DE2346162C2 - Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung zur Schaufelverstellung eines Schaufelladers mit einem Hydrauliksystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Steuereinrichtung ist aus DE-OS 20 45 778 für die Kippbewegungen einer Schaufel bekannt. Hier wird ein mittels eines Steuerhebels in entgegengesetzte Richtungen auslenkbares Steuerventil verwendet, das sich in einer neutralen Stellung selbst zentrieren kann. Nach Einstellen einer Kippbewegung wird der Steuerhebel mechanisch festgehalten. Wenn die Kolbenstange des Kippgestänges eine bestimmte Stellung erreicht hat, betätigt ein Schalter ein Magnetventil, und über dieses fließt die Hydraulikflüssigkeit in einen Servozylinder, welcher die Arretierung löst. Für jede der beiden Bewegungsrichtungen ist ein solcher Endschalter vorgesehen. Die Schalter sind am Kolben angeordnet und sprechen auf ein mit der Kolbenstange bewegtes permanentes Magnetfeld an. Da bei dieser Steuereinrichtung insbesondere bezüglich des Lösens der Arretierung mechanische, elektrische und hydraulische Elemente zusammenwirken, treten Probleme bei Betriebsstörungen und bei der Wartung auf.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung der bekannten Art zu schaffen, die ein von der Bewegungsrichtung abhängiges, zeitweiliges Festhalten des Steuerhebels mit einer geringen Zahl mechanischer Teile bewirkt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Steuereinrichtung gelöst. Der Elektromagnet dient dabei als einzige Haltevorrichtung für den Steuerhebel. Bei einer ersten ICippbewegung, in der der Steuerhebel in der ersten Schaufelauskippstellung steht, wird der Elektromagnet erregt und, nachdem der Steuerhebel in die Schaufelrückkippstellung umgelegt ist, um die entgegengesetzte Kippbewegung zu erreichen, in dieser zweiten Stellung mit einfachen Mitteln zeitweilig festgehalten.

In der Logikschaltung wird durch einen Magneten, der an einer mit der Zylinderstange eines Kippzylinders beweglichen Stange angebracht ist, der erste Schalter betätigt, welcher auf einen ersten Transistorkreis wirkt und einen etwa zum Elektromagneten fließenden Erregerslrom abschaltet, wodurch sich das selbstzentrierende Steuerventil in seine neutrale Stellung verschiebt und die Kolbenbewegung in der Schaufelrückkipprichtung unterbrochen wird. Betätigt der Magnet bei erneuter entgegengesetzter Bewegung der Zylinderstange in der Schaufelauskipprichtung den zweiten Schalter, der auf einen zweiten Transistorkreis

wirkt, wird durch diesen der Elektromagnet erregt, so dcO er nach einer weiteren Umkehr der Bewegungsrichtung der Zylinderstange den Steuerhebel in der zweiten Stellung so lange festhält, bis der erste Schah er wieder betätigt wird. Die beiden Transistorkreise sind so miteinander verbunden, daß der Sirom zu dem Elektromagneten durch den zweiten Schalter nur eingeschaltet werden kann, wenn der erste Schalter geöffnet ist. Durch die Steuerung des Elektromagneten wird die gewünschte Arretierung des Steuerhebels bis zum Erreichen einer vorbestimmten Stellung in einer Bewegungsrichtung gewährleistet Außerdem werden bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung keine störanfälligen, mechanisch zu betätigenden Koppelelemente verwendet, so daß die Lebensdauer verbessert und der Aufwand für die Wartung verringert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht eines Schaufel- ^2Ü laders mit einer Ladeschaufel,

Fig.2 ein vereinfachtes elektrohydraulisches Schaltschema einer Steuereinrichtung, und

Fig.3 eine schematische Darstellung einer in dem Schaltschema nach Fig.2 angedeuteten Logikschaltung.

Fig. 1 zeigt einen Schaufellader 10, mit einer Ladeschaufel 12, welche bei 14 schwenkbar an einem Ende eines Paares mit seitlichem Abstand angeordneter Hubarme 16 gelagert ist. Die Hubarme 16 sind an ihren entgegengesetzten Enden schwenkbar an einem Paar mit seitlichem Abstand angeordneter Türme 18 gelagert, welche am Fahrzeugrahmen befestigt sind. Ein hydraulischer Kippzylinder 20 mit einer ausfahrbaren Zylinderstange 22 ist schwenkbar zwischen jeweils einem Turm 18 und der Ladeschaufel 12 eingekuppelt über ein Kippgestänge, welches einen am Hubarm 16 schwenkbar montierten Hebel 24 und eine Verbindungsstange 26 umfaßt, welche den Hebel 24 mit der Schaufel 12 verbindet.

Es zeigen F i g. 1 und 2 einen von Hand betätigbaren Steuerhebel 28, der im Bereich eines Fahrersitzes 30 angeordnet ist und der wirksam mit einem federbetätigten, selbst zentrierenden Steuerventil 32 verbunden ist. Dieses Steuerventil ist dazu bestimmt, hydraulische Druckflüssigkeit von einer Pumpe 34 zum Kippzylinder 20 zu leiten, um die Stellung der Schaufel 12 zu steuern. Ein Elektromagnet 36 ist derart angeordnet, daß der Steuerhebel 28 gegen diesen geschwenkt werden kann und somit in der Schaufelrückkippstellung R gehalten "'" wird, wenn der Elektromagnet erregt ist.

Der Elektromagnet 36 ist über eine Leitung 38 mit einer Schalter-Anordnung 40 verbunden, weiche zwei getrennt angeordnete Schalter 42, 44 aufweist. Die Schalter-Anordnung 40 umfaßt ferner eine Logikschal- " tung 46 (Fig.3), welche die Betriebsart oder den Betriebszustand der Schaufel erfaßt und einen Strom vorsieht, um den Elektromagneten bei vorbestimmten Perioden während der Einstellung der Schaufel und in Abhängigkeit von deren Bewegungsrichtung zu erregen.

Die Schalter 42 und 44 sind hier Schalter in Festkörpertechnik, welche unter Ausnutzung des Hall-Effekts arbeiten und einen Strom leiten, wenn sie in ein magnetisches Feld gebracht werden. Es ist ein magnetisches Feld mit Hilfe eines Permanentmagneten 48 vorgesehen, welcher am Ende einer Steuerstange 50 befestigt ist, welche mit ihrem anderen Ende lösbar an

40 der ausfahrbaren Kolbenstange 22 angebracht ist Die Steuerstange 50 mit dem daran angebrachten Magneten 48 ist so angeordnet, daß sie beim Ausfahren und Einziehen der Stange 22 nahe bei de.n Schaltern 42 und 44 vorbeibewegt wird

Das Ausfahren der Stange 22 aus der zurückgezogenen Rückkippstellung in die Kipp- oder Entleerungsstellung bewirkt daß der Magnet 48 in der Darstellung nach F i g. 2 von links nach rechts über die Schalter 42 und 44 hinwegbewegt wird. Dieser Vorgang ermöglicht einen Stromfluß zum Elektromagneten 36.

Nach Beendigung des Kipp- oder Entleerungsvorganges verstellt der Fahrer den Steuerhebel 28 in die Λ-Stellung, und weil der Elektromagnet 36 erregt ist, bleibt der Hebel 28 so lange in dieser Stellung, bis er durch Unterbrechung des Stromes zum Elektromagneten freigegeben wird. Der Elektromagnet 36 wird stromlos, wenn der Magnet 48 von rechts nach links über die Schalter 44 und 42 bewegt wird, wenn die Stange 22 zurückgezogen wird, um das Ladegefäß 12 aus der Entleerungs- oder Kippsiel lung zurückzuschwenken. Eine selbst zentrierende Feder des hydraulischen Steuerventils 32 drückt den Steuerhebe! 28 in die Haltestellung H, wobei eine weitere Zurückziehung der Kolbenstange 22 und somit eine weitere Bewegung der Schaufel 12 unterbrochen wird. Durch geeignete Anordnung des Magneten 48 bezüglich der Stellung der Kolbenstange 22 wird sichergestellt, daß die Schaufel 12 in der richtigen Beladungs-Stellung angehalten wird, um den nächsten Arbeitszyklus zu beginnen.

Die Festkörper-Schalteranordnung 40 ist über eine Leitung 52 an die positive Klemme einer Batterie 54 angeschlossen. Zum Schutz gegen eine Überlastung des Schaltkreises ist eine Sicherung 56 vorgesehen. Der Elektromagnet 36 und die negative Klemme der Batterie sind geerdet. Ein vom hydraulischen Systemdruck gesteuerter Schalter 58 ist zwischen Batterie und Erde angeordnet. Er bleibt während des Betriebs des Fahrzeuges geschlossen und bewirkt eine Unterbrechung des Stromkreises, wenn das Fahrzeug stillgesetzt wird. Der Schalter 58 oder zusätzliche Schalter können in gleicher Weise mit Hilfe des Maschinen-Öldruckes oder anderer Betriebsparameter betätigt werden.

F i g. 3 zeigt schematisch eine innerhalb der Festkörper-Schalteranordnung 40 vorgesehene Logikschaltung 46. In einem ersten Transistorkreis ist ein erster Transistor 62 angeordnet, der mit dem ersten Schalter 42 gekoppelt ist Ein zweiter Transistorkreis, der mit dem zweiten Schalter 44 verbunden ist, enthält einen zweiten Transistor 60, in der Leitung 38 zwischen der positiven Leitung 52 und dem Elektromagneten 36. Über einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 66 und einen weiteren Transistor 64 ist der zweite Transistorkreis mit dem ersten Transistorkreis verbunden. Der erste Schalter 42 ist über einen Begrenzungswiderstand 68 an die Basis des Transistors 62 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 62 ist mit der Basis des Transistors 64 verbunden. Der Emitter des Tranistors 64 ist über den Siliziumgleichrichter 66 an die Basis des Transistors 60 angeschlossen. Eine Diode 70 ist für einen Gegenpolungs-Schutz in der positiven Leitung 52 angeordnet.

Eint Zenerdiode 72 ist zwischen die positive Leitung 52 und Erde geschaltet, um eine vorbestimmte Bezugsspannung für die Schalter 42 und 44 zu erzeugen. Ein Strombegrenzungswiderstand 74 bildet einen Schutz für die Zenerdiode 72. Widerstände 76 und 78 dienen in gleicher Weise zur Strombegrenzung durch

die Transistoren 62 und 64. Ein Widerstand 80 ist zwischen der Basis des Transistors 62 und Erde geschaltet, um einen Leckstrom durch den Transistor dadurch zu verhindern, daß eine Gegenvorspannung für die Basis des Transistors erzeugt wird, wenn der Schalter 42 nicht leitend ist. Eine Diode 82 und ein Begrenzungswiderstand 84, welche zwischen dem Schalter 44 und dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 66 angeordnet sind, bilden einen Hochspannungs- bzw. Strom-Schutz für den Schalter 44, wenn der Siliziumgleichrichter leitend ist.

Um zu verhindern, daß elektrische Einschaltstöße oder Einschwingimpulse den Gleichrichter 66 triggern oder auslösen, ist dessen Anode und Kathode durch einen Kondensator 86 überbrückt, und ein Kondensator 88 ist entsprechend parallel zum Auftastimpulskreis und der Kathode des Gleichrichters angeordnet.

Um eine Gegenvorspannung für die Basis des Transistors 60 zu erzeugen und dadurch sicherzustellen, daß der Transistor in einem nicht leitenden Zustand bleibt, wenn der Gleichrichter 66 nicht leitend ist, ist ein Widerstand 90 zwischen die Basis des Transistors und die Leitung 38 geschaltet. Eine Diode 92 zwischen der Leitung 38 und Erde dient dazu, eine induzierte Spannung vom Elektromagneten 36 zu beseitigen oder zu unterdrücken, jedes Mal wenn der dem Elektromagneten zugeführte Strom unterbrochen wird.

Im Betrieb arbeitet der vorstehend beschriebene Schaltkreis in folgender Weise:

Die Kolbenstange 22 und demzufolge auch die daran befestigte Stange 50 sind zurückgezogen, wenn die Schaufel 12 beladen und in der Rückkippstellung ist. Da kein Magnetfeld in der Nähe der Schalter 42 und 44 ist, sind diese Schalter nicht leitend und verhindern damit, daß eine positive Spannung an die Basis des Transistors 60 gelegt wird. Durch das Fehlen einer solchen positiven Spannung wird verhindert, daß ein Strom vom Transistor 60 zum Elektromagneten 36 geleitet wird.

Der Stromkreis ist somit unwirksam, und der Fahrer ist somit frei, den Steuerhebel 28 in die Auskippstellung D zur Entleerung des Ladegefäßes 12 zu bewegen. Das Steuerventil 32 richtet dann, wie gefordert, Druckflüssigkeit zum Zylinder 20, und die Kolbenstange 22 beginnt sich nach außen zu bewegen.

Während des Ausfahrens wird der Permanentmagnet 48, welcher an der Stange 50 montiert ist, die für eine gemeinsame Bewegung mit der Kolbenstange 22 an dieser befestigt ist, zuerst in die Nähe des Schalters 42 bewegt. Wenn der Magnet 48 dem Schalter 42 unmittelbar benachbart ist, leitet der Schalter Strom zur Basis des Transistors 62, wodurch dieser Transistor leitend wird. Da der Emitter an Erde liegt, ist der Kollektor und die Basis des Transistors 64 ebenfalls im wesentlichen auf Nullspannungs-Potential. Der Transistor 64 ist daher nicht leitend. Wenn die Kolbenstange 22 weiter ausgefahren wird, bewegt sich der Magnet 48 vom Schalter 42 weg, wodurch der Basis des Transistors nicht länger ein Strom zugeführt wird und dieser Transistor nichtleitend wird. Im Ergebnis wird somit eine positive Spannung an die Basis des Transistors 64 gelegt, so daß ein Strom vom Transistor zur Anode des Gleichrichters 66 fließen kann.

Die fortgesetzte Ausfahr-Bewegung der Kolbenstange 22 bringt dann als nächstes den Magneten 48 in eine dem Schalter 44 unmittelbar gegenüberliegende Stellung, wodurch über den Schalter ein Strom zum Steuerkreis oder Auftastkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters 66 geleitet wird. Der Auftastkreis wird dadurch ausgesteuert, so daß der gesteuerte Gleichrichter 66 einen Strom zur Basis des Transistors 60 abgeben kann. Der Gleichrichter 66 bleibt leitend, solange ein Strom durch ihn hindurchfließt. Wenn somit eine =. positive Spannung an die Basis des Transistors 60 gelegt ist, leitet dieser einen Strom zu dem Elektromagneten 36, um diesen zu erregen.

Wenn der Fahrer nach beendeter Entleerung wünscht, die Schaufel 12 wieder in ihre zum Beladen ίο geeignete Stellung zurückzubringen, bewegt er den Steuerhebel 28 in die R- oder Schaufelrückkippstellung. Wenn nun der Elektromagnet 36 erregt ist, ist der Hebel 28 in der /?-SteIlung gehalten, bis der Elektromagnet stromlos gemacht wird oder dessen Haltekraft vom Fahrer durch Handbetätigung des Hebels 28 überwunden wird.

Die Schaufel 12 kehrt aus der Entleerungsstellung zurück, wenn die Kolbenstange 22 zurückgezogen wird. Der Magnet 48 bewegt sich zuerst in den Bereich des Schalters 44, um dem Auftastkreis des Gleichrichters 66 noch einmal Strom zuzuführen. Da der Gleichrichter bereits leitend ist, hat dieser Vorgang keine Wirkung auf den Betrieb des Schaltkreises, und der Elektromagnet 36 bleibt erregt. Wenn die Kolbenstange 22 weiter zurückgezogen wird, wird der Schalter 44 wieder geöffnet. Wenn der Magnet 48 unmittelbar über den Schalter 42 wegbewegt wird, wird dieser leitend, und eine positive Spannung wird der Basis des Transistors 62 zugeführt. Der Transistor 62 wird somit leitend, wodurch er die an der Basis des Transistors 64 liegende positive Spannung unterbricht, wie vorstehend beschrieben.

Dies führt dazu, daß der Transistor 64 nichtleitend wird und der gesteuerte Gleichrichter 66 öffnet, um somit den Strom zur Basis des Transistors 60 zu unterbrechen. Demzufolge wird auch der Transistor 60 nichtleitend, und der Stromfluß zu dem Elektromagneten 36 wird unterbrochen, so daß der Elektromagnet stromlos wird und nicht mehr erregt ist. Bei diesem Vorgang drängt die selbst zentrierende Feder des hydraulischen Steuerventils 32 den Steuerhebel 28 in die H- oder Halte-Position und unterbricht damit ein weiteres Zurückziehen der Kolbenstange 22. Diese Wirkung tritt bei einer derart vorbestimmten Stellung der Kolbenstange 22 ein, daß die Schaufel 12 sich in der gewünschten Stellung für die folgende Beladung oder zum Schürfen befindet.

Es ist ersichtlich, daß der Fahrer, wenn sich die

beladene Schaufel 12 in der Ausgangs-Stellung befindet,

so die Beladung dadurch auskippen kann, daß er den Steuerhebel 28 in die Entleerungsstellung bewegt Wenn die Beladung ausgekippt ist, ist der Elektromagnet 36 erregt, wenn der Magnet 48, siehe F i g. 2, von links nach rechts an den auf das Magnetfeld ansprechenden Schaltern 42 und 44 vorbeibewegt wird.

Nach der Entleerung kann der Fahrer das Ladegefäß 12 aus der Entleerungsstellung dadurch zurückstellen, daß er den Steuerhebel 28 in die /?-SteIIung bewegt. Weil der Elektromagnet jetzt erregt ist, wird der Hebel 28 in dieser Stellung gehalten, bis der Magnet 48 an den Schaltern 44 in entgegengesetzter Richtung, d.h. in F i g. 2 von rechts nach links vorbeibewegt wird. Bei diesem Vorgang wird der Elektromagnet 36 stromlos, und die Schaufel 12 hält selbsttätig in der geeigneten Beladungsstellung an, in welcher sie für den Beginn des nächsten Arbeitszyklus vorbereitet ist, ohne daß eine Umsteuerung durch den Fahrer erforderlich ist, nachdem dieser den Hebel 28 in die Ä-Stellun? gehrarht

Die oben beschriebene Anordnung ermöglicht, die Schaufel 12 in einer sog. »Fischschwanzbewegung« störungsfrei hin- und herzubewegen. Die Fischschwanzbewegung ist derjenige Arbeitsvorgang, bei welchem die Schaufel 12 durch wiederholte Bewegung des Steuerhebels 28 aus der /?-Stellung in die D-Stellung zurück- und vorbewegt wird. Die Fischschwanzbewegung ist hier nicht behindert, da die Bewegung der Schaufel während der Fischschwanzbewegung normalerweise begrenzt ist zwischen der Beladungsstellung und der Rückkippstellung. Da der Elektromagnet 36 in diesem Betriebszustand nicht erregt ist, wird die Bewegung des Hebels 28 nicht beeinflußt, d. h. der Hebel 28 wird nicht mit Hilfe des Elektromagneten arretiert oder verriegelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung zur Schaufelverstellung eines Schaufelladers mit einem Hydrauliksystem, dessen Arbeitszylinder Ober ein selbstzentrierendes, manu· eil mittels eines Steuerhebels in entgegengesetzte Richtung auslenkbares Steuerventil mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden ist, und dessen Kolbenstange über ein Kippgestänge mit der Schaufel gekuppelt ist, mit einer elektromagnetisch betätigbaren Haltevorrichtung für das in eine Richtung ausgelenkte Steuerventil, mit einem mit der Kolbenstange bewegbaren, von einem permanenten Magnetfeld umgebenen Steuerglied und mit am Zylinder angeordneten Schaltmitteln mit zwei auf das Magnetfeld ansprechenden Schaltern, welche in Abhängigkeit von der Bewe?ungsrichtung des bei einer Ko'ibenbewegung an den Schaltmittelri vorbeibewegten Steuergliedes die Haltevorrichtung beeinflussen und das in die eine Richtung ausgelenkte Steuerventil zur Rückkehr in seine selbstzentrierte Neutralstellung freigeben, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltevorrichtung zum Festhalten des Steuerhebels (28) in der Schaufelrückkippstellung (R) ein Elektromagnet (36) vorgesehen ist, daß die normalerweise geöffneten Schalter (42, 44) Teil einer Logikschaltung (46) sind, über welche der Erregerstromkreis des Elektromagneten (36) nach einer durch Auslenken des Steuerhebels (28) in die Schaufelauskipprichtung eingeleiteten Bewegung der Kolbenstange (22) und des dabei an den Schaltern vorbeibewegten Steuergliedes (48) durch Schließen des zweiten Schalters (44) geschlossen ist, und daß der anschließend in die Schaufelrückkipprichtung ausgelenkte Steuerhebel (28) durch den ^ erregten Elektromagneten bis zur Unterbrechung des Erregerstromkreises durch Schließen des ersten Schalters (42) des bei umgekehrter Kolbenbewegung in Schaufelrückkipprichtung an den Schaltern vorbeibewegten Steuergliedes in der r.ur Einleitung dieser Kolbenbewegung eingestellten Schaufelrückkippstellung (^gehalten ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (46) einen ersten Transistorkreis mit einem ersten Transistor (62) und einen zweiten Transistorkreis mit einem zweiten Transistor (60) enthält, der erste Transistorkreis mit dem ersten Schalter (42) gekoppelt ist und der zweite Transistorkreis, dessen Transistor (60) zwischen einer Spannungsquelle (54) und dem Elektromagneten (36) angeordnet ist, bei offenem ersten Schalter (42) auf das Schließen des zweiten Schalters (44) anspricht, um Strom von der Spannungsquelle (54) zu dem Elektromagneten (36) zu leiten, und durch den ersten Transistorkreis bei Schließen des ersten Schalters (42) abgeschaltet wird.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistorkreis einen gesteuerten Siliziumgleichrichter (66) enthält, welcher durch Schließen des zweiten Schalters (44) erregt und durch Schließen des ersten Schalters (42) stromlos wird.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (42) zwischen Erde und der Basis des ersten Transistors (62) angeordnet ist, dessen Emitter an Erde und dessen Kollektor an eine positive Spannung gelegt sind, daß der zweite Transistorkreis einen weiteren Transistor (64) aufweist, dessen Basis an den Kollektor des ersten Transistors (62), dessen Emitter an die Anode des gesteuerten Siliziumgleichrichters (66) und dessen Kollektor an die positive Spannung angeschlossen sind, daß bei dem zweiten Transistor (60) die Basis an die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters (66) angeschlossen ist und der Kollektor mit der positiven Spannung und der Emitter mit dem Elektromagneten (36) verbunden sind und daß der Auftastkreis des gesteuerten Siliziumgleichrichters (66) an den zweiten Schalter (44) angeschlossen ist