DE102016102854A1

DE102016102854A1 - Arbeitsfahrzeug mit steuerbarer Knick-Pendel-Gelenk Dämpfung und Verfahren zur Fahrstabilisierung des Arbeitsfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016102854A1
Application number: DE102016102854.1A
Authority: DE
Inventors: Torben Schüttler; Patrick Stäbe
Original assignee: Weidemann GmbH
Current assignee: Weidemann GmbH
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-08-24

Abstract

Ein Arbeitsfahrzeug mit einem Vorderwagen (1) und einem Hinterwagen (3) weist ein zwischen Vorderwagen (1) und Hinterwagen (3) angeordnetes Gelenk (2) zum Koppeln des Hinterwagens (3) mit dem Vorderwagen (1) auf. Das Gelenk (2) ermöglicht es, dass der Vorderwagen (1) und der Hinterwagen (3) um wenigstens eine Längsachse (X) des Arbeitsfahrzeugs relativ zueinander bewegbar sind. Zudem ist eine Dämpfungsvorrichtung (21, 30) zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3) vorgesehen, die durch eine Steuervorrichtung (32) zum Verändern der Dämpfungswirkung ansteuerbar ist. Mithilfe der Steuervorrichtung (32) wird die Dämpfungswirkung bei einer von dem Arbeitsfahrzeug getragenen geringen Last erhöht, während sie bei größerer Last vermindert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsfahrzeug, wie zum Beispiel einen Radlader oder einen Kompaktlader.
Derartige Arbeitsfahrzeuge sind bekannt. Radlader mit besonderer Beweglichkeit nach dieser Bauart können einen Vorderwagen und einen Hinterwagen aufweisen, sowie ein zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen angeordnetes Gelenk zum Koppeln des Hinterwagens mit dem Vorderwagen, derart, dass der Vorderwagen und der Hinterwagen um wenigstens eine Hochachse des Arbeitsfahrzeugs relativ zueinander bewegbar sind. Da somit der Vorderwagen und der Hinterwagen relativ zueinander eine Art „Knickbewegung“ machen können, wird in diesem Zusammenhang auch von knickgelenkten Radladern gesprochen. Das Knicken zwischen Vorderwagen und Hinterwagen ermöglicht eine Lenkbewegung und damit Kurvenfahrten, da die an Vorder- und Hinterwagen angeordneten Räder bzw. Radachsen in einen Winkel zueinander gestellt werden können.
Zur Verbesserung der Geländegängigkeit ist es darüber hinaus bekannt, das Gelenk derart auszubilden, dass es auch eine Relativbewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen um die Längsachse des Arbeitsfahrzeugs zulässt. Diese Relativbewegung wird auch als „Pendeln“ bezeichnet. Ein derart kombiniertes Gelenk wird dementsprechend auch als „Knick-Pendel-Gelenk“ benannt.
Ein Knick-Pendel-Gelenk ist zum Beispiel aus der DE 101 30 530 C1 oder der EP 2 218 835 A1 bekannt.
Der Aufbau eines Knick-Pendel-Gelenks ist insbesondere in der EP 2 218 835 A1 detailliert beschrieben, so dass sich an dieser Stelle eine Beschreibung im Einzelnen erübrigt.
3 zeigt in schematischer Seitenansicht ein aus der EP 2 218 835 A1 bekanntes Arbeitsgerät in Form eines Radladers. Ein Vorderwagen 1 mit Vorderrädern 1a ist über ein Knick-Pendel-Gelenk 2 mit einem Hinterwagen 3 mit Hinterrädern 3a gekoppelt. An dem Vorderwagen 1 ist eine Lastaufnahmeeinrichtung 4 (hier: ein Ausleger mit einer Schaufel 4a) vorgesehen.
Das Knick-Pendel-Gelenk 2 weist ein unteres Kugelgelenk 5 und ein oberes Kugelgelenk 6 auf. Das obere Kugelgelenk 6 ist über ein Gestänge 7 verschwenkbar mit dem Hinterwagen 3 verbunden.
Die beiden Kugelgelenke 5, 6 erlauben ein Knicken zwischen Vorderwagen 1 und Hinterwagen 3 um eine Hochachse 8 des Fahrzeugs, um damit eine Lenkbewegung zu erzielen. Die Räder 1a, 3a bzw. die Radachsen sind hingegen jeweils starr an dem sie tragenden Vorderwagen 1 bzw. Hinterwagen 3 befestigt und nicht relativ zu dem sie tragenden Wagen lenkbar. Zudem kann der Vorderwagen 1 relativ zu dem Hinterwagen 3 um eine Längsachse X des Fahrzeugs verschwenkt werden, mithin also „Pendeln“.
In der EP 2 218 835 A1 ist darüber hinaus offenbart, dass die Pendelbewegung des Vorderwagens 1 relativ zum Hinterwagen 3 mithilfe von zwei Kolben-Zylinder-Einheiten gedämpft werden kann, die über eine Drossel miteinander verbunden sind. Bei einer Pendelbewegung verdrängt einer der Kolben Hydraulikfluid aus dem ihm zugeordneten Zylinder in den Zylinder der gegenüberliegenden Kolben-Zylinder-Einheit. Dementsprechend wird dort der zugeordnete Kolben nachgeführt. Da die Strömung des Hydraulikfluids durch die Drossel behindert wird, tritt eine Dämpfungswirkung ein.
Der Betrieb von knickgelenkten bzw. ein Knick-Pendel-Gelenk aufweisenden Radladern auf unwegsamem Gelände stellt die Maschinenführer häufig vor hohe Anforderungen. Gerade bei der Überfahrt über unebenes Gelände sind Schlaglöcher, die auch bei vorausschauendem Fahren nicht erkannt werden können, keine Seltenheit. Hier besteht die Gefahr, dass der Vorderwagen schlagartig mit einer Seite in ein Schlagloch absackt und somit eine überraschende und heftige Pendelbewegung erfährt. Bis zu einem gewissen Maß können diese Schlaglöcher durch die Pendelfunktion ausgeglichen werden. Wenn jedoch bei einem Radlader zum Beispiel aufgrund eines besonders tiefen Schlaglochs die Pendelbewegung sehr schnell und plötzlich erfolgt, kann der Vorderwagen gegen einen am Hinterwagen vorgesehenen mechanischen Anschlag anschlagen. Wenn die Bewegungsenergie des Vorderwagens hoch ist, besteht das Risiko, dass der Vorderwagen den Hinterwagen mitzieht, wodurch der gesamte Radlader umkippen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsfahrzeug anzugeben, bei dem die Gefahr einer plötzlichen und heftigen Pendelbewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen verringert ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Arbeitsfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Arbeitsfahrzeug angegeben, mit einem Vorderwagen, einem Hinterwagen, einem zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen angeordneten Gelenk zum Koppeln des Hinterwagens mit dem Vorderwagen, derart, dass der Vorderwagen und der Hinterwagen um wenigstens eine Längsachse des Arbeitsfahrzeugs relativ zueinander bewegbar sind, einer zwischen dem Hinterwagen und dem Vorderwagen vorgesehenen Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen, einer Steuervorrichtung zum Ansteuern der Dämpfungsvorrichtung und Verändern der Dämpfungswirkung, einer an dem Vorderwagen vorgesehenen Lastaufnahmeeinrichtung zum Tragen einer Last durch das Arbeitsfahrzeug, wobei die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung durch die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der Last und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen und der Hinterwagen relativ zueinander bewegen, einstellbar ist, derart, dass die Dämpfungswirkung bei geringer Last stärker ist als bei größerer Last und/oder dass die Dämpfungswirkung bei geringer Bewegungsgeschwindigkeit niedriger ist als bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit.
Das zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen angeordnete Gelenk ist demnach geeignet, eine Relativbewegung um die Längsachse zuzulassen, die auch als „Pendeln“ bezeichnet wird. Darüber hinaus kann das Gelenk auch ausgebildet sein, um eine Relativbeweglichkeit um die Hochachse zu ermöglichen (Knicken). Die Relativbewegung sowohl um die Längsachse als auch um die Hochachse ist dementsprechend jeweils eine Art Schwenkbewegung.
Insbesondere kann es sich bei dem Gelenk um ein sogenanntes Knick-Pendel-Gelenk handeln, wie es zum Beispiel aus der DE 101 30 530 C1 oder der EP 2 218 835 A1 bekannt ist.
Das Arbeitsfahrzeug kann insbesondere ein knickgelenktes Fahrzeug, also ein Lader, wie z.B. ein Radlader, ein Teleskop-Radlader oder ein Bagger-Lader sein oder auch ein sogenannter Dumper. Dabei kann das Arbeitsfahrzeug eine Lenkvorrichtung aufweisen, die z.B. das Verschwenken des Vorderwagens relativ zu dem Hinterwagen um die Hochachse (Knicken) bewirkt. Mithilfe der Lenkvorrichtung kann eine Kurvenfahrt des Arbeitsfahrzeugs realisiert werden.
Die zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen wirkende Dämpfungsvorrichtung ist geeignet, die Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen zu dämpfen. Es ist somit nicht mehr möglich, dass der Vorderwagen plötzlich und schlagartig relativ zu dem Hinterwagen verschwenkt, zum Beispiel beim Überfahren einer Bodenvertiefung. Durch die Dämpfungsvorrichtung wird vielmehr eine verlangsamte Relativbewegung aufgezwungen, so dass der Vorderwagen sich zum Beispiel nur verlangsamt in die Bodenvertiefung absenken kann. Er baut dadurch nur eine geringere Bewegungsenergie auf, die nicht mehr ausreicht, um ein Umkippen der gesamten Maschine zu bewirken.
Die Dämpfungsvorrichtung kann z.B. direkt an dem Knick-Pendel-Gelenk bzw. einer Komponente des Knick-Pendel-Gelenks angelenkt sein. Z.B. weist das Knick-Pendel-Gelenk ein oberes Kugelgelenk auf, das mit dem Vorderwagen fest verbunden ist und dessen Schwenkbewegung dementsprechend unmittelbar nachvollzieht. An dem oberen Kugelgelenk kann auch die Dämpfungsvorrichtung angreifen.
Z.B. kann das Knick-Pendel-Gelenk ein den Vorderwagen mit dem Hinterwagen verbindendes unteres Kugelgelenk und ein oberhalb von dem unteren Kugelgelenk angeordnetes, den Vorderwagen mit dem Hinterwagen verbindendes oberes Kugelgelenk aufweist. Eine erste Komponente des oberen Kugelgelenks kann mit dem Vorderwagen ortsfest verbunden sein, während eine zweite Komponente des oberen Kugelgelenks über ein relativ zu dem Hinterwagen bewegliches Gestänge mit Hinterwagen verbunden sein kann. Das Gestänge kann relativ zu Hinterwagen verschwenkbar sein.
Der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit kann insbesondere gegen das obere Kugelgelenk abgestützt sein.
Die Dämpfungsvorrichtung kann insbesondere eine Drossel aufweisen, die einen Hydraulikfluss in einem später noch beschriebenen Hydrauliksystem drosselt und dadurch die Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen reduziert.
Bei der Lastaufnahmeeinrichtung kann es sich allgemein um ein Hubgerüst bzw. eine Ladeanlage mit Anbauwerkzeug handeln, insbesondere zum Beispiel um eine an einer Schwinge angebrachte Schaufel. Unter Anbauwerkzeuge fallen beispielsweise auch eine Gabeleinrichtung (für einen Gabelstapler) oder ein sogenanntes „Krokodilgebiss“ zum Greifen von Heu- oder Strohballen. Die Lastaufnahmeeinrichtung dient zum Tragen und ggf. auch Festhalten der von dem Arbeitsfahrzeug zu bewegenden Last.
Es kann eine Lastdetektionseinrichtung zum Erfassen der an der Lastaufnahmeeinrichtung wirkenden Last vorgesehen sein.
Mithilfe der Lastdetektionseinrichtung kann erfasst werden, wie groß die von der Lastaufnahmeeinrichtung getragene Last ist. Je größer die Last ist, desto stärker kann das plötzliche Wegpendeln des Vorderwagens, zum Beispiel bei Überfahren eines Schlaglochs sein. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Last üblicherweise mit Abstand vom Boden angehoben ist und somit der Abstand des Schwerpunts des Gesamtsystems zum Boden ebenfalls vergrößert ist. Der höher liegende Schwerpunkt in Verbindung mit der durch die Last vergrößerten Gesamtmasse erhöht das Risiko einer Destabilisierung, so dass insbesondere bei einem unebenen Untergrund oder gar bei einem Schlagloch oder einer anderen plötzlichen Bodenvertiefung die Gefahr eines plötzlichen Wegpendelns des Vorderwagens besteht.
Durch das Bestimmen der Last an der Lastaufnahmeeinrichtung kann ein Maß für das erhöhte Risiko erfasst werden.
Je nach ermittelter Last an der Lastaufnahmeeinrichtung kann mithilfe der Steuervorrichtung die Dämpfungsvorrichtung und damit die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung verstellt werden. Insbesondere kann die Dämpfungswirkung bei geringer Last stärker sein als bei großer Last.
Dementsprechend wird die Dämpfungsvorrichtung, das heißt zum Beispiel die Drossel in der Dämpfungsvorrichtung in Abhängigkeit von der an der Lastaufnahmeeinrichtung wirkenden Last auf einen jeweiligen Wert eingestellt. Die Trägheit des Vorderwagens nimmt mit zunehmender Last zu, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Vorderwagens beim Verschwenken abnimmt. Um dies auszugleichen, ist die Drossel bei geringer Last weiter zu schließen, bei hoher Last weiter zu öffnen. Dadurch erhält man ein annähernd identisches Systemverhalten über den Lastbereich.
Die Lastdetektionseinrichtung kann einen Lastsensor aufweisen, der an dem Vorderwagen, dem Hinterwagen (z.B. an der Hinterachse) oder an dem den Vorderwagen mit dem Hinterwagen verbindenden Mittelgelenk (z.B. dem Knick-Pendel-Gelenk) vorgesehen sein kann. Dabei kann der Lastsensor zum Beispiel auch in die Lastaufnahmeeinrichtung integriert sein. Zum Beispiel kann der Lastsensor an einem Gelenk der Lastaufnahmeeinrichtung vorgesehen sein, welches die Beweglichkeit der Lastaufnahmeeinrichtung, zum Beispiel das Verschwenken der Schwinge oder der Schaufel, ermöglicht.
Prinzipiell kann der Lastsensor überall am Fahrzeug vorgesehen sein, wo eine mechanische Spannung aufgrund der von der Lastaufnahmeeinrichtung getragenen Last erfassbar ist.
Die Lastdetektionseinrichtung kann auch in ein Hydrauliksystem integriert sein, das zum Bewegen der Lastaufnahmeeinrichtung vorgesehen sein. Z.B. kann der Druck im Hydraulikfluid gemessen werden, der zum Anheben der Schaufel erforderlich ist.
Die Dämpfungsvorrichtung kann eine durch die Steuervorrichtung verstellbare Drossel aufweisen, die dann entsprechend der detektierten Last schließbar und öffenbar ist. Insbesondere kann die Drossel elektroproportional verstellbar sein, so dass sie durch die Steuervorrichtung direkt ansteuerbar ist.
Die Drossel ist insbesondere stufenlos verstellbar. In einer Variante kann sie aber auch gestuft in vordefinierte Drosselstellungen verstellbar sein.
Bei einer Variante ist die Dämpfungsvorrichtung vollkommen schließbar, um eine Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen zu blockieren. Insbesondere kann dann die Drossel vollständig geschlossen werden, wodurch die Pendelbewegung gesperrt wird. Der Vorderwagen und der Hinterwagen sind dann versteift und können dem Untergrund nur noch gemeinsam als Einheit folgen.
Die Dämpfungsvorrichtung kann wenigsten eine zwischen dem Vorderwagen und dem Hinterwagen wirkende Kolben-Zylinder-Einheit aufweisen. Eine derartige Kolben-Zylinder-Einheit ist zum Beispiel aus der EP 2 218 835 A1 bekannt.
Dabei ist der Kolben bzw. der Zylinder entweder mit dem Vorderwagen oder mit dem Hinterwagen gekoppelt und die jeweils andere Komponente (Zylinder oder Kolben) mit dem anderen Wagenteil. Bei einer Relativbewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen wird Hydraulikfluid in der Kolben-Zylinder-Einheit verdrängt und kann zum Beispiel in einen mit der Kolben-Zylinder-Einheit verbundenen hydraulischen Federspeicher gefördert werden. Dabei kann somit das in der Kolben-Zylinder-Einheit vorhandene Hydraulikfluid durch die Bewegung des Kolbens gegen die Wirkung des Federspeichers verdrängbar sein. Insbesondere können zwei gegeneinander wirkende Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sein, deren Dämpfungswirkung durch die Steuervorrichtung jeweils getrennt voneinander einstellbar ist.
Bei dem Federspeicher kann es sich um einen Druckspeicher, z.B. einen Membranspeicher handeln.
Die Drossel der Dämpfungsvorrichtung kann wirkungsmäßig, insbesondere hydraulisch, zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und dem Federspeicher angeordnet sein. Dadurch ist es möglich, die Verdrängung des Hydraulikfluids variabel zu drosseln, in Abhängigkeit von detektierten Eingangsgrößen, wie zum Beispiel der Last an der Lastaufnahmeeinrichtung.
Bei einer Variante kann in der Hydraulikverbindung zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und dem Federspeicher ein Rückschlagventil angeordnet sein, um ein ungehindertes Rückströmen von Hydraulikfluid aus dem Federspeicher zu der Kolben-Zylinder-Einheit zu gewährleisten. In umgekehrter Strömungsrichtung, hin zum Federspeicher, sperrt das Rückschlagventil. Damit ist es möglich, dass nur bei einer Strömungsrichtung des Hydraulikfluids aus der Kolben-Zylinder-Einheit in den Federspeicher die Drossel wirkt und die damit verbundene Dämpfungswirkung eintritt. Bei einer Rückbewegung des Kolbens und damit einem Rückströmen von Hydraulikfluid aus dem Federspeicher in die Kolben-Zylinder-Einheit ist ein ungehindertes Strömen möglich, so dass in diesem Fall die Drossel- bzw. Dämpfungswirkung nicht gegeben ist.
In der Praxis bedeutet das, dass bei einem plötzlichen Verschwenken des Vorderwagens – zum Beispiel aufgrund eines Schlaglochs – das Hydraulikfluid über die Drossel strömt, um die gewünschte Dämpfungswirkung zu erhalten. Bei einer nachfolgenden Rückbewegung des Vorderwagens in seine Ausgangsstellung kann das Hydraulikfluid ungehindert über das Rückschlagventil zurückströmen, so dass dann keine Dämpfungswirkung vorliegt.
Ergänzend oder alternativ zu der oben beschriebenen lastabhängigen Verstellung der Dämpfungswirkung kann bei einer Variante die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen und der Hinterwagen relativ zueinander bewegen, als Kriterium für die Veränderung der Dämpfungs- bzw. Drosselwirkung herangezogen werden. Bei dieser Variante wird also zusätzlich zu oder an Stelle der oben erläuterten lastabhängigen Einstellung der Dämpfungswirkung auch die Relativbewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen betrachtet werden. Bei einer hohen Relativbewegung, also einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit, kann die Dämpfungswirkung höher eingestellt werden, um eine entsprechende Dämpfung der Bewegung des Vorderwagens zu erreichen.
Es kann eine Bewegungsgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung vorgesehen sein, zum Erfassen einer Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen und der Hinterwagen relativ zueinander bewegen, wobei die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung dann nicht nur in Abhängigkeit von der erfassten Last einstellbar ist, sondern zusätzlich durch die Steuervorrichtung auch in Abhängigkeit von der erfassten Bewegungsgeschwindigkeit einstellbar, ist, derart, dass die Dämpfungswirkung bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit höher ist als bei niedriger Bewegungsgeschwindigkeit.
Insbesondere kann die Bewegungsgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung ausgebildet sein zum Erfassen eines Bewegungs-Kriteriums für die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen und der Hinterwagen relativ zueinander bewegen, wobei das Kriterium ausgewählt ist aus der Gruppe Relativgeschwindigkeit zwischen Vorderwagen und Hinterwagen, Verschwenkbewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen, Relativbewegung zwischen zwei in der Dämpfungsvorrichtung vorgesehenen, sich bei einer Bewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen relativ zueinander bewegenden Komponenten sowie Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder in der Kolben-Zylinder-Einheit der Dämpfungsvorrichtung.
Das Merkmal der Bewegungsgeschwindigkeit ist hierbei breit zu verstehen. Es kommt darauf an, das Bewegungsverhalten von Vorderwagen und Hinterwagen relativ zueinander in geeigneter Weise zu erfassen. Dabei soll insbesondere zwischen einer schnellen und einer langsamen Bewegung unterschieden werden, um ein schnelles Verschwenken des Vorderwagens zu detektieren, während der Hinterwagen auf dem Untergrund noch fest steht. Die Relativbewegung kann mit geeigneten Einrichtungen gemessen werden, wie zum Beispiel einem Wegmesssystem, Wegsensoren, Neigungssensoren an Vorder- und/oder Hinterwagen.
Insbesondere kann die Relativbewegung von Komponenten in der Dämpfungsvorrichtung ausgewertet werden, wobei eine der Komponenten mit dem Vorderwagen und eine der Komponenten mit dem Hinterwagen gekoppelt sein sollte. Dies ist zum Beispiel bei der Kolben-Zylinder-Einheit der Fall, wenn der Kolben (oder der Zylinder) mit dem Vorderwagen und umgekehrt der Zylinder (oder der Kolben) mit dem Hinterwagen gekoppelt sind. Die Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder ist dann ein Kriterium für die Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Vorderwagen und Hinterwagen.
Die Bewegungsgeschwindigkeit kann insbesondere kontinuierlich erfasst werden, so dass auch die Dämpfungswirkung (z.B. die Drosselstellung) kontinuierlich anpassbar ist.
Die Dämpfungswirkung aufgrund der Dämpfungsvorrichtung tritt auch z.B. bei einer Rückwärtsfahrt des Arbeitsfahrzeugs auf, wenn z.B. der dann vorausfahrende Hinterwagen aufgrund einer Unebenheit seitlich absackt, während der nachfahrende Vorderwagen noch auf dem Untergrund fest steht. Sowohl bei der Vorwärtsfahrt als auch bei der Rückwärtsfahrt kann die Bewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen gedämpft werden.
Bei einem Arbeitsgerät können zwei Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sein, die jeweils durch die Steuervorrichtung getrennt voneinander einstellbar sind, wobei die beiden Kolben-Zylinder-Einheiten einander entgegengesetzt wirkend angeordnet sein können und wobei die beiden Kolben-Zylinder-Einheiten jeweils einen Federspeicher und eine zugeordnete Dämpfungsvorrichtung mit einer Drossel aufweisen.
Die Kolben-Zylinder-Einheiten sollten gegeneinander entgegengesetzt wirken, um Verschwenkbewegungen des Vorderwagens in beide Schwenkrichtungen aufnehmen und dämpfen zu können. Dementsprechend können die Einheiten zum Beispiel bezüglich des Knick-Pendel-Gelenks gegenüberliegend angeordnet sein.
Die Zylinder in den Kolben-Zylinder-Einheiten können mit unterschiedlichen Drücken versorgt werden, um zum Beispiel bei einem Einknicken der Maschine den Schwerpunkt zu verlagern, um damit die statische Radlast zusätzlich zu erhöhen.
Schließlich wird ein Verfahren zum Stabilisieren der Fahrt eines Arbeitsfahrzeugs der oben beschriebenen Art angegeben, mit dem Schritt des Verstellens der Wirkung der Dämpfungsvorrichtung in Anhängigkeit von der Last und/oder von einer Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen und der Hinterwagen relativ zueinander bewegen, derart, dass die Dämpfungswirkung bei geringer Last stärker ist als bei größerer Last und/oder dass die Dämpfungswirkung bei geringer Bewegungsgeschwindigkeit niedriger ist als bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung den hydraulischen Systemaufbau einer Knick-Pendel-Gelenk Dämpfung;
2 ein Blockschaltbild mit der Steuervorrichtung zum Ansteuern der Dämpfungsvorrichtung; und
3 in schematischer Seitenansicht ein Arbeitsfahrzeug gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt den schematischen Aufbau mit dem Hydrauliksystem für eine Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen der Bewegung eines Knick-Pendel-Gelenks und damit der Relativbewegung zwischen Vorderwagen und Hinterwagen. Nachfolgend werden lediglich die Komponenten erläutert, die für die hier interessierenden Funktionen relevant sind.
Bezüglich des prinzipiellen Aufbaus des Arbeitsfahrzeugs wird auf die obige Beschreibung zu 3 genommen. Das erfindungsgemäße Arbeitsfahrzeug ist analog aufgebaut. Lediglich im Bereich der Dämpfungsvorrichtung unterscheidet sich das Arbeitsfahrzeug in der hier beschriebenen Weise.
Bei dem Knick-Pendel-Gelenk kann es sich um einen Aufbau handeln, wie er prinzipiell auch in der EP 2 218 835 A1 beschrieben und oben erläutert ist.
Das Knick-Pendel-Gelenk weist unter anderem ein Kugelgelenk 10 auf, das bei einer Relativbewegung zwischen dem in 3 dargestellten Vorderwagen 1 und dem ebenfalls in 3 gezeigten Hinterwagen 3 um eine Fahrzeug-Längsachse X verschwenkt wird, wie in 1 auch durch den Doppelpfeil dargestellt. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass das Kugelgelenk 10 (Mittelgelenk) mit dem Vorderwagen 1 verbunden ist und dementsprechend die Bewegung des Vorderwagens 1 nachvollzieht.
Links und rechts von dem Kugelgelenk 10 sind Kolben-Zylinder-Einheiten 11 aufgebaut, wie z.B. auch in der EP 2 218 835 A1 (dort 3 bis 5) gezeigt. Da ihr Aufbau symmetrisch ist, wird lediglich eine Seite beschrieben. Die andere Seite ist dann dementsprechend identisch aufgebaut. Die Kolben-Zylinder-Einheiten 11 sind Teil der Dämpfungsvorrichtung.
Die Kolben-Zylinder-Einheit 11 weist einen Kolben 12 mit einer Kolbenstange 13 auf, die mit dem Kugelgelenk 10 gekoppelt ist. Der Kolben 12 ist in einem Zylinder 14 axial beweglich geführt.
Über eine zentrale Hydraulikversorgung 15 mit einer Hydraulikpumpe 16 und einem Hydraulikvorrat 17 werden beide Kolben-Zylinder-Einheiten 11 mit Hydraulikfluid versorgt, das über eine Hydraulikleitung 18 zu- bzw. abgeführt werden kann.
Die Hydraulikleitung 18 ist über eine Verzweigung 19 mit einem hydraulischen Federspeicher 20 verbunden. Der Aufbau eines hydraulischen Federspeichers ist an sich bekannt. In dem hydraulischen Federspeicher 20 ist üblicherweise eine Membran, zum Beispiel eine Gummimembran vorgesehen, die ein Gasvolumen gegenüber einer Hydraulikseite abgrenzt. Die Hydraulikseite kann mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden, wodurch das Gas hinter der Membran komprimiert wird. Durch den erhöhten Druck in dem Gas übt der Federspeicher eine Federwirkung auf das ansonsten inkompressible und damit nicht federnde Hydraulikfluid aus. Wenn der Druck im Hydraulikfluid nachlässt, gleicht der hydraulische Federspeicher diesen Druckverlust aus, indem das komprimierte Gas sich wieder ausdehnt. Derartige hydraulische Federspeicher sind zum Beispiel auch von Heizungssystemen zur Gebäudeerwärmung bekannt.
Zwischen der Verzweigung 19 und dem hydraulischen Federspeicher ist darüber hinaus eine Drossel 21 vorgesehen. Die Drossel 21 kann wahlweise auch mit einem in 1 gezeigten Sperrventil umgeschaltet werden, um den Durchgang vollständig zu sperren.
Parallel zu der Drossel 21 ist ein Rückschlagventil 22 angeordnet.
Wie aus 1 ersichtlich, bewirkt eine Bewegung des Kugelgelenks 10 aufgrund einer Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen 1 und dem Hinterwagen 3 eine Verschiebung des über die Kolbenstange 13 geführten Kolbens 12. Geht man davon aus, dass das Kugelgelenk 10 in 1 nach links verschoben wird, verdrängt der Kolben 12 Hydraulikfluid in dem Zylinder 14. Das Hydraulikfluid strömt über die Hydraulikleitung 18 und die Verzweigung 19 sowie über die Drossel 21 in den hydraulischen Federspeicher 20, so dass sich in dem Gesamtsystem ein erhöhter Hydraulikdruck ausbilden kann. Aufgrund der Wirkung des hydraulischen Federspeichers 20 ist es möglich, dass sich der Kolben 12 über einen entsprechenden Weg bewegen kann, um die Bewegung des Kugelgelenks 10 in Pfeilrichtung nach links aufnehmen zu können.
Die Rückverbindung zwischen dem Zylinder 14 und der Hydraulikversorgung 15 ist dabei gesperrt, wie in 1 anhand der Stellung eines Wegeventils 23 erkennbar.
Die Drossel 21 bewirkt, dass das Hydraulikfluid zwischen dem Zylinder 14 und dem Federspeicher 20 nicht frei einströmen kann. Vielmehr muss der durch die Drosselwirkung erzeugte Strömungswiderstand überwunden werden, was zu einer Verlangsamung der Strömung des Hydraulikfluids führt. Dies wiederum führt zu einer Verlangsamung der Bewegung des Kugelgelenks 10 und damit zu einer gewünschten Verlangsamung der Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen 1 und dem Hinterwagen 3. Ein plötzliches und heftiges Verschwenken des Vorderwagens 1 relativ zum Hinterwagen 3 ist dann nicht mehr möglich.
Wenn sich der Vorderwagen 1 und der Hinterwagen 3 aufgrund der Bodenverhältnisse wieder in die Ausgangslage zueinander ausrichten, wird das Kugelgelenk 10 in seine Mittel- bzw. Ausgangsstellung bewegt. Dementsprechend kann der Kolben 12 auch wieder in seine Ausgangsstellung rückbewegt werden.
Durch die Wirkung des Federspeichers 20 wird das Hydraulikfluid aus dem Federspeicher 20 zurück in den Zylinder 14 gefördert.
Um die Rückfließbewegung zügig zu ermöglichen und nicht zu behindern, so dass die stets angestrebte Ausgangsstellung zwischen Vorderwagen 1 und Hinterwagen 3 möglichst schnell wieder erreicht werden kann, fließt das Hydraulikfluid in Rückströmrichtung über das Rückschlagventil 22 frei zurück. Darüber hinaus kann selbstverständlich ein Teil des Hydraulikfluids auch über die Drossel 21 zurück strömen, wobei jedoch der größte Teil über das Rückschlagventil 22 geführt wird. Beim Füllen des Federspeichers 20 hingegen ist das Rückschlagventil 20 geschlossen, so dass das Hydraulikfluid ausschließlich über die Drossel 21 strömen kann.
Bei einer Bewegung des Kugelgelenks 10 nach rechts erfolgt die gleiche Wirkung, jedoch in die andere Richtung.
Bei dem in 1 gezeigten Systemaufbau weist die Drossel 21 einen konstanten, nicht veränderbaren Drosselquerschnitt auf, so dass auch die Drosselwirkung fest vorgegeben und nicht veränderbar ist. Erfindungsgemäß ist es jedoch vorgesehen, dass die Drosselwirkung mithilfe einer Steuervorrichtung 32 verändert werden kann, wie nachfolgend anhand von 2 erläutert.
2 zeigt den schematischen Aufbau einer Dämpfungsvorrichtung mit einer steuerbaren, das heißt veränderbaren Dämpfungswirkung.
Die Anordnung kann insbesondere in das Hydrauliksystem von 1 eingebaut werden und dort die Drossel 21 ersetzen bzw. ergänzen.
Zu diesem Zweck ist die Drossel 21 von 1 durch eine Drossel 30 ersetzt, welche elektroproportional ansteuerbar ist. Aufgrund eines Ansteuerungssignals 31 von einer Steuervorrichtung 32 kann die Wirkung der Drossel 30 verändert werden, indem zum Beispiel der Drosselquerschnitt verändert wird.
Die Steuervorrichtung 32 erhält als Eingangssignal ein Lastsignal 34 von einem Lastsensor 33, der die von dem Arbeitsgerät, also zum Beispiel dem Radlader, getragene Last erfasst. Der Lastsensor 33 kann an geeigneter Stelle angeordnet und dementsprechend vielfältig ausgebildet sein. Zum Beispiel ist es möglich, die von dem Arbeitsgerät getragene Last mithilfe von Dehnungsmesstreifen, Kraftmessdosen etc. zu erfassen. Ebenso ist es möglich, die Energie bzw. Kraft zu bestimmen, mit der eine hydraulische oder elektrische Hubeinrichtung zum Beispiel die Lastschwinge nach oben drückt. Es kommt dabei nicht darauf an, dass die Last möglichst präzise erfasst wird. Vielmehr genügt auch bereits eine grobe Quantifizierung für die gehaltene Last, um daraus die erforderlichen Steuerungsmaßnahmen für die Drossel 30 abzuleiten.
Bei einer Ausführungsform ist der Lastsensor 33 an dem Mittelgelenk bzw. dem Knick-Pendel-Gelenk angeordnet, das den Vorderwagen 1 mit dem Hinterwagen 3 verbindet.
Insbesondere wird die Drossel 30 durch die Steuervorrichtung 32 derart angesteuert, dass die Dämpfungswirkung bei niedriger, also geringer Last stärker als bei einer größeren, schwereren Last.
Ergänzend oder alternativ kann die Steuervorrichtung auch ein Geschwindigkeitssignal 35 auswerten, das von einer als Bewegungsgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung dienenden Bewegungsmesseinrichtung 36 geliefert wird.
Die Bewegungsmesseinrichtung 36 ist dazu ausgebildet, in geeigneter Weise die Bewegung des Vorderwagens 1 relativ zu dem Hinterwagen 3 zu erfassen. Insbesondere bei einer hohen Schwenkgeschwindigkeit des Vorderwagens 1 relativ zum Hinterwagen 3 soll die Dämpfungswirkung der Drossel 30 erhöht werden, während bei einer niedrigen Bewegungsgeschwindigkeit des Vorderwagens 1 relativ zum Hinterwagen 3 die Drosselwirkung geringer sein kann.
Zu diesem Zweck kann die Bewegungsmesseinrichtung 36 geeignete Sensoren aufweisen, die die Bewegung des Vorderwagens 1 relativ zum Hinterwagen 3 detektieren. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist die Bewegungsmesseinrichtung 36 direkt an der Kolben-Zylinder-Einheit 11 angeordnet und erfasst die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 12 im Zylinder 14. Zudem kann auch die Kolbenposition erfasst werden, um zu erkennen, ob der Vorderwagen 1 bereits in einer relativ zum Hinterwagen 3 verschwenkten Position steht.
Die Bewegungsmesseinrichtung 36 (Bewegungsgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung) kann somit insbesondere als Wegmesssystem in der Kolben-Zylinder-Einheit 11 ausgebildet sein. Ebenso ist es aber auch möglich, andere Kriterien für die Bewegungsgeschwindigkeit heranzuziehen, wie zum Beispiel die Verschwenkung der Karosseriegehäuse von Vorderwagen 1 und Hinterwagen 3.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10130530 C1 [0004, 0015]
EP 2218835 A1 [0004, 0005, 0006, 0009, 0015, 0034, 0057, 0059]

Claims

Arbeitsfahrzeug, mit – einem Vorderwagen (1); – einem Hinterwagen (3); – einem zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3) angeordneten Gelenk (6, 10) zum Koppeln des Hinterwagens (3) mit dem Vorderwagen (1), derart, dass der Vorderwagen (1) und der Hinterwagen (3) um wenigstens eine Längsachse (X) des Arbeitsfahrzeugs relativ zueinander bewegbar sind; – einer zwischen dem Hinterwagen (3) und dem Vorderwagen (1) vorgesehenen Dämpfungsvorrichtung (30) zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3); – einer Steuervorrichtung (32) zum Ansteuern der Dämpfungsvorrichtung (30) und Verändern der Dämpfungswirkung; und mit – einer Lastaufnahmeeinrichtung (4) zum Tragen einer Last durch das Arbeitsfahrzeug; wobei – die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung (30) durch die Steuervorrichtung (32) in Anhängigkeit von der Last und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen (1) und der Hinterwagen (3) relativ zueinander bewegen, einstellbar ist, derart, dass die Dämpfungswirkung bei geringer Last stärker ist als bei größerer Last und/oder dass die Dämpfungswirkung bei geringer Bewegungsgeschwindigkeit niedriger ist als bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 1, wobei – eine Lastdetektionseinrichtung zum Erfassen der an der Lastaufnahmeeinrichtung (4) wirkenden Last vorgesehen ist; und wobei – die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung (30) durch die Steuervorrichtung (32) in Anhängigkeit von der erfassten Last einstellbar ist, derart, dass die Dämpfungswirkung bei geringer Last stärker ist als bei größerer Last.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Lastdetektionseinrichtung einen Lastsensor (33) aufweist, der an dem Vorderwagen (1), an dem Hinterwagen (3) oder an dem zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3) angeordneten Gelenk (6, 10) vorgesehen ist.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsvorrichtung eine durch die Steuervorrichtung (32) verstellbare Drossel (30) aufweist, die bei geringerer Last schließbar und bei größerer Last öffenbar ist.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsvorrichtung (30) vollkommen schließbar ist, um eine Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3) zu blockieren.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsvorrichtung wenigstens eine zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3) wirkende Kolben-Zylinder-Einheit (11) aufweist.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kolben-Zylinder-Einheit (11) mit einem hydraulischen Federspeicher (20) zusammenwirkt, derart, dass in der Kolben-Zylinder-Einheit (11) vorhandenes Hydraulikfluid durch eine Bewegung des Kolbens (12) gegen die Wirkung des Federspeichers (20) verdrängbar ist.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drossel (30) der Dämpfungsvorrichtung wirkungsmäßig zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit (11) und dem Federspeicher (20) angeordnet ist.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wirkungsmäßig zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit (11) und dem Federspeicher (20) ein Rückschlagventil (22) angeordnet ist, um ein ungehindertes Rückströmen von Hydraulikfluid aus dem Federspeicher (20) zu der Kolben-Zylinder-Einheit (11) zu gewährleisten.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – eine Bewegungsgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung (36) vorgesehen ist, zum Erfassen der Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen (1) und der Hinterwagen (3) relativ zueinander bewegen; und wobei – die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung (30) durch die Steuervorrichtung (32) in Abhängigkeit von der erfassten Bewegungsgeschwindigkeit einstellbar ist, derart, dass die Dämpfungswirkung bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit höher ist als bei niedriger Bewegungsgeschwindigkeit.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Bewegungsgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung (36) ausgebildet ist zum Erfassen eines Bewegungs-Kriteriums für die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen (1) und der Hinterwagen (3) relativ zueinander bewegen, wobei das Kriterium ausgewählt ist aus der Gruppe – Relativgeschwindigkeit zwischen Vorderwagen (1) und Hinterwagen (3); – Verschwenkbewegung zwischen Vorderwagen (1) und Hinterwagen (3); – Relativbewegung zwischen zwei in der Dämpfungsvorrichtung vorgesehenen Komponenten; – Relativbewegung zwischen Kolben (12) und Zylinder (14) in der Kolben-Zylinder-Einheit (11) der Dämpfungsvorrichtung.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – zwei Kolben-Zylinder-Einheiten (11) vorgesehen sind, die durch die Steuervorrichtung (32) getrennt voneinander einstellbar sind; – die beiden Kolben-Zylinder-Einheiten (11) einander entgegengesetzt wirkend angeordnet sind; und wobei – die beiden Kolben-Zylinder-Einheiten (11) jeweils einen Federspeicher (20) und eine zugeordnete Dämpfungsvorrichtung mit einer Drossel (30) aufweisen.
Verfahren zum Stabilisieren der Fahrt eines Arbeitsfahrzeugs, wobei das Arbeitsfahrzeug aufweist: – einen Vorderwagen (1); – einen Hinterwagen (3); – ein zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3) angeordnetes Gelenk (6, 10) zum Koppeln des Hinterwagens (3) mit dem Vorderwagen (1), derart, dass der Vorderwagen (1) und der Hinterwagen (3) um wenigstens eine Längsachse (X) des Arbeitsfahrzeugs relativ zueinander bewegbar sind; – eine zwischen dem Hinterwagen (3) und dem Vorderwagen (1) vorgesehene Dämpfungsvorrichtung (30) zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen dem Vorderwagen (1) und dem Hinterwagen (3), wobei die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung (30) verstellbar ist; und – eine Lastaufnahmeeinrichtung (4) zum Tragen einer Last durch das Arbeitsfahrzeug; mit dem Schritt – Verstellen der Wirkung der Dämpfungsvorrichtung (30) in Anhängigkeit von der Last und/oder von einer Bewegungsgeschwindigkeit, mit der sich der Vorderwagen (1) und der Hinterwagen (3) relativ zueinander bewegen, derart, dass die Dämpfungswirkung bei geringer Last stärker ist als bei größerer Last und/oder dass die Dämpfungswirkung bei geringer Bewegungsgeschwindigkeit niedriger ist als bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit.