DE4301745C1 - Verfahren zur Steuerung des Lenkverhaltens einer mobilen Baumaschine sowie Lenkung für die Baumaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Lenkverhaltens einer mobilen Baumaschine, insbesondere eines Baggers, die mit einem relativ zum Unterwagen drehbaren Oberwagen versehen ist.

Gemäß allgemeinem St.d.T. sind mobile Baumaschinen, insbesondere Bagger, u. a. auch mit einer Hydraulikanlage ausgerüstet. Die in der Regel vonein­ ander unabhängigen Hydrauliksysteme an Bord sind zuständig für den Fahr­ antrieb, die Arbeitshydraulik, das Schwenksystem, die Lenkung, die Küh­ lung sowie die Vorsteuerung. Bei Bedarf können auch in Abhängigkeit von der Baumaschine weitere Funktionen implementiert werden. Insbesondere Bagger werden vielfach mit einer hydrostatischen Hilfskraftlenkung nach dem Open-Centre-Prinzip ausgerüstet. Die Lenkeinheit wird von einer spe­ ziell dafür vorgesehenen Zahnradpumpe mit Hydrauliköl versorgt. Die Lenk­ einheit wirkt vollhydraulisch, d. h., daß zwischen Lenkrad und den gelenk­ ten Rädern keine mechanische Verbindung besteht. Die mechanische Verbin­ dung ist durch Hydraulikschläuche zwischen Lenkeinheit und Lenkzylinder ersetzt. Bei Betätigung des Lenkrades wird die Meßpumpe in der Lenkein­ heit verstellt. Die Größe dieser Verstellung mißt die Ölmenge ab, die der Lenkraddrehung proportional ist und die zu der gewünschten Seite der Kolben dem Lenkzylinder zugeleitet werden soll. Nach beendeter Drehung geht die Lenkeinheit automatisch in Neutralstellung. Bei Ausfall der Lenkpumpe oder Stillstand des Dieselmotors ist ein Notlenkeffekt vorhan­ den.

Sofern der Oberwagen in Abweichung von mehr als 90° von der Grundstellung (d. h. die Ausrüstung liegt vor der lenkbaren Achse) steht, so tritt bei Betätigung der Pedale die Fahrbewegung entgegengesetzt zur Bewegungsrich­ tung am Lenkrad ein. Wenn der Baggerführer nicht genau weiß, wie der Unterwagen zum Oberwagen steht, so muß er sich durch leichtes Antippen der Pedale davon überzeugen, in welche Richtung der Bagger fährt, bevor die Fahrbewegung voll eingeleitet wird. Obwohl der Baggerfahrer sich in den meisten Fällen an dieses zweideutige Lenkverhalten des Baggers (je nach Vor- oder Rückwärtsfahrt) gewöhnen kann, wurde als Ursache für viele Unfälle falsche Lenkbewegung ausgewiesen.

Abhilfe könnte hier folgende aufwendige Lösung schaffen, indem man in einer Spezialkabine mit schwenkbarem Fahrersitz sowie zwei Lenksäulen, je eine für die Vor- und Rückwärtsfahrt, installieren würde. Dies würde jedoch eine nicht hinnehmbare Kostenerhöhung bedingen.

Der DE-OS 24 32 318 ist ein elektro-hydraulisches Lenksystem für ein Fahr­ zeug mit lenkbaren Vorder- und Hinterrädern zu entnehmen. Es ist eine Steuereinrichtung mit einem Lenkrad zur Ausführung des Radeinschlages sowie eine für einen beliebigen Fahrzustand einstellbare Wähleinrichtung mit einer von Hand einstellbaren Vorrichtung vorgesehen. Die Steuerein­ richtung ermöglicht eine Betätigung des Lenkrades, bei welchem die Vor­ derräder durch eine Drehung des Lenkrades einschlagbar sind, während die Hinterräder bei entsprechender Stellung der Wähleinrichtung in unter­ schiedliche Richtungen eingeschlagen werden können. Dieses insbesondere für einen Autokran einsetzbare Lenksystem beinhaltet jeweils mindestens einen an der jeweiligen Lenkachse angreifenden hydraulisch beaufschlag­ baren Lenkzylinder, der durch eine Lenkeinheit betätigt wird. Da das Fahrzeug in der Regel nur vorwärts fährt, ist eine Anpassung der Bewegun­ gen der Kraneinheit gegenüber dem Fahrzeugträger nicht notwendig.

Durch die EP 423 372 A1 ist eine Fahrkontrolleinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Bagger, sowie ein Kontrollverfahren dafür bekannt. Die be­ reits eingangs zum allgemeinen St.d.T. beschriebenen Probleme sind auch hier angesprochen, nämlich, daß der Fahrer bei um 180° gegenüber dem Unterwagen verschwenktem Oberwagen durch ungewollt falsche Betätigung der Lenkeinheit u. U. in die falsche Richtung fahren kann. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird die jeweilige relative Stellung des Oberwagens gegenüber dem Unterwagen ermittelt und in Abhängigkeit vorgegebener Drehwinkelwerte des Unterwagens gesteuert. Die Meßwerte werden einer Kontrolleinrichtung zugeführt und hier arithmetisch verarbeitet. Ein entsprechendes Ablauf­ programm, dem eine Vielzahl von Parametern zugrunde liegt, soll dann verhindern, daß durch Betätigung der Lenkeinheit eine falsche Fahrtrich­ tung eingeschlagen wird. Auch wenn hier bereits Möglichkeiten aufgezeigt werden, den Fahrer des Baggers vor ungewollten Handlungen zu schützen, so ist er dennoch nicht in der Lage, das Fahrzeug unabhängig von der Stel­ lung des Oberwagens zum Unterwagen in korrekter Weise zu steuern.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren zur Steuerung des Lenkverhaltens zu konzipieren, mittels welchem der Fahrer unabhängig von der Stellung des Oberwagens gegenüber dem Unterwagen in die von ihm durch Drehung des Lenkrades gewählte Richtung fahren kann. Die Steuerung der Lenkung soll einfach im Aufbau und auch bei bestehenden Geräten nachrüst­ bar sein.

Dieses Ziel wird verfahrensgemäß erreicht, indem die jeweilige relative Stellung des Oberwagens gegenüber dem Unterwagen ermittelt und in Abhän­ gigkeit vorgegebener Drehwinkelwerte der Lenkzylinder der jeweiligen Lenkachse in seiner Wirkrichtung hydraulisch umgesteuert wird.

Die relative Stellung des Oberwagens gegenüber dem Unterwagen wird vor­ zugsweise elektrisch bzw. elektronisch gemessen, wobei die jeweiligen Meßwerte dem jeweiligen Lenkzylinder in Verbindung stehenden elektro-ma­ gnetisch steuerbaren Umschaltventil zugeleitet werden.

Eine Lenkung für eine mobile Baumaschine, insbesondere einen Bagger, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens eine die relative Dreh­ winkelposition des Oberwagens zum Unterwagen erkennende Meßeinrichtung, die in Wirkverbindung mit mindestens einem den jeweiligen Lenkzylinder ansteuernden Umschaltventil steht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Lenkung sind den gegenständlichen Unter­ ansprüchen zu entnehmen. Keine Einschränkung erfährt der Erfindungsgegen­ stand durch den Einsatz mehrerer Lenkzylinder je Lenkachse.

Sobald der Oberwagen seine Grundstellung zum Unterwagen verläßt und nach rechts oder links über einen vorgegebenen Drehwinkel (z. B. 100°) ausge­ lenkt wird, wird das Umschaltventil automatisch durch die Meßeinrichtung umgesteuert und der Ölstrom dann dem Lenkzylinder von der anderen Seite zugeführt. Schwenkt der Oberwagen in der gleichen Richtung über die Starrachse des Unterwagens weiter, so bleibt dieses Lenkverhalten erhal­ ten.

Diese gewünschte elektrische bzw. elektronische Umschaltung erfolgt im Schleifringüberträger selbst. Das stromführende Kabel ist hierbei am oberen Schleifring angeschlossen, der an zwei Stellen elektrisch unter­ brochen ist, so daß nur ein Sektor von 160° stromführend und der andere Sektor von 200°-Drehwinkel dagegen stromlos ist. Am unteren Schleifring liegt das Massekabel an.

Durch den Erfindungsgegenstand wird erreicht, daß bei Rückwärtsfahrt der mobilen Baumaschinen, insbesondere des Baggers, der Baggerfahrer nicht mehr umdenken muß, zumal nun die Lenkbewegung eindeutig definiert wird. Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise das Unfallrisiko auf ein Minimum beschränkt werden.

Dieser elektronische Sensor kann bei bestimmten Baumaschinentypen, so z. B. einem Zweiwege-Bagger (straßen- und schienentauglich), gleichzeitig die hydraulische Druckumschaltung für die vordere sowie die hintere Schienenachse bewirken.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 - Darstellung eines sogenannten Zweiwege-Baggers,

Fig. 2 - Prinzipdarstellung der Steuerung für die Lenkachse,

Fig. 3 - Darstellung des oberen Schleifringes eines Schleifring­ überträgers,

Fig. 4 - Darstellung des unteren Schleifringes eines Schleifring­ überträgers.

Fig. 1 zeigt einen sogenannten Zweiwege-Bagger 1, der einerseits über Räder 2 auf Straßen und im Gelände bewegbar ist und der andererseits über Schienenführungsräder 3, z. B. im Schienennetz der Bundesbahn, bewegbar ist. Der Bagger 1 besteht aus einem Unterwagen 4, der beispielsweise über eine Kugeldrehverbindung 5 mit einem Oberwagen 6 in Verbindung steht. Die Ausrüstung des Baggers 1 ist hierbei mit dem Bezugszeichen 7 versehen.

Der Bagger 1 ist hierbei in Neutralstellung dargestellt, d. h. die Ausrü­ stung 7 samt Oberwagen 6 befindet sich über der Lenkachse 8. Ferner ange­ deutet ist das in der Fahrerkabine 9 vorgesehene Lenkrad 10.

Fig. 2 zeigt als Prinzipskizze die Steuerung der Lenkachse 8. Darge­ stellt ist das Lenkrad 10, eine Lenkeinheit 11, ein Dieselmotor 12, der mit einer Hydrozahnpumpe 13 zusammenwirkt, ein Hydrauliköltank 14, ein Lenkzylinder 15, ein Hydraulikrotor 16, ein Schleifringüberträger 17 sowie ein 4/2-Wegeventil 18 mit Elektromagnet 19 und Rückstellfeder 20. Der Schleifringträger 17 ist in den Fig. 3 und 4 näher dargestellt und ist in der Drehdurchführung im Bereich der Kugeldrehverbindung zwischen Unter- 4 und Oberwagen 6 angeordnet (nicht weiter dargestellt). Über das Lenkrad 10, die Lenkeinheit 11, den Hydraulikrotor 16 sowie das Umschalt­ ventil 18 wird der Lenkzylinder 15 in Abhängigkeit von der Drehbewegung am Lenkrad 10 über die Leitungen 21, 22 von der einen bzw. der anderen Seite mit Hydrauliköl beaufschlagt. Im Normalbetrieb, d. h. Ausleger 7 über der Lenkachse 8 sowie in Drehwinkelbereichen unter 90° treten keine Probleme bei der Lenkbewegung des Baggers 1 auf. Erst oberhalb 90° tritt bei Betätigung der Pedale die Fahrbewegung entgegengesetzt zur Bewegungs­ richtung am Lenkrad 10 ein.

Dieses Problem kann durch die eindeutige Oberwagen 6 - Unterwagen 4 Kennung vermieden werden, indem in die Schlauchleitungen 23,24 vom Hy­ draulikrotor 16 zum Lenkzylinder 15 das elektro-magnetisch betätigbare 4/2-Wegeventil 18 eingebaut wird. Betätigt wird der Elektromagnet 19 dieses Ventils 18 über den bereits angesprochenen Schleifringüberträger 17, sobald der Oberwagen 6 gegenüber der Unterwagengrundstellung um 100° Drehwinkel nach rechts oder links geschwenkt wird. Der Ölstrom wird dann dem Lenkzylinder 15 von der anderen Seite zugeführt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Teile des Schleifringüberträgers 17 gemäß Fig. 2. Fig. 3 zeigt den oberen Schleifring 25 und Fig. 4 den unteren Schleifring 26. Der Schleifring 25 weist gegenüber dem Schleifring 26 Unterbrechungen 27,28 auf, die einen Gesamtdrehwinkel von 200° (100° in der einen sowie 100° in der anderen Drehrichtung) beinhalten. Das strom­ führende Kabel 29 ist am oberen Schleifring 25 angeschlossen, während das Massekabel 30 am unteren Schleifring 26 anliegt. Infolge der Unterbre­ chungen des oberen Schleifringes 25 ist lediglich der verbleibende Dreh­ winkelbereich von 160° stromführend, während der andere Drehwinkel von zweimal 100° hingegen stromlos ist. Die Vorgabe des Drehwinkelbereiches von jeweils zweimal 100° (dies kann bei Bedarf auch anders ausgelegt werden) ergibt eine eindeutige Oberwagen 6 - Unterwagen 4 Kennung, ohne daß sich die seitens des Baggerfahrers durchgeführte Drehung des Lenkra­ des 10 auf die Steuerung der Lenkachse 8 in umkehrender Weise auswirkt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung des Lenkverhaltens einer mobilen Baumaschi­ ne, insbesondere eines Baggers (1), die mit einem relativ zum Unter­ wagen (4) drehbaren Oberwagen (6) versehen ist, indem die jeweilige relative Stellung des Oberwagens (6) gegenüber dem Unterwagen (4) ermittelt und in Abhängigkeit vorgegebener Drehwinkelwerte der Lenk­ zylinder (15) der jeweiligen Lenkachse (8) in seiner Wirkrichtung hydraulisch umgesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Stellung des Oberwagens (6) gegenüber dem Unterwagen (4) elektrisch bzw. elektronisch gemessen wird und die jeweiligen Meßwerte minde­ stens einem mit dem Lenkzylinder (15) in Verbindung stehenden elektro-magnetisch steuerbaren Umschaltventil (18) zugeleitet wer­ den.

3. Lenkung für eine mobile Baumaschine, insbesondere für einen Bagger (1), mit einem relativ zu einem Unterwagen (4) drehbaren Oberwa­ gen (6), die mindestens einen an der jeweiligen Lenk­ achse (8) angreifenden, hydraulisch beaufschlagbaren Lenkzylinder (15) beinhaltet, der durch eine Lenkeinheit (11) betätigt wird, gekennzeichnet durch mindestens eine die relative Drehwinkelposition des Oberwagens (6) zum Unterwagen (4) erkennende Meßeinrichtung (17), die in Wirkverbindung mit mindestens einem, den Lenkzylinder (15) ansteuernden, Umschaltventil (18) steht.

4. Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalt­ ventil (18) ein elektro-magnetisch (19) betätigbares Ventil ist.

5. Lenkung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (18) ein 4/2-Wegeventil mit Rückstellfeder (20) ist.

6. Lenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (17) durch einen Schleifringüberträger gebildet ist.

7. Lenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleif­ ringüberträger (17) einen oberen (25) sowie einen unteren Schleif­ ring (26) beinhaltet.

8. Lenkung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Schleifringe (25, 26) mit Unterbrechungen (27, 28) versehen ist.

9. Lenkung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Schleifring (25) mit den Unterbrechungen (27, 28) versehen ist.

10. Lenkung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen (27, 28) dergestalt vorgesehen sind, daß ein Drehwin­ kelbereich von 160° stromführend und der verbleibende Drehwinkelbe­ reich von 200° stromlos ist.

11. Lenkung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das stromführende Kabel (29) am oberen (25) und das Massekabel (30) am unteren Schleifring (26) angeschlossen ist.