DE102017001138A1 - Fahrbare Arbeitsmaschine und Verfahren zum fahrstabilen Betreiben derselben - Google Patents

Fahrbare Arbeitsmaschine und Verfahren zum fahrstabilen Betreiben derselben Download PDF

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Abstract

Eine fahrbare Arbeitsmaschine, insbesondere landtechnisches Gerät wie selbstfahrende Spritze, mit einem Aufbau, der gegenüber einem Fahrwerk mittels Kolbenraum (6) und Stangenraum (8) aufweisenden Zylindern (2, 4) hydraulisch abgestützt ist, wobei eine Schalteinrichtung (18, 22, 36, 38) vorgesehen ist, die in einer Schaltstellung den Kolbenraum (6) eines Zylinders (2, 4)mit dem Stangenraum (8) eines anderen Zylinders (2, 4) und umgekehrt fluidführend verbindet, ist dadurch gekennzeichnet, dass an der jeweiligen fluidführenden Verbindung (12, 14) zwischen Kolbenraum (6) des einen Zylinders (2, 4) und dem Stangenraum (8) des anderen Zylinders (2, 4) als Teil der Schalteinrichtung jeweils erste (18, 22) und zweite Ventile (36, 38) angeschlossen sind, von denen die jeweils ersten (18, 22) eingangsseitig an den Kolbenraum (6) und an jeweils einen ersten Hydrospeicher (28, 30) angeschlossen sind und die jeweils zweiten Ventile (36, 38) eingangsseitig an den Stangenraum (8) und ausgangsseitig an jeweils einen zweiten Hydrospeicher (32, 34) angeschlossen sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine fahrbare Arbeitsmaschine, insbesondere landtechnisches Gerät wie eine selbstfahrende Spritze, mit einem Aufbau, der gegenüber einem Fahrwerk mittels Kolbenraum und Stangenraum aufweisenden Zylindern hydraulisch abgestützt ist, wobei eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die in einer Schaltstellung den Kolbenraum eines Zylinders mit dem Stangenraum eines anderen Zylinders und umgekehrt fluidführend verbindet. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum fahrstabilen Betreiben einer solchen Arbeitsmaschine.
  • Arbeitsmaschinen dieser Gattung sind Stand der Technik, siehe EP 1 686 045 B1 , und kommen bevorzugt in der Landtechnik als selbstfahrende Einheiten zum Einsatz. Die in einer sogenannten Kreuzschaltung fluidführend miteinander verbundenen Zylinder bilden zum einen ein hydropneumatisches Federungssystem. Um den in der mechanisierten Landtechnik zu stellenden Anforderungen gerecht zu werden, weisen solche Arbeitsmaschinen auch zum anderen ein System zur Niveauregulierung und/oder Wankstabilisierung auf. Die mittels der Schalteinrichtung verschalteten Hydraulikzylinder bilden zum anderen daher auch Bestandteile dieser Systeme. Im Stand der Technik weisen diese zur Erkennung der Kolbenstellungen Weg-Mess-Sensoren, die Lage des Aufbaues erkennende Neigungssensoren sowie gegebenenfalls eine weitergehende Sensorik, für Betriebsgrößen wie Fahrgeschwindigkeit, Fahrbeschleunigungen, Lenkeinschlag, Last- und Bodenbeschaffenheit auf. Eine diese Signale verarbeitende Steuereinrichtung betätigt Niveauregulierungsventile, die den Hydraulikzylindern zusätzlich zu der eingangs genannten Schalteinrichtung zugeordnet sind.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Arbeitsmaschine der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich durch besonders sichere Fahreigenschaften auf Untergrund verschiedener Beschaffenheit auszeichnet.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Arbeitsmaschine gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
  • Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass an der jeweiligen fluidführenden Verbindung zwischen dem Kolbenraum des einen Zylinders und dem Stangenraum des anderen Zylinders als Teil der Schalteinrichtung jeweils erste und zweite Ventile angeschlossen sind, von denen die jeweils ersten eingangsseitig an den Kolbenraum und an jeweils einen ersten Hydrospeicher angeschlossen sind und die jeweils zweiten Ventile eingangsseitig an den Stangeraum und ausgangsseitig an jeweils einen zweiten Hydrospeicher angeschlossen sind. Diese Gestaltung der Schalteinrichtung eröffnet gegenüber der genannten, bekannten Lösung erweiterte Möglichkeiten der gegenseitigen Verschaltung von Kolbenraum und Stangenraum der Zylinder sowie die Möglichkeit der Verbindung der Stangenräume mit eigens zugeordneten Hydrospeichern. Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine ist daher an unterschiedliche Fahr- und Geländebedingungen besser anpassbar.
  • Mit Vorteil können die ersten Ventile und die zweiten Ventile durch 2/2-Wege-Schaltventile gebildet sein.
  • Vorzugsweise ist für die Ventile eine elektromagnetische Betätigung vorgesehen, so dass eine direkte Ansteuerung mittels der signalverarbeitenden Steuereinrichtung möglich ist.
  • Mit Vorteil kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass die Ventile mechanisch in den Schließzustand vorgespannt sind. Da bei einem eventuellen Ausfall des elektrischen Systems sämtliche Ventile dadurch in einem definierten Zustand sind, ist eine „Fail-Safe“ Funktion sichergestellt.
  • Der Stangenraum der Zylinder kann mit einer Nachsaugeinrichtung verbunden sein, die ein in Richtung auf einen das Fluid bevorratenden Tank sperrendes Rückschlagventil aufweist. Bei einer trotz gesperrter Fluidverbindung auftretenden Einfahrbewegung eines Zylinders ist dadurch eine Kavität im Stangenraum durch Nachsaugen vermieden.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum fahrstabilen Betreiben einer fahrbaren Arbeitsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die mit einem System zur Wankstabilisierung versehen ist, wobei das Verfahren die im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale aufweist. Demgemäß sieht das Verfahren vor, dass in Abhängigkeit von Fahraufgaben sowie von durch die Wankstabilisierung generierten, den Lastzustand der Zylinder darstellenden Signalen die ersten und die zweiten Ventile jeweils gruppenweise in einen für die jeweilige Gruppe gleichen Schaltzustand betätigt werden.
  • Dabei kann so vorgegangen werden, dass die Ventilbetätigung aufgrund geländeabhängiger Fahraufgaben der Arbeitsmaschine durchgeführt wird.
  • Diesbezüglich können für eine Feldfahrt mit gegenüber Straßenfahrt weicherer, von den Zylindern zur Verfügung gestellter Abstützung die Ventile der ersten Gruppe und die Ventile der zweiten Gruppe sämtlich in den Durchlasszustand betätigt werden. Bei diesem Schaltzustand sind die Kolbenräume sowohl mit einem ersten und einem zweiten Hydrospeicher sowie untereinander verbunden. Entsprechendes gilt für die Stangenräume, die sowohl miteinander verbunden sind als auch mit einem ersten und einem zweiten Hydrospeicher in Verbindung sind, so dass die für Feldfahrt gewünschte weiche Federung zur Verfügung gestellt ist.
  • Für eine Hangfahrt kann die Gruppe der Ventile, die den Zylindern hangabwärtiger Räder zugeordnet sind in den Durchlasszustand und die Ventile der anderen Gruppe in den Sperrzustand betätigt werden. Dieser Schaltzustand führt zu einer Versteifung der Einfahrbewegung der Zylinder, so dass die durch eine Hanglage bewirkte Lastverlagerung auf die hangabwärtigen Zylinder nicht zu einem Einfahren führt, sondern das die hangabwärtigen Räder verstärkt abgestützt sind.
  • Für eine Fahrt an steilem Hang können die Ventile sämtlicher Gruppen, also auch die Ventile der den hangaufwärtigen Rädern zugeordneten Zylinder in den Sperrzustand betätigt werden, so dass auch bei einer extremen Lastverlagerung auf die hangabwärtigen Räder es zu keiner unzulässig hohen Einfederbewegung kommen kann und ein Kippen der Arbeitsmaschine am steilen Hang vermieden wird.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • 1a in Symboldarstellung die Hydraulikschaltung der hydropneumatischen Achsfederung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine, wobei ein Schaltzustand mit weicher Federkernlinie dargestellt ist;
    • 1b ein Diagramm der Federkennlinie beim Schaltzustand von 1a;
    • 2a die Hydraulikschaltung von Fig.la, wobei der Schaltzustand mit härterer Federkennlinie dargestellt ist;
    • 2b die Diagrammdarstellung der Federkennlinie beim Schaltzustand von 2a;
    • 3a die Hydraulikschaltung von Fig. 1a, wobei der Schaltzustand mit harter Federkennlinie dargestellt ist; und
    • 3b das Diagramm der Federkennlinie beim Schaltzustand von 3a.
  • Die 1a, 2a und 3a zeigen von der Achsaufhängung einer ansonsten nicht dargestellten fahrbaren Arbeitsmaschine, wie einer selbstfahrenden Spritze für landtechnischen Einsatz, lediglich die hydropneumatische Federung einer Achse. Als Federungszylinder sind Hydraulikzylinder 2 und 4 vorgesehen, die jeweils einen Kolbenraum 6 und einen Stangenraum 8 aufweisen und mit ihrer Kolbenstange 10 mit einer zugeordneten Radaufhängung (nicht gezeigt) verbunden sind. In der Art einer sogenannten Kreuzschaltung ist der Kolbenraum 6 des ersten Zylinders 2 mit dem Stangenraum 8 des zweiten Zylinders 4 über eine fluidführende Fluidverbindung 12 verbindbar, und der Kolbenraum 6 des zweiten Zylinders 4 ist über eine zweite fluidführende Verbindung 14 mit dem Stangeraum 8 des ersten Zylinders 2 verbindbar.
  • Über einen Leitungsabschnitt 16 ist ein Schaltventil 18 eingangsseitig mit dem Kolbenraum 6 des ersten Zylinders 2 verbunden, und über einen Leitungsabschnitt 20 ist ein Schaltventil 22 eingangsseitig mit dem Kolbenraum 6 des zweiten Zylinders 4 in Verbindung. Ausgangsseitig ist das Schaltventil 18 über einen Leitungsabschnitt 24 mit dem Stangenraum 8 des zweiten Zylinders 4 in Verbindung, und das Schaltventil 22 ist über einen Leitungsabschnitt 26 mit dem Stangenraum 8 des ersten Zylinders 2 in Verbindung. Mittels dieser Schaltventile, die hier als erste Ventile 18 und 22 bezeichnet und durch 2/2-Wege-Schaltventile gebildet sind, ist die die Kreuzschaltung bildende fluidführende Verbindung 12 und 14 freigebbar oder sperrbar. Die ersten Ventile 18 und 22 sind elektromagnetisch betätigbar und mechanisch in die Sperrstellung vorgespannt.
  • Dem Kolbenraum 6 von erstem Zylinder 2 und zweitem Zylinder 4 ist jeweils ein hydropneumatischer Druckspeicher 28 bzw. 30 zugeordnet, von denen der Druckspeicher 28 mit seiner Ölseite über den Leitungsabschnitt 16 mit dem Kolbenraum 6 des ersten Druckspeichers 28 in Verbindung ist und der zweite Druckspeicher 30 mit seiner Ölseite über den Leitungsabschnitt 20 mit dem Kolbenraum 6 des zweiten Zylinders 4 verbunden ist. Dem Stangenraum 8 der Zylinder 2 und 4 ist ebenfalls jeweils ein hydropneumatischer dritter bzw. vierter hydropneumatischer Druckspeicher 32 bzw. 34 zugeordnet, von denen der Druckspeicher 32 mit seiner Ölseite über ein Schaltventil 36 mit dem zur Stangenseite 8 des Zylinders 2 führenden Leitungsabschnitt 26 in Verbindung ist und die Ölseite des vierten Druckspeichers 34 über ein Schaltventil 38 und den Leitungsabschnitt 24 mit dem Stangeraum 8 des zweiten Zylinders 4 in Verbindung ist. Die Schaltventile 36 und 38, die, wie die ersten Schaltventile 18 und 22 durch 2/2-Wege-Schaltventile gebildet sind, sind ebenfalls elektromagnetisch betätigbar und mechanisch in die Sperrstellung vorgespannt. Die Schaltventile 36 und 38 sind hier als zweite Ventile 36, 38 bezeichnet. An den Leitungsabschnitten 24 und 26 ist ferner jeweils eine Nachsaugeinrichtung angeschlossen, die jeweils ein Rückschlagventil 40 aufweist, das in Richtung auf einen Fluidtank 42 sperrt.
  • Die 1a zeigt den Betriebszustand, bei dem die ersten Ventile 18 und 22 in den Durchlasszustand geschaltet sind, so dass die Kreuzschaltung mit den fluidführenden Verbindungen 12 und 14 freigegeben ist. Bei diesem Zustand sind auch die zweiten Schaltventile 36, 38 in den Durchlasszustand geschaltet, so dass an den fluidführenden Verbindungen 12 und 14 nicht nur erster und zweiter Druckspeicher 28 und 30, sondern auch dritter und vierter Druckspeicher 32 und 34 angeschlossen sind. Für die Kolbenräume 6 und Stangeräume 8 beider Zylinder 2 und 4 steht daher das gesamte Speichervolumen zur Verfügung, so dass lastabhängige Einfahrbewegungen an den Zylindern 2, 4 mit weicher Kennlinie erfolgen. Für die Arbeitsmaschine ergibt sich daher ein für die Feldfahrt geeignetes Fahrverhalten mit weicher Federung und mit durch die Wankstabilisierung geländeabhängig bewirkter Niveauregelung. Die entsprechende Federkennlinie hat, wie in 1b dargestellt, einen geneigten, linearen Verlauf.
  • Bei einer Hangfahrt kommt es zu einer Lastverlagerung auf jeweils hangabwärtigen Rädern zugeordnete Federungszylinder und bei der für Feldfahrt vorgesehenen weichen Federkennlinie daher zu einer unerwünschten, die Schräglage vergrößernden Zylinder-Einfahrbewegung. Bei Erkennen einer entsprechend starken Lastverlagerung durch die Sensorik des Systems zur Wankstabilisierung und aufgrund eines von diesem gelieferten Signal werden die ersten Schaltventile 18 und 22, wie in 2a gezeigt, in den Sperrzustand geschaltet, so dass die Kreuzschaltung mit den Verbindungen 12 und 14 gesperrt ist. Bei diesem in 2a gezeigten Betriebszustand sind die Verbindung zwischen erstem Druckspeicher 28 und Stangenraum 8 des Zylinders 4 sowie die Verbindung zwischen zweitem Druckspeicher 30 und Stangenraum 8 des ersten Zylinders 2 blockiert. Ab dem im Diagramm von 2b mit S bezeichneten Schaltpunkt ändert sich daher der Verlauf der Federkennlinie progressiv. Die dadurch größere Federhärte verhindert weiteres Einfahren hangabwärtiger Zylinder, wie des Zylinders 2 von Fig. 2a, so dass trotz der Hanglage die stärkere Neigung der Arbeitsmaschine verhindert ist.
  • Wenn es bei Hangfahrt bei noch stärkerer Hangneigung zu einem noch stärkeren Kraftanstieg und damit zu einem unzulässig langen Einfahrweg mit der Gefahr des Kippens kommen könnte, werden zusätzlich auch die zweiten Ventile 32 und 34 in den Sperrzustand geschaltet. Bei diesem Zustand, wie er in 3a und 3b dargestellt ist, verbleiben lediglich die Speichervolumina der Druckspeicher 28 und 30 im System. Bei diesem Schaltzustand der größten Federhärte könnte, wie der in 3b angegebene Kennlinienverlauf zeigt, eine weitere Einfahrbewegung lediglich bei extremem Lastzuwachs stattfinden. Die Arbeitsmaschine ist daher auch bei starker Hanglage gegen Gefahr des Kippens geschützt.
  • Der Zustand der harten Federung eignet sich auch für Straßenfahrt der Arbeitsmaschine, wo kein vom Wankstabilisierungssystem generiertes Lastverlagerungssignal zur Verfügung steht. Für eine willkürliche Einstellung auf Hartfederung für Straßenfahrt steht dem Bediener oder Führer der Arbeitsmaschine auch eine Einrichtung zur Eingabe von Steuerbefehlen für die Schalteinrichtung zur Verfügung. Der Bediener kann das Federsystem so auch willkürlich in den weichen Zustand (1a) oder den Zustand mittlerer Härte (2a) bringen. In der vereinfachten Darstellung der Schaltungen der 1a, 2a und 3a sind nicht nur die dem Wankstabilisierungssystem zugehörigen Niveauregulierungsventile weggelassen, sondern auch die üblichen Einrichtungen, die zur Druckabsicherung der Fluidverbindungen 12, 14 zum Tank 42 hin vorgesehen sind.
  • 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
    • EP 1686045 B1 [0002]

Claims (11)

  1. Fahrbare Arbeitsmaschine, insbesondere landtechnisches Gerät wie selbstfahrende Spritze, mit einem Aufbau, der gegenüber einem Fahrwerk mittels Kolbenraum (6) und Stangenraum (8) aufweisenden Zylindern (2, 4) hydraulisch abgestützt ist, wobei eine Schalteinrichtung (18, 22, 36, 38) vorgesehen ist, die in einer Schaltstellung den Kolbenraum (6) eines Zylinders (2, 4)mit dem Stangenraum (8) eines anderen Zylinders (2, 4) und umgekehrt fluidführend verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass an der jeweiligen fluidführenden Verbindung (12, 14) zwischen Kolbenraum (6) des einen Zylinders (2, 4) und dem Stangenraum (8) des anderen Zylinders (2, 4) als Teil der Schalteinrichtung jeweils erste (18, 22) und zweite Ventile (36, 38) angeschlossen sind, von denen die jeweils ersten (18, 22) eingangsseitig an den Kolbenraum (6) und an jeweils einen ersten Hydrospeicher (28, 30) angeschlossen sind und die jeweils zweiten Ventile (36, 38) eingangsseitig an den Stangenraum (8) und ausgangsseitig an jeweils einen zweiten Hydrospeicher (32, 34) angeschlossen sind.
  2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (18, 22, 36, 38) in Form von 2/2-Wege-Schaltventilen vorgesehen sind.
  3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (18, 22, 36, 38) elektromagnetisch betätigbar sind.
  4. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (18, 22, 36, 38) mechanisch in den Schließzustand vorgespannt sind.
  5. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stangenraum (8) der Zylinder (2, 4) mit einer Nachsaugeinrichtung verbunden ist, die ein in Richtung auf einen das Fluid bevorratenden Tank (42) sperrendes Rückschlagventil (40) aufweist.
  6. Arbeitsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die fluidführenden Verbindungen (12, 14) miteinander verbundenen Zylinder (2, 4) den einander gegenüberliegenden Rädern einer gemeinsamen Achse zugeordnet sind.
  7. Verfahren zum fahrstabilen Betreiben einer fahrbaren Arbeitsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die mit einem System zur Wankstabilisierung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Fahraufgaben sowie von durch die Wankstabilisierung generierten, den Lastzustand der Zylinder (2, 4) darstellenden Signalen die ersten (18, 22) und die zweiten Ventile (36, 38) jeweils gruppenweise in einen für die jeweilige Gruppe gleichen Schaltzustand betätigt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Ventile (18, 22, 36, 38) aufgrund geländeabhängiger Fahraufgaben durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Feldfahrt mit gegenüber Straßenfahrt weicherer von den Zylindern (2, 4) zur Verfügung gestellter Abstützung die Ventile (18, 22) der ersten Gruppe und die Ventile (36, 38) der zweiten Gruppe sämtliche in den Durchlasszustand betätigt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Hangfahrt die Gruppe der Ventile (36, 38), die den Zylindern (2, 4) hangabwärtiger Räder zugeordnet sind, in den Durchlasszustand und die Ventile (18, 22) der anderen Gruppe in den Sperrzustand bestätigt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Fahrt an steilem Hang die Ventile (18, 22, 36, 38) sämtlicher Gruppen in den Sperrzustand betätigt werden.
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