absicherung im Arbeitsbereich "Drücken" erfolgt dann wiederum über das
Druckbegrenzungsventil 56, wobei dieses dann automatisch
in Abhängigkeit
vom Auflage-/Entlastungsdruck einstellbar ist. Das Basiskonzept
der erfindungsgemäßen Steuerung
wird anhand der in 3 dargestellten Ausbaustufe
ohne Drucksensoren erläutert – dieses
Grundkonzept ist auch bei der in 5 dargestellten
Ausbaustufe anwendbar, wobei der wesentliche Unterschied zu den
Lösungen
ohne Drucksensoren darin liegt, dass die Einstellung des Druckbegrenzungsventils 56 in
Abhängigkeit
von dem eingestellten Auflagedruck erfolgt, der über die Druckregelung mittels der
Drucksensoren geregelt werden soll. Wie im Folgenden erläutert wird,
ermöglichen
es beide Ausbaustufen, das Heckhubwerk sowohl doppeltwirkend als auch
einfachwirkend zu betreiben.
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1. Grundfunktion
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Es
sei angenommen, dass das Heckhubwerk 2 im Arbeitsbereich "Drücken" (siehe 2)
betrieben werden soll, um beispielsweise einen Pflug einzuziehen.
Der Fahrer erzeugt durch Einstellen am Heck-Bediengerät 20 oder
an einem sonstigen Bedienelement ein Stellsignal, über das
das Wegeventil 44 in eine seiner mit (b) gekennzeichneten
Senken-Positionen nach links (4) verschoben
wird. Gleichzeitig wird der Maximalauflagedruck im Arbeitskanal 50 durch
geeigneten Einstellung des Druckbegrenzungsventils 56 begrenzt.
Dieser Maximalauflagedruck kann in Abhängigkeit vom angehängten Arbeitsgerät – oder wie
im Folgenden beschrieben – in
Abhängigkeit
von bestimmten Betriebszuständen
variieren. Es sei angenommen, dass das Druckbegrenzungsventil 56 auf
einen Druck von 50 bar eingestellt ist. Der Druckmittelvolumenstrom wird über den
Arbeitsanschluss B in den Ringraum 60 des Hubzylinders 6 gefördert und
aus dem bodenseitigen Druckraum 62 über das aufgesteuerte Ablaufmodul 52 und
das Wegeventil 44 zum Tank T zurückgeführt – das Heckhubwerk 2 wird
abgesenkt und beispielsweise der Pflug eingezogen. Dieses Absenken
erfolgt nach der über
das Steuergerät 16 vorgegebenen Regelung,
beispielsweise einer Lageregelung. Bei Erreichen eines vorbestimmten
maximalen Auflagedruckes – d.h.
bei Überschreiten
des eingestellten Maximaldrucks von beispielsweise 50 bar im Arbeitskanal 50, öffnet das
Druckbegrenzungsventil 56 und das Druckmittel strömt nicht
mehr über den
Arbeitsanschluss B zum Hubzylinder 6 sondern zum Tank T
hin ab – das
Heckhubwerk 2 bleibt stehen, wobei das Bediengerät 20 immer
noch auf "Senken" eingestellt ist.
Aus dem "Stehenbleiben" des Heckhubwerks 2 erkennt
der Fahrer das Erreichen des gewünschten,
voreingestellten Auflagedrucks (50 bar) – das Wegeventil 44 kann
auch neutral geschaltet werden, so dass dieser eingestellte, nicht
geregelte Druck gehalten wird. Da dieser Druck aufgrund von Bodenunebenheiten
etc. oder durch äussere
Kräfte
variieren kann, wird im Arbeitsbereich "Drücken" eine Bewegungsüberwachung
(motion control) durchgeführt.
Dieses Steuerungskonzept wird anhand 6 erläutert.
-
Das
System befindet sich gemäß 6 zunächst im
Ruhezustand, d.h. der Fahrer hat noch nicht auf den Arbeitsbereich "Senken" umgestellt. Nach
Umschalten auf Senken werden zunächst
Weg und Zeitintervalle für
die Bewegungsüberwachung berechnet.
Hierzu bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, wobei beispielhaft
lediglich zwei Methoden herausgegriffen wurden. Bei der in 6 dargestellten
Lösung
wird zunächst
auf der Basis des vom Steuergerät 16 an
das Wegeventil 44 bzw. das Pilotventil 78 abgegebenen
Stellsignals die erwartete, normale Hubwerksgeschwindigkeit v über ein
im Speicher des Steuergeräts 16 abgelegtes
Kennfeld bestimmt. Über
ein weiteres Kennfeld wird aus dieser Hubwerksgeschwindigkeit v
ein geeignetes Wegintervall dw berechnet. Aus dem Quotienten dw/v
wird dann ein Überwachungszeitintervall
dt bestimmt. Die genannten Kennfelder sind so abgestimmt, dass sich im
Hauptarbeitsbereich "Drücken" ein möglichst
konstantes Wegintervall dw von etwa 1/30 des Gesamthubes ergibt.
Solange während
des berechneten Zeitintervalls der ermittelte Weg zumindest etwa
90 % des vorgenannten Wegintervalls (1/30 des Gesamthubes) trägt, erkennt
die Steuerung, dass das Heckhubwerk 2 immer noch abgesenkt
wird. Bewegt sich dieses während
des Zeitintervalls um weniger als 10 % des berechneten Wegintervalls
(1/30 des Gesamthubs), so erkennt die Steuerung, dass das Heckhubwerk 2 "stehen bleibt" – das Wegeventil 44 wird
in seine Neutralposition (0) gestellt.
-
In
dem Fall, in dem weiterhin von der elektrohydraulischen Hubwerksregelung
ein Senken-Sollsignal anliegt (Solllage noch nicht erreicht) und – wie vorstehend
beschrieben – die
Senkenbewegung abgeschaltet ist (Wegeventil 44) in Neutralstellung
(0)) wird auf einen Bewegungsüberwachungsmodus
umgeschaltet. Dazu wird während
eines vorbestimmten Zeitintervalls, der nicht mit dem eingangs beschriebenen
Zeitintervall zur Erfassung des Zustands "Stehenbleiben" identisch sein muss, eine "Druckmessung" durchgeführt. Dazu
wird das Wegeventil 44 wieder in eine seiner "Senken"-Position (b) verstellt, d.h.,
es wird eine Senkenbewegung über
eine festgelegte Rampe aktiviert um das "Druck messen" vorzunehmen. Dadurch wird das Heckhubwerk 2 abgesenkt
und kann sich an die aktuelle Bodensituation anpassen. Nach dieser
Senkenbewegung wird das Wegeventil 44 wieder in die Neutralstellung
(0) zurückgestellt – die Überwachung
wird solange durchgeführt,
bis über
das Bediengerät 20 das
Senkensignal zurückgenommen
ist.
-
In
dem Fall, in dem eine Hubwerksbewegung nach oben aufgrund äusserer
Kräfte
erfolgt (beispielsweise Überfahren
einer Bodenunebenheit, wird die vorbeschriebene erneute Absenkbewegung
unmittelbar nach Auftreten dieser nach oben gerichteten Hubwerksbewegung
gestartet, wobei diese unabhängig
von dem eingestellten Zeitintervall (beispielsweise 5 Sekunden)
erfolgen kann. Nach Zurücknehmen
des Senkensignals befindet sich das System wieder in seinem in 6 links
dargestellten Ruhezustand.
-
Bei
dem vorbeschriebenen Steuerungskonzept werden die Zeit- und Wegintervalle
aus Kennlinienfeldern bestimmt. Bei einer vereinfachten Lösung kann
anstelle dieses relativ aufwendigen Verfahrens zur Ermittlung der
Zeit-/Wegintervalle
aus Kennlinienfeldern auch die Hubwerksgeschwindigkeit verwendet
werden, die ohnehin im Rahmen der elektrohydraulischen Regelung
erfasst ist (beispielsweise über
den Sensor 30). Ein "Stehenbleiben" des Heckhubwerks 2 wird
dann erkannt, wenn die Senkgeschwindigkeit während eines vorbestimmten Zeitintervalls
eine Minimalgeschwindigkeit unterschreitet. D.h. anstelle des Wegintervalls
wird direkt die Hubwerksgeschwindigkeit ausgewertet.
-
2. Einfachwirkende
Funktion des Heckhubwerks
-
Wie
erwähnt,
kann das Heckhubwerk auch einfachwirkend betrieben werden. Hierzu
wird der Druck des Druckbegrenzungsventils 56 auf einen
Minimalwert, beispielsweise 5 bis 8 bar eingestellt, so dass am
Arbeitsanschluss B und damit im Ringraum 60 des Hubzylinders 6 ein
minimaler Druck eingestellt ist. Wird nun über die elektrohydraulische
Hubwerksregelung (EHR) ein Senken-Signal abgegeben und die vorbeschriebene
Bewegungsüberwachung aktiviert,
da die tatsächliche
Wegänderung
des Hubwerks (Hubwellenwinkel) weniger als 10 % der erwarteten Wegänderung
pro Zeiteinheit beträgt
(oder die Hubwerksgeschwindigkeit unterhalb des Grenzwerts liegt),
so wird das Wegeventil 44 nicht wie in der doppeltwirkenden
Funktion in die Neutralstellung (0) sondern in die Schwimmstellung
(c) verstellt – das
Hubwerk kann sich an eventuelle Unebenheiten des Bodens anpassen.
Das eingestellte Verhalten entspricht demjenigen herkömmlicher
einfachwirkender Hubwerksventile.
-
3. Schnelleinzug
-
Zum
Betätigen
des Schnelleinzugs wird ein Schnelleinzugsschalter betätigt, so
dass das Heckhubwerk doppeltwirkend mit maximaler Geschwindigkeit
abgesenkt wird, bis der am Druckbegrenzungsventil 56 eingestellte
Auflagedruck erreicht ist. Bei Erreichen dieses Auflagedrucks wird
im Unterschied zur vorbeschriebenen Grundfunktion das Wegeventil 44 nicht
in seine Neutralposition (0) umgeschaltet, sondern verbleibt in
seiner Senken-Position 8b), so dass das Heckhubwerk 2 sofort
einer weiteren Absenkbewegung folgen kann.
-
Für den Fall,
dass der Fahrer den Schnelleinzugsschalter längere Zeit betätigt (länger als
beispielsweise 10 Sekunden) und das Heckhubwerk 6 während dieser
Zeit stehenbleibt, wird das Wegeventil 44 in seine Neutralposition
(0) verstellt, um eine unnötige
Druckmittelerwärmung
zu vermeiden.
-
Während der
Betätigung
in Senkenrichtung befindet sich die Pumpe der Arbeitshydraulik evtl.
im Sättigungsbereich,
d.h. es kann unter Umständen kein
anderer Verbraucher betätigt
werden.
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4. Hecktaster
-
Bei
der Betätigung
des Hecktasters 24 (1) wird
das Druckbegrenzungsventil – vorzugsweise
automatisch – auf
einen vergleichsweise geringen Druck von beispeilsweise 5 bar eingestellt.
Dabei erfolgt der Hub des Heck hubwerks 2 mit einer festgelegten
lastkompensierten Geschwindigkeit, wobei in Abhängigkeit vom Weg die Geschwindigkeit
nach einer Rampe erhöht
werden kann. In diesem Betriebsmodus ist ein feinfühliges An-/Abkuppeln
der Anbaugeräte
möglich.
Das leere Hubwerk kann schnell abgesenkt werden.
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5. Traktor
anheben
-
Wie
eingangs erläutert,
ist es beispielsweise zum Reifenwechsel erwünscht, die Traktorhinterachse über das
Heckhubwerk 2 anzuheben, so dass der Traktor 1 auf
der pendelnden Vorderachse und einem evtl. nicht standfesten Anbaugerät steht,
so dass eine erhebliche Kippgefahr besteht. Um diese zu verringern,
wird der Maximalauflagedruck auf einen vergleichsweise niedrigen
Druck, beispielsweise 50 bar begrenzt – ein Reifenwechsel ist dann
ohne weiteres nicht möglich.
-
Zum
Reifenwechsel muss der Druck des Druckbegrenzungsventils 56 erhöht werden,
wobei dieser Modus erst nach einigen Abfragen eingestellt werden
kann, so dass bewusste Bedienungseinschränkung vorliegt. Anhand dieser
Sicherheitsabfragen kann beispielsweise überprüft werden, ob die Handbremse
angezogen ist, der erforderliche Druck am Druckbegrenzungsventil
(250 bar) eingestellt ist oder das Schaltventil 140 in
seine Sperrstellung verschoben ist, falls der Maximaldruck des Druckbegrenzungsventils 56 nicht
ausreichend ist (50 bar).
-
Durch
die vorbeschriebenen Steuerungskonzepte im Zusammenwirken mit der
Hubwerksventilanordnung lässt
sich mit sehr geringem regelungstechnischen und vorrichtungstechnischen
Aufwand das Heckhubwerk 2 im Arbeitsbereich "Drücken" mit hoher Präzision und
Betriebssicherheit steuern.
-
Anstelle
des vorbeschriebenen verstellbaren Druckbegrenzungsventils 56 kann
auch ein fest eingestelltes Druckbegrenzungsventil verwendet werden,
womit allerdings eine Komforteinbuße einher geht.
-
Offenbart
ist eine Hubwerksventilanordnung zur Ansteuerung eines doppeltwirkenden
Hubwerks oder eines Anbaugerätes
mit einem stetig verstellbaren Wegeventil und einer Individualdruckwaage, über die
ein Druckmittelvolumenstrom zu und von einem Hubzylinder des Hubwerks
steuerbar ist. Im Druckmittelströmungspfad
zwischen einem Ausgangsanschluss des Wegeventils und einem Arbeitsanschluss
der Hubwerksventilanordnung ist ein proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil
vorgesehen, über
das der Druck in diesem Bereich auf einen Maximalwert begrenzbar
ist. Die Einstellung des Druckbegrenzungsventils erfolgt vorzugsweise
in Abhängigkeit
von den Betriebszuständen
des Hubwerks oder der Art des Anbaugerätes.
-
- 1
- Traktor
- 2
- Heckhubwerk
- 4
- Fronthubwerk
- 6
- Hubzylinder
- 8
- Hubzylinder
- 10
- Steuerblock
- 12
- Pumpe
- 14
- Hubwerksventilanordnung
- 16
- Steuergerät
- 18
- Bediengerät
- 20
- Bediengerät
- 22
- Kabine
- 24
- Hecktaster
- 26
- Drucksensor
- 28
- Drehzahlsensor
- 30
- Lagesensor
- 32
- Kraftsensor
- 34
- Geschwindigkeitssensor
- 36
- Anbaugerät
- 38
- Verstellpumpe
- 40
- Zulaufkanal
- 42
- Druckwaage
- 44
- Wegeventil
- 46
- Tankkanal
- 48
- Arbeitskanal
- 50
- Arbeitskanal
- 52
- Senkenmodul
- 54
- Senkenmodul
- 56
- Druckbegrenzungsventil
- 58
- Sekundärdruckbegrenzungsventil
- 60
- Ringraum
- 62
- Druckraum
- 64
- Hubwelle
- 66
- Arm
- 68
- Anbaugerät
- 69
- Druckwaagenkolben
- 70
- Druckwaagenfeder
- 72
- Kanal
- 74
- LS-Kanal
- 75
- Vorsteuerelement
- 76
- Steuerkanal
- 77
- Vorsteuerelement
- 78
- Pilotventilanordnung
- 79
- Steuerölversorgung
- 80
- Ventilschieber
- 82
- Steuerleitung
- 84
- Steuerleitung
- 86
- Rückstellfederanordnung
- 88
- Feder
- 90
- Druckwaagenkanal
- 92
- Druckwaagenkanal
- 94
- Entsperrkanal
- 96
- Entsperrkanal
- 98
- Ventilscheibe
- 100
- Notablassventil
- 102
- Verbindungskanal
- 104
- Kugel
- 106
- Madenschraube
- 108
- Kolben
- 110
- Druckfeder
- 112
- Proportionalmagnet
- 114
- Schließkegel
- 116
- Modulkolben
- 118
- Schließfeder
- 120
- Vorsteuerventilkörper
- 122
- Aufstosskolben
- 124
- Drucksensor
- 126
- Drucksensor
- 128
- Wegaufnehmer
- 130
- Drucksensor
- 132
- Drucksensor
- 134
- Drucksensor
- 136
- Steuerraum
- 138
- Steuerraum
- 140
- Schaltventil