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Hydraul ikbagger
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Die Erfindung betrifft einen Hydraulikbagger mit einem Fahrgestell
und einem Oberwagen, in dem um eine horizontale Achse ein Schwenkarm gelagert ist,
der einen Ausleger trägt, an.dem ein endseitig mit einem Werkzeug gelenkig verbundener
Löffelstiel angelenkt ist, wobei zum Verschwenken des Werkzeugs relativ zum Löffelstiel,
des Löffel stiels relativ zum Ausleger und des Schwenkarms relativ zum Oberwagen
über Steuerventile steuerbare hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten jeweils gelenkig
mit den relativ zueinander verschwenkbaren Teilen verbunden sind.
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Bei üblichen Hydraulikbaggern dieser Art kann das Werkzeug, beispielsweise
ein Löffel oder eine Schaufel, durch jedes der drei Steuerventile bewegt werden,
wobei jedes dem Werkzeug unterschiedliche Schwenkbewegungen entsprechend den jeweiligen
Schwenkradien erteilt. Bei vielen Arbeiten ist es erforderlich, das Werkzeug geradlinig
zu führen, beispielsweise um Schrägflächen beim Böschungsbau herzustellen. Soll
das Werkzeug, beispielsweise der Löffel oder die Schaufel, geradlinig oder auf einer
vorbestimmten Kurve geführt werden, muß der Baggerführer gleichzeitig mindestens
zwei oder sogar drei Steuerventile betätigen, was eine erhebliche Geschicklichkeit
erfordert, wenn man berücksichtigt, daß die resultierende Bewegung des Werkzeuges
aus einander überlagerten kreisbogenförmigen Bewegungen zusammengesetzt werden muß.
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Um für den Baggerführer das Führen des Grabgefäßes oder dergleichen
beispielsweise längs einer Geraden zu erleichtern, sind Gleichlaufführungen bekannt,
bei denen das Grabgefäß mit dem Stiel mit Hilfe von Koppeln durch eine Parallelogrammführung
verbunden ist. Bei dieser Art der mechanischen Koppelung wird aber die Kreisbewegung
des Grabgefäßes um den Drehpunkt des Löffelstiels am Ausleger nicht korrigiert.
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Es ist auch eine hydraulische Gleichlaufsteuerung bekannt, bei der
ein Stellzylinder aus einem sogenannten Master zylinder besteht, dessen Volumen
in einem bestimmten Verhältnis zu dem Volumen eines sogenannten Slavezylinders steht;
der das Grabgefäß entsprechend nachführt. Auch bei dieser Lösung wird die Kreisbewegung
des Löffelstiels um seinen Drehpunkt nicht ausgeglichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach betätigbare Steuerung zu
schaffen, mit der sich Werkzeuge von Hydraulikbaggern
im wesentlichen
längs vorbestimmten Linien oder Kurven führen lassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem
Ausleger und dem Löffelstiel ein Winkel-Funktions-Geber angeordnet ist, der bei
Betätigung des Steuerventils, das die den Löffelstiel verschwenkende Kolben-Zylinder-Einheit
speist, entsprechend der jeweiligen Winkelstellung des Löffelstiels relativ zum
Ausleger das Steuerventil der Kolben-Zylinder-Einheit des Schwenkarms in der Weise
steuert, daß der Schwenkbewegung des Löffelstielendes zu dessen geradliniger Führung
zur Horizontalen oder unter einem bestimmten Winkel zu dieser oder zu dessen Führung
auf einer bestimmten Kurve eine Schwenkbewegung des Auslegers überlagert wird. Bei
der erfindungsgemäßen Steuerung braucht der Baggerführer nur das Steuerventil für
den Löffelstiel zu betätigen, wodurch sich das Werkzeug entsprechend der vorgegebenen
Funktion in bestimmter Weise geradlinig oder auf einer Kurve führen läßt. Durch
entsprechende Umsteuerung von Ventilen läßt sich die Gleichlaufsteuerung ausschalten,
so daß das Werkzeug durch die drei Steuerventile bewegt werden kann, die unabhängig
voneinander steuerbar sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Winkel-Funktionsgeber
das Steuerventil der das Werkzeug verschwenkenden Kolben-Zylinder-Einheit in der
Weise steuern, daß das Werkzeug um etwa gleiche Winkelbeträge entgegengesetzt verschwenkt
wird wie der Löffelstiel. Durch diese Art der Steuerung wird bei einer Verschwenkung
des Löffelstiels das Werkzeug etwa parallel zu sich selbst bewegt. Diese Art der
Steuerung kann auch ohne gleichzeitige Steuerung der
Schwenkbewegung
des Schwenkarms entsprechend dem jeweilligen Schwenkwinkel des Löffelstiels erfolgen.
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Die Parallelführung des Werkzeugs kann dadurch verbessert werden,
daß zwischen dem Schwenkarm und dem Oberwagen ein Winkelfunktionsgeber angeordnet
ist, der bei einem Verschwenken des Schwenkarms das Steuerventil des Werkzeugs in
der Weise steuert, daß dieses zu sich selbst prallel bleibt.
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Nach einer erfinderischen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Kolben-Zylinder-Einheit
des Werkzeugs von dem Steuerventil für den Löffelstiel über einen Mengenteiler in
der Weise gesteuert wird, daß das Werkzeug um etwa gleiche Winkelbeträge entgegengesetzt
wie der Löffelstiel verschwenkt wird. Durch den Mengenteiler werden den jeweiligen
Zylinderseiten der Kolben- Zylinder-Einheiten in einem derartigen Verhältnis zueinander
stehende Volumenströme zugeführt, daß das Werkzeug bei einem Verschwenken des Löffelstiels
parallel zu sich selbst bleibt. Die Mengenteiler können beliebiger Bauweise sein.
Zweckmäßigerweise bestehen die Mengenteiler jedoch aus mechanisch gekoppelten Radialkolben-Hydromotoren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein den
von dem Steuerventil für den Löffelstiel gesteuerten Strom der hydraulischen Flüssigkeit
in drei in einem bestimmten Mengenverhältnis zueinander stehende Teilströme unterteilender
Mengenteiler vorgesehen ist und daß der dritte Mengenstrom die Kolben-Zylinder-Einheit
des Schwenkarms speist. Da zur Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheit des Schwenkarms
ein besonderes steuerbares Ventil vorgesehen ist, wird die überschüssige Menge an
Hydraulikflüssigkeit zweckmäßigerweise über ein Überdruckventil abgeführt.
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Die Funktionsgeber können aus auf der Schwenkachse oder in deren Bereich
befestigten Nockenkurven bestehen, die von mit dem Löffelstiel und/oder Schwenkarm
mitverschwenkten Fühlern abgetastet werden. Die Fühler können aus Weggebern oder
auch aus den Betätigungsgliedern von Steuerventilen bestehen. Um unterschiedlich
geneigte Linien oder unterschiedliche Kurven fahren zu können, sind die Nockenkurven
oder -scheiben zweckmäßigerweise austauschbar angeordnet.
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Die Funktionsgeber können auch aus Potentiometern, über Graukeile
von Lichtquellen beaufschlagten Foto zellen oder anderen Wandlern bestehen.
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Da die der Schwenkbewegung des Löffel stiels überlagerte Schwenkbewegung
des Schwenkarms eine Umkehr der Schwenkbewegung bei einer Bewegungsrichtung erfordern
kann, sind die Nockenkurven bzw. Funtionsgeber zweckmäßigerweise mit Schaltnocken
oder Schalteinrichtungen zum Umschalten der eingespeisten Zylinderseiten des Hubzylinders
des Schwenkarms versehen.
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Um das Werkzeug in beiden Richtungen gesteuert führen zu können, sind
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwei Mengenteiler vorgesehen, auf die der
Volumenstrom für jede Schwenkrichtung jeweils umschaltbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zur funktionsgerechten
Steuerung der Steuerventile Mikroprozessoren vorgesehen werden, denen die von den
Funktionsgebern erzeugten Werte eingegeben werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines
Hydraulikbaggers mit einem Löffel als Werkzeug in schematischer Darstellung, Fig.
2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Hydraulikbaggers mit einer Schaufel
als Werkzeug, Fig. 3 einen Hydraulikschaltplan für die im wesentlichen geradlinige
Führung des Werkzeugs eines Hydraulikbaggers in einer Arbeitsrichtung und Fig. 4
einen Hydraulikschaltplan für die geradlinige Führung des Werkzeugs eines Hydraulikbaggers
in beiden Richtungen.
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In den Fig. 1 und 2 sind schematisch Hydraulikbagger 1 dargestellt,
bei denen die Oberwagen 3 um vertikale Achsen schwenkbar mit den mit Raupen versehenen
Fahrgestellen 2 verbunden sind. In den Oberwagen 3 sind um horizontale Achsen 4
Schwenkarme 5 schwenkbar gelagert, mit denen durch Bolzenverbindungen Ausleger 6
verbunden sind. An die Ausleger 6 sind die um die Gelenkachsen 7 des Auslegers schwenkbaren
Löffelstiele 8 angelenkt. Bei dem Hydraulikbagger nach Fig. 1 ist am Ende des Löffelstiels
8 um die Gelenkachse 9 der Löffel 10 schwenkbar gelagert, während der Löffelstiel
8 des Hydraulikbaggers 2 gelenkig mit der Schaufel 11 verbunden ist.
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Zur Verschwenkung der Schwenkarme 5 sind hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten
12 mit dem Schwenkarm 5 und dem Oberwagen
und zur Verschwenkung
der Löffelstiele 8 relativ zu den Auslegern 6 Kolben-Zylinder-Einheiten 13 gelenkig
mit diesen Teilen verbunden. Zum Verschwenken des Löffels 10 bzw. der Schaufel 11
sind in der dargestellten Weise Kolben-Zylinder-Einheiten 14 vorgesehen.
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Werden die Löffelstiele 8 in der üblichen Weise durch die Kolben-Zylinder-Einheiten
13 um die Gelenkachsen 7 der Ausleger 6 verschwenkt, so beschreiben die vorderen
Kanten A des Löffels und der Schaufel die kreisbogenförmige Kurve a.
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Wird nun der Löffel 10 oder die Schaufel 11 mit dem Verschwenken des
jeweiligen Löffelstiels 8 um etwa gleiche Winkelbeträge in entgegengesetzten Richtungen
verschwenkt, so bleiben während des Verschwenkens der Löffel und die Schaufel parallel
zu sich selbst, so daß deren Vorderkanten A die Kurven b beschreiben.
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Durch gleichzeitige gesteuerte Betätigung aller Kolben-Zylinder-Einheiten
12, 13, 14 lassen sich die Werkzeuge in der Weise verschwenken, daß deren Vorderkanten
A bei deren Parallelführung die geraden Linien C beschreiben.
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Anhand der Fig. 3 wird nun der Hydraulikschaltplan zur geradlinigen
Führung der Vorderkanten der Werkzeuge, die bei ihrem Verschwenken parallel zu sich
selbst bleiben, beschrieben.
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Jeder der Zylinder 15, 16, 17 der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten
12, 13, 14 für den Schwenkarm, den Löffelstiel und das Werkzeug ist in bekannter
Weise mit Steuerventilen 18, 19, 20 versehen.
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Zur Gleichlaufführung des Werkzeugs beispielsweise auf den Geraden
c erfolgt die Steuerung nur über das Steuerventil 19 des Zylinders 16 für den Löffelstiel,
wobei die Steuerventile 18, 20 gesperrt und Folgesteuerungen für die Zylinder 15
und 17 vorgesehen sind.
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Zur Steuerung nur über das Steuerventil 19 des Zylinders 16 für den
Löffelstiel 8 ist ein Schaltventil 21 vorgesehen, das die zugeführte Hydraulikflüssigkeit
von der den Zylinder 16 unmittelbar speisenden Leitung auf den Mengenteiler 22 umschaltet.
Der Mengenteiler besteht aus drei mechanisch gekoppelten Radialkolben-Hydromotoren
23, 24, 25, von denen die Hydromotoren 23, 24 den Volumenstrom in der Weise aufteilen,
daß die den Zylindern 16, 17 zugeführten Mengen von Hydraulikflüssigkeit so aufeinander
abgestimmt sind, daß das Werkzeug um gleiche Winkelbeträge jeweils entgegengesetzt
zu dem Löffelstiel verschwenkt wird.
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Der Radialkolben-Hydromotor 25 stellt dem Zylinder 15 des Schwenkarms
5 die zur Geradführung erforderliche Menge von Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung.
Die Steuerung des Volumenstroms erfolgt dabei durch das Regelventil 26, dessen Betätigungsglied
27 auf der Nockenkurve 28 gleitet, die durch die Umfangsfläche der Scheibe 30 gebildet
ist, die exzentrisch auf der Achse 7 des Auslegers 6 befestigt ist.
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Der Verlauf der Nockenkurve 28 entspricht der gewünschten Charakteristik
der Schwenkbewegung des Schwenkarms 5, die der Schwenkbewegung des Löffelstiels
8 überlagert werden soll.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die resultierende gerade Linie
c die sich nur aus der Verschwenkung des Löffelstiels ergebenden Kurven a und b
schneiden. Um dennoch eine Geradführung zu ermöglichen, muß eine Umschaltung der
Schwenkrichtung
des Schwenkarms 5 erfolgen. Vliese Umschaltung
wird durch das Schaltventil 31 bewirkt, das in nicht näher dargestellter Weise durch
Schaltnocken geschaltet werden kann, die auf der Scheibe 30 angeordnet sind.
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Dem Regelventil 26 von dem Radialkolben-Hydromotor 25 zuviel zugeführte
Mengen an Hydraulikflüssigkeit werden in nicht näher dargestellter Weise über ein
Überdruckventil abgeführt.
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Statt des aus Radialkolben-Hydromotoren bestehenden Mengenteilers
22 können auch Mengenteiler anderer Art vorgesehen werden.
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Im Falle der Einzelsteuerung der Zylinder 15, 16, 17 durch die Steuerventile
18, 19, 20 wird das Schaltventil 21 in der Weise geschaltet, daß der Mengenteiler
22 durch die Bypass-Leitung 32 umgangen wird.
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Die Umschaltung von Einzel steuerung auf die zentrale Gleichlauf steuerung
kann durch hydraulische oder elektromagnetische Ventilsteuerungen erfolgen.
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Das Hydraulikschaltbild nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem Hydraulikschaltbild
nach Fig. 3 im wesentlichen nur dadurch, daß zusätzlich zu dem Mengenteiler 22 ein
weiterer Mengenteiler 22' vorgesehen ist, der die Gleichlaufsteuerung der Zylinder
15, 16, 17 in der Gegenrichtung des Werkzeugs übernimmt. Je nach der Bewegungsrichtung
des Werkzeugs werden die Mengenteiler 22, 22' im Wechsel durch die Schaltventile
21, 21' mit Hydraulikflüssigkeit gespeist. Die Mengenteiler 22, 22' sind derart
ausgelegt, daß sie der Einspeisung der Hydraulikflüssigkeit in gegenüberliegende
Zylinderkammern
Rechnung tragen. Da in den Zylindern Differentialkolben
geführt sind, müssen die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Verhältnisse berücksichtigt
werden.
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Wird beispielsweise nach Fig. 2 eine Schaufel 11 gesteuert bewegt,
ist zusätzlich ein Steuerventil 33 vorgesehen, um die Schaufel allein zum Zwecke
des Entladens kippen zu können.
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Die beschriebene Gleichlaufsteuerung läßt sich auch nachträglich bei
üblichen Hydraulikbaggern einbauen.
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