DE19513512C1 - Steuerung für die Schaufelklappe einer Baumaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für die Schaufelklappe einer Baumaschine, insbesondere eines Baggers.

Zur Ansteuerung der Schaufelklappe, die in der Regel mittels eines oder mehrerer Hydraulikzy­ linder betätigt wird, kamen bisher Fußpedale zur Anwendung. Nachteilig ist hierbei festzustel­ len, daß infolge des manuell zu bedienenden Fußpedals keine sensible Betätigung der Hydrau­ likzylinder und demzufolge auch der Klappe gegeben ist, so daß die Schaufelklappe vielfach ungedämpft in ihren Endpositionen zur Anlage kommt. Somit liegt es im Erfahrungsbereich des Baumaschinenführers, wie lange er das Pedal betätigt, um unerwünschte Schläge in den End­ lagen der Schaufelklappe zu vermeiden.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Steuerung für die Schaufelklappe einer Bauma­ schine, insbesondere eines Baggers, zu konzipieren, durch welche einerseits ein einfach wir­ kendes Steuerungsschema erreicht wird und andererseits Schäden im Bereich der Hydraulik und/oder Schaufelklappe beim Einfahren in den jeweiligen Anschlag sicher vermieden werden.

Dieses Ziel wird bei einer Steuerung für die Schaufelklappe einer Baumaschine, insbesondere eines Baggers, erreicht mit mindestens einem mit mindestens einem Hydraulikzylinder zu­ sammenwirkenden Steuerschieber, der über mindestens ein von mindestens einer Steue­ rungseinrichtung elektrisch betätigbares Ventil mit einem hydraulischen Steuerdruck beauf­ schlagbar ist, indem bei Auslösung eines Betätigungselementes die damit elektrisch zusam­ menwirkende Steuerungseinrichtung das Ventil und über dieses hydraulisch der Steuerschieber und der Zylinder mittels einer zeitlich vorgebbaren Stromrampe betätigt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Die Funktion des Fußhebels wird somit durch eine halbintelligente bzw. intelligente Steuerung ersetzt. Im Bereich der Fahrerkabine, vorzugsweise im Bereich mindestens eines dort vorge­ sehenen Handhebels, wird mindestens ein Taster vorgesehen, der elektrisch mit einem Mikro­ prozessor (Steuerungseinrichtung) verbunden ist. Bei Betätigung des Tasters gibt der Mikro­ prozessor eine vorgebbare zeitabhängige Stromrampe aus, die elektrisch auf den Magneten mindestens eines Proportionalventils und anschließend hydraulisch auf den Steuerschieber und somit auf den Klappenzylinder einwirkt. Da die Schaufelklappe in zwei Richtungen zu bewegen ist, können entweder zwei Proportionalventile oder aber ein Proportionalventil in Verbindung mit einem Wechselventil zum Einsatz gelangen. Dies ist auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen. Der Fußschalter kann beibehalten werden, um ein Säubern der Schaufel zwi­ schendurch durch schlagartiges Öffnen und Schließen der Klappe zu ermöglichen. Dies insbe­ sondere bei der Handhabung von zum Kleben neigenden Materialien.

Bei Bedarf kann in der jeweiligen Endposition ein Druckschalter vorgesehen werden, damit die Steuerung die Endposition erkennt und ein gedämpfter Betriebszustand eingeleitet werden kann. Sämtliche Parameter, wie Zeit, Weg, Endlagendämpfung oder dgl., können in die Steue­ rung einprogrammiert werden, um auf diese Art und Weise eine problemlose Ansteuerung der Schaufelklappe herbeizuführen und unnötige Beschädigungen, insbesondere beim Einlaufen der Schaufelklappe in den jeweiligen Endbereich, zu vermeiden.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 - Verschiedene Ausführungsformen einer Steuerung zur Betätigung der Schaufelklappe einer Baumaschine.

Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze die erfindungsgemäße Steuerung für die Schaufelklappe 1 einer nicht weiter dargestellten Baumaschine, insbesondere eines Baggers. Die Schaufelklappe 1 ist gelenkig um den Anlenkpunkt 2 der Klappschaufel 3 schwenkbar, wobei die Betätigung mittels eines hier nur schematisch angedeuteten Hydraulikzylinders 4 erfolgt, der im rückwärtigen Be­ reich 5 der Schaufelklappe 1 über seine Kolbenstange 6 angelenkt ist. Der Öffnungs- bzw. Schließweg ist mit s angedeutet, während der Schwenkwinkel mit dem Bezugszeichen alpha versehen ist. Der Hydraulikzylinder 4 wirkt über Hydraulikleitungen 7, 8 mit einem Steuerschie­ ber 9 zusammen, der über Proportionalventile 10, 11 je nach Bewegungsrichtung (Öffnen bzw. Schließen) mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Jedes Proportionalventil 10, 11 ist mit einem Magneten 12, 13 ausgestattet, der wiederum von einer elektronischen Steuerungseinrich­ tung 14 (Mikroprozessor) elektrisch betätigbar ist.

Die Schaufelklappe 1 wird nun wie folgt betätigt:
Über eine Batterie 15 wird eine Spannung (z. B. 24 V) erzeugt. Bei Betätigung eines beispiels­ weise in einem in der Fahrerkabine 29 vorgesehenen Handhebel 16 vorgesehenen Tasters 16′, wird der Stromkreis geschlossen und ein Signal an die elektronische Steuerungseinrichtung 14 weitergeleitet (Pfeilrichtung). Gleichzeitig wird ein Signal an ein Stromstoßrelais 17 mit Wech­ selkontakt 18 abgegeben, mittels welchem der elektrische Signalweg für den jeweiligen Magne­ ten 12 oder 13 des zugehörigen Ventils 10 bzw. 11 eingestellt wird. Über entsprechende Rück­ kopplungsleitungen 19, 20 wird der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 mitgeteilt, daß die Aktivierung des entsprechenden Elektromagneten 12 bzw. nunmehr möglich ist. Bei evtl. Fehlschaltungen wird in der Fahrerkabine 29 ein entsprechendes Signal erzeugt. Bei korrekter Signalführung ist in diesem Beispiel der Weg nunmehr frei, von der elektronischen Steue­ rungseinrichtung 14 über die Signalführung 21 und den Wechselkontakt 18 zum Elektromagne­ ten 12. In diesem Zustand wird durch die elektronische Steuerungseinrichtung 14 eine soge­ nannte Stromrampe 22 generiert, wie sie in dem Schaubild dargestellt ist. Über der Zeit ist der Strom eingezeichnet, wobei die Stromrampe 22 eine Anstiegsrampe a, eine Konstantphase b sowie eine Abfallrampe c beinhaltet. Die bei der Generierung der Stromrampe 22 zu berück­ sichtigenden Parameter sind dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. In diesem Beispiel steigt die Anstiegsrampe a steiler an als die Abfallrampe b abfällt, wobei dies natürlich auch in Abhängigkeit vom Anwendungsfall anders ausgeführt werden kann. Über diese Stromrampe 22 wird nun der Elektromagnet 12 betätigt, der das Proportionalventil 10 ansteuert, über welches nun ein Hydraulikmedium proportional zum Ansteuerstrom des Elektromagneten 12 über die Druckleitung 23 freigegeben wird. Mit dem Proportionalventil 10 wird der zugehörige Steuer­ schieber 9 angesteuert, der wiederum über die Druckleitung 7 den Hydraulikzylinder 4 beauf­ schlagt, und so eine entsprechende Verstellung der Schaufelklappe 1 bewirkt.

In umgekehrter Weise wird über den gestrichelt dargestellten Wechselkontakt 18 der Elektro­ magnet 13 und somit das Proportionalventil 11 betätigt, wobei über die Leitung 24 der Steuer­ schieber 9 und weiterhin über die Leitung 8 der Hydraulikzylinder 4 betätigt wird.

Da es bei der Handhabung von insbesondere zum Kleben neigenden Materialien manchmal notwendig ist, ein gewolltes schlagartiges Öffnen bzw. Schließen der Schaufelklappe 1 zu rea­ lisieren, um daran anbackendes Material zu entfernen, ist mittels eines Fußschalters 25 eine manuelle Übersteuerung der Stromrampe 22 möglich, indem der Fußschalter 25 unmittelbar, z. B. mechanisch-hydraulisch über die Leitung 26, 26′ in die Leitung 23 bzw. in die Leitung 24 eingreifen kann. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird sichergestellt, daß die Schau­ felklappe 1 nicht ungewollt und ungebremst in ihre Endlagen 27 bzw. 28 einfallen kann. Somit werden vermeidbare Schäden an der Schaufelklappe 1 sowie der Schaufel 3 und dem Hydrau­ likzylinder 4 vermieden. Bei Bedarf können in diesem Beispiel nicht weiter dargestellte Druck­ schalter im Bereich der Endlagen 27, 28 vorgesehen werden, die wiederum mit der elektroni­ schen Steuerungseinrichtung 14 verbindbar sind, um somit noch ein gewisses Dämpfungsver­ halten beim Einfahren in den jeweiligen Endbereich 27 bzw. 28 zu bewirken.

Eine Servopumpe 30 sorgt in diesem Beispiel für die Erzeugung des notwendigen Steuerdruckes von z. B. 40 bar zur Betätigung des Steuerschiebers 9, während eine Arbeitspumpe 31 den entsprechenden hohen Druck, z. B. 400 bar, zur Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 4 be­ reitstellt. Damit keine Probleme bei der Übersteuerung der Stromrampe 22 durch Betätigung des Fußpedales 25 auftreten, ist in die Leitung 23 sowie die Leitung 24 ein entsprechendes Rückschlagventil 32, 33 eingesetzt. Mit 43 ist die Impulsleitung, auch als Triggerleitung be­ kannt, angedeutet, die dem Mikroprozessor 14 angibt, daß er die Zeitrampe 22 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls generieren kann.

Das Ausführungsbeispiel 2 ist etwa analog zu dem der Fig. 1 aufgebaut, so daß gleichen Bauteilen auch gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind. Unterschiedlich zu Fig. 1 ist, daß anstelle der zwei Proportionalventile nunmehr lediglich eines, nämlich das Proportionalventil 34 zum Einsatz gelangt, das mit einem Wechselventil 35 zusammenwirkt. Wird über den in der Fahrerkabine 29 vorgesehenen Taster 16′ der Stromfluß aktiviert, wird auch hier ein Strom­ stoßrelais 17 mit Wechselkontakt 18 betätigt und gleichzeitig über die Triggerleitung 43 ein Impuls an die Steuerungseinrichtung 14 abgesetzt, mit der Maßgabe, die Stromrampe 22 in­ nerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls aufzubauen. Die Steuerungseinrichtung 14 ist über eine Signalleitung 36 mit dem Magneten 37 des Proportionalventils 34 verbunden. Der über die Servopumpe 30 zur Verfügung gestellte Steuerdruck wird proportional zur Ansteuerung des Magneten 37 dem Wechselventil 35 zur Verfügung gestellt, das zwischenzeitlich - betätigt durch den Kontaktschluß des Wechselkontaktes 18 und die Leitung 38 - seine korrekte Stellung eingenommen hat, so daß der Ölstrom über die Leitung 24 den Steuerschieber 9 erreicht. Die­ ser wird durch den anstehenden Steuerdruck in eine dementsprechende Position geführt, so daß der durch die Arbeitspumpe 31 erzeugte Hochdruck über die Leitung 8 an den Zylinder 4 weitergeleitet wird. Auch hier ist ein Rückschlagventil 33 analog zu Fig. 1 vorgesehen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Alternative zur Steuerung der Schaufelklappe 1 einer Klappschaufel 3. Auch hier sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend von den Fig. 1 und 2 sind in der Fahrerkabine 29 zwei Hebel 39, 40 mit zugehörigen Tastern 39′, 40′ vorgesehen. Da diesen Tastern 39′, 40′ die Funktionen "Öffnen" und "Schließen" der Schaufel­ klappe 1 zugeordnet sind, können das Stromstoßrelais sowie der Wechselkontakt gemäß Fig. 2 entfallen. Die Signale der Taster 39′, 40′ können somit über die Leitungen 41, 42 einerseits der Steuerungseinrichtung 14 und andererseits dem Wechselventil 35 zur Verfügung gestellt wer­ den. Der weitere Signalverlauf sowie die Ansteuerung der nachgeschalteten Komponenten erfolgt analog zu Fig. 2.

Claims (14)

1. Steuerung für die Schaufelklappe einer Baumaschine, insbesondere eines Baggers, mit mindestens einem mit mindestens einem Hydraulikzylinder (4) zusammenwirkenden Steuerschieber (9), der über mindestens ein von mindestens einer Steuerungseinrich­ tung (14) elektrisch betätigbares Ventil (10 oder 11, 34) mit einem hydraulischen Steu­ erdruck beaufschlagbar ist, indem bei Auslösung eines Betätigungselementes (16′, 39′, 40′) die damit elektrisch zusammenwirkende Steuerungseinrichtung (14) das Ventil (10 oder 11, 34) und über dieses hydraulisch der Steuerschieber (9) und der Hy­ draulikzylinder (4) mittels einer zeitlich vorgebbaren Stromrampe (22) betätigt wird.

2. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei als Proportionalventile ausge­ bildete Ventile (10, 11) zur Ansteuerung der Funktionen Schaufelklappe (1) öffnen und Schaufelklappe (1) schließen, wobei die Öffnungs- und die Schließzeit der Schaufel­ klappe (1) proportional zu dem von ihr zurückgelegten Weg (s) ist.

3. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auslö­ sung des Betätigungselementes (16′) das jeweilige Ventil (10 oder 11) vordem Aufbau der Stromrampe (22) mittels eines Betätigungsgliedes (17, 18) angesteuert wird.

4. Steuerung nach den Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied ein Stromstoßrelais (17) mit Wechselkontakt (18) ist.

5. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbau der Stromrampe (22) der Steuerungseinrichtung (14) die Betätigung des Stromstoßrelais (17) über eine weitere Signalleitung (19 oder 20) gemeldet wird.

6. Steuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Proportionalventil (34), das in Wirkverbindung mit einem die Funktionen Schaufelklappe (1) Öffnen und Schaufelklappe (1) Schließen auslösenden Wechselventil (35) steht, wo­ bei die Betätigung des Wechselventils (35) über das Stromstoßrelais (17) mit Wechsel­ kontakt (18) erfolgt.

7. Steuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zwei Betätigungselemente (39′, 40′), denen die Funktionen Schaufelklappe (1) Öffnen sowie Schaufelklappe (1) Schließen zugeordnet sind, und die über entsprechende Signallei­ tungen (41, 42) unmittelbar mit der Steuereinrichtung (14) verbunden sind.

8. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemente (39′, 40′) mit den beiden Eingängen des Wechselventils (35) verbunden sind.

9. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverlauf beim Öffnen und Schließen der Schaufelklappe (1) in die Bereiche Anstiegsrampe (a), Konstantphase (b) und Abfallrampe (c) unterteilt ist.

10. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steue­ rungsfunktionen Schaufelklappe (1) öffnen und Schaufelklappe (1) schließen gleiche Stromrampen (22) vorgegeben sind.

11. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steue­ rungsfunktionen Schaufelklappe (1) öffnen und Schaufelklappe (1) schließen verschie­ dene Stromrampen (22) vorgegeben sind.

12. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrampe (22) manuell, insbesondere durch die Betätigung eines Fußschalters (25) hydraulisch übersteuerbar ist.

13. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigung­ selement (16′, 39′, 40′) insbesondere im Bereich eines in der Fahrerkabine der Bauma­ schine vorhandenen Handhebels (16, 39, 40) angeordnet ist.

14. Steuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (16′, 39′, 40′) ein Taster ist.