DE19751357A1 - Hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlager, zur Dämpfung von Nickschwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steueranordnung, die für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader verwendet wird und die die Merkmale aus dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 aufweist.

Aus der DE 39 09 205 C1 ist es bekannt, die Nickschwingungen von Radladern, die insbesondere bei gefüllter Ladeschaufel und höherer Fahrgeschwindigkeit auftreten, mit einem Dämpfungssy­ stem zu dämpfen, das Bestandteil der hydraulischen Steueranord­ nung des Radlader ist. Zur Schwingungsdämpfung sind die im all­ gemeinen zwei hydraulischen Liftzylinder zum Heben und Senken der Ladeschaufel über ein Sperrventil an einen Hydrospeicher anschließbar, der von einer Hydropumpe über eine Fülleitung, die vor dem Wegeventilsteuerblock von der Pumpenleitung ab­ zweigt und in dem sich ein Füllventil befindet, bis auf einen Grenzdruck aufgeladen werden kann. Das zwischen dem Hydrospei­ cher und den Liftzylindern angeordnete Sperrventil ist ge­ schlossen, solange mit der Ladeschaufel gearbeitet wird, und kann vom Fahrer oder automatisch geöffnet werden, sobald beim Fahren Nickschwingungen auftreten oder sobald die Fahrgeschwin­ digkeit über einem bestimmten Wert, z. B. über 6 km/Std. liegt.

Die Abzweigung der Fülleitung vor dem Wegeventilsteuerblock bringt es mit sich, daß der Hydrospeicher nicht nur bei einer Betätigung des den Liftzylindern zugeordneten Wegeventils, son­ dern bei einer Betätigung jedweden Wegeventils, die zu einem Druckaufbau in der Pumpenleitung führt, aufgeladen wird. Z.B. kann auch die Betätigung des zu einer hydraulischen Lenkung der Arbeitsmaschine gehörenden Lenkventils zu einem Zufluß von Druckmittel zum Hydrospeicher führen. Ist dann auch noch das Sperrventil offen, so kann eine unkontrollierte Bewegung der Liftzylinder stattfinden.

Ein anderes Dämpfungssystem gegen Nickschwingungen, das eben­ falls Teil der hydraulischen Steueranordnung einer Arbeitsma­ schine ist, ist aus der DE 41 29 509 C2 bekannt. Dabei zweigt die Fülleitung von einer Arbeitsleitung ab, die zwischen den Liftzylindern und dem diesen zugeordneten Wegeventil verläuft. Das in der Fülleitung angeordnete Sperrventil ist zugleich das Füllventil und druckgesteuert und kann von dem in der Arbeits­ leitung herrschenden Lastdruck der Liftzylinder gegen den Spei­ cherdruck, von dem ein rückwärtiger Steuerraum am Ventilglied des Sperrventils beaufschlagbar ist, und gegen die Kraft einer schwachen Druckfeder geöffnet werden. Der Speicherdruck ist al­ so jeweils nur geringfügig kleiner als der während eines Ar­ beitsspiels auftretende höchste Lastdruck der Liftzylinder. Zur Dämpfung der Nickschwingungen wird der rückwärtige Steuerraum des Sperrventils über ein Pilotventil zum Tank entlastet, so daß das Sperrventil öffnet und Druckmittel frei zwischen dem Hydrospeicher und den Liftzylindern hin und her geschoben wer­ den kann. Ist in dem Moment, in dem das Sperrventil öffnet, der Ladedruck des Hydrospeichers höher als der Lastdruck der Lift­ zylinder, so gleicht sich das Druckniveau des Hydrospeichers an den Lastdruck an, indem Druckmittel vom Hydrospeicher zu den Liftzylindern fließt. Es erfolgt dadurch ein leichtes Anheben der Last. Außerdem können durch eine schlagartige Druckabsen­ kung im Hydrospeicher Geräusche entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß Bewegungen des zur Dämp­ fung von Nickschwingungen der Arbeitsmaschine mit dem Hydro­ speicher verbindbaren Hydrozylinders bei Aktivierung des Dämp­ fungssystems weitgehend vermieden werden. Außerdem sollen bei Aktivierung des Dämpfungssystems keine lauten Geräusche entste­ hen.

Dieses Ziel wird bei einer hydraulischen Steueranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsge­ mäß durch ein Rückschlagventil erreicht, das in einem Fluidpfad zwischen dem Hydrospeicher und dem Druckraum des Hydrozylinders angeordnet ist und zum Druckraum des Hydrozylinders hin öffnet. Sinkt während des Arbeitsspiels der Lastdruck des Hydrozylin­ ders von einem höheren Niveau, auf das auch der Hydrospeicher aufgeladen worden ist, ab, so kann über das Rückschlagventil Druckmittel aus dem Hydrospeicher abfließen und sich dadurch der Speicherdruck an den niedrigeren Lastdruck angleichen. Bei Aktivierung des Dämpfungssystems tritt somit kaum Druckmittel­ fluß vom Hydrospeicher zum Hydrozylinder auf. Es erfolgt keine mit Geräuschentwicklung verbundene schnelle Druckabsenkung im Hydrospeicher.

Zum Hydrospeicher kann über das Rückschlagventil kein Druckmit­ tel fließen, so daß das Füllventil nach wie vor den maximalen Ladedruck bestimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer hydraulischen Steueranord­ nung kann man den Unteransprüchen entnehmen.

Besonders günstig ist dabei eine Ausbildung gemäß Anspruch 5. Die Drossel sorgt dafür, daß der Druck im Hydrospeicher einem Absinken des Lastdrucks nur langsam folgt, so daß der Hydro­ speicher nur einem geringen Verschleiß unterworfen ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nun näher erläutert.

Die gezeigte hydraulische Steueranordnung ist jeweils für Rad­ lader, Traktoren, Teleskop-Handler oder andere Maschinen vorge­ sehen und umfaßt einen Steuerblock 10 mit mehreren Wegeventi­ len, insbesondere auch mit einem Wegeventil 11, das eine feder­ zentrierte Mittelstellung einnehmen kann und mit dem zwei als Differentialzylinder ausgebildete Hydrozylinder 12 ansteuerbar sind, mit denen der Ausleger z. B. eines Radladers angehoben und abgesenkt werden kann. Das Wegeventil 11 besitzt einen ersten Arbeitsanschluß 13, von dem eine erste Arbeitsleitung 14 zu den bodenseitigen Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 führt. Eine zweite Arbeitsleitung 16 verläuft zwischen einem zweiten Ar­ beitsanschluß 17 des Wegeventils 11 und den kolbenstangenseiti­ gen Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12.

Von der Arbeitsleitung 14 zweigt eine Fülleitung 20 ab, die zu einem Hydrospeicher 21 führt. In der Fülleitung liegen ein An­ schluß A einer Platte 26, ein Sperrventil 22, das in die Platte 26 eingebaut ist, als 2-Wege-Einbauventil ausgebildet ist und ein bewegliches Ventilglied 23 aufweist, sowie ein Anschluß 61 der Platte 26, von dem ein Abschnitt der Fülleitung 20 zum Hy­ drospeicher 21 abgeht. Das Sperrventil ist zugleich das Füll­ ventil. Das Ventilglied 23 ist ein Stufenkolben, der mit der Stirnseite des im Durchmesser kleineren Kolbenabschnitts nach Art eines Sitzventils auf einem Sitzkegel aufsitzen kann, kann aber auch ein einfacher Kolben ohne Ringfläche sein. An der be­ sagten Stirnfläche wird das Ventilglied 23 vom in der Arbeits­ leitung 14 herrschenden Druck, also vom in den bodenseitigen Druckräumen 15 der beiden Hydrozylinder 12 herrschenden Lastdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. An der Ringfläche zwischen den beiden Kolbenabschnitten des Ventilglieds 23 wirkt der Speicherdruck in Öffnungsrichtung. In Schließrichtung wird das Ventilglied 23 von einem in einem rückwärtigen Steuerraum 24 herrschenden Druck und von einer schwachen Druckfeder 25 be­ aufschlagt.

Auf die Platte 26 mit dem 2-Wege-Einbauventil 22 sind zwei Pi­ lotventile aufgebaut. Das erste Pilotventil 30 ist ein 3/2-Wegeventil mit einem ersten Eingang 31, der mit dem zwischen der Arbeitsleitung 14 und dem Sperrventil 22 befindlichen Ab­ schnitt der Fülleitung 20 verbunden ist, und mit einem zweiten Eingang 32, der mit dem Hydrospeicher 21 verbunden ist. Ein Ausgang 33 des Pilotventils 30 ist in Abhängigkeit vom Lastdruck in der Arbeitsleitung 14 entweder mit dem Eingang 31 oder mit dem Eingang 32 verbindbar. Und zwar wirkt im Sinne ei­ ner Verbindung des Ausgangs 33 mit dem Eingang 32 eine ein­ stellbare, vorgespannte Druckfeder 34 auf das nicht näher dar­ gestellte Ventilglied des Pilotventils 30. Im Sinne einer Ver­ bindung des Ausgangs 33 mit dem Eingang 31 wird das Ventilglied von dem Druck im Eingang 31, also vom bodenseitigen Lastdruck der Hydrozylinder 12 beaufschlagt.

Vom Ausgang 33 des Pilotventils 30 führt ein Steuerkanal 41 zu einem Anschluß P eines Pilotventils 42, das ein 4/2-Wegeventil ist. Dessen Ventilglied nimmt unter der Wirkung einer Druckfe­ der 43 eine Ruhestellung ein, in der Durchgang zwischen dem An­ schluß P und einem Anschluß A besteht, der mit dem Steuerraum 24 des Sperrventils 22 verbunden ist. Ein Tankanschluß T und ein weiterer Anschluß B des Pilotventils 42 sind in dessen Ru­ hestellung abgesperrt. Der Tankanschluß ist über durch die Ge­ häuse der verschiedenen Ventile hindurchführende Kanäle mit ei­ nem Leckanschluß Y der Platte 26 verbunden. Der Anschluß B des Pilotventils 42 ist mit dem rückwärtigen Steuerraum eines zwei­ ten sich in der Platte 26 befindlichen 2-Wege-Einbauventils 45 verbunden, über das die kolbenstangenseitigen Druckräume 18 der Hydrozylinder 12 mit einem Tankanschluß T der Platte 26 verbun­ den werden können. Das Ventilglied des Pilotventils 42 kann von einem Elektromagneten 44 in eine Schaltstellung gebracht wer­ den, in der der Anschluß P abgesperrt und die beiden Anschlüsse A und B mit dem Anschluß T verbunden.

Das Wegeventil 11 des Steuerblocks 10 ist hydraulisch propor­ tional betätigbar, wobei die vorsteuerdrücke mit Hilfe eines hy­ draulischen Vorsteuergerätes 55 erzeugt und über Steuerleitun­ gen 56 an das Wegeventil 11 gegeben werden.

Im Bypass zu dem Sperrventil 22 verläuft innerhalb der Platte 26 zwischen deren Anschlüssen 61 und A, also letztlich zwischen dein Hydrospeicher 21 und den bodenseitigen Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 ein Fluidpfad 62, in dem in Reihe hintereinan­ der ein Rückschlagventil 63, das vom Anschluß 61 zum Anschluß A, also vom Hydrospeicher 21 zu den Druckräumen 15 hin öffnet, und eine Drossel 64 angeordnet sind. Rückschlagventil 63 und Drossel 64 befinden sich also in der Platte 26.

Sollen die Kolbenstangen der Hydrozylinder 12 ausgefahren wer­ den, so wird das Wegeventil 11 in eine solche Richtung betä­ tigt, daß der Arbeitsleitung 14 Druckmittel von einer Hydropum­ per zufließen kann. Die Kolbenstangen fahren aus, wobei in den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 sowie in der Arbeitsleitung 14 ein durch die Last, die von den Hydrozylindern bewegt wird, bestimmter Lastdruck herrscht. Solange der Lastdruck in der Ar­ beitsleitung 14 unterhalb des an der Druckfeder 34 des Pilot­ ventils 30 eingestellten Drucks verbleibt, schaltet dieses den Speicherdruck über das Pilotventil 42 zum rückwärtigen Steuer­ raum 24 des Sperrventils 22 durch. Der Lastdruck öffnet nun das Sperrventil 22 immer dann, wenn er mindestens um die der Kraft der Druckfeder 25 äquivalente kleine Druckdifferenz über dem Speicherdruck liegt. Es kann dann Druckmittel über die Füllei­ tung 20 in den Hydrospeicher 21 gelangen, so daß dieser, sieht man einmal von der Kraft der schwachen Druckfeder 25 ab, auf den Lastdruck in der Arbeitsleitung 14 aufgeladen wird. Über den Fluidpfad 62 kann wegen des Rückschlagventils 63 der Hydro­ speicher 21 nicht aufgeladen werden.

Sinkt der Lastdruck ab, so kann sich der Hydrospeicher über das Rückschlagventil 63 und die Drossel 64 entladen. Demnach folgt der Ladedruck des Hydrospeichers 21 dem absinkenden Lastdruck und stimmt jeweils mit einem quasistationären Lastdruck über­ ein. Einem schnellen Absinken des Lastdrucks folgt der Lade­ druck wegen der Drossel 64 nur verzögert, so daß sich kurzzei­ tige Druckabsenkungen nur wenig im Hydrospeicher bemerkbar ma­ chen und dieser nicht einem zu hohen Verschleiß ausgesetzt ist.

Wenn der Lastdruck am Pilotventil 30 die Kraft der Druckfeder 34 zu überwinden vermag, bleibt das Sperrventil 22 geschlossen. Denn nach einer Umschaltung des Pilotventils 30 steht im rück­ wärtigen Steuerraum 24 des Sperrventils 22 der Lastdruck an, so daß im Verein mit der Druckfeder 25 das Sperrventil 22 sicher zugehalten wird. Der Druck im Hydrospeicher 21 kann deshalb den an der Druckfeder 34 des Pilotventils 30 eingestellten Wert nicht übersteigen. Aus Sicherheitsgründen ist jedoch zusätzlich ein Druckbegrenzungsventil 60 vorgesehen, dessen Eingang mit dem Hydrospeicher 21 verbunden ist.

In der Arbeitsleitung 16 und in den kolbenstangenseitigen Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12 herrscht während des Aus­ fahrens der Kolbenstangen ein Druck in der Nähe des Tankdrucks.

Es sei angenommen, daß die Ladeschaufel eines Radladers beladen und daß mit dem Radlader zu einer Abladestelle gefahren wird. Willkürlich durch den Fahrzeugführer, wenn Nickschwingungen auftreten, oder automatisch bei einer bestimmten Geschwindig­ keit der mobilen Arbeitsmaschine, z. B. bei einer Geschwindig­ keit von 6 km/Std., wird der Elektromagnet 44 des Pilotventils 42 bestromt, so daß dieses Ventil aus der gezeigten Ruhestel­ lung in die andere Schaltstellung umschaltet. Nun ist der rück­ wärtige Steuerraum 24 des Sperrventils 22 über das Pilotventil 42 mit dem Anschluß Y der Platte 26 verbunden und damit zum Tank 27 entlastet.

Das Ventilglied 23 des Sperrventils 22 wird vom Speicherdruck und vom Druck in der Arbeitsleitung 14 von seinem Sitz abgeho­ ben, so daß eine offene Verbindung zwischen dem Hydrospeicher 21 und den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 besteht. Da der Ladedruck des Hydrospeichers 21 dem während des Arbeitsspiels aufgetretenen Lastdruck gefolgt ist, tritt beim Öffnen des Sperrventils 22 kein Absacken und kein Ausfahren der Kolben­ stangen der Hydrozylinder 12 auf. Ein geringer Unterschied zwi­ schen Lastdruck und Ladedruck, der durch die schwache Feder 25 oder durch eine schwache Feder des Rückschlagventils 63 bedingt ist, hat keine merkbaren Auswirkungen. Es mag zwar sein, daß während des Arbeitsspiels Lastdrücke auftreten, die das Ventil 30 zum Schalten bringen und denen deshalb der Ladezustand des Hydrospeichers nicht folgt. Diese Lastdrücke treten jedoch nur in besonderen Situationen, z. B. beim Losreißen eines im Erd­ reich verankerten Gegenstandes oder beim Fahren der Ladeschau­ fel gegen einen Anschlag auf, sind jedoch nicht durch das Ge­ wicht der Ladeschaufel und des Ladegutes bedingt, das allein beim Fahren des Radladers wirkt. Der Ladezustand des Hydrospei­ chers 21 reicht deshalb immer, um die Ladeschaufel auf dem Ni­ veau zu halten, die diese beim Öffnen des Steuerventils 22 ein­ nimmt.

Über das durch das Umschalten des Steuerventils 42 ebenfalls geöffnete Ventil 45 kann Druckmittel aus den kolbenstangensei­ tigen Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12 in den Tank verdrängt werden. Ein Nachsaugen kann über Nachsaugventile erfolgen, die dem Wegeventil 11 zugeordnet sind. Damit können Volumenänderun­ gen der Druckräume 18 ausgeglichen werden, die während der of­ fenen Verbindung der Druckräume 15 mit dem Hydrospeicher 21 auftreten.

Claims (5)

1. Hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschi­ ne, insbesondere für einen Radlader,
mit mindestens einem Hydrozylinder (12), mit dessen Hilfe ein Arbeitswerkzeug bewegbar ist,
mit einem Wegeventil (11) zur Steuerung des Druckmittelweges zwischen einem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12), einer Druckmittelquelle und einem Tank (27),
mit einem Hydrospeicher (21), der über ein Füllventil (22), das sich in einer Fülleitung (20) befindet, mit der Druckmittel­ quelle verbindbar ist und dessen Ladedruck über das Füllventil (22) bis auf einen Maxiinaldruck erhöhbar ist,
und mit einem Steuerventil (42), durch dessen Schalten eine Verbindung zwischen dem Hydrosspeicher (22) und dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) auf- und zusteuerbar ist, gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (63), das in einem zusätzlichen Fluidpfad (62) zwischen dem Hydrospeicher (21) und dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) angeordnet ist und zum Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) hin öffnet.

2. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rückschlagventil (63) zwischen einer vom Wegeventil (11) zu dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) verlaufenden Arbeitsleitung (14) und dem Hydrospeicher (21) an­ geordnet ist.

3. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fülleitung (20) von der Arbeitsleitung (14) abzweigt und daß das Rückschlagventil (63) zwischen dem sich zwischen der Arbeitsleitung (14) und dem Füllventil (22) befindlichen Abschnitt der Fülleitung (20) und dem Hydrospei­ cher (21) angeordnet ist.

4. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (63) und das Füllventil (22) in einer gemeinsamen Ventilplatte (26) unter­ gebracht sind.

5. Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fluidpfad (62) in Reihe zum Rückschlagventil (63) eine Drossel (64) angeordnet ist.