DE19735377A1 - Hydraulikschwenkmotorbremssteuerung - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine hydrau­ lische Schwenkmotorsteuerung für eine Grabmaschine oder ähnliches und insbesondere auf eine Steuerung, die eine begrenzte freie Schwenkbewegung für eine Bremssteuerung vorsieht.

Die drehbare obere Struktur von vielen Maschinen, wie beispielsweise Grabmaschinen und ähnlichem, wird von einem hydraulischen Schwenkmotor gedreht, der von einem Richtungssteuerventil gesteuert wird. Wegen der großen Masse und der Geometrie der oberen Strukturen werden hohe Trägheitslasten in der oberen Struktur erzeugt, wenn sie gedreht wird. Solche Trägheitslasten bzw. -belastungen müssen vom Schwenkmotor und/oder der Hydraulikschaltung absorbiert werden, wenn die obere Struktur zum Stehen gebracht wird.

Viele Vorrichtungen sind in der Hydraulikschaltung von solchen Vorrichtungen eingesetzt worden, um die von Träg­ heit eingeleiteten hydraulischen Stoßkräfte auf die ver­ schiedenen Teile der Maschine und die Hydraulikschaltung zu minimieren. Ein solches Beispiel ist im US-Patent 4 586 332 offenbart. Die Steuerschaltung dieses Patentes weist ein Paar von normalerweise geöffneten Shunt- bzw. Nebenschlußventilen auf, wobei jedes davon eine begrenzte Verbindung zwischen den Motorleitungen in einer speziel­ len Richtung einrichtet, und zwar in ihrer normalen fe­ dervorgespannten Position, um eine begrenzte freie Schwenkung bzw. Schwenkbewegung der oberen Struktur zu gestatten, wenn das Richtungssteuerventil von einer Be­ triebsposition in die Neutralposition geschwenkt bzw. geschoben wird. Eines der dabei angetroffenen Probleme ist, daß, obwohl die Nebenschlußventile manuell in ihre Flußblockierungsposition betätigt bzw. gebracht werden, der Schwenkmotor nicht hydraulisch verriegelt wäre, und daß von außen erzeugte Lasten auf der oberen Struktur eine unerwünschte Drehung des Schwenkmotors bewirken könnten.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung weist eine hydraulische Bremssteuerung für einen Hydraulikmotor ein Paar von Motorleitungen auf, die mit den entgegenge­ setzten Seiten des Hydraulikmotors verbunden sind, und ein pilot- bzw. vorsteuerbetriebenes Steuerventil, wel­ ches mit den Motorleitungen verbunden ist, und geschlos­ sene und offene Positionen besitzt. Eine Ventilvorrich­ tung ist angeordnet, um eine Quelle von unter Druck besetztem Strömungsmittel mit einer Strömungsmittelener­ giespeichervorrichtung zu verbinden, wenn das Steuer­ ventil in seiner offenen Position ist, und um das unter Druck gesetzte Strömungsmittel zu lösen bzw. loszulassen, welches in der Speichervorrichtung enthalten ist, wenn das Steuerventil aus der offenen Position in die ge­ schlossene Position bewegt wird. Die Ventilvorrichtung weist eine Drosselzumeßöffnung auf, um das Strömungs­ mittel aus der Speichervorrichtung mit gesteuerter Rate loszulassen bzw. auszulassen. Ein vorsteuerbetriebenes Verteilungsventil ist in Serie bzw. Reihe mit einer Zu­ meßöffnung angeordnet, die zwischen den Motorleitungen angeordnet ist, um den Strömungsmittelfluß durch die Zumeßöffnung zu steuern, und besitzt erste und zweite Enden und eine Feder, die am ersten Ende angeordnet ist, die elastisch das Verteilerventil in seine geschlossene Position vorspannt. Die Speichervorrichtung steht mit dem zweiten Ende des Verteilerventils in Verbindung, wenn die Ventilvorrichtung das Strömungsmittel aus der Speicher­ vorrichtung ausläßt bzw. losläßt.

Das Problem, daß man den Strömungsmittelfluß zwischen den Motorleitungen begrenzt, wenn das Steuerventil in die ge­ schlossene Position bewegt wird, wird gelöst durch Vorse­ hen einer Zumeßöffnung und eines normalerweise geschlos­ senen Verteilerventils zwischen einem Paar von Motorlei­ tungen, die mit dem Hydraulikmotor verbunden sind. Eine Ventilvorrichtung ist betreibbar, um das Verteilerventil in eine Position zu bewegen, die einen begrenzten Fluß zwischen den Motorleitungen vorsieht, und zwar nur für eine vorbestimmte Zeit, nachdem das Steuerventil aus einer offenen Betriebsposition in seine geschlossene Position geschaltet wird. Nachdem die vorbestimmte Zeit vergangen ist, wird das Verteilerventil zurück in seine geschlossene Position gebracht, um hydraulisch den Hy­ draulikmotor zu verriegeln.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Grabmaschine, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert; und

Fig. 2 und 3 sind schematische Veranschaulichungen von zwei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er­ findung.

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 weist eine hydraulische Bremssteuerung 10 zum Steuern eines hydraulischen Schwenkmotors 11, der geeignet ist, um treibend eine obere Struktur 12 einer hydraulischen Grabmaschine 13 zu drehen, ein pilot- bzw. vorsteuerbetätigtes Steuerventil 14 auf, welches mit einer Pumpe 16 verbunden ist, und mit entgegengesetzten Seiten des Hydraulikmotors durch ein Paar von Motorleitungen 17, 18. Ein Paar von Querlei­ tungs-Entlastungsventilen, die nicht gezeigt sind, ver­ bindet die Motorleitungen 17, 18 in gewöhnlicher Weise, so daß übermäßiger Druck über einen vorbestimmtem Wert in einer der Motorleitungen zu der anderen Motorleitungen entlastet bzw. ausgelassen wird.

Das Steuerventil 14 ist in die gezeigte, geschlossene Position federvorgespannt, und ist in entgegengesetzte Richtungen in erste und zweite offene Positionen beweg­ bar, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel durch die Motorleitungen zu leiten, um den Hydraulikmotor in ge­ wöhnlicher Weise anzutreiben. Ein manuell betätigtes Vorsteuerventil 19 ist mit einer Pumpe 21 und mit den entgegengesetzten Enden des Steuerventils 14 verbunden, und zwar durch ein Paar von Pilot- bzw. Vorsteuerlei­ tungen 22, 23. Ein Entlastungsventil 24 arbeitet in Verbindung mit der Pilot- bzw. Vorsteuerpumpe 21, um eine Quelle 26 von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit einem vorbestimmten Druckpegel vorzusehen.

Eine durch federangelegte bzw. vorgespannte und hydrau­ lisch gelöste Bremse 27 ist angeordnet, um steuerbar reibend ein drehbares Element 28 zu bremsen und/oder zu halten, welches vom Schwenkmotor 11 angetrieben wird und welches geeigneter Weise mit der oberen Struktur 12 ge­ koppelt ist. Die Bremse 27 weist eine Betätigungsvorrich­ tung 29 mit einem Kolben 31 auf, der eine Strömungsmit­ telkammer 32 und eine Federkammer 33 trennt, die eine Feder 34 enthält. Eine vorsteuerbetriebene Zwei-Positio­ nen-Bremsventilvorrichtung 36 ist mit der Vorsteuerpumpe 21 und der Betätigungskammer 32 der Betätigungsvorrich­ tung 29 verbunden. Die Bremsventilvorrichtung 36 weist einen Kolben 37 auf, der mit einem Entlastungs- bzw. Begrenzungsventil 38 verbunden ist, und zwar durch einen Durchlaß 39, in dem eine Drosselzumeßöffnung 41 angeord­ net ist. Ein Ende 42 des Ventilkolbens 37 ist mit dem Ausgang eines Resolvers 43 verbunden, der zwischen den Pilotleitungen 22, 23 angeschlossen bzw. verbunden ist.

Eine Zumeßöffnung 46 und ein vorsteuerbetriebenes Zwei- Positionen-Verteilerventil 47 ist in Serie zwischen den Motorleitungen 17, 18 angeordnet. Das Verteilerventil 47 besitzt entgegengesetzte Enden 48, 49 und eine Feder 51, die am Ende 48 angeordnet ist, wodurch elastisch das Ver­ teilerventil in seine geschlossene gezeigte, einen Fluß blockierende Position vorgespannt wird. Das Ende 49 des Verteilerventils ist mit dem Durchlaß 39 durch eine Steuerleitung 52 verbunden. Ein elektramagnetbetriebenes Zwei-Positionen-Ventil 53 ist in der Steuerleitung 52 angeordnet, um den Strömungsmittelfluß dadurch zu steuern. Das Elektromagnetventil 53 ist in die gezeigte Position federvorgespannt und wird durch ein elektrisches Signal in die offene Position gestellt bzw. betätigt, und zwar von einem manuell betätigten Schalter 54, der mit einer elektrischen Energiequelle 56 verbunden ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Bremssteuerung 10 der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 offenbart. Es sei bemerkt, daß die gleichen Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden, um ähnlich konstruierte entsprechende Elemente dieses Ausführungsbeispiels zu bezeichnen. In diesem Ausführungsbeispiel verbindet jedoch die Steuerleitung 52 das Ende 49 des Verteilerventils 47 mit der Strömungsmittelkammer 32 der Betätigungsvorrichtung 29. Auch ist das Ende 48 des Verteilerventils mit dem Ausgang des Resolvers 43 verbunden.

Bei der Anwendung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 wirkt das Elektromagnetventil 53 als ein An-Aus-Ventil, um den Betrieb der Bremssteuerung 10 zu steuern. In der federvorgespannten Position des Elektramagnetventils ist das Ende 49 des Verteilerventils 47 zum Tank entlüftet bzw. abgeleitet, um die Bremssteuerung zu deaktivieren Die Bremssteuerung wird aktiviert durch Schließen des Schalters 54, um das Elektromagnetventil 53 zu erregen, was es nach rechts bewegt, um eine Verbindung durch die Steuerleitung 52 einzurichten.

Wenn die Bremssteuerung aktiviert ist, sei nun angenom­ men, daß das Pilot- bzw. Vorsteuerventil 59 nach links verschoben worden ist, um Vorsteuerströmungsmittel durch die Vorsteuerleitung 22 zu leiten, um das Steuerventil 14 nach links in eine offene Position zu verschieben. Dies verbindet die Pumpe 16 mit der Motorleitung 17 und ver­ bindet die Motorleitung 18 mit dem Tank. Das Strömungs­ mittel, welches durch die Motorleitung 17 hindurchläuft, bewirkt, daß der Schwenkmotor 11 das drehbare Element 28 und somit die obere Struktur 12 in einer ersten Richtung dreht, wobei das aus dem Motor ausgestoßene Strömungsmit­ tel zurück zum Tank durch das Steuerventil geleitet wird. Das Vorsteuerströmungsmittel wird auch gleichzeitig durch den Resolver 43 zum Ende 42 des Kolbens 37 des Bremsven­ tils 36 geleitet, was den Kolben 37 nach unten bewegt, und zwar in eine Bremsen-Aus-Position, um die Pumpe 21 mit der Strömungsmittelkammer 32 der Bremsbetätigungs­ vorrichtung 29 zu verbinden. Das Strömungsmittel, welches in die Strömungsmittelkammer 32 eintritt, bewegt den Kol­ ben 31 nach unten, um das drehbare Element 28 zu lösen. Die Abwärtsbewegung des Kolbens 31 drückt die Feder 34 zusammen, wobei der Strömungsmitteldruck in der Kammer 32 schließlich die Druckeinstellung des Entlastungs- bzw. Begrenzungsventils 24 erreicht. Sobald sie mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel gefüllt ist, wird die Betätigungsvorrichtung 29 eine wirksame Strömungsmittel­ energiespeichervorrichtung, die eine Versorgung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit festem Volumen für die im folgenden beschriebene Funktion liefert.

Wenn der Bediener die Drehung der oberen Struktur 12 stoppen möchte, wird das Vorsteuerventil 19 in die ge­ zeigte Neutralposition zurückgestellt. Dies gestattet gleichzeitig, daß das Steuerventil 14 in seine geschlos­ sene Position zurückkehrt, und daß das Bremsventil 36 in seine Bremsen-An-Position zurückkehrt. Die Bewegung des Steuerventils 14 in seine geschlossene Position blockiert die Verbindung dadurch. Die Trägheit der oberen Struktur, die auf den Schwenkmotor 11 wirkt, bewirkt nun, daß der Schwenkmotor als eine Pumpe wirkt, die dazu tendiert, das Strömungsmittel in der Leitung 18 unter Druck zu setzen. Jedoch verbindet die Bewegung des Bremsventils 36 in seine Bremsen-An-Position das unter Druck gesetzte Strö­ mungsmittel, welches momentan in der Strömungsmittelkam­ mer 32 eingeschlossen ist mit dem Durchlaß 39 und der Steuerleitung 52, was bewirkt, daß sich das Verteiler­ ventil 47 in seine offene Position bewegt. Das von Träg­ heit erzeugte unter Druck gesetzte Strömungsmittel in der Motorleitung 18 geht durch das Verteilerventil und die Zumeßöffnung 46 zur Motorleitung 17 und wird durch den Motor rückzirkuliert. Die Zumeßöffnung 46 begrenzt den Strömungsmittelfluß dahindurch, um eine gesteuerte Ab­ bremsung der oberen Struktur zu bewirken. In der Zwi­ schenzeit hat das Entlastungs- bzw. Begrenzungsventil 38 sich auch geöffnet, was es gestattet, daß das unter Druck gesetzte Strömungsmittel aus der Kammer 32 zum Tank durch die Drosselzumeßöffnung 41 ausgelassen bzw. abgelassen wird. Die Drosselzumeßöffnung 41 steuert die Flußrate des aus der Strömungsmittelkammer 32 durch die Feder 33 ausgelassenen Strömungsmittels, um den Eingriff der Bremse zu verzögern, und um das Verteilerventil 47 in seiner of­ fenen Position für eine vorbestimmte Zeit zu halten. So­ bald die Bremse 27 in Eingriff kommt, um mechanisch die obere Struktur an einer festgelegten Stelle zu verrie­ geln, fällt der Strömungsmitteldruck, der in der Strö­ mungsmittelkammer 32 durch Wirkung der Feder 34 erzeugt wird, schnell unter einen ausreichenden Pegel, um das Verteilerventil in seiner offenen Position zu halten, wodurch gestattet wird, daß die Feder 51 das Verteiler­ ventil in seine geschlossene Position bewegt, um hydrau­ lisch den Schwenkmotor zu verriegeln.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 arbeitet im wesentlichen, wie oben beschrieben, mit der Ausnahme, daß die Bewegung des Bremsventils 36 in die Bremsen-Aus- Position die Strömungsmittelkammer 32 mit dem Ende 49 des Verteilerventils 47 verbindet. Abhängig von der betätigten Position des Vorsteuerventils 19 kann der an das Ende 48 geleitete Druck ausreichend oder nicht ausreichend sein, um das Verteilerventil in seiner geschlossenen Position zu halten, wenn er mit der Kraft der Feder 51 kombiniert wird. Wenn beispielsweise das Varsteuerventil 19 nur teilweise für eine langsame Bewegung der oberen Struktur betätigt wird, dann wäre der Strömungsmitteldruck am Ende 48 des Verteilerventils 47 nicht ausreichend, um eine Bewegung des Verteilerventils in seine offene Position zu verhindern. Wenn jedoch das Vorsteuerventil 19 auf eine maximale Öffnungsposition für eine maximale Drehgeschwindigkeit der oberen Struktur verschoben bzw. gestellt ist, dann wäre der Strömungsmitteldruck am Ende 48 kombiniert mit der Federkraft ausreichend, um das Verteilerventil in seiner geschlossenen Position zu halten.

Im ersten Beispiel würde das Verteilerventil 47 schon in der offenen Position sein, wenn der Bediener das Vorsteuerventil in seine geschlossene Position bewegt, um die Drehung der oberen Struktur anzuhalten, und würde in der offenen Position bleiben, bis die Bremse in Eingriff kommt und der Strömungsmitteldruck in der Strömungsmittelkammer 32 und somit in der Steuerleitung 52 unter die vorbestimmte Schwelle fällt, die benötigt wird, um das Verteilerventil in der offenen Position zu halten. Im zweiten Beispiel entlüftet die Bewegung des Vorsteuerventils 19 in seine geschlossene Position zum Stoppen der Drehung der oberen Struktur das Ende 48 des Verteilerventils simultan, wobei das Steuerventil 14 in seine geschlossene Position zurückkehrt, und wobei das Bremsventil in seine Bremsen-An-Position zurückkehrt. Das Verteilerventil 47 wird somit in seine offene Position bewegt, um zu gestatten, daß das aus dem Motor ausgestoßene Strömungsmittel durch den Motor rückzirkuliert, bis die Bremse ihre Eingriffsposition, wie oben beschrieben, erreicht.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön­ nen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:

Eine hydraulische Bremssteuerung für einen Hydraulikmotor weist ein pilot- bzw. vorsteuerbetriebenes Steuerventil auf, um den Strömungsmittelfluß durch ein Paar von Motor­ leitungen zu steuern, die mit den entgegengesetzten Sei­ ten des Hydraulikmotors verbunden sind. Eine Ventilvor­ richtung ist angeordnet, um eine Quelle von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit einer Strömungsmittelener­ giespeichervorrichtung zu verbinden, wenn das Steuerven­ til in seiner offenen Position ist, und um das unter Druck gesetzte Strömungsmittel aus zulassen, welches in der Speichervorrichtung enthalten ist, wenn das Steuer­ ventil aus der offenen Position in seine geschlossene Position bewegt wird. Eine Drosselzumeßöffnung läßt das Strömungsmittel aus der Speichervorrichtung mit einer gesteuerten Flußrate aus. Ein vorsteuerbetriebenes Ver­ teilerventil ist in Serie mit einer Zumeßöffnung ange­ ordnet, die zwischen den Motorleitungen angeordnet ist, um den Strömungsmittelfluß durch die Zumeßöffnung zu steuern, und es ist eine Feder an einem ersten Ende angeordnet, die elastisch das Verteilerventil in seine geschlossene Position vorspannt. Die Speichervorrichtung ist in Verbindung mit einem zweiten Ende des Verteiler­ ventils, wenn die Ventilvorrichtung das Strömungsmittel aus der Speichervorrichtung ausläßt, so daß das Vertei­ lerventil sich in seine offene Position bewegt und in ihr gehalten wird, während das Strömungsmittel aus der Speichervorrichtung ausgelassen wird.

Claims (7)

1. Hydraulische Bremssteuerung für einen Hydraulik­ motor mit einem Paar von Motorleitungen, die mit den entgegengesetzten Seiten des Hydraulikmotors verbun­ den sind, und mit einem pilot- bzw. vorsteuerbetrie­ benen Steuerventil, welches mit den Motorleitungen verbunden ist und geschlossene und offene Positionen besitzt, wobei die Steuerung folgendes aufweist:
eine Quelle von unter Druck gesetztem Strömungs­ mittel;
eine Strömungsmittelenergiespeichervorrichtung; eine Ventilvorrichtung, die angeordnet ist, um die Quelle von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit der Speichervorrichtung zu verbinden, wenn das Steuerventil in seiner offenen Position ist, und um das unter Druck gesetzte Strömungsmittel auszulas­ sen, welches in der Speichervorrichtung enthalten ist, wenn das Steuerventil aus der offenen Position in die geschlossene Position bewegt wird, wobei die Ventilvorrichtung eine Drosselzumeßöffnung aufweist, um das Strömungsmittel aus der Speichervorrichtung mit einer gesteuerten Flußrate aus zulassen; eine Zumeßöffnung, die zwischen den Motorleitungen angeordnet ist; und
ein pilot- bzw. vorsteuerbetriebenes Verteilerven­ til, welches in Serie mit der Zumeßöffnung angeord­ net ist, um den Strömungsmittelfluß durch die Zumeß­ öffnung zu steuern, und zwar mit ersten und zweiten Enden und einer Feder, die am ersten Ende angeordnet ist, wobei sie elastisch das Verteilerventil in sei­ ne geschlossene Position vorspannt, wobei die Spei­ chervorrichtung in Verbindung mit dem zweiten Ende des Verteilerventils ist, wenn die Ventilvorrichtung das Strömungsmittel aus der Speichervorrichtung aus­ läßt.

2. Bremssteuerung nach Anspruch I, wobei die Ventilvor­ richtung einen Kolben und einen Durchlaß zwischen dem Kolben und der Drosselzumeßöffnung aufweist, wo­ bei der Durchlaß mit dem zweiten Ende des Verteiler­ ventils verbunden ist.

3. Bremssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, die eine federvorgespannte bzw. federbetätigte hydraulisch gelöste Bremse aufweist, die angeordnet ist, um über Reibung die Drehung der oberen Struktur zu stoppen, wobei die Energiespeichervorrichtung eine Betätigungsvorrichtung der Bremse aufweist.

4. Bremssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, die ein Pilot- bzw. Vorsteuerventil mit einer offenen Position besitzt, welches angeordnet ist, um Vorsteuerströmungsmittel an ein Ende des Steuerventils und an ein Ende des Kolbens des Bremsventils in seiner offenen Position zu liefern bzw. es damit zu verbinden.

5. Bremssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, die ein An- Aus-Ventil aufweist, welches zwischen dem Durchlaß und dem zweiten Ende des Verteilerventils angeordnet ist.

6. Bremssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, die eine federbetätigte bzw. federgespannte hydraulisch gelöste Bremse aufweist, die angeordnet ist, um über Reibung die Drehung der oberen Struktur zu stoppen, und eine Betätigungsvorrichtung aufweist, und zwar mit einer Strömungsmittelkammer und einer Federkammer, wobei die Ventilvorrichtung mit der Strömungsmittelkammer verbunden ist und eine Bremsen-Aus-Position besitzt, die die Quelle von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit der Strömungsmittelkammer verbindet, und eine Bremsen- An-Position, die das unter Druck besetzte Strömungsmittel ausläßt, welches in der Strö­ mungsmittelkammer enthalten ist.

7. Bremssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, die ein Vorsteuerventil mit einer offenen Position besitzt, welches angeordnet ist, um Vorsteuerströmungsmittel an ein Ende des Steuerventils, das Bremsventil und das erste Ende des Verteilerventils in seiner offenen Position zu leiten bzw. es damit zu verbinden.