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Die Erfindung betrifft ein Rohrverlegegerät, das beispielsweise als Anbaugerät für eine Baumaschine bzw. Bagger verwendbar ist, mit einer Hydraulikschaltung umfassend wenigstens einen ersten und zweiten Hydraulikzylinder zur Betätigung des Rohrverlegegerätes und wenigstens ein Schaltventil zur Ansteuerung der Hydraulikzylinder.
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Während Rohrverlegearbeiten müssen einzelne Rohre in einen zuvor ausgehobenen Graben gelegt und miteinander verbunden werden. Die Rohrverbindung wird in der Regel über eine Muffenverbindung hergestellt, indem ein Rohr endseitig in die Muffe des benachbarten Rohres eingesteckt wird. Insbesondere bei Betonrohren, die beispielsweise bei einer Länge von 5 Metern und einer Nennbreite von 600 mm ein Gewicht von ca. 1000 kg aufweisen, ist das Einpassen der Rohre ineinander, d. h. das Einstecken des Rohres in die Rohrmuffe des bereits liegenden Rohres, nur mit Hilfe mehrerer Bauarbeiter möglich.
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Zur Automatisierung dieser Aufgabe wurde bereits in der
DE 10 2005 018 051 ein Rohrverlegegerät vorgeschlagen, das als Anbaugerät eines Hydraulikbaggers verwendet werden kann. Mit Hilfe des vorgestellten Rohrverlegegerätes kann das Verlegen und Ineinanderstecken der einzelnen Rohre maschinelle ausgeführt werden. Im Wesentlichen umfasst die offenbarte Vorrichtung einen Greifzylinder zur Betätigung eines Greifarms für die Aufnahme eines einzelnen Rohres. Weiterhin ist ein Verlegezylinder vorgesehen, mittels dem der Greifarm verlagert und das aufgenommene Rohr in die Rohrmuffe des bereits liegenden Rohres eingesteckt werden kann.
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Die Ansteuerung der beiden Hydraulikzylinder erfolgt mittels 2/2-Wegeventile. Bei der bisher verwendeten Hydraulikschaltung stellen jedoch auftretende Druckschläge, beispielsweise ausgelöst durch Schaltvorgänge der Ventile, bzw. das Nachlaufen des Rohrverlegers ein Sicherheitsrisiko für den ordnungsgemäßen Betrieb dar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Rohrverlegegerät mit einem verbesserten Hydraulikschaltkreis aufzuzeigen, das die oben genannte Problematik zu überwinden weiß.
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Diese Aufgabe wird durch ein Rohrverlegegerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Rohrverlegegerätes sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüche.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Rohrverlegegerät vorgeschlagen, das sich zum Einsatz als Anbaugerät an einer Baumaschine, insbesondere an einem Bagger, eignet. Das neuartige Rohrverlegegerät umfasst eine Hydraulikschaltung, die aus wenigstens einem ersten und zweiten Hydraulikzylinder zur Betätigung des Rohrverlegegerätes sowie wenigstens einem Schaltventil zur Ansteuerung der Hydraulikzylinder besteht. Erfindungsgemäß umfasst das verwendete Schaltventil eine hydraulisch betätigbare Hauptsteuerstufe sowie eine elektrisch betätigbare Vorsteuerstufe. Mittels der Hauptsteuerstufe lassen sich die angeschlossenen ersten und zweiten Hydraulikzylinder mit Arbeitsdruck beaufschlagen. Die Hauptsteuerstufe schaltet folglich die Verbindung der Hydraulikzylinder mit der oder den Arbeitsdruckleitungen bzw. mit wenigstens einem Hydraulikmediumreservoir. Die Hauptsteuerstufe ist hydraulisch betätigbar. Beispielsweise werden Schaltübergänge durch eine Änderung des anliegenden Steuerdruckes ausgelöst.
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Mittels der Vorsteuerstufe soll die Hauptsteuerstufe betätigbar bzw. schaltbar sein. Die Vorsteuerstufe steuert den notwendigen Steuerdruck und schaltet die Verbindung der Steuerdruckleitungen mit der Hauptsteuerstufe. Beispielsweise ist hierdurch der Volumenstrom der wenigstens einen Steuerdruckleitung zur Hauptsteuerstufe steuerbar bzw. regelbar.
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Mit diesem neuartigen Aufbau des Rohrverlegegerätes erfolgt demnach gegenüber dem bekannten Rohrverlegegerät eine Aufteilung eines bisher implementierten Hydraulikkreislaufs mit verschiedenen 2/2 Wegeventilen auf zwei Hydraulikkreise, nämlich einen Hydraulikkreis der Hauptsteuerstufe mit dem Arbeitsdruck sowie einen zweiten Hydraulikkreis mit der Vorsteuerstufe und den Steuerdruckleitungen. Ferner ist eine elektrische Betätigung der Vorsteuerstufe vorgesehen.
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Die Hauptsteuerstufe umfasst beispielsweise ein Wegeventil, vorzugsweise ein 7/2 Wegeventil, um die Anschlüsse der Hydraulikzylinder wahlweise mit zwei Arbeitsdruckleitungen bzw. einem Tankanschluss verbinden zu können. Idealerweise umfasst das Wegeventil zwei Schaltstellungen sowie eine Übergangsstellung.
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Denkbar ist es, dass mittels der zwei Schaltstellungen wahlweise eine Druckbeaufschlagung des ersten oder zweiten Zylinders erfolgt. Idealerweise wird in einer ersten Schaltstellung der erste Hydraulikzylinder mit den Arbeitsleitungen und/oder der Tankleitung verbunden, während die Anschüsse des zweiten Hydraulikzylinders gesperrt sind. In der zweiten Schaltstellung kann beispielsweise der zweite Hydraulikzylinder mit den Arbeitsleitungen und/oder der Tankleitung verbunden sein, während sämtliche Anschlüsse des ersten Hydraulikzylinders gesperrt sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass in der Übergangsstellung sämtliche Anschlüsse der Hydraulikzylinder zur Tankleitung bzw. zum Hydrauliktank entlastet sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des Rohrverlegegerätes umfasst die Vorsteuerstufe ein Wegeventil, insbesondere ein 4/2 Wegeventil. Mittels des elektrisch betätigbaren Wegeventils ist der Steuerdruck am passenden Steuereingang der Hauptsteuerstufe anlegbar. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn sich das Wegeventil der Hauptsteuerstufe über ein hydraulisch betätigbares Vorsteuerventil indirekt schalten lässt.
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Zur Vermeidung von Druckimpulsen kann es zweckdienlich sein, ein Mittel zur Justierung der Schaltgeschwindigkeit der Hauptsteuerstufe, insbesondere des verwendeten Wegeventils, vorzusehen. Vorzugsweise werden ein oder mehreren Eingängen des Vorsteuerventils der Hauptsteuerstufe ein oder mehrere Drosselventile bzw. Drosselrückschlagventile vorgeschaltet. Die Drosselung kann sinnvollerweise verstellbar, insbesondere durch elektrische Betätigung verstellbar ausgeführt sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Rohrverlegegerätes ist die Haupt- und/oder Vorsteuerstufe derart ausgeführt, so dass die Hauptsteuerstufe in eine erste Schaltstellung schaltet bzw. in dieser Schaltstellung verbleibt, falls der an der Hauptsteuerstufe anliegende Steuerdruck abfällt und/oder keine elektrische Betätigung der Vorsteuerstufe erfolgt. Die erste Schaltstellung entspricht in diesem Fall einer Sicherheitsstellung, die auch bei Ausfall gewisser Systemkomponenten ein sicheres Verhalten des Rohrverlegegerätes gewährleistet und eine Gefährdung des Umfeldes weitestgehend vermeidet. Sinnvollerweise wird in der Sicherheitsstellung keine gefährdende Bewegung des ersten und/oder zweiten Hydraulikzylinders zugelassen.
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Die Rückschaltung bzw. der Verbleib in der Sicherheitsstellung kann vorzugsweise durch Federkraft oder eine sonstige Rückstellkraft erreicht werden. Insbesondere ist eine Rückstellfeder am Wegeventil der Hauptsteuerstufe vorgesehen, die das Wegeventil auch bei deaktiviertem Steuerdruck in die Sicherheitsstellung schaltet.
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Ferner kann eine Feder am Wegeventil der Vorsteuerstufe dafür sorgen, dass das Wegeventil bei Ausfall der elektrischen Betätigung in eine entsprechende Schaltstellung übergeht bzw. in dieser verbleibt, so dass der anliegende Steuerdruck ein Schalten bzw. einen Verbleib des Wegeventils der Hauptsteuerstufe in der sicheren Schaltstellung bewirkt.
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Zweckmäßigerweise wird der Steuerdruck innerhalb der wenigstens einen Steuerdruckleitung durch eine Kopplung an ein oder mehrere Arbeitsdruckleitungen gewonnen. Sinnvollerweise ist wenigstens eine Steuerdruckleitung mit zwei oder mehr Arbeitsdruckleitungen verbunden. Die Verbindung erfolgt sinnvollerweise über ein Rückschlagventil, so dass ein Rückfluss von der Steuerdruckleitung zu der oder den Arbeitsdruckleitungen unterbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform steht ein Hydraulikspeicher zur Verfügung, der an der oder den Steuerdruckleitungen anliegt. Sofern der Druck der Arbeitsleitungen für den Steuerdruck nicht ausreichend ist, kann hilfsweise auf den Hydraulikspeicher zurückgegriffen werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Hauptsteuerstufe ein Druckbegrenzungsventil nachgeschaltet, d. h. zwischen dem Wegeventil und wenigstens einem Hydraulikzylinder. Hierdurch lässt sich der Volumenstrom zum Hydraulikzylinder optimal einstellen. Der Ausgang des wenigstens eines Druckbegrenzungsventils erfolgt zu einem Hydrauliktank. Um einen Druckanstieg innerhalb der Steuerleitungen zu unterbinden, kann wenigstens ein Rückschlagventil zwischen dem Ausgang des wenigstens einen Druckbegrenzungsventils und der Rückflussleitung der Steuerdruckleitungen angeordnet sein. Hierdurch lässt sich eine Fehlschaltung der Hauptsteuerstufe aufgrund des ansteigenden Staudruckes vermeiden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Rohrverlegegerät ein bewegbares Rohraufnahmeelement. Mittels des Rohraufnahmeelementes, beispielsweise in Form eines Greifers, lässt sich ein zu verlegendes Rohr aufnehmen bzw. greifen. Die Betätigung der Greifautomatik erfolgt mittels des zweiten Hydraulikzylinders. Eine Bewegung des Rohraufnahmeelementes zum Einstecken des aufgenommen Rohres in ein bereits verlegtes Rohr wird vorzugsweise über den ersten Hydraulikzylinder erzielt.
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Idealerweise ist das Schaltventil derart ausgeführt, so dass in der ersten Schaltstellung der erste Hydraulikzylinder mit Arbeitsdruck zum Bewegen des aufgenommenen Rohres beaufschlagbar ist, während in der zweiten Schaltstellung des Wegeventils der Hauptsteuerstufe der zweite Hydraulikzylinder mit Arbeitsdruck zum Aufnehmen eines Rohres beaufschlagbar ist. Demnach erfolgt in einer Sicherheitsstellung der Hauptsteuerstufe keine Betätigung der Greiferautomatik, sondern die Anschlüsse des für die Greiferautomatik zuständigen Hydraulikzylinders sind gesperrt. Dadurch wird sichergestellt, dass ein aufgenommenes Rohr durch eine Fehlfunktion des Rohrverlegegerätes nicht unbeabsichtigt losgelassen und abgelegt wird.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Schaltventil für ein Rohrverlegegerät gemäß der Erfindung bzw. einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, das eine Haupt- sowie einer Vorsteuerstufe umfasst. Die Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schaltventils entsprechen offensichtlich denen des erfindungsgemäßen Rohrverlegegerätes, weshalb an dieser Stelle auf eine weitergehende Beschreibung verzichtet wird.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.
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Die einzige Figur zeigt ein Hydraulikschaltbild der Hydraulik zum Betrieb des erfindungsgemäßen Rohrverlegegerätes. Die Schaltung besteht im Wesentlichen aus dem Schaltventil 1, den Arbeitsleitungen 11, 12 mit den Arbeitsdrücken P1 und P2, der Tankleitung 17 zum Tank T sowie den für die Rohrverlegearbeit benötigten Verlegezylinder 16 und den Greifzylinder 19. Durch Betätigung des Greifzylinders 19 wird ein Greifmechanismus des Rohrverlegegerätes angesprochen, dessen Greifarme den Aussenumfang eines zu verlegenden Rohres umfassen und so das Rohr aufnehmen. Während der Verlegearbeit wird das aufgenommene Rohr in die entsprechende Position verfahren und dort in Relation zu dem bereits verlegten Rohr ausgerichtet. Durch Betätigung des Verlegezylinders 16 kann das aufgenommene Rohr in die Muffe des bereits verlegten Rohrs zur Rohrverbindung eingesteckt werden.
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Im Detail umfasst das Schaltventil 1 eine Hauptsteuerstufe 2, die aus einem 7/2-Wegeventil besteht. Das Wegeventil 2 bietet zwei reguläre Schaltstellungen 3, 4 sowie eine Übergangsstellung 5. In der ersten Schaltstellung 3 ist der Verlegezylinder 16 zylinderseitig mit der Arbeitsleitung 12 verbunden, wohingegen die Kolbenseite mit der Tankleitung 17 in Verbindung steht. Der anliegende Druck P2 in der Arbeitsleitung 12 bewirkt eine Linearbewegung des Verstellzylinders 16. Die Anschlüsse des Greifzylinders 19 sind in der ersten Schaltstellung 3 gesperrt.
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Um das Druckniveau am Verstellzylinder 16 optimal einstellen zu können, ist die Arbeitsdruckleitung 12 stromabwärts am Wegeventil 2 über ein Druckbegrenzungsventil 10 mit der Tankleitung 17 verbunden. Hierdurch kann der am Verlegezylinder 16, d. h. stangenseitig anliegende Druck P2 optimal für die Rohrpressung eingestellt werden. Ein Überdruck wird durch Öffnen des Druckbgegrenzungsventils 10 an den Hydrauliktank abgegeben.
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In der Schaltstellung 4 des Wegeventils 2 liegt der Druck P2 an der Kolbenfläche des Greifzylinders 19 an. Die Kolbenstange wird aus dem Zylindergehäuse ausgefahren und die Greifmechanik umgreift ein aufzunehmendes Rohr. Zur Sicherheit ist am kolbenseitigen Anschluss des Greifzylinders 19 ein Sperrventil 20 angeordnet, das einen Volumenrückfluss von der Kolbenfläche in Richtung der Arbeitsdruckleitung 12 sperrt. Die Sperrwirkung kann jedoch in Abhängigkeit des stangenseitigen Druckniveaus überwunden werden, wodurch das Ventil 20 einen bidirektionalen Volumenstrom zulässt.
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In der Übergangsstellung 5 des Wegeventils 2 sind sämtliche Anschlüsse der Zylinder 16 und 19 zum Hydrauliktank entlastet, so dass eine Rückstellung der Zylinder 16 und 19 ermöglicht wird.
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Die gesteuerte Schaltung der Hauptsteuerstufe 2, d. h. des Wegeventils 2, wird über eine Vorsteuerstufe 9 in Form eines 4/2 Wegeventils realisiert. Die Betätigung der Hauptsteuerstufe erfolgt indirekt über das Vorsteuerventil des Wegeventils 2. Die Steuerdruckeingänge des Vorsteuerventils sind über das 4/2-Wegeventil mit der Steuerdruckleitung S verbunden. Durch die Schaltung des Wegeventils 9 der Vorsteuerstufe kann der Steuerdruck am passenden Eingang des Vorsteuerventils angelegt werden, um einen Schaltvorgang des Wegeventils 2 auszulösen. Eingangsseitig am Vorsteuerventil ist jeweils eine Drosselklappe 6, 7 mit Rückschlagventil pro Ventilanschluss angeordnet. Hierdurch lässt sich der Steuerdruck gezielt drosseln, um die resultierende Schaltgeschwindigkeit des Wegeventils 2 justieren zu können.
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Das Wegeventil 9 der Vorsteuerstufe umfasst zwei Schaltstellungen mit denen der Steuerdruck S an jeweils einem Eingang des Vorsteuerventils des Wegeventils 2 anlegbar ist. Der Fluidrückfluss des Steuerventils erfolgt zum Hydrauliktank. Das Wegeventil 9 der Vorsteuerstufe ist mittels eines Elektromagneten betätigbar.
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Der Steuerdruck S in der Steuerleitung wird durch den Anschluss an die beiden Arbeitsdruckleitungen 11, 12 gewonnen. Der Anschluss erfolgt über jeweils ein Rückschlagventil 13, 14 pro Arbeitsleitungen 11, 12, um einen Volumenrückfluss in die Arbeitsdruckleitungen 11, 12 zu unterbinden.
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Die Rückstellfeder 8 des Wegeventils 2 sorgt dafür, dass auch bei Abfall des Steuerdruckes S in der Steuerdruckleitung das Wegeventil 2 in die sichere Schaltstellung 3 zurückfällt und in dieser verbleibt. Gleiches gilt für das Wegeventil 9 der Vorsteuerstufe. Mittels der vorgesehenen Rückholfeder 20 wird sichergestellt, dass das Ventil 9 ohne elektrische Betätigung derart geschaltet ist, so dass das Wegeventil 2 in der Schaltstellung 3 verbleibt.
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Wie bereits voranstehend erläutert wurde, dient das Druckbegrenzungsventil 10 zur Einstellung des optimalen Arbeitsdruckes 12. Der überschüssige Volumenstrom wird an die Tankleitung 17 abgegeben. Da diese ebenfalls mit dem Steuerdruckkreis in Verbindung steht, wird zweckmäßigerweise ein weiteres Rückschlagventil 18 angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass der abgehende Staudruck des Druckbegrenzungsventils 10 den Steuerdruck 18 beeinflusst und eine Fehlschaltung des Wegeventils 2 auslöst.
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Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Schaltventil 1 des erfindungsgemäßen Rohrverlegegerätes ermöglicht eine Trennung des bisherigen Hydraulikkreislaufes in zwei separate Kreise mit einem Stromanschluss. Zudem werden durch das erfindungsgemäße Schaltventil 1 die notwendigen Sicherheitskriterien, d. h. den Rückfall und Verbleib in einer Sicherheitsstellung 3, eingehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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