-
Die
Erfindung betrifft ein Steuer- und Stellsystem für ein Hub- und Kippwerk eines
Arbeitswerkzeugs in einer mobilen Arbeitsmaschine.
-
Die
Arbeitshydraulik in mobilen Arbeitsmaschinen mit einem schaufelförmigen Arbeitswerkzeug – zum Beispiel
in Radladern, Baggern und Gabelstaplern – besteht aus einem Hubwerk
und einem Kippwerk. Das Hubwerk besteht aus einem zwischen Fahrzeugkarosserie
und Arbeitswerkzeug befindlichen Ausleger, der von zwei Hubzylindern
hydraulisch angetrieben wird und durch eine Schwenkbewegung relativ
zur Fahrzeugkarosserie das Arbeitswerkzeug je nach Schwenkrichtung
hebt oder senkt. Das Kippwerk weist ein oder zwei Schaufelzylinder auf,
die zwischen Fahrzeugkarosserie und schaufelförmigem Arbeitswerkzeug angebracht
sind und das Schaufelwerkzeug je nach Kipprichtung zu einer aus- oder
einkippenden Kippbewegung antreiben.
-
In
der
EP 0 564 939 B1 ist
eine hydraulische Steuereinrichtung für eine derartige Arbeitshydraulik dargestellt.
Die beiden Hub- und Schaufelzylinder sind jeweils parallel geschaltet.
Die Position und Bewegungsrichtung der Stellkolben in den Hubzylindern legen
die Hubhöhe
und die vertikale Bewegungsrichtung der Ladeschaufel relativ zur
Fahrzeugkarosserie fest. Analog wird der Kippwinkel und die Kipprichtung
der Ladeschaufel durch die Position und Bewegungsrichtung des Stellkolbens
in den Schaufelzylindern festgelegt. Position und Bewegungsrichtung des
Stellkolbens im Hub- oder Schaufelzylinder werden durch die Druckdifferenz
zwischen kolbenseitiger und kolbenstangenseitiger Stelldruckkammer
bestimmt. Die Versorgung der kolbenseitigen und kolbenstangenseitigen
Stelldruckkammern in den einzelnen Hub- und Schaufelzylindern mit
Hydraulikfluid bestimmten Stelldrucks erfolgt durch eine gemeinsame
druck- und förderstromgeregelte
Hydropumpe.
-
Da
es sich hierbei um eine im Ein-Quadranten-Betrieb arbeitende Hydropumpe
handelt, wird die Umschaltung der Stelldruckdifferenzen zwischen
kolbenseitiger und kolbenstangenseitiger Stelldruckkammer der Hub-
und Schaufelzylinder über
Steuerventile in einem Steuerblock im hydraulischen Lastkreis zwischen
Hydropumpe und Hub- und
Schaufelzylinder realisiert. Jedes dieser Steuerventile – je ein Steuerventil
für Hubwerk
und Kippwerk – wird über ein
Vorsteuergerät,
an das ein Lenkorgan, zum Beispiel Lenkrad oder Joystick, angeschlossen
ist, in Abhängigkeit
der gewünschten
Referenzwerte – Hubhöhe, Kippwinkel,
vertikale Bewegungsrichtung und Kipprichtung – angesteuert.
-
Eine
lastabhängige
Dosierung des Hydraulikfluidstromes von der Hydropumpe zu den einzelnen
Hub- und Schaufelzylindern wird über
eine Zwischenschaltung eines Steuerventils (Prioritätsventils) realisiert.
-
Diese
hydraulische Ansteuerung der Hub- und Schaufelzylinder weist eine
Reihe von Nachteilen auf:
Das Stellenergieniveau für das hydraulische
Hubwerk liegt in einer ganz anderen Größenordnung als das Stellenergieniveau
für das
hydraulische Kippwerk (Hubwerk: ca. 150 bis 180 bar, Kippwerk: ca.
20 bis 50 bar). Da für
Hub- und Kippwerk eine einzige Hydropumpe verwendet wird, deren
maximales Fördervolumen
auf das vom Hubwerk benötigte
Hydraulikvolumen ausgelegt wird, entsteht im Falle der hydraulischen
Ansteuerung des Kippwerks ein nicht unerheblicher hydraulischer
Energieverlust. Dieser hydraulische Energieverlust erzeugt zusätzlich abzuführende Wärme, die
den hydraulischen Wirkungsgrad der Arbeitshydraulik unnötig verschlechtert.
-
Das
Verschalten des Hydraulikfluidstroms von der Hydropumpe auf die
korrekten Stelldruckkammern der Hub- und Schaufelzylinder entsprechend der
gewünschten
Sollwerte der Arbeitshydraulik – Hubhöhe, Kippwinkel,
vertikale Bewegungssichtung und Kipprichtung – kann auf Grund des Ein-Quadranten-Betriebs
der Hydropumpe nur über aufwendige
Steuerventile in Steuerblöcken
verwirklicht werden. Die regelungstechnische Auslegung der Steuerventile
(z.B. Parametrierung der Feinsteuernuten im Steuerventil) gestaltet
sich sehr schwierig. Zusätzlich
ergibt sich bei Steuerblöcken
ein erheblicher Verrohrungs- und Verschraubungsaufwand, der ein zusätzliches
Risiko für
Leckölstellen
darstellt. Die Steuerblöcke
inklusive der zusätzlichen
Verrohrungen und Verschraubungen bedingen einen zusätzlichen
Platzbedarf. Der Aufwand für
Montage, Wartung und Service erhöht
sich auf Grund der größeren Systemkomplexität. Die Steuerventile
führen
aufgrund ihres verstellbaren Strömungsquerschnittes
zu höheren
Durchflußwiderständen im
hydraulischen Lastkreis im Vergleich zu einer normalen hydraulischen
Lastleitung zwischen Hydropumpe und hydraulischem Zylinder. Strömungsquerschnitte
im Lastkreis bewirken unnötige
hydraulische Verluste, die den Wirkungsgrad der derartigen Arbeitshydraulik
unnötig
verschlechtern.
-
Während die
hydraulische Steuereinrichtung der
EP 0 564 939 B1 einen offenen hydraulischen Kreislauf
beinhaltet, ist in der
DE
25 25 361 A1 für eine
gleiche Anwendung ein geschlossener hydraulischer Kreislauf vorgesehen.
-
In
einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf kann im Gegensatz zu
einem offenen hydraulischen Kreislauf in den mit dem niederdruckseitigen
Anschluß der
Hydropumpe verbundenen Stelldruckkammern beim Übergang von Expansion zu Kompression
kein Unterdruck entstehen. Die bei Unterdruck in den Zylindern auftretenden
Kavitationen, die zu Beschädigungen
an den Zylindern führen
können,
treten in diesem Fall nicht auf. Folglich kann in einem geschlossenen
hydraulischen Kreislauf eine im Zwei-Quadranten-Betrieb arbeitende Hydropumpe zum Einsatz
kommen.
-
Dadurch
kann durch Verstellung der Hydropumpe hinsichtlich der Stromrichtung
und der an ihren beiden Anschlüssen
anstehenden Stelldruckhöhen
jede beliebige Stelldruckdifferenz für die beiden Stelldruckkammern
der Hub- und Schaufelzylinder erzeugt werden. Eine aufwendige Zwischenschaltung
von Steuerblöcken
mit Steuerventilen für
die Generierung von beliebigen Stelldruckdifferenzen in den beiden
Stelldruckkammern der Hub- oder Schaufelzylinder aus der unidirektionalen
Stelldruckdifferenz an den beiden Anschlüssen der Hydropumpe entfällt somit.
Die Stelldruckdifferenz von den beiden Anschlüssen der Hydropumpe kann bezüglich ihrer
Polarität
und ihrer Höhe
durch eine Verstelleinrichtng innerhalb des realisierbaren Stellbereich
der Hydropumpe beliebig eingestellt werden. Die Verstellung der
nötigen
Stelldifferenz wird also im hydraulischen Steuer- und Stellsystem
der
DE 25 25 361 A1 vom
Lastkreis in den Steuerkreis der Hydropumpe verlagert.
-
Um
die für
einen geschlossenen hydraulischen Kreislauf notwendigen identischen
Expansions- und Kompressionsvolu mina in den beiden Stelldruckkammern
jedes Hub- und Schaufelzylindern zu erzielen, ist im hydraulischen
Steuer- und Stellsystem der
DE
25 25 361 A1 eine komplexe Zylinder-Kolben-Anordnung mit
einem beweglichen und festen Kolben je Zylinder vorgesehen. Diese
komplexe Zylinder-Kolben-Anordnung
ist mit einem erheblichen Fertigungs- und Montageaufwand verbunden.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das hydraulische Steuer-
und Stellsystem für ein
Hubwerk und ein Kippwerk eines Arbeitswerkzeugs in einer mobilen
Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und Anspruch 4 derart weiterzubilden, dass die für die gewünschten
Sollwerte der Arbeitshydraulik – Hubhöhe, Kippwinkel, vertikale
Bewegungsrichtung und Kipprichtung – benötigten Stelldrücke in den
beiden Stelldruckkammern der Hub- und Schaufelzylinder aus einer
verstellbaren Hydropumpe, im Zwei-Quadranten-Betrieb unter Verwendung
einer möglichst
einfachen Zylinder-Kolben-Anordnung erzeugt werden. Die Aufgabe der
Erfindung wird durch ein hydraulisches Steuer- und Stellsystem für ein Hubwerk
bzw. ein Kippwerk eines Arbeitswerkzeugs in einer mobilen Arbeitsmaschine
mit den Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 gelöst.
-
Ein
Merkmal des hydraulischen Steuer- und Stellsystems nach Anspruch
1 und Anspruch 4 ist es, die beiden Hub- bzw. Schaufelzylinder jeweils
gegenparallel zu verschalten und somit über beide Hub- bzw. Schaufelzylinder
zusammen gleiche Expansions- wie Kompressionsvolumina bei Verschiebung der
Stellkolben zu realisieren. Gleiche Expansions- wie Kompressionsvolumina
bei Verschiebung der Stellkolben in den Stelldruckkammern der Hub-
bzw. Schaufelzylinder gewährleisten
gleiche Fördervolumina
in den Hin- und Rückleitungen
für die
Realisierung eines geschlossenen hydraulischen Kreislaufs.
-
Vorteilhaft
für die
Realisierung eines geschlossenen hydraulischen Kreislaufs für das Hubwerk
und das Kippwerk ist jeweils eine separate Hydropumpe. Damit können die
für die
Stelldruckkammern der Hub- bzw. Schaufelzylinder erforderlichen Stelldruckdifferenzen
unabhängig
voneinander durch die jeweiligen Verstelleinrichtungen der beiden
Hydropumpen eingestellt werden. Eine gegenseitige negative Beeinflussung
der Hub- und Kippfunktion wie bei einer Realisierung mittels offenen
hydraulischen Kreislaufs liegt nicht mehr vor. Auch kann jede Hydropumpe
bezüglich
ihrer Förderleistung
an den Leistungsbedarf des Hub- bzw. Kippwerks angepaßt werden.
Bei einem offenen hydraulischen Kreislauf muß die Förderleistung der Hydropumpe
an den Bedarf des leistungsstärksten
Verbrauchers ausgerichtet werden. Das Kippwerk wird folglich bei
einem offenen hydraulischen Kreislauf mit einer zu hohen hydraulischen
Leistung versorgt, die den Wirkungsgrad des Kippwerks unnötig verschlechtern
kann.
-
Die
Ansteuerung des Stellventils für
die Verstelleinrichtung der beiden Hydropumpen kann elektrisch oder
hydraulisch erfolgen.
-
Im
Falle einer hydraulischen Realisierung wird ein Vorsteuergerät verwendet,
das über
ein Lenkorgan, beispielsweise einen Joystick, jeweils in einer Auslenkungsdimension
des Lenkorgans für
jede Hydropumpe und damit für
jede hydraulische Funktion – Hubwerk,
Kippwerk – angesteuert
wird. Das Vorsteuergerät
erzeugt an seinen Ausgängen
entsprechend der Auslenkung des Lenkorgans die für die Auslenkung der Stellventilkolben
erforderlichen Stelldruckspaare.
-
Bei
der elektrischen Ansteuerung wird die mechanische Auslenkung des
Lenkorgans über
einen Wandler in ein elektrisches Signal transformiert, das den
elektrischen Stellmagneten zur Auslenkung des Stellventilkolbens
zugeführt
wird. Vorteil der elektrischen gegenüber der hydraulischen Ansteuerung
ist der geringere technische Aufwand – keine Verrohrungen, Verschraubungen
und hydraulische Ventile – und
der geringere Platzbedarf insbesondere in der Kabine des Fahrzeugführers. Eine
einfache Systemintegration der elektrischen Ansteuerung in bestehende
Steuersysteme der mobilen Arbeitsmaschine – zum Beispiel Steuerung für hydrostatischen Fahrantrieb – stellt
einen weiteren Vorzug der elektrischen Ansteuerung dar.
-
Ein
Verbinden der kolbenseitigen und kolbenstangenseitigen Stelldruckkammern
der Schaufelzylinder im Betriebszustand der "Schwimmer-Stellung" der mobilen Arbeitsmaschine, in dem
die Ladeschaufel ein Planieren der Ebene ohne Stelldruck einzig
aufgrund des Eigengewichts der Ladeschaufel durchführt, ist
einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf vergleichsweise einfach
zu verwirklichen. Während
in einem offenen hydraulischen Kreislauf für diesen Betriebszustand ein
weiteres Stellventil in einem Steuerblock dafür vorgehalten werden muß, werden
in einem erfindungsgemäßen hydraulischen Steuer-
und Stellsystem die beiden hydraulischen Lastleitungen über ein
einfach ausgeführtes
2/2-Wegeventil,
das elektrisch oder hydraulisch angesteuert werden kann, kurzgeschlossen.
-
Um
ein Absinken bzw. Zurückkippen
des Arbeitswerkzeuges bei Ausfall einer oder beider Hydropumpen
zu vermeiden, werden in einer der beiden hydraulischen Lastleitungen
zu den Hub- und Schaufelzylindern elektrisch oder hydraulisch ansteuerbare (schaltbare)
Rückschlagventile – so genannte "low leak"-Ventile – eingesetzt.
-
Zur
Vermeidung unerwünschter
Nickbewegungen des Arbeitswerkzeugs während der Fahrt der mobilen
Arbeitsmaschine wird eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung des
Auslegers, wie sie z.B. in der
DE 41 29 509 C2 beschrieben ist, eingesetzt.
Diese hydraulische Steueranordnung lädt die Schaufelzylinder durch
Zuschaltung von hydraulischen Pufferspeichern auf den zu erwartenden
Lastdruck gezielt auf und führt
damit zu einer deutlichen Dämpfung
der Nickschwingungen des Arbeitswerkzeugs.
-
Auf
eine gegenparallele Verschaltung der beiden Hub- bzw. Schaufelzylinder
kann zugunsten einer parallelen Verschaltung verzichtet werden, wenn
in den Zylindern anstelle einer einseitigen Kolbenstange ein Stellkolben
mit einer zweiseitigen Kolbenstange verwendet wird. Bei einer Verschiebung eines
derartigen Stellkolbens im Zylinder ist das Expansions- und Kompressionsvolumen
in den beiden durch den Stellkolben abgetrennten Stelldruckkammern
gleich groß.
Damit entspricht das von der Hydropumpe zum hydraulischen Verbraucher – Hub- oder
Schaufelzylinder – transportierte
Hydraulikfluidvolumen dem vom hydraulischen Verbraucher zur Hydropumpe
zurück
transportierten Hydraulikfluidvolumen, was die Realisierung eines
geschlossenen hydraulischen Kreislaufs ermöglicht.
-
Drei
Ausführungformen
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1A Schaltbild
eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen hydraulischen Steuer-
und Stellsystems für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine mit elektrischer
Ansteuerung des Stellventils (Ansteuerung des Kippwerks);
-
1B Schaltbild
eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen hydraulischen Steuer-
und Stellsystems für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine mit elektrischer
Ansteuerung des Stellventils (Ansteuerung des Hubwerks);
-
2A Schaltbild
eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen hydrau lischen
Steuer- und Stellsystems für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine mit hydraulischer
Ansteuerung des Stellventils (Ansteuerung des Kippwerks);
-
2B Schaltbild
eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuer- und Stellsystems für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine mit hydraulischer
Ansteuerung des Stellventils (Ansteuerung des Hubwerks);
-
3A Schaltbild
einer Schaufelzylinderhydraulik eines dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuer- und Stellsystems für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine und
-
3B Schaltbild
einer Hubzylinderhydraulik eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuer- und Stellsystems für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine.
-
Das
erfindungsgemäße hydraulische
Steuer- und Stellsystem für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine wird in zwei
Ausführungsformen
nachfolgend unter Bezugnahme auf 1A bis 3B beschrieben.
-
In 1A ist
ein Schaltbild eines hydraulischen Steuer- und Stellsystems für ein Kippwerk 100 eines
Arbeitswerkzeugs in einer mobilen Arbeitsmaschine dargestellt, das
aus einem ersten Schaufelzylinder 1 und einem zweiten Schaufelzylinder 2 besteht.
Im ersten Schaufelzylinder 1 ist ein Stellkolben 3 verschiebbar
geführt,
der mit der Fahrzeugkarosserie 4 mechanisch gekoppelt ist.
Der erste Schaufelzylinder 1 ist mit dem hinsichtlich Kippwinkel
und Kipprichtung relativ zur Fahrzeugkarosserie 4 auslenkbaren
Ladeschaufel 6 mechanisch verbunden. Im zweiten Schaufelzylinder 2 ist
der Stellkolben 5 verschiebbar geführt, der mit der Ladeschaufel 6 verbunden
ist. Der zweite Schaufelzylinder 2 ist mit der Fahrzeugkarosserie 4 mechanisch
verbunden.
-
Der
erste Schaufelzylinder 1 weist eine kolbenseitige Stelldruckkammer 7 und
eine kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 8 auf. Der zweite Schaufelzylinder 2 weist
ebenfalls eine kolbenseitige Stelldruckkammer 9 und eine
kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 10 auf. Die kolbenseitige
Stelldruckkammer 7 des ersten Schaufelzylinders 1 ist
mit der kolbenstangenseitigen Stelldruckkammer 10 des zweiten
Schaufelzylinders 2 über
eine hydraulische Leitung 11 verbunden. Ebenso die kolbenstangenseitige
Stelldruckkammer 8 des ersten Schaufelzylinders 1 über eine
hydraulische Leitung 12 mit der kolbenseitigen Stelldruckkammer 9 des
zweiten Schaufelzylinders 2 verbunden.
-
Die
kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 10 des zweiten Schaufelzylinders 2 bzw.
die kolbenseitige Stelldruckkammer 7 des ersten Schaufelzylinders 1 ist über eine
erste hydraulische Lastleitung 13 mit dem ersten Anschluß 14 einer
verstellbaren ersten Hydropumpe 15 verbunden. Die kolbenseitige Stelldruckkammer 9 des
zweiten Schaufelzylinders 2 bzw. die kolbenstangenseitige
Stelldruckkammer 8 des ersten Schaufelzylinders 1 ist über eine
zweite hydraulische Lastleitung 16 mit den zweiten Anschluß 17 der
verstellbaren ersten Hydropumpe 15 verbunden. Die verstellbare
erste Hydropumpe 15 wird über eine Antriebswelle 18 von
einer Antriebsmaschine (in 1A nicht
dargestellt), beispielsweise einem Dieselaggregat, angetrieben.
-
Jeweils
eine erste Stelldruckkammer 68, 69 grenzt an den
zugehörigen
Zylinderkolben 63, 65 mit einer Druckbeaufschlagungsfläche A1 an,
die kleiner ist als die Druckbeaufschlagungsfläche A2, mit welcher die jeweils
andere zweite Stelldruckkammer 67, 70 an den entsprechenden
Zylinderkolben 63, 65 angrenzt. Jeder Anschluß 74, 77 der
Hydropumpe 75 ist mit einer ersten Stelldruckkammer 68, 69 mit
kleinerer Druckbeaufschlagungsfläche
A1 und einer zweiten Stelldruckkammer 67, 70 mit
größerer Druckbeaufschlagungsfläche A2 verbunden.
-
Eine
erste Speisepumpe 19 wird ebenfalls über die Antriebswelle 18 mit
der Antriebsmaschine angetrieben. Bei der ersten Speisepumpe 19 handelt es
sich um eine im Ein-Quadranten-Betrieb
arbeitende Hydropumpe, deren niederdruckseitiger Anschluß 20 über eine
Hydraulikleitung 21 unter Zwischenschaltung eines Filters 22 mit
einem Hydrauliktank 23 verbunden ist.
-
Der
hochdruckseitige Anschluß 24 der
ersten Speisepumpe 19 ist bezüglich einer Druckbegrenzung
mit einem Druckbegrenzungsventil 25 über eine Hydraulikleitung 26 verbunden.
Der eine der beiden Steueranschlüsse
des Druckbegrenzungsventils 25 ist mit der Hydraulikleitung 26 verbunden.
Am anderen Steuereingang des Druckbegrenzungsventil 25 kann über eine
Feder 27 ein bestimmter oberer Druckgrenzwert eingestellt
werden. Übersteigt
der Druck in der Hydraulikleitung 26 den durch die Feder 27 eingestellten
oberen Druckgrenzwert, so öffnet das
Druckbegrenzungsventil 25 und verbindet die Hydraulikleitung 26 mit
dem Hydrauliktank 28. Der Druck in der Hydraulikleitung 26 vermindert
sich daraufhin so weit, bis sich in der Hydraulikleitung 26 ein dem
oberen Druckgrenzwert entsprechender Druck einstellt und das Druckbegrenzungsventil 25 wieder in
den gesperrten Zustand übergeht.
-
Der
hochdruckseitige Anschluß 24 der
ersten Speisepumpe 19 ist über die Hydraulikleitung 26 mit
einem ersten Rückschlagventil 29 und
einem zweiten Rückschlagventil 30 verbunden.
Das erste Rückschlagventil 29 ist
mit seinem zweiten Anschluß mit
der ersten hydraulischen Lastleitung 13 verbunden, während das
Rückschlagventil 30 mit
seinem zweiten Anschluß mit
der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 verbunden ist.
Sinkt der Druck in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 unter
das in der Hydraulik leitung 26 über das Druckbegrenzungsventil 25 festgelegte
Druckniveau, so öffnet
das Rückschlagventil 29 und
paßt den
Druck in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 an den
in der Hydraulikleitung 26 herrschenden Druck an. Ganz
analog öffnet bei
einem Druckabfall in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 unter
das in der Hydraulikleitung 26 herrschende Druckniveau
das Rückschlagventil 30 und
paßt den
Druck in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 an den
in der Hydraulikleitung 26 herrschenden Druck an.
-
Parallel
zum Rückschlagventil 29 ist
ein Druckbegrenzungsventil 31 geschaltet. Dieses Druckbegrenzungsventil 31 vergleicht
den an einem seiner Steuereingänge
anliegenden Druckwert in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 mit
dem am anderen Steuereingang über
eine Feder 32 eingestellten Drucksollwert und öffnet bei
einer Überschreitung des
Drucks in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 über den
durch die Feder 32 eingestellten Drucksollwert. Der Druck
in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 wird dabei über das
Druckbegrenzungsventil 31 in die Hydraulikleitung 26 solange
abgebaut, bis der Druck in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 dem
durch die Feder 32 am Druckbegrenzungsventil 31 eingestellten
Drucksollwert entspricht und das Druckbegrenzungsventil 31 wieder
in den gesperrten Zustand übergeht.
-
Analog
ist ein zweites Druckbegrenzungsventil 33 zum Rückschlagventil 30 parallel
geschaltet. Dieses vergleicht den in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 herrschenden
Druck, der an einem seiner Steuereingänge geführt ist, mit einem durch eine
Feder 34 an seinem anderen Steuereingang eingestellten
Drucksollwert und öffnet
bei Überschreitung
des Drucks in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 über den
durch die Feder 34 eingestellten Drucksollwert. Der Druck
in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 wird dabei über das
zweite Druckbegrenzungsventil 33 in der Hydraulikleitung 26 solange
abgebaut, bis der Druck in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 dem
durch die Feder 34 eingestellten Drucksollwert entspricht
und das Druckbegrenzungsventil 33 wieder in den gesperrten
Zustand übergeht.
-
Die
Ansteuerung der verstellbaren ersten Hydropumpe 15 erfolgt über eine
erste Verstelleinrichtung 35, deren Verstellkolben 36 mit
der Schwenkscheibe (in 1 nicht dargestellt)
der Hydropumpe 15 mechanisch verbunden ist. Der Verstellkolben 36 teilt
die erste Verstelleinrichtung 35 in eine erste Stelldruckkammer 37 und
in eine zweite Stelldruckkammer 38. Die erste Stelldruckkammer 37 ist über eine
Hydraulikleitung 39 mit dem ersten Ausgang 40 eines
Stellventils 41 verbunden, das als 4/3-Wegeventil ausgelegt
ist. Die zweite Stelldruckkammer 38 ist über eine
Hydraulikleitung 42 mit dem zweiten Ausgang 43 des
Stellventils 41 verbunden. Der erste Eingang 44 des
Stellventils 41 ist über
eine Hydraulikleitung 45 und die Hydraulikleitung 26 an den
hochdruckseitigen Anschluß 24 der
Speisepumpe 19 angebunden. Der zweiten Eingang 46 ist über eine
Hydraulikleitung 47 mit einem Hydrauliktank 48 verbunden.
-
Die
Ansteuerung des Stellventils 41 erfolgt über einen
ersten Steuereingang 49 und einem zweiten Steuereingang 50,
die beide als elektrische Stellmagnete ausgeführt sind. Über eine elektrische Leitung 51 ist
der elektrische Stellmagnet des ersten Steuereingangs 49 mit
einem ersten Ausgang 51 eines Wandlers (in 1A nicht
dargestellt) verbunden, der die mechanische Auslenkung an einem
als Joystick ausgelegten Lenkorgan 52 in Richtung "Einkippen" in der dem Kippwerk 100 bestimmten
ersten Auslenkungsdimension in ein dazu korrespondierendes erstes
elektrisches Signal wandelt. Der elektrische Stellmagnet des zweiten
Steuereingangs 50 ist über
eine elektrische Leitung 53 mit einem zweiten Ausgang 54 des
Wandlers (in 1A nicht dargestellt) verbunden,
der die mechanische Auslenkung am Lenkorgan 52 in Richtung "Auskippen" in der dem Kippwerk 100 bestimmten
ersten Auslenkungsdimension in ein dazu korrespondierendes zweites elektrisches
Signal wandelt.
-
Für den Fall,
dass vom Fahrzeugführer
ein Auskippen der Ladeschaufel 6 beabsichtigt wird, wird vom
Fahrzeugführer
am Lenkorgan 52 eine Auslenkung in Richtung "Auskippen" in der dem Kippwerk 100 bestimmten
ersten Auslenkungsdimension durchgeführt. Diese dem Auskippen der
Ladeschaufel 6 entsprechende Auslenkung des Lenkorgans 52 wird über einen
Wandler in ein zweites elektrisches Signal transformiert, das über die
elektrische Leitung 53 dem elektrischen Stellmagnet am
zweiten Steuereingang 50 des ersten Stellventils 41 zugeführt wird.
-
Der
angesteuerte elektrische Stellmagnet am zweiten Steuereingang 50 führt zu einer
Auslenkung des Stellventils 41, so dass die zweite Stelldruckkammer 38 der
ersten Verstelleinrichtung 35 über die Hydraulikleitung 42, 45 und 26 mit
dem hochdruckseitigen Anschluß 24 der
ersten Speisepumpe 19 und die erste Stelldruckkammer 37 der ersten
Verstelleinrichtung 35 über
die Hydraulikleitung 39 und 47 mit dem Hydrauliktank 48 verbunden ist.
Der Verstellkolben 36 der ersten Verstelleinrichtung 35 wird
darauf hin in Richtung eines Fördervolumens
am ersten Anschluß 14 der
verstellbaren ersten Hydropumpe 15 verstellt.
-
Dieses
Fördervolumen
am ersten Anschluß 14 der
verstellbaren ersten Hydropumpe 15 wird über die
erste hydraulische Lastleitung 13 der kolbenstangenseitigen
Stelldruckkammer 5 des zweiten Schaufelzylinders 2 zugeführt und
führt zu
einer Verschiebung des Stellkolbens 5 in Richtung der kolbenseitigen
Stelldruckkammer 9. Der höhere Stelldruck in der ersten
hydraulischen Lastleitung 13 wird über die Hydraulikleitung 11 der
kolbenseitigen Stelldruckkammer 7 des ersten Schaufelzylinders 1 zugeführt, so
dass der Stellkolben 3 in Richtung der kolbenstangenseitigen
Stelldruckkammer 8 verschoben wird. Sowohl die Auslenkung
des Stellkolbens 3 des ersten Schaufelzylinders 1 als
auch die Auslenkung des Stellkolbens 5 des zweiten Schaufelzylinders 2 führen zu
einer Auskippbewegung der Ladeschaufel 6.
-
Bei
einer vom Fahrzeugführer
beabsichtigten Einkippbewegung der Ladeschaufel 6 wird
das Lenkorgan 52 in Richtung "Einkippen" in der dem Kippwerk 100 bestimmten
ersten Auslenkungsdimension ausgelenkt. Am Ausgang 51 wird
vom Wandler des Lenkorgans 52 ein erstes elektrisches Signal
erzeugt, das über
die elektrische Leitung 59 dem elektrischen Stellmagnet
am ersten Steuereingang 49 des ersten Stellventils 41 zugeführt wird. Das
erste Stellventil 41 wird durch den elektrischen Stellmagneten
am ersten Steuereingang 49 derart betätigt, dass die erste Stelldruckkammer 37 der
ersten Verstelleinrichtung 35 über die Hydraulikleitung 39, 45 und 26 mit
dem hochdruckseitigen Anschluß 24 der
ersten Speisepumpe 19 und die zweite Stelldruckkammer 38 der
ersten Verstelleinrichtung 35 über die Hydraulikleitung 42 und 47 mit
dem Hydrauliktank 48 verbunden ist. Der Verstellkolben 36 der ersten
Verstelleinrichtung 35 wird in Richtung eines Fördervolumens
bzw. höheren
Stelldrucks am zweiten Anschluß 17 der
verstellbaren ersten Hydropumpe 15 verstellt.
-
Dieses
Fördervolumen
am zweiten Anschluß 17 der
verstellbaren ersten Hydropumpe 15 wird über die
zweite hydraulische Lastleitung 16 in die kolbenseitige
Stelldruckkammer 9 des zweiten Schaufelzylinders 2 geführt und
führt dort
zu einer Auslenkung des Stellkolbens 5 in Richtung der
kolbenstangenseitigen Stelldruckkammer 10. Der höhere Stelldruck
in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 wird über die
Hydraulikleitung 12 der kolbenstangenseitigen Stelldruckkammer 8 des
ersten Schaufelzylinders 1 zugeführt und führt dort zu einer Auslenkung
des Stellkolbens 3 in Richtung der kolbenseitigen Stelldruckkammer 7.
Die Auslenkung des Stellkolbens 3 des ersten Schaufelzylinders 1 wie
auch die des Stellkolbens 5 des zweiten Schaufelzylinders 2 führen zu
einer Einkippbewegung der Ladeschaufel 6.
-
Um
ein Entweichen des Hydraulikfluids aus den Stelldruckkammern 7 und 10 des
ersten und zweiten Schaufelzylinders 1 und 2 und
damit ein unbeabsichtigtes Einkippen der Ladeschaufel 6 bei Ausfall
der verstellbaren ersten Hydropumpe 15 zu vermeiden, ist
in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 ein schaltbares
Rückschlagventil 55 geschaltet. Über einen
Wandler 57 und die elektrische Leitung 56 ist
der Öffner 58 des
schaltbaren Rückschlagventils 55 mit
dem Wandlerausgang 54 des Lenkorgans 52 verbunden.
Damit ist gewährleistet,
dass das Rückschlagventil 55 geöffnet ist,
wenn der erste und zweite Schaufelzylinder 1 und 2 bei
Auslenkung des Lenkorgans 52 in Richtung "Einkippen" in der dem Kippwerk 100 bestimmten
ersten Auslenkungsdimension über
die zweite hydraulische Lastleitung 16 mit einem Hydraulikfluidstrom
bestimmten Stelldrucks versorgt wird und im Rahmen des geschlossenen
Kreislaufes über
die erste hydraulische Lastleitung 13 wieder entsorgt wird.
-
In 1B ist
ein Schaltbild eines hydraulischen Steuer- und Stellsystems für ein Hubwerk 200 eines
Arbeitswerkzeugs in einer mobilen Arbeitsmaschine dargestellt, das
aus einem ersten Hubzylinder 61 und einem zweiten Hubzylinder 62 besteht.
Im ersten Hubzylinder 61 ist ein Stellkolben 63 verschiebbar
geführt,
der mit der Fahrzeugkarosserie 4 mechanisch gekoppelt ist.
Der erste Hubzylinder 61 ist mit dem Ausleger 64 mechanisch
verbunden, dessen Drehwinkel relativ zur Fahrzeugkarosserie 4 die Hubhöhe der an
seinem anderen Ende angeordneten Ladeschaufel 6 und dessen
Drehrichtung relativ zur Fahrzeugkarosserie 4 die vertikale
Bewegungsrichtung der Ladeschaufel 6 festlegt. Im zweiten
Hubzylinder 62 ist der Stellkolben 65 verschiebbar
geführt,
der mit der Ladeschaufel 6 verbunden ist. Der zweite Hubzylinder 62 ist
mit der Fahrzeugkarosserie 4 mechanisch verbunden.
-
Der
erste Hubzylinder 1 weist eine kolbenseitige Stelldruckkammer 67 und
eine kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 68 auf. Der
zweite Hubzylinder 62 weist ebenfalls eine kolbenseitige
Stelldruckkammer 69 und eine kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 70 auf.
Die kolbenseitige Stelldruckkammer 67 des ersten Hubzylinders 61 ist
mit der kolbenstangenseitigen Stelldruckkammer 69 des zweiten
Hubzylinders 62 über
eine hydraulische Leitung 71 verbunden. Ebenso ist die
kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 68 des ersten Hubzylinders 61 über eine
hydraulische Leitung 72 mit der kolbenseitigen Stelldruckkammer 70 des
zweiten Hubzylinders 62 verbunden.
-
Die
kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 69 des zweiten Hubzylinders 62 bzw.
die kolbenseitige Stelldruckkammer 67 des ersten Hubzylinders 61 ist über eine
dritte hydraulische Lastleitung 73 mit dem ersten Anschluß 74 einer
verstellbaren zweiten Hydropumpe 75 verbunden. Die kolbenseitige
Stelldruckkammer 70 des zweiten Hubzylinders 62 bzw. die
kolbenstangenseitige Stelldruckkammer 68 des ersten Hubzylinders 61 ist über eine
vierte hydraulische Lastleitung 76 mit den zweiten Anschluß 77 der verstellbaren
zweiten Hydropumpe 75 verbunden. Die verstellbare zweite
Hydropumpe 75 wird über eine
Antriebswelle 78 von einer Antriebsmaschine (in 1B nicht
dargestellt), beispielsweise einem Dieselaggregat, die der Antriebsmaschine
für die
Antriebswelle 16 der ersten Hydropumpe 15 entspricht, angetrieben.
-
Jeweils
eine erste Stelldruckkammer 8, 10 grenzt an den
zugehörigen
Zylinderkolben 3, 5 mit einer Druckbeaufschlagungsfläche A1 an,
die kleiner ist als die Druckbeaufschlagungsfläche A2, mit welcher die jeweils
andere zweite Stelldruckkammer 7, 9 an den entsprechenden
Zylinderkolben 3, 5 angrenzt. Jeder Anschluß 14, 17 der
Hydropumpe 15 ist mit einer ersten Stelldruckkammer 8 bzw. 10 mit
kleinerer Druckbeaufschlagungsfläche
A1 und einer zweiten Stelldruckkammer 7 bzw. 10 mit
größerer Druckbeaufschlagungsfläche A2 verbunden.
-
Eine
zweite Speisepumpe 79 wird ebenfalls über die Antriebswelle 78 mit
der Antriebsmaschine angetrieben. Bei der zweiten Speisepumpe 79 handelt
es sich um eine im Ein-Quadranten-Betrieb
arbeitende Hydropumpe, deren niederdruckseitiger Anschluß 80 über eine
Hydraulikleitung 81 unter Zwischenschaltung eines Filters 82 mit
einem Hydrauliktank 83 verbunden ist.
-
Der
hochdruckseitige Anschluß 84 der
zweiten Speisepumpe 79 ist bezüglich einer Druckbegrenzung
mit einem Druckbegrenzungsventil 85 über eine Hydraulikleitung 86 verbunden.
Der eine der beiden Steueranschlüsse
des Druckbegrenzungsventils 85 ist mit der Hydraulikleitung 86 verbunden.
Am anderen Steuereingang des Druckbegrenzungsventil 85 kann über eine
Feder 87 ein bestimmter oberer Druckgrenzwert eingestellt
werden. Übersteigt
der Druck in der Hydraulikleitung 86 den durch die Feder 87 eingestellten
oberen Druckgrenzwert, so öffnet das
Druckbegrenzungsventil 85 und verbindet die Hydraulikleitung 86 mit
dem Hydrauliktank 88. Der Druck in der Hydraulikleitung 86 vermindert
sich daraufhin so weit, bis sich in der Hydraulikleitung 86 ein dem
oberen Druckgrenzwert entsprechender Druck einstellt und das Druckbegrenzungsventil 85 wieder in
den gesperrten Zustand übergeht.
-
Der
hochdruckseitige Anschluß 84 der
zweiten Speisepumpe 79 ist über die Hydraulikleitung 86 mit
einem dritten Rückschlagventil 89 und
einem vierten Rückschlagventil 90 verbunden.
Das dritte Rückschlagventil 89 ist
mit seinem zweiten Anschluß mit der
ersten hydraulischen Lastleitung 73 verbunden, während das
vierte Rückschlagventil 90 mit
seinem zweiten Anschluß mit
der zweiten hydraulischen Lastleitung 76 verbunden ist.
Sinkt der Druck in der ersten hydraulischen Lastleitung 73 unter
das in der Hydraulikleitung 86 über das Druckbegrenzungsventil 85 festgelegte
Druckniveau, so öffnet
das dritte Rückschlagventil 89 und
paßt den
Druck in der ersten hydraulischen Lastleitung 73 an den
in der Hydraulikleitung 86 herrschenden Druck an. Ganz
analog öffnet
bei einem Druckabfall in der zweiten hydraulischen Lastleitung 76 unter
das in der Hydraulikleitung 86 herrschende Druckniveau
das vierte Rückschlagventil 90 und
paßt den
Druck in der zweiten hydraulischen Lastleitung 76 an den
in der Hydraulikleitung 86 herrschenden Druck an.
-
Parallel
zum dritten Rückschlagventil 89 ist ein
Druckbegrenzungsventil 91 geschaltet. Dieses Druckbegrenzungsventil 91 vergleicht
den an einem seiner Steuereingänge
anliegenden Druckwert in der dritten hydraulischen Lastleitung 73 mit
dem am anderen Steuereingang über
eine Feder 92 eingestellten Drucksollwert und öffnet bei
einer Überschreitung des
Drucks in der dritten hydraulischen Lastleitung 73 über den
durch die Feder 92 eingestellten Drucksollwert. Der Druck
in der dritten hydraulischen Lastleitung 73 wird dabei über das
Druckbegrenzungsventil 91 in die Hydraulikleitung 86 solange
abgebaut, bis der Druck in der dritten hydraulischen Lastleitung 73 dem
durch die Feder 92 am Druckbegrenzungsventil 91 eingestellten
Drucksollwert entspricht und das Druckbegrenzungsventil 91 wieder
in den gesperrten Zustand übergeht.
-
Analog
ist ein Druckbegrenzungsventil 93 zum vierten Rückschlagventil 90 parallel
geschaltet. Dieses vergleicht den in der vierten hydraulischen Lastleitung 76 herrschenden
Druck, der an einem seiner Steuereingänge geführt ist, mit einem durch eine
Feder 94 an seinem anderen Steuereingang eingestellten
Drucksollwert und öffnet
bei Überschreitung
des Drucks in der vierten hydraulischen Lastleitung 76 über den
durch die Feder 94 eingestellten Drucksollwert. Der Druck
in der vierten hydraulischen Lastleitung 76 wird dabei über das
Druckbegrenzungsventil 93 in der Hydraulikleitung 86 solange
abgebaut, bis der Druck in der vierten hydraulischen Lastleitung 76 dem
durch die Feder 94 eingestellten Drucksollwert entspricht
und das Druckbegrenzungsventil 93 wieder in den gesperrten
Zustand übergeht.
-
Die
Ansteuerung der verstellbaren zweiten Hydropumpe 75 erfolgt über eine
zweite Verstelleinrichtung 95, deren Verstellkolben 96 mit
der Schwenkscheibe (in 1 nicht dargestellt)
der Hydropumpe 75 mechanisch verbunden ist. Der Verstellkolben 96 teilt
die zweite Verstelleinrichtung 95 in eine erste Stelldruckkammer 97 und
in eine zweite Stelldruckkammer 98. Die erste Stelldruckkammer 97 ist über eine
Hydraulikleitung 99 mit dem ersten Ausgang 101 eines
Stellventils 102 verbunden, das als 4/3-Wegeventil ausgelegt
ist. Die zweite Stelldruckkammer 98 ist über eine
Hydraulikleitung 103 mit dem zweiten Ausgang 104 der
Stellventils 102 verbunden. Der erste Eingang 105 des
Stellventils 102 ist über
eine Hydraulikleitung 106 und die Hydraulikleitung 86 an
den hochdruckseitigen Anschluß 84 der
Speisepumpe 79 angebunden. Der zweite Eingang 107 ist über eine
Hydraulikleitung 108 mit einem Hydrauliktank 109 verbunden.
-
Die
Ansteuerung des zweiten Stellventils 102 erfolgt über einen
ersten Steuereingang 110 und einen zweiten Steuereingang 111,
die beide als elektrische Stellmagnete ausgeführt sind. Über eine elektrische Leitung 112 ist
der elektrische Stellmagnet des ersten Steuereingangs 110 mit
einem dritten Ausgang 113 eines Wandlers (in den 1A bzw. 1B nicht
dargestellt) verbunden, der die mechanische Auslenkung an einem
als Joystick ausgelegten Lenkorgan 52 (in 1A dargestellt)
in Richtung "Heben" in der dem Hubwerk 200 bestimmten
zweiten Auslenkungsdimension in ein dazu korrespondierendes drittes
elektrisches Signal wandelt. Der elektrische Stellmagnet des zweiten
Steuereingangs 111 ist über
eine elektrische Leitung 114 mit einen vierten Ausgang 115 des
Wandlers (in den 1A bzw. 1B nicht
dargestellt) verbunden, der die mechanische Auslenkung am Lenkorgan 52 in
Richtung "Senken" in der dem Hubwerk 200 bestimmten
zweiten Auslenkungsdimension in ein dazu korrespondierendes viertes
elektrisches Signal wandelt.
-
Für den Fall,
dass vom Fahrzeugführer
ein Senken der Ladeschaufel 6 beabsichtigt wird, wird vom
Fahrzeugführer
am Lenkorgan 52 eine Auslenkung in Richtung "Senken" in der dem Hubwerk 200 bestimmten
zweiten Auslenkungsdimension durchgeführt. Diese dem Senken der Ladeschaufel 6 entsprechende
Auslenkung des Lenkorgans 52 wird über einen Wandler in ein viertes
elektrisches Signal transformiert, das über die elektrische Leitung 114 dem
elektrischen Stellmagnet am zweiten Steuereingang 111 des
Stellventils 102 zugeführt
wird.
-
Der
angesteuerte elektrische Stellmagnet am zweiten Steuereingang 111 führt zu einer
Betätigung
des Stellventils 102, so dass die erste Stelldruckkammer 97 der
zweiten Verstelleinrichtung 95 über die Hydraulikleitung 99 und 106 mit
dem Hydrauliktank 109 und die zweite Stelldruckkammer 98 der
zweiten Verstelleinrichtung 95 über die Hydraulikleitung 103, 106 und 86 mit
dem hochdruckseitigen Anschluß 84 der
zweiten Speisepumpe 79 verbunden ist. Der Verstellkolben 96 der
zweiten Verstelleinrichtung 95 wird daraufhin in Richtung
eines Fördervolumens
bzw. höheren
Stelldrucks am ersten Anschluß 74 der
verstellbaren zweiten Hydropumpe 75 verstellt.
-
Dieses
Fördervolumen
am ersten Anschluß 74 der
verstellbaren zweiten Hydropumpe 75 wird über die
dritte hydraulische Lastleitung 73 der kolbenstangenseitigen
Stelldruckkammer 69 des zweiten Hubzylinders 62 zugeführt und
führt zu
einer Verschiebung des Stellkolbens 65 in Richtung der
kolbenseitigen Stelldruckkammer 70. Der höhere Stelldruck
in der dritten hydraulischen Lastleitung 73 wird über die
Hydraulikleitung 71 der kolbenseitigen Stelldruckkammer 67 des
ersten Hubzylinders 61 zugeführt, so dass der Stellkolben 63 in
Richtung der kolbenstangenseitigen Stelldruckkammer 68 verschoben
wird. Sowohl die Auslenkung des Stellkolbens 63 des ersten Hubzylinders 61 als
auch die Auslenkung des Stellkolbens 65 des zweiten Hubzylinders 62 führen zu
einer Drehbewegung des Auslegers 64 nach unten relativ
zur Fahrzeugkarosserie 4 und damit zu einem Senken der
Ladeschaufel 6 relativ zur Fahrzeugkarosserie 4.
-
Bei
einem vom Fahrzeugführer
beabsichtigten Heben der Ladeschaufel 6 wird das Lenkorgan 52 in
Richtung "Heben" in der dem Hubwerk 200 bestimmten
zweiten Auslenkungsdimension ausgelenkt. Am Ausgang 113 wird
vom Wandler des Lenkorgans 52 (in 1A dargestellt)
ein drittes elektrisches Signal erzeugt, das über die elektrische Leitung 112 dem
elektrischen Stellmagnet am ersten Steuereingang 110 des
Stellventils 102 zugeführt wird.
Das Stellventil 102 wird durch den elektrischen Stellmagneten
am ersten Steuereingang 110 derart ausgelenkt, dass die
erste Stelldruckkammer 97 der zweiten Verstelleinrichtung 95 über die
Hydraulikleitung 99, 106 und 86 mit dem
hochdruckseitigen Anschluß 84 der
zweiten Speisepumpe 79 und die zweite Stelldruckkammer 98 der
zweiten Verstelleinrichtung 95 über die Hydraulikleitung 103 und 108 mit dem
Hydrauliktank 109 verbunden ist. Der Verstellkolben 96 der
zweiten Verstelleinrichtung 95 wird in Richtung eines Fördervolumens
bzw. höheren
Stelldrucks am zweiten Anschluß 77 der
verstellbaren ersten Hydropumpe 75 verstellt.
-
Dieses
Fördervolumen
bzw. dieser höhere Stelldruck
am zweiten Anschluß 77 der
verstellbaren zweiten Hydropumpe 75 wird über die
vierte hydraulische Lastleitung 76 in die kolbenseitige
Stelldruckkammer 70 des zweiten Hubzylinders 62 geführt und führt dort
zu einer Auslenkung des Stellkolbens 65 in Richtung der
kolbenstangenseitigen Stelldruckkammer 69. Der höhere Stelldruck
in der vierten hydraulischen Lastleitung 76 wird über die
Hydraulikleitung 72 der kolbenstangenseitigen Stelldruckkammer 68 des
ersten Hubzylinders 61 zugeführt und führt dort zu einer Auslenkung
des Stellkolbens 63 in Richtung der kolbenseitigen Stelldruckkammer 67.
Die Auslenkung des Stellkolbens 63 des ersten Hubzylinders 61 wie
auch die des Stellkolbens 65 des zweiten Hubzylinders 62 führen zu
einer Drehbewegung des Auslegers 64 nach oben relativ zur
Fahrzeugkarosserie 4 und damit zu einem Heben der Ladeschaufel 6 relativ zur
Fahrzeugkarosserie 4.
-
Um
ein Entweichen des Hydraulikfluids aus den Stelldruckkammern 68 und 70 des
ersten und zweiten Hubzylinders 61 und 62 und
damit ein unbeabsichtigtes Senken des Auslegers 64 und
damit der Ladeschaufel 6 bei Ausfall der verstellbaren
zweiten Hydropumpe 75 zu vermeiden, ist in der vierten
hydraulischen Lastleitung 73 ein Rückschlagventil 116 geschaltet. Über einen
Wandler 117 und eine elektrische Leitung 118 ist
der Öffner 129 des
schaltbaren Rückschlagventils 116 mit
dem Wandlerausgang 115 des Lenkorgans 52 verbunden.
Damit ist gewährleistet,
dass das Rückschlagventil 116 geöffnet ist,
wenn der erste und zweite Hubzylinder 61 und 62 bei
Auslenkung des Lenkorgans 52 in Richtung "Senken" in der dem Hubwerk 200 bestimmten
zweiten Auslenkungsdimension über
die dritte hydraulische Lastleitung 73 mit einem Hydraulikfluidstrom
bestimmten Stelldrucks versorgt wird und im Rahmen des geschlossenen
Kreislaufes über
die vierte hydraulische Lastleitung 76 wieder entsorgt
wird.
-
Wird
vom Fahrzeugführer
ein Planieren der Ebene einzig durch die Gewichtskraft der auf der Ebene
aufliegenden Ladeschaufel – ohne
Aufbringung eines gezielt durch die Arbeitshydraulik erzeugten Stelldruckes – beabsichtigt
("Schwimmstellung" der Ladeschaufel 6),
so wird ein zwischen der dritten und vierten hydraulischen Lastleitung 73 und 76 befindliches
2/2-Wegeventil 119 über
ein elektrisches oder hydraulisches Steuersignal am zweiten Steuereingang 121 geöffnet. Dieses
elektrische oder hydraulische Steuersignal wird nach Schließen eines Schalters 120 durch
den Fahrzeugführer
bei beabsichtigter Planierung der Ebene von einem am Schalter 120 angeordneten
elektrischen Wandler (in 1B nicht
dargestellt) oder von einem hydraulischen Stellventil (in
-
1B nicht
dargestellt) erzeugt und über die
elektrische oder hydraulische Leitung 122 dem zweiten Steuereingang 121 zugeführt. Bei
geöffnetem
Schalter 120 wird das 2/2-Wegeventil 119 durch die
am ersten Steuereingang 123 angebrachte Feder 124 in
den gesperrten Zustand geschaltet, in dem keine hydraulische Verbindung
zwischen dritter und vierter hydraulischer Lastleitung 73 und 76 besteht.
-
Auftretende
Nickschwingungen insbesondere der gefüllten Ladeschaufel
6 während der
Fahrt der mobilen Arbeitsmaschine bei höherer Fahrtgeschwindigkeit
werden mit einer hydraulischen Steuerungsanordnung
125 gedämpft. Hierzu
wird ein der Fahrgeschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine korrespondierendes
Signal vom Tachogenerator
126 des Fahrzeugs an den Eingang
127 der
hydraulischen Steuerungsanordnung
125 geführt. Liegt
die Fahrgeschwindigkeit über
einem bestimmten Wert und wird vom Fahrzeugführer ein Absperrventil im Innern
der hydraulischen Steuerungsanordnung
125 über einen
Taster geöffnet,
so werden die Stelldruckkammern
68 und
70 der
Hubzylinder
61 und
62 zum Heben der Ladeschaufel
6 über die
hydraulische Lastleitung
73, die Hydraulikleitung
128 und
das geöffnete
Absperrventil an einen hydraulischen Speicher im Innern der hydraulischen
Steuerungsanordnung
125 frei geschalten. Dieser hydraulische
Speicher wird über
ein Druckminderventil im Innern der hydraulischen Steuerungsanordnung
125 von
der zweiten Hydropumpe
75 auf den zu erwartenden Lastdruck
in den Hubzylindern
61 und
62 aufgeladen. Ein
Durchsacken der Ladeschaufel
6 bei Freischaltung der hydraulischen
Steuerungsanordnung
125 zur Dämpfung der Nickschwingungen
der Ladeschaufel
6 wird somit minimiert. Genauere Details des
funktionalen Aufbaus bzw. der Wirkungsweise der hydraulischen Steuerungsanordnung
125 zur Dämpfung von
Nickschwingungen der Ladeschaufel
6 bei Fahrt der mobilen
Arbeitsmaschine können
der
DE 41 29 509 C2 entnommen
werden, deren Inhalt in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
-
Im
Gegensatz zur ersten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuerungs- und Stellsystems für
ein Kippwerk 100 in 1A und für ein Hubwerk 200 in 1B,
in der eine elektrische Ansteuerung des ersten und zweiten Stellventils 41 und 102 realisiert
ist, ist in 2A und 2B eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuerungs- und Stellsystems für ein
Kippwerk 100 und für
ein Hubwerk 200 mit einer hydraulischen Ansteuerung des
ersten und zweiten Stellventils 41 und 102 dargestellt.
Der Einheitlichkeit wegen werden in 2A und 2B für gleiche Komponenten
zu 1A und 1B identische
Bezugszeichen verwendet.
-
Anstelle
der elektrischen Stellmagnete weist der erste Steuereingang 49 und
der zweite Steuereingang 50 des ersten Stellventils 41 sowie
der erste Steuereingang 110 und der zweite Steuereingang 111 des
zweiten Stellventils 102 jeweils eine Stelldruckkammer
zur hydraulischen Ansteuerung des ersten und zweiten Stellventils 41 und 102 auf.
Die Stelldruckkammer des ersten Steuereingangs 49 des ersten
Stellventils 41 wird über
die Hydraulikleitung 51 vom Druck am ersten Ausgang 129 des
Vorsteuergerätes 130 versorgt.
Die Stelldruckkammer des zweiten Steuereingangs 50 des
ersten Stellventils 41 wird über die Hydraulikleitung 53 vom
Druck am zweiten Ausgang 131 des Vorsteuergerätes 130 versorgt.
Die Stelldruckkammer des ersten Steuereingangs 110 des
zweiten Stellventils 102 wird über die Hydraulikleitung 112 vom
Druck am dritten Ausgang 132 des Vorsteuergerätes 130 versorgt.
Die Stelldruckkammer des zweiten Steuereingangs 111 des zweiten
Stellventils 102 wird über
die Hydraulikleitung 114 vom Druck am vierten Ausgang 133 des Vorsteuergerätes 130 versorgt.
-
Der
erste Eingang 134 des Vorsteuergeräts 130 ist über eine
Hydraulikleitung 135 an den hochdruckseitigen Anschluß 24 der
ersten Speisepumpe 19 angeschlossen. Der zweite Eingang 136 des
Vorsteuergeräts 130 ist über eine Hydraulikleitung 137 mit
einem Hydrauliktank 138 verbunden.
-
Über die
beiden Druckminderventile 139 und 140 eines ersten
Druckminderventilpaars 143, deren beide Eingänge jeweils
mit dem ersten und zweiten Eingang 134 und 136 des
Vorsteuergeräts 130 verbunden
sind, kann über
eine Auslenkung des als Joystick ausgelegten Lenkorgans 52 in
der für
das Kippwerk 100 bestimmten ersten Auslenkungsdimension der
am ersten und zweiten Ausgang 129 und 131 anstehende
erste und zweite Stelldruck zur Ansteuerung des ersten Stellventils 41 eingestellt
werden. Hierzu wird die mechanische Auslenkung des Lenkorgans 52 in
der ersten Auslenkungsdimension an einen der beiden Steuereingänge der
beiden Druckminderventile 139 und 140 geführt.
-
Im
Verhältnis
der Druckdifferenz zwischen dem durch die Auslenkung des Lenkorgans 52 in
der ersten Auslenkungsdimension an einem der beiden Steuereingänge des
Druckminderventils 139 hervorgerufenen Steuerdrucks und
dem an den anderen Steuereingang des Druckminderventils 139 geführten ersten
Stelldrucks am ersten Ausgang 129 des Vorsteuergeräts 130 wird
durch das Druckminderventil 139 ein Verhältnisdruck
zwischen den am ersten und zweiten Eingang 134 und 136 des
Vorsteuergeräts 130 anliegenden
Drücken
an den ersten Ausgang 129 des Vorsteuergeräts 130 durchgeschaltet.
-
Analog
wird im Verhältnis
der Druckdifferenz zwischen den durch die Auslenkung des Lenkorgans 52 in
der ersten Auslenkungsdimension an einem der beiden Steuereingänge des
Druckminderventils 140 hervorgerufenen Steuerdrucks und
dem an den anderen Steuereingang des Druckminderventils 140 geführten zweiten
Stelldrucks am zweiten Ausgang 131 des Vorsteuergeräts 130 durch
das Druckminderventil 140 ein Verhältnisdruck zwischen den am ersten
und zweiten Eingang 134 und 136 des Vorsteuergeräts 130 anliegenden
Drücken
an den zweiten Ausgang 131 des Vorsteuergeräts 130 durchgeschaltet.
-
Über die
beiden Druckminderventile 141 und 142 eines zweiten
Druckminderventilpaars 144, deren beide Eingänge jeweils
mit dem ersten und zweiten Eingang 134 und 136 des
Vorsteuergeräts 130 verbunden
sind, kann über
eine Auslenkung des als Joystick ausgelegten Lenkorgans 52 in
der für
das Hubwerk 200 bestimmten zweiten Auslenkungsdimension
der am dritten und vierten Ausgang 132 und 133 anstehende
dritte und vierte Stelldruck zur Ansteuerung des zweiten Stellventils 102 eingestellt werden.
Hierzu wird die mechanische Auslenkung des Lenkorgans 52 in
der zweiten Auslenkungsdimension an einen der beiden Steuereingänge der beiden
Druckminderventile 141 und 142 geführt.
-
Im
Verhältnis
der Druckdifferenz zwischen dem durch die Auslenkung des Lenkorgans 52 in
der zweiten Auslenkungsdimension an einem der beiden Steuereingänge des
Druckminderventils 141 hervorgerufenen Steuerdruck und
dem an den anderen Steuereingang des Druckminderventils 141 geführten dritten
Stelldruck am dritten Ausgang 132 des Vorsteuergeräts 130 wird
durch das Druckminderventil 141 ein Verhältnisdruck
zwischen den am ersten und zweiten Eingang 134 und 136 des
Vorsteuergeräts 130 anliegenden
Drücken
an den dritten Ausgang 132 des Vorsteuergeräts 130 durchgeschaltet.
-
Analog
wird im Verhältnis
der Druckdifferenz zwischen dem durch die Auslenkung des Lenkorgans 52 in
der zweiten Auslenkungsdimension an einem der beiden Steuereingänge des
Druckminderventils 142 hervorgerufenen Steuerdruck und
dem an den anderen Steuereingang des Druckminderventils 142 geführten vierten
Stelldruck am vierten Ausgang 133 des Vorsteuergeräts 130 durch
das Druckminderventil 142 ein Verhältnisdruck zwischen den am
ersten und zweiten Eingang 134 und 136 des Vorsteuergeräts 130 anliegenden
Drücken
an den vierten Ausgang 133 des Vorsteuergeräts 130 durchgeschaltet.
-
Die
Funktionsweise der Verstellung der verstellbaren ersten und zweiten
Hydropumpe 15 und 75 über die erste und zweite Verstelleinrichtung 35 bzw. 95,
welche vom ersten bzw. zweiten Stellventil 41 bzw. 102 angesteuert
werden, und die Funktionsweise der Schaufel- und Hubzylinderanordnung
in der zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuerungs- und Stellsystems für
ein Kippwerk 100 und ein Hubwerk 200 entspricht
der Funktionsweise der entsprechenden Komponenten in der ersten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuerungs- und Stellsystems für ein
Kippwerk 100 und für
ein Hubwerk 200, so dass auf eine wiederholte Beschreibung
dieser Funktionsweise an dieser Stelle verzichtet wird.
-
Eine
Besonderheit des in den 2A und 2B dargestellten
Ausführungsbeispiels
gegenüber
dem in den 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiels
besteht auch darin, daß eine Druckabschneidung 163 vorhanden
ist. Die Druckabschneidung 163 besteht aus dem Wechselventil 160 und
dem Druckbegrenzungsventil 161. Das Wechselventil 160 ist
mit den Lastleitungen 13 und 16 bzw. 73 und 76 verbunden
und wählt
jeweils den höheren Lastdruck
in den beiden Lastleitungen 13 und 16 bzw. 73 und 76 aus.
Dieser wirkt als Steuerdruck für das
Druckbegrenzungsventil 161. Steigt der Druck in der den
höheren
Lastdruck führenden
Lastleitung 13 oder 16 bzw. 73 oder 76 über einen
durch die Feder 164 vorgebbaren Schwellwert an, so öffnet das Druckbegrenzungsventil 161 und
der Druck in der Hydraulikleitung 45 bzw. 106 wird
abgebaut. Dadurch schwenkt die Hydropumpe 15 bzw. 75 auf
ein kleineres Fördervolumen
zurück.
-
Diese
Funktion ist vorteilhaft, um ein dauerhaftes Ansprechen der Druckbegrenzungsventile 31, 33 bzw. 91, 93 zu
vermeiden, wenn die Stellkolben 3, 5 bzw. 63, 65 gegen
ihre Anschlagposition laufen. In diesem Fall würde sich der Lastdruck bei
Erreichen des Anschlags signifikant erhöhen, so daß die Druckbegrenzungsventile 31, 33 bzw. 91, 93 ansprechen und
den Lastdruck dann unter Erzeugung von Wärme in den Tank ablassen. Dies
ist nicht effektiv, da das Hydraulikfluid unnötig aufgeheizt wird und die Hydropumpe 15 bzw. 75 unnötig Arbeit
verrichtet. Es ist bei Erreichen der Anschlagposition deshalb sinnvoller,
die Hydropumpe 15 bzw. 75 zurückzuschwenken.
-
In 3A ist
eine Schaufelzylinderhydraulik einer dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuer- und Stellsystems für ein
Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine dargestellt, in
der im ersten und zweiten Schaufelzylinder 1 und 2 jeweils
ein Stellkolben 130 und 131 mit einer zweiseitigen
Kolbenstange verschiebbar ist.
-
Der
Stellkolben 130 ist mit seiner ladeschaufelseitigen Kolbenstange
durch eine Ausnehmung 138 im ersten Schaufelzylinder 1 und
in der Ladeschaufel 138, mit seiner karosserieseitigen
Kolbenstange durch eine Ausnehmung 139 im ersten Schaufelzylinder 1 beweglich
geführt
und mit seinem karosserieseitigen Ende mit der Karosserie 4 mechanisch
verbunden.
-
Der
Stellkolben 131 ist entsprechend einer alternativen Ausgestaltung
mit seiner ladeschaufelseitigen Kolbenstange durch eine Ausnehmung 140 im
zweiten Schaufelzylinder 2 beweglich geführt, an seinem
ladeschaufelseitigen Ende mit der Ladeschaufel 6 mechanisch
verbunden und mit seiner karosserieseitigen Kolbenstange durch eine
Ausnehmung 141 des zweiten Schaufelzylinders 2 beweglich
geführt.
-
Die
Länge der
ladeschaufelseitigen Kolbenstange des Stellkolbens 130 ist
so dimensioniert, dass der Stellkolben 130 bei jeder beliebigen
Stelldruckhöhe
in der ersten hydraulischen Lastleitung 13 mit der Ausnehmung 138 in
Kontakt steht. Analog ist die Länge
der karosserieseitigen Kolbenstange des Stellkolbens 131 so
dimensioniert, dass der Stellkolben 131 bei jeder beliebigen
Stelldruckhöhe
in der zweiten hydraulischen Lastleitung 16 mit der Ausnehmung 141 in
Kontakt steht.
-
Der
erste Schaufelzylinder 1 ist an seinem ladeschaufelseitigen
Ende mit der Ladeschaufel 6 mechanisch verbunden. Der zweite
Schaufelzylinder 2 ist mit seinem karosserieseitigen Ende
derart mit der Karosserie 4 mechanisch verbunden, dass
der Stellkolben 131 bei beliebiger Auslenkung im zweiten Schaufelzylinder 2 mit
der Karosserie 4 nicht in Berührung kommt.
-
Der
verschiebbare Stellkolben 130 trennt den ersten Schaufelzylinder 1 in
eine ladeschaufelseitige Stellkammer 132 und eine karosserieseitige Stelldruckkammer 133.
Analog trennt der verschiebbare Stellkolben 131 den zweiten
Schaufelzylinder 2 in eine ladeschaufelseitige Stellkammer 134 und
eine karosserieseitige Stelldruckkammer 135. Die beiden ladeschaufelseitigen
Stelldruckkammern 132 und 134 sind über eine
Hydraulikleitung 136, die karosserieseitigen Stelldruckkammern 133 und 135 über eine
Hydraulikleitung 137 miteinander verbunden. Die beiden
ladeschaufelseitigen Stelldruckkammern 132 und 134 sind über die
erste hydraulische Lastleitung 13 mit dem ersten Anschluß 14 der
ersten Hydropumpe 15 verbunden. Die beiden karosserieseitigen
Stelldruckkammern 133 und 135 sind über die zweite
hydraulische Lastleitung 16 mit dem zweiten Anschluß 17 der
ersten Hydropumpe 15 verbunden.
-
Die
Funktionsweise der weiteren Ausführungsform
der Schaufelzylinderhydraulik in 3A entspricht
der Funktionsweise der ersten Ausführungsform der Schaufelzylinderhydraulik
in 1A, so dass auf eine detaillierte Beschreibung
hierzu verzichtet werden kann. Die Schaufelzylinderhydraulik in 3A unterscheidet
sich von der Schaufelzylinderhydraulik in 1A einzig
durch die Möglichkeit der
Parallelverschaltung der Schaufelzylinder 1 und 2 aufgrund
gleicher Expansions- und Kompressionsvolumina in den beiden Stelldruckkammern 132 und 133 bzw. 134 und 135.
-
In 3B ist
eine Hubzylinderhydraulik in einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuer- und Stellsystems für
ein Arbeitswerkzeug in einer mobilen Arbeitsmaschine dargestellt,
in der im ersten und zweiten Hubzylinder 61 und 62 jeweils
ein Stellkolben 142 und 143 mit einer zweiseitigen
Kolbenstange verschiebbar ist.
-
Der
Stellkolben 142 ist mit seiner auslegerseitigen Kolbenstange
durch eine Ausnehmung 148 im ersten Hubzylinder 61 und
im Ausleger 64, mit seiner karosserieseitigen Kolbenstange
durch eine Ausnehmung 149 im ersten Hubzylinder 61 beweglich geführt und
mit seinem karosserieseitigen Ende mit der Karosserie 4 mechanisch
verbunden.
-
Der
Stellkolben 143 ist entsprechend einer alternativen Ausgestaltung
mit seiner auslegerseitigen Kolbenstange durch eine Ausnehmung 150 im zweiten
Hubzylinder 62 beweglich geführt, an seinem auslegerseitigen
Ende mit dem Ausleger 64 mechanisch verbunden und mit seiner
karosserieseitigen Kolbenstange durch eine Ausnehmung 151 des zweiten
Hubzylinders 62 beweglich geführt.
-
Die
Länge der
ladeschaufelseitigen Kolbenstange des Stellkolbens 142 ist
so dimensioniert, dass der Stellkolben 142 bei jeder beliebigen
Stelldruckhöhe
in der dritten hydraulischen Lastleitung 73 mit der Ausnehmung 148 in
Kontakt steht. Analog ist die Länge
der karosserieseitigen Kolbenstange des Stellkolbens 143 so
dimensioniert, dass der Stellkolben 143 bei jeder beliebigen
Stelldruckhöhe
in der vierten hydraulischen Lastleitung 76 mit der Ausnehmung 151 in
Kontakt steht. Die Länge
der Ausnehmung 151 im vierten Hubzylinder 62 ist
derart dimensioniert, dass der Stellkolben 143 bei allen
beliebigen Stelldruckverhältnissen
in der dritten und vierten hydraulischen Lastleitung 73 und 76 mit
der Karosserie 4 nicht in Berührung kommt.
-
Der
erste Hubzylinder 61 ist an seinem auslegerseitigen Ende
mit dem Ausleger 64 mechanisch verbunden. Der zweite Hubzylinder 62 ist
mit seinem karosserieseitigen Ende derart mit der Karosserie 4 mechanisch
verbunden, dass der Stellkolben 143 bei beliebiger Auslenkung
im zweiten Hubzylinder 62 mit der Karosserie 4 nicht
in Berührung
kommt.
-
Der
verschiebbare Stellkolben 142 trennt den ersten Hubzylinder 61 in
eine auslegerseitige Stellkammer 144 und eine karosserieseitige
Stelldruckkammer 145. Analog trennt der verschiebbare Stellkolben 143 den
zweiten Hubzylinder 62 in eine auslegerseitige Stelldruckkammer 146 und
eine karosserieseitige Stelldruckkammer 147. Die beiden auslegerseitigen
Stelldruckkammern 144 und 146 sind über eine
Hydraulikleitung 151, die karosserieseitigen Stelldruckkammern 145 und 147 über eine Hydraulikleitung 152 miteinander
verbunden. Die beiden auslegerseitigen Stelldruckkammern 145 und 146 sind über die
dritte hydraulische Lastleitung 73 mit dem ersten Anschluß 74 der
zweiten Hydropumpe 75 verbunden. Die beiden karosserieseitigen Stelldruckkammern 145 und 146 sind über die
vierte hydraulische Lastleitung 76 mit dem zweiten Anschluß 77 der
zweiten Hydropumpe 75 verbunden.
-
Die
Funktionsweise der weiteren Ausführungsform
der Hubzylinderhydraulik in 3B entspricht
der Funktionsweise der ersten Ausführungsform der Hubzylinderhydraulik
in 1B, so dass auf eine detaillierte Beschreibung
hierzu verzichtet wird. Die Hubzylinderhydraulik in 3B unterscheidet sich
von der Hubzylinderhydraulik in 1B einzig durch
die Möglichkeit
der Parallelverschaltung der Hubzylinder 61 und 62 aufgrund
gleicher Expansions- und
Kompressionsvolumina in den beiden Stelldruckkammern 144 und 145 bzw. 146 und 147.