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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 Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
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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 Dämpfungssystem zu dämpfen, das
Bestandteil der hydraulischen Steueranordnung des Radlader ist.
Zur Schwingungsdämpfung
sind die im allgemeinen 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 abzweigt
und in dem sich ein Füllventil
befindet, bis auf einen Grenzdruck aufgeladen werden kann. Das zwischen
dem Hydrospeicher und den Liftzylindern angeordnete Sperrventil
ist geschlossen, solange mit der Ladeschaufel gearbeitet wird, und
kann vom Fahrer oder automatisch geöffnet werden, sobald beim Fahren
Nickschwingungen auftreten oder sobald die Fahrgeschwindigkeit über einem
bestimmten Wert, z.B. über 6
km/Std. liegt.
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Die
Abzweigung der Fülleitung
vor dem Wegeventilsteuerblockbringt es mit sich, daß der Hydrospeicher
nicht nur bei einer Betätigung
des den Liftzylindern zugeordneten Wegeventils, sondern 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.
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Ein
anderes Dämpfungssystem
gegen Nickschwingungen, das ebenfalls Teil der hydraulischen Steueranordnung
einer Arbeitsmaschine 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 Arbeitsleitung herrschenden Lastdruck der
Liftzylinder gegen den Speicherdruck, von dem ein rückwärtiger Steuerraum
am Ventilglied des Sperrventils beaufschlagbar ist, und gegen die
Kraft einer schwachen Druckfeder geöffnet werden. Der Speicherdruck
ist also jeweils nur geringfügig
kleiner als der während
eines Arbeitsspiels 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 werden kann. Ist in dem Moment, in dem das Sperrventil öffnet, der
Ladedruck des Hydrospeichers höher
als der Lastdruck der Liftzylinder, 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 Druckabsenkung im Hydrospeicher Geräusche entstehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln,
daß Bewegungen
des zur Dämpfung von
Nickschwingungen der Arbeitsmaschine mit dem Hydrospeicher verbindbaren
Hydrozylinders bei Aktivierung des Dämpfungssystems weitgehend vermieden
werden. Außerdem
sollen bei Aktivierung des Dämpfungssystems
keine lauten Geräusche
entstehen.
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Dieses
Ziel wird bei einer hydraulischen Steueranordnung mit den Merkmalen
aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß 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 Hydrozylinders 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 Druckmittelfluß vom
Hydrospeicher zum Hydrozylinder auf. Es erfolgt keine mit Geräuschentwicklung
verbundene schnelle Druckabsenkung im Hydrospeicher.
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Zum
Hydrospeicher kann über
das Rückschlagventil
kein Druckmittel fließen,
so daß das
Füllventil
nach wie vor den maximalen Ladedruck bestimmt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen einer hydraulischen Steueranordnung kann man den
Unteransprüchen
entnehmen.
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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
Hydrospeicher nur einem geringen Verschleiß unterworfen ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Steueranordnung ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieses
Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung nun näher
erläutert.
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Die
gezeigte hydraulische Steueranordnung ist jeweils für Radlader,
Traktoren, Teleskop-Handler oder andere Maschinen vorgesehen und
umfaßt
einen Steuerblock 10 mit mehreren Wegeventilen, 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
Arbeitsanschluß 17 des
Wegeventils 11 und den kolbenstangenseitigen Druckräumen 18 der
Hydrozylinder 12.
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Von
der Arbeitsleitung 14 zweigt eine Fülleitung 20 ab, die
zu einem Hydrospeicher 21 führt. In der Fülleitung
liegen ein Anschluß 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 Hydrospeicher 21 abgeht.
Das Sperrventil ist zugleich das Füllventil. 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 besagten Stirnfläche
wird das Ventilglied 23 vom in der Arbeitsleitung 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 beaufschlagt.
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Auf
die Platte 26 mit dem 2-Wege-Einbauventil 22 sind
zwei Pilotventile 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 Abschnitt 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 einer Verbindung des Ausgangs 33 mit
dem Eingang 32 eine einstellbare, vorgespannte Druckfeder 34 auf
das nicht näher
dargestellte Ventilglied des Pilotventils 30. Im Sinne
einer Verbindung des Ausgangs 33 mit dem Eingang 31 wird
das Ventilglied von dem Druck im Eingang 31, also vom bodenseitigen
Lastdruck der Hydrozylinder 12 beaufschlagt.
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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 Druckfeder 43 eine Ruhestellung
ein, in der Durchgang zwischen dem Anschluß 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 Ruhestellung abgesperrt.
Der Tankanschluß ist über durch
die Gehäuse der
verschiedenen Ventile hindurchführende
Kanäle mit
einem Leckanschluß Y
der Platte 26 verbunden. Der Anschluß B des Pilotventils 42 ist
mit dem rückwärtigen Steuerraum
eines zweiten 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 verbunden
werden können.
Das Ventilglied des Pilotventils 42 kann von einem Elektromagneten 44 in
eine Schaltstellung gebracht werden, in der der Anschluß P abgesperrt
und die beiden Anschlüsse
A und B mit dem Anschluß T
verbunden.
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Das
Wegeventil 11 des Steuerblocks 10 ist hydraulisch
proportional betätigbar,
wobei die Vorsteuerdrücke
mithilfe eines hydraulischen Vorsteuergerätes 55 erzeugt und über Steuerleitungen 56 an das
Wegeventil 11 gegeben werden.
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Im
Bypass zu dem Sperrventil 22 verläuft innerhalb der Platte 26 zwischen
deren Anschlüssen 61 und
A, also letztlich zwischen dem Hydrospeicher 21 und den
bodenseitigen Druckräumen 15 der
Hydrozylinder 12 ein Fluidpfad 62, in dem in Reihe
hintereinander 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.
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Sollen
die Kolbenstangen der Hydrozylinder 12 ausgefahren werden,
so wird das Wegeventil 11 in eine solche Richtung betätigt, daß der Arbeitsleitung 14 Druckmittel
von einer Hydropumpe 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 Arbeitsleitung 14 unterhalb
des an der Druckfeder 34 des Pilotventils 30 eingestellten
Drucks verbleibt, schaltet dieses den Speicherdruck über das
Pilotventil 42 zum rückwärtigen Steuerraum 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 Fülleitung 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
Hydrospeicher 21 nicht aufgeladen werden.
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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 überein.
Einem schnellen Absinken des Lastdrucks folgt der Ladedruck wegen
der Drossel 64 nur verzögert,
so daß sich
kurzzei tige Druckabsenkungen nur wenig im Hydrospeicher bemerkbar
machen und dieser nicht einem zu hohen Verschleiß ausgesetzt ist.
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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 rückwärtigen 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.
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In
der Arbeitsleitung 16 und in den kolbenstangenseitigen
Druckräumen 18 der
Hydrozylinder 12 herrscht während des Ausfahrens der Kolbenstangen
ein Druck in der Nähe
des Tankdrucks.
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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
Geschwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine, z.B. bei einer Geschwindigkeit
von 6 km/Std., wird der Elektromagnet 44 des Pilotventils 42 bestromt,
so daß dieses
Ventil aus der gezeigten Ruhestellung in die andere Schaltstellung
umschaltet. Nun ist der rückwärtige Steuerraum 24 des
Sperrventils 22 über
das Pilotventil 42 mit dem Anschluß Y der Platte 26 verbunden
und damit zum Tank 27 entlastet.
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Das
Ventilglied 23 des Sperrventils 22 wird vom Speicherdruck
und vom Druck in der Arbeitsleitung 14 von seinem Sitz
abgehoben, 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 Kolbenstangen der Hydrozylinder 12 auf.
Ein geringer Unterschied zwischen 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 Erdreich verankerten Gegenstandes oder beim Fahren der Ladeschaufel
gegen einen Anschlag auf, sind jedoch nicht durch das Gewicht der
Ladeschaufel und des Ladegutes bedingt, das allein beim Fahren des
Radladers wirkt. Der Ladezustand des Hydrospeichers 21 reicht deshalb
immer, um die Ladeschaufel auf dem Niveau zu halten, die diese beim Öffnen des
Steuerventils 22 einnimmt.
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Über das
durch das Umschalten des Steuerventils 42 ebenfalls geöffnete Ventil 45 kann
Druckmittel aus den kolbenstangenseitigen Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12 in
den Tank verdrängt
werden. Ein Nachsaugen kann über
Nachsaugventile erfolgen, die dem Wegeventil 11 zugeordnet
sind. Damit können
Volumenänderungen
der Druckräume 18 ausgeglichen
werden, die während
der offenen Verbindung der Druckräume 15 mit dem Hydrospeicher 21 auftreten.