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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Arbeitswerkzeug, das
drehbar am freien Ende einer mit ihrem entgegen gesetzten Ende drehbar mit einem
Fahrzeug verbundenen Befestigungseinrichtung verbunden ist, wobei eine
Parallelführung vorgesehen ist.
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Es gibt eine Vielzahl von Fahrzeugtypen, die mit Arbeitswerkzeugen versehen
sind, welche ihrerseits aufwärts und abwärts befördert werden sollen. Beispiele
sind Hubbühnen, Baggerschaufeln, Palettengabeln, Arbeitsstände,
Schöpfbehälter usw. Diese Arbeitswerkzeuge sind an einer Befestigungseinrichtung
angeordnet, etwa einer Hubschwinge. Wird diese angehoben, hebt sie das an ihrem
Ende befindliche Arbeitswerkzeug mit an. Dieses muss aber auch relativ bewegt
werden können, um etwa nach dem Anheben auch den Inhalt etwa einer
Baggerschaufel gezielt auskippen zu können.
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Es ist vielfach erwünscht, dass diese Arbeitswerkzeuge außerdem trotz ihrer
Höhenverstellbarkeit jeweils automatisch eine vorbestimmte, insbesondere
waagerechte Winkellage einhalten können. Beispielsweise bei Palettengabeln oder
Schöpfbehältern ist dies unmittelbar einleuchtend.
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Nimmt man dieses Beispiel einer Palettengabel oder eines Schöpfbehälters, so
soll das Arbeitswerkzeug ein bestimmtes Produkt, beispielsweise eine auf der
Palettengabel gestapelte Palette mit Gütern oder in den Schöpfbehältern eine
Flüssigkeit oder eine viskose Masse anheben. Dieses Anheben erfolgt, indem
die Befestigungseinrichtung mit ihrem am Fahrzeug verbundenen Ende nach
oben geschwenkt wird. Nun muss durch eine Parallelführeinrichtung dafür
gesorgt werden, dass das Arbeitswerkzeug am anderen Ende der
Befestigungseinrichtung in die Gegenrichtung schwenkt, so dass die Palettengabel, die
Schöpfbehälter oder das sonstige Arbeitswerkzeug hinterher wieder genau horizontal
stehen und nicht die auf ihr aufgestapelten oder in ihr enthaltenen Produkte
verliert.
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Zu berücksichtigen ist auch noch, dass diese Position dann anschließend beim
Bewegen des Fahrzeuges beibehalten wird.
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Zu diesem Zweck werden jeweils Parallelführ-Einrichtungen vorgesehen.
Bekannt sind hierfür mechanische Mittel, wie Stangen, Seile oder Ketten, die jedoch
aufgrund der Zwangsmechanik starkem Verschleiß ausgesetzt sind.
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Als Alternative sind daher beispielsweise in der DE 28 34 480 C2 oder der
DE 84 18 495 U1 hydraulische Parallelführ-Einrichtungen vorgeschlagen worden.
Durch einen entsprechenden Austausch der Hydraulikflüssigkeiten wird beim
Anheben der Arbeitsgeräte gleichzeitig dafür Sorge getragen, dass diese
waagerecht stehen oder sich in waagerechter Stellung bewegen.
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Der Austausch der Hydraulikflüssigkeiten erfolgt durch gleichvolumige und
gleichhubige Zylinder mit einer bestimmten Geometrie. Die hydraulische
Funktion zwischen Hubzylinder und Gerätezylinder wird im Regelfall von zwei
Lasthalteventilen sichergestellt, die den Arbeitsdruck festlegen. Das
Flächenverhältnis dieser beiden Lasthalteventile für den Öffnungsdruck ist allerdings ein
Problem bei derartigen bekannten Geräten.
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Es entsteht nämlich ein Hubkraftverlust, der bei allen hydraulischen parallel
geführten Arbeitswerkzeugen auftritt. Bei zu viel Hubkraftverlusten wird das
Arbeitswerkzeug unwirtschaftlich. Ein relevanter Teil der eingesetzten Energie geht
nutzlos verloren. Das Arbeitswerkzeug bleibt unter seinen Einsatzmöglichkeiten.
Darüber hinaus ist die Exaktheit der Parallelführung nicht mehr gewährleistet.
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Das Flächenverhältnis für die Lasthalteventile beträgt bei gängigen
hydraulischen Parallelladern zwischen 4 : 1 und 8 : 1. Daraus ergibt sich dann in der Praxis
ein Hubkraftverlust bei solchen Geräten zwischen 12% und 20%, was für die
Benutzer derartiger Geräte schon sehr erheblich und unwirtschaftlich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber eine verbesserte Parallelführung
bei gattungsgemäßen Steuerungsvorrichtungen vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Parallelführung hubkraftunabhängig
ausgestaltet ist.
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Es wird also eine völlig unabhängige hydraulische Steuerung für die Relativlage
der Arbeitswerkzeuge, beispielsweise der Palettengabeln, geschaffen, die nicht
in hydraulischem oder mechanischem Zusammenhang mit dem Anheben des
Arbeitswerkzeuges am Fahrzeug steht. Es erfolgt also eine Entkoppelung der
beiden Bewegungen, obwohl diese beiden Bewegungen ja gleichförmig erfolgen
sollen. Trotzdem wird erreicht, dass eine sichere Parallelführung entsteht.
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Es wird erfindungsgemäß bei einer bevorzugten Ausführungsform ein
Sensorelement eingesetzt, das am Fahrzeug angeordnet ist und die aktuelle Stellung
ertastet, insbesondere also die Relativstellung zur Horizontalen. Dieses
Sensorelement gibt dann eine entsprechende Information über eine
Übertragungsstrecke ab. Diese Übertragungsstrecke kann eine elektrische Leitung sein, es kann
aber auch eine drahtlose Übertragung über Funk, in Spezialfällen auch über
optische Signale, oder andere Informationsträger erfolgen.
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Diese Information wird am Arbeitswerkzeug aufgenommen durch einen
Empfänger. Dieser Empfänger steuert dann den Gerätezylinder, also beispielsweise
einen Kippzylinder, an.
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Eine Variante dieser Möglichkeit besteht darin, den Drehwinkel des Basisteiles
abzugreifen und über eine Informationsübermittlungsstrecke dem Arbeitsgerät
und einem dort vorhandenen entsprechenden Element zuzuführen.
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Statt eines Abgreifens der realen Stellung am Fahrzeug ist es in einer
bevorzugten Ausführungsform auch möglich, in dem Arbeitsgerät selbst die
Relativstellung zur Horizontalen bzw. zu einem vorhergehenden Zustand festzustellen.
Auch für einen derartigen Sensor gibt es zur Realisierung mehrere
Möglichkeiten. Eine davon besteht darin, einen Kreisel in oder benachbart zum Arbeitsgerät
vorzusehen.
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Eine andere Möglichkeit bei dieser Ausführungsform besteht in einer
schwerkraftbezogenen Steuerung, also nach Art eines Pendels.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, über separate Stellmotore hier ein
Nachführen zu erreichen.
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Mit der Erfindung lässt sich auch ein Vorteil erzielen, der bei herkömmlichen
Parallelführungen nicht gegeben ist, und zwar weder bei solchen, die mit
mechanischen Mitteln arbeiten noch bei solchen, die über einen Austausch von
Hydraulikflüssigkeiten die Parallelführung bewirken.
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Es kann nämlich ein gezieltes, entsprechend dosiertes Abweichen von einer
exakten Parallele angesteuert werden. So kann der Fall eintreten, dass ein
Fahrzeug mit einer Palettengabel oder einem Schöpfbehälter oder ähnlichen
Werkzeugen über unebenes Gelände fährt. Dies führt dazu, dass die
Befestigungseinrichtung mit ihrem am Fahrzeug verbundenen Ende die Unebenheiten des
Geländes aufgreift und bei einer hydraulischen oder mechanischen Übertragung
exakt die Bodenunebenheiten auf das andere Ende mit dem Arbeitswerkzeug
übertragen werden. Dies muss herkömmlich durch entsprechend vorsichtiges
Fahren oder andere Bemühungen ausgeglichen werden. Erfindungsgemäß kann
nun aber davon abgesehen werden, den exakten Drehwinkel der
Befestigungseinrichtung hinsichtlich ihres mit dem Fahrzeug verbundenen Ende abzugreifen,
sondern es kann zum Beispiel der Sensor direkt die Relativstellung zur
Horizontalen erkennen und diese Einstellung an das Arbeitswerkzeug weitergeben. Das
bedeutet, dass Bodenunebenheiten vollständig abgefangen werden.
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Natürlich sind auch Kombinationen möglich, je nach Einsatzzweck der
Steuereinrichtung bzw. des Arbeitswerkzeuges können verschiedene Funktionen
vorgesehen werden.
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Als Sensoren bieten sich beispielsweise Neigungssensoren an. Diese sind relativ
preisgünstig, aber trotzdem recht genau. Sie arbeiten völlig verschleißfrei und
besitzen einen analogen oder einen digitalen Signalausgang. Dadurch ist eine
Weiterverarbeitung der Messsignale in einem Rechner unproblematisch möglich.
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Als Sensoren können auch Drehratesensoren eingesetzt werden, die zu den
Kreiselsystemen gehören. Hier sind beispielsweise Festkörper-Gyros geeignet,
die nach dem Schwingstrukturverfahren unter Ausnutzung der Coriolis-Kraft
arbeiten.
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Problemlos können Fahrzeuge und Arbeitswerkzeuge, die mit der
erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ausgerüstet sind, auch andere herkömmliche
Funktionen weiterhin ausführen. Diese sind also nicht etwa beeinträchtigt. Dies gilt etwa
für Funktionen wie "Parallel Aus", wenn also eine Parallelführung oder
Modifikation davon nicht gewünscht sein sollte, und auch für die Funktion "Eilgang", die
im Zusammenhang mit etwa dem Entleeren des Arbeitswerkzeuges verwendet
wird.
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Im Folgenden wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Schaufelladers, der mit
einer Steuereinrichtung nach der Erfindung ausgerüstet ist;
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Fig. 2 ein Schaltbild für eine Steuereinrichtung einer ersten
Ausführungsform der Erfindung, und
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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Parallelführung.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Fahrzeug 10 dargestellt, hier ein Schaufellader.
Das Fahrzeug 10 besitzt vier Räder 11, von denen zwei in der Fig. 1 sichtbar
sind. Zu erkennen ist ferner noch die Karosserie 12 mit dem darin enthaltenen
Bereich für den Fahrer.
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An seinem vorderen Teil ist eine um einen Drehpunkt 15 auf- und
abschwenkbare Befestigungseinrichtung 20, zum Beispiel eine Hubschwinge angeordnet.
Am vorderen Ende 21 der Hubschwinge oder sonstigen
Befestigungseinrichtung 20 ist ein Lager 22 vorgesehen. Um dieses Lager 22 ist ein
Arbeitswerkzeug 30 drehbar gelagert, im vorliegenden Falle ist dieses Arbeitswerkzeug 30
als Schaufel ausgestaltet und in drei unterschiedlichen Positionen
wiedergegeben. Anstelle einer Hubgabel können hier auch Arbeitsbühnen, eine Mulde oder
ein anderes kippbares Arbeitswerkzeug vorgesehen sein.
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Die Hubschwinge bzw. Befestigungseinrichtung 20 ist mittels eines
Hubzylinders 25 bewegbar, der einerseits am Fahrzeug 10 und andererseits an der
Hubschwinge 20 befestigt ist.
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Das Arbeitswerkzeug 30 ist über einen Kniehebel 33 mit dem Kolben 36 eines
hydraulischen Kippzylinders 35 verbunden. Der Kippzylinder 35 besitzt ferner ein
Zylindergehäuse, das schwenkbar an der Hubschwinge oder
Befestigungseinrichtung 20 gelagert ist. Durch Verschieben des Kippzylinderkolbens 36 läßt
sich das Arbeitswerkzeug 30 über den Kniehebel 33 aus einer mit B
bezeichneten Horizontal- bzw. Parallelstellung in eine gegenüber der waagerechten
aufwärtsgeneigte Kippstellung A, eine ausgekippte Kippstellung C sowie in beliebige
Zwischenstellungen bringen.
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Die Stellung B ist zugleich auch die Grundstellung oder Stellung 0.
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Wie die Fig. 1 auch plastisch zeigt, müssen neben dieser Möglichkeit des
Drehens oder Kippens des Arbeitswerkzeuges 30 um das Lager 22 auch
Möglichkeiten vorgesehen werden, das Arbeitswerkzeug 30 parallel zum Fahrzeug 10
und/oder horizontal und damit parallel zum Erdboden zu führen, wenn das
Fahrzeug die an ihm befestigten Elemente (Hubschwinge oder
Befestigungseinrichtung 20, Arbeitswerkzeug 30) nach oben bzw. unten fährt. Die
Horizontal- oder Parallelstellung sollte auch dann eingehalten werden, wenn der
Hubzylinder 25 die Hubschwinge oder Befestigungseinrichtung 20 gerade
anhebt, etwa weil mittels des Arbeitswerkzeuges 30 eine auf dem Boden ruhende
Last nach oben angehoben werden soll.
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Dies ist nun mit der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung möglich.
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Diese Steuereinrichtung kann mit wesentlichen Bauelementen entweder am
Fahrzeug 10 oder aber auch benachbart zum Arbeitswerkzeug 30 angeordnet
sein. Beide Varianten haben ihre Vorteile, da entweder jedes Arbeitswerkzeug
mit einer speziell für dieses Werkzeug aufgebauten Steuereinrichtung
ausgerüstet werden kann oder aber auch kostensparend für verschiedene
Arbeitswerkzeuge nur eine Steuereinrichtung, dann am Fahrzeug vorgesehen werden muss.
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Zur Steuereinrichtung gehört zunächst ein Sensor 40, beispielweise ein
Wegaufnehmer oder Neigungswinkelsensor. Geregelt werden muss ja nur die Drehung
um eine einzige Achse, da die Drehachse des Arbeitswerkzeuges 30 fest
vorgegeben ist. Die senkrechte Richtung wird durch die Richtung der
Erdbeschleunigung vorgegeben und es muss daher nur eine Winkellage relativ zur
senkrechten eingestellt werden.
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Der Sensor 40 gibt seine Messwerte an einen Rechner 41 ab, wobei diese
Weitergabe durchaus über eine gewisse Entfernungsstrecke erfolgen kann, wenn
etwa der Sensor 40 am Fahrzeug 10 und der Rechner 41 am Werkzeug 30
angeordnet ist.
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Die Steuereinrichtung wirkt also als Lageregler. Dabei ist hier in der Fig. 2 ein
Zweipunktregler vorgesehen, der über einen integrierten Neigungswinkelsensor
verfügt. Das Ausgangssignal des Neigungswinkelsensors entspricht dem Ist-
Wert der Winkellage. Solange dieser Ist-Wert in dem Bereich von -1° bis +1°
(bezogen auf Winkel) liegt, greift der Regler nicht ein, da dies nur zur
Dauertätigkeit führt. Übersteigt jedoch der Ist-Wert den Bereich von -1° bis +1°, dann
steuert die Steuereinrichtung mit Hilfe von zwei komplementär geschalteten
Leistungsausgängen entsprechende Proportionalmagnetventile an. Das
Proportionalsteuergerät ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 42 versehen.
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Auf diese Weise wird über eine Stelleinrichtung der Neigungswinkel-Ist-Wert in
das gewünschte Winkelintervall gebracht.
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Die Steuereinrichtung kann auch über einen Aktivierungseingang verfügen sowie
die Möglichkeit besitzen, eine abgesetzte Betriebsanzeige anzuschließen.
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In Fig. 3 ist schematisch die Wirkungsweise der Parallelführung dargestellt. Die
Darstellung beschränkt sich darauf, dass Fahrzeug 10 mit dem Drehpunkt 15
stehend auf dem Boden 17 anzudeuten. Vom Drehpunkt 15 erstreckt sich die
Befestigungseinrichtung 20 vom Fahrzeug 10 weg. Dargestellt sind in der Fig. 3
vier verschiedene Richtungen, in die diese Befestigungsrichtung 20 beispielhaft
gerichtet sein könnte.
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Am anderen Ende der Befestigungseinrichtung 20 ist wiederum das Lager 22 zu
erkennen, an dem nun wiederum das Arbeitswerkzeug 30 angeordnet ist.
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Der nicht eingezeichnete Sensor 40 stellt in diesem Beispiel hier am
Drehpunkt 15 fest, um welchen Winkel die Befestigungseinrichtung 20 relativ zum
Fahrzeug 10 geneigt ist. Als Beispiel sind hier die Winkel A°, B°, C° und D° für
die vier erwähnten Positionen eingezeichnet.
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Die Information über diesen Winkel wird nun über den Rechner 41 übermittelt
und sorgt dafür, dass eben dieser Winkel A°, B°, C° oder D° am Lager 22
benutzt wird, um die Position des Arbeitswerkzeuges 30 einzustellen. Dieses steht
in dem dargestellten Beispiel in allen vier Fällen damit horizontal oder auch
parallel zum Boden 17.
Bezugszeichenliste
10 Fahrzeug
11 Räder
12 Karosserie
15 Drehpunkt
20 Befestigungseinrichtung, zum Beispiel Hubschwinge
21 vorderes Ende der Hubschwinge
22 Lager
25 Hubzylinder
30 Arbeitswerkzeug
33 Kniehebel
35 Kippzylinder
36 Kolben
40 Sensor
41 Rechner
A aufwärtsgeneigte Kippstellung
B Parallelstellung
C ausgekippte Kippstellung