DE4437301A1 - Verfahren zur Betätigung der Lenkzylinder mobiler Arbeitsmaschinen sowie Lenksystem für mobile Arbeitsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung der Lenkzylinder mobiler Arbeitsmaschinen, insbesondere von Radladern, Gradern, Mobilbag­ gern oder dgl.

Radlader, aber auch andere Arbeitsmaschinen, ab einer bestimmten Größe weisen aufgrund von Sicherheitsanforderungen sowie gesetzlicher Bestim­ mungen zwei voneinander getrennte Lenksysteme auf. Dabei tritt das zweite System, vielfach als Notlenkanlage bezeichnet, nur dann in Funktion, wenn das erste System durch Störung oder Defekt die auslegungsgemäße Funktion nicht mehr zu erfüllen vermag. Es ist daher das erste System so auszule­ gen, daß es allein allen gesetzlichen und fahrtechnischen Anforderungen, speziell auch bei niedrigen Drehzahlen der Antriebsmaschine genügt. In diesem Betriebszustand ist das Notlenkungssystem funktionslos, weist jedoch wegen des ständigen Umpumpens seines Förderstromes einen Energie­ bedarf auf. Überdies sind aufwendige Zuschaltventile und Durchflußanzei­ ger erforderlich, die bei Ausfall des ersten Systems wirksam werden. Obwohl das Notlenksystem in der Regel nicht oder kaum zum Einsatz kommt und somit auch nicht effizient beaufschlagt wird, kann es nun vorkommen, daß dieses System eher ausfällt als das Hauptlenksystem, so daß auch dessen Ausfall angezeigt werden muß. Darüber hinaus sind durch die zu­ sätzlichen Bauteile, wie Zuschaltventile und Durchflußanzeiger, Druckver­ luste gegeben, die sich nachteilig auf die Energiebilanz auswirken.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Betätigung der Lenkzylinder mobiler Arbeitsmaschinen sowie ein Lenksystem für mobile Arbeitsmaschinen dahingehend auszulegen, daß die vorab beschriebenen Nachteile weitestge­ hend vermieden werden, dies insbesondere bei bestimmten Betriebsbedingun­ gen, wie z. B. niedrigen Drehzahlen der Antriebsmaschine.

Dieses Ziel wird bei einem Verfahren zur Betätigung der Lenkzylinder mobiler Arbeitsmaschinen, insbesondere von Radladern, Gradern, Mobilbag­ gern oder dgl., dadurch erreicht, daß der Förderstrom mindestens zweier Hydraulikpumpen kontinuierlich oder in Abhängigkeit vorgegebener Parame­ ter diskontinuierlich zusammengeführt und dieser daraus resultierende Förderstrom mindestens einem die Lenkzylinder betätigenden Lenkgetriebe zugeleitet wird, wobei bei Ausfall einer der Pumpen ein Zurückfließen des Förderstromes der noch aktiven Pumpe(n) durch mindestens ein in die je­ weilige Druckleitung der einzelnen Pumpen eingesetztes Rückschlagelement verhindert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Ziel wird desweiteren durch ein Lenksystem für mobile Arbeitsmaschi­ nen, insbesondere für Radlader, Grader, Mobilbagger oder dgl., erreicht durch mindestens zwei antreibbare Hydraulikpumpen, mindestens ein Lenkge­ triebe, einen oder mehrere Lenkzylinder sowie die Pumpen, das Lenkgetrie­ be und den bzw. die Zylinder miteinander verbindende Hydraulikleitungen, wobei die einzelnen Hydraulikleitungen zu einem gemeinsamen mit dem Lenk­ getriebe in Verbindung stehenden Förderstrang zusammengeführt und in den einzelnen Hydraulikleitungen Rückschlagelemente vorgesehen sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lenksystems sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß beide Lenksysteme nun miteinander kontinuierlich bzw. dis­ kontinuierlich in Abhängigkeit vorgegebener Betriebszustände zusammenar­ beiten können, kann auch ein ausreichender Förderstrom bei niedriger Drehzahl der Antriebsmaschine gewährleistet werden.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

• - das erste Lenksystem, speziell dessen Pumpe(n) kann bzw. können kleiner dimensioniert werden,
• - aufwendige Zuschalteinrichtungen, wie Ventile oder dgl., für das bisherige Notlenksystem können entfallen,
• - der Durchflußanzeiger kann ebenfalls entfallen, weil der Ausfall eines jeden der beiden Systeme auf einfache Weise angezeigt wird,
• - bei Nichtbenötigen des zweiten Systems kann dessen Energieaufwand verringert werden,
• - das gesamte System Lenkung kann wesentlich vereinfacht werden, als Folge daraus können ebenfalls die Kosten hierfür gesenkt werden.

In Abhängigkeit von der Art der jeweiligen Arbeitsmaschine können ver­ schiedenste Pumpenarten zum Einsatz gelangen, so z. B. Pumpen mit konstan­ tem Fördervolumen, wie Zahnradpumpen oder dgl., und Pumpen mit veränder­ lichem, d. h. regelbarem, Fördervolumen. Art und Auswahl der Pumpe(n) hängt hierbei vom Anwendungsfall ab.

Als bevorzugtes Anwendungsgebiet wird erfindungsgemäß auf Pumpen mit einem aus dem Nullhub heraus verstellbaren Fördervolumen (Verstellpumpen) zurückgegriffen, welche Druck- und Förderstromregler in bei lastdruckun­ abhängigen Systemen (Load-Sensing-Systemen) üblicher Form aufweisen. In die Förderleitungen der Pumpen sind Rückschlagelemente, insbesondere Rückschlagventile eingebaut, die verhindern sollen, daß bei Auftreten eines Schadens im Bereich einer der Pumpen die andere ihren Ölstrom über diese in den Tank zurückfördert. In den Förderleitungen steht in jedem Betriebszustand mindestens der Load-Sensing-Differenzdruck des Pumpenreg­ lers an, der nach praktischer Auslegung bei ca. 12-20 bar liegt. Durch diesen Druck werden die Druckwächter, insbesondere Druckschalter betä­ tigt, deren Schaltdruck auf einen Wert deutlich unter den genannten LS- Druck eingestellt wird. Bei Ausfall einer der Pumpen, wenn diese also keinen Druck mehr aufbauen kann, geht der entsprechende Schalter in seine Ruhestellung zurück. Über diesen wird der Pumpenausfall (wie gesetzlich vorgeschrieben) dem Fahrer optisch und/oder akustisch angezeigt.

Zur Erhaltung einer kontrollierten Aufteilung der anteiligen Förderströme sollten die Load-Sensing-Drücke für die einzelnen Pumpen unterschiedlich gewählt werden, z. B. in der Größenordnung von 2-4 bar. Durch diese Maß­ nahme wird erreicht, daß die Pumpe mit der höheren Druckeinstellung je­ weils den benötigten, d. h. über die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades abgeforderten Förderstrom liefert, wobei die andere Pumpe(n) auf die Nullhub-Stellung dabei zurückgedrängt wird bzw. werden. Erst wenn die fördernde Pumpe ihren maximalen Ausschwenkwinkel und damit bei gegebener Antriebsdrehzahl größtmöglichen Förderstrom erreicht hat, beginnt die Folgepumpe auszuschwenken und ihren Anteil am Förderstrom beizusteuern. Durch das hintereinander erfolgende Ausschwenken der einzelnen Pumpen wird auch die Schwingungsneigung im gesamten Kreislauf gedämpft, wohinge­ gen bei gleichzeitiger Auslenkung aller Pumpen ein solches System zu Druckschwingungen neigen könnte.

Falls gesetzliche Bestimmungen es erfordern, daß die Folgepumpe(n) über einen mit den Rädern des Fahrzeuges fest verbundenen Teil des Antriebs­ stranges angetrieben wird, um auch nach Ausfall des Antriebsmotors noch die Lenkbarkeit des rollenden Fahrzeuges zu gewährleisten, und wenn dabei auch noch die Lenkbarkeit des Fahrzeuges bei Rückwärtsfahrt aufrechter­ halten werden muß, dann sollte einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß diese Folgepumpe von solcher Bauart sein, daß sie ihren Förderstrom bei Antrieb in beiden Drehrichtungen abgeben kann. Auch hier sind ent­ sprechende Rückschlagventile und Druckschalter vorgesehen, die analog zur bisher beschriebenen Bauform vorgesehen sind. Die Folgepumpe(n) saugt bzw. saugen ihr Öl über ein jeder Drehrichtung zugeordnetes Nachsaugven­ til an. Über dieses wird bzw. werden die Folgepumpe(n) an ihrem mit der Drehrichtung jeweils wechselnden Sauganschluß mit Öl versorgt.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben:

Fig. 1 Lenksystem mit zwei Verstellpumpen, die von einem gemeinsa­ men Antriebsmotor angetrieben werden

Fig. 2 Lenksystem mit zwei Verstellpumpen, von denen eine über einen mit den Rädern des Fahrzeuges fest verbundenen Teil des Antriebsstranges angetrieben wird.

Fig. 1 zeigt ein Lenksystem 1, das im wesentlichen folgende Bauteile beinhaltet:
zwei Pumpen 2, 3 mit einem einem aus dem Nullhub heraus verstellbaren Fördervolumen, die Druck- und Förderstromregler 4, 5 in bei lastdruckunab­ hängigen Systemen (Load-Sensing-Systemen) üblicher Form aufweisen. Die Pumpen 2, 3 saugen das Hydraulikmedium aus dem Tank 6 an und fördern das Hydraulikmedium über die zugehörigen Druckleitungen 7, 8 in eine gemeinsa­ me Förderleitung 9. Das Hydraulikmedium wird nun einem handelsüblichen Lenkgetriebe 10 zur Verfügung gestellt, von wo aus Lenkzylinder 11, 12 bei Betätigung des Lenkrades 13 drehrichtungsabhängig über die Leitungen 14, 15 bzw. 16, 17 beaufschlagt werden. Das beim Lenkvorgang aus den Zylin­ dern 11, 12 verdrängte Hydraulikmedium wird über die Leitung 18 in den Tank 6 zurückgefördert. In die Förderleitungen 7, 8 der Pumpen 2, 3 sind Rückschlagventile 19, 20 eingebaut, die verhindern sollen, daß bei Auftre­ ten eines Schadens im Bereich einer der Pumpen 2 oder 3 die andere 3 oder 2 ihren Ölstrom über diese in den Tank 6 zurückfördert. In den Förderlei­ tungen 7, 8 steht in jedem Betriebszustand mindestens der Load-Sensing- Differenzdruck des Pumpenreglers 4, 5 an, der nach praktischer Auslegung in diesem Beispiel 20 bar betragen soll. Durch diesen Druck werden zwi­ schen den Pumpen 2, 3 und den Rückschlagventilen 19, 20 angeordnete Druck­ schalter 21, 22 betätigt, deren Schaltdruck auf einen Wert deutlich unter dem genannten Load-Sensing-Druck eingestellt wird.

Bei Ausfall einer der Pumpen 2 oder 3 geht der entsprechende Druckschal­ ter 21 oder 22 in seine Ruhestellung zurück. Über diesen wird der Pumpen­ ausfall dem Fahrer optisch oder auch akustisch über die nur angedeuteten Signalleitungen 23, 24 angezeigt. Die Load-Sensing-Leitung 25 zwischen Lenkgetriebe 10 und den Pumpenreglern 4, 5 ist hierbei gestrichelt darge­ stellt. Ferner gestrichelt dargestellt sind die Leckage-Leitungen 26, 27 der Pumpen 2 und 3, die zum Tank 6 führen.

Bei gleichen Load-Sensing-Differenzdruckeinstellungen an den Pumpenreg­ lern 4 und 5 würde es bereits von ganz geringen Einstellungs- oder Druck­ unterschieden in den Signalleitungen 25 abhängen, welchen Anteil jede Pumpe 2, 3 zum gesamten Förderstrom bei steuert. Um eine kontrollierte Aufteilung zu erhalten, wird man daher die Load-Sensing-Drücke z. B. in der Größenordnung von 2-4 bar unterschiedlich wählen (z. B. 20 bar für die Pumpe 2 und 16 bar für die Pumpe 3). Dadurch wird erreicht, daß die Pumpe 2 mit der höheren Druckeinstellung jeweils den benötigten, d. h. über die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades 13 abgeforderten Förderstrom liefert, wobei die andere Pumpe 3 in ihre Nullhub-Stellung zurückgedrängt wird. Erst wenn die zunächst allein fördernde Pumpe 2 ihren maximalen Aus­ schwenkwinkel und damit bei gegebener Antriebsdrehzahl größtmöglichen Förderstrom erreicht hat, beginnt die andere Pumpe 3 auszuschwenken und ihren Anteil am Förderstrom beizusteuern. Dieses hintereinander erfolgen­ de Ausschwenken der Pumpen 2 und 3 dämpft auch die Schwingungsneigung im gesamten Hydraulikkreislauf, wohingegen bei gleichzeitiger Auslenkung von beiden Pumpen 2, 3 das System zu Druckschwingungen neigen würde.

Fig. 2 zeigt ein alternative Ausführungsbeispiel, das zwar auch zwei Verstellpumpen 28, 29 beinhaltet, die jedoch nicht wie in Fig. 1 be­ schrieben von einem gemeinsamen Antriebsmotor sondern von verschiedenen Antriebselementen angetrieben werden. Die Verstellpumpe 29 wird in diesem Ausführungsbeispiel über einen mit den hier nicht weiter dargestellten Rädern der Arbeitsmaschine fest verbundenen Teil des Antriebsstranges angetrieben, um auch nach Ausfall des Antriebsmotors für die Verstellpum­ pe 28 noch die Lenkbarkeit der rollenden Arbeitsmaschine zu gewährlei­ sten. Darüber hinaus ist die Verstellpumpe 29 in der Lage, daß sie ihren Förderstrom bei Antrieb in beide Drehrichtungen abgeben kann, um auf diese Art und Weise auch die Lenkbarkeit der Arbeitsmaschine bei Rück­ wärtsfahrt aufrecht erhalten zu können. Je nach Drehrichtung fördert die Verstellpumpe 29 entweder über die Leitung 30 oder aber die Leitung 31 in die mit der anderen Verstellpumpe 28 gemeinsame Leitung 32. Jede der je nach Fahrtrichtung und damit Drehsinn der Pumpe 29 zur Förderleitung werdenden Leitungen 30 oder 31 weist ein Rückschlagventil 33, 34 auf, wobei deren Aufgabe die gleiche wie nach Fig. 1 ist, nämlich zu verhin­ dern, daß nach einem Schaden der Pumpe 29 die Pumpe 28 ihr Öl direkt über die Leckageleitung 35 der Pumpe 29 in den Tank 36 fördern kann.

An jede der beiden Leitungen 30, 31 ist ein Druckschalter 37, 38 ange­ schlossen, von denen jeweils einer je nach Drehsinn der Pumpe 29 minde­ stens mit dem Load-Sensing-Differenzdruck beaufschlagt wird. Erst bei Ausfall der Pumpe 29, wenn diese also keinen Druck mehr aufbauen kann, gehen beide Druckschalter 37 und 38 in ihre Ruhestellung. Über eine ent­ sprechende Schaltlogik wird über die nur angedeuteten Signalleitungen 39, 40 der Pumpenausfall dem Fahrer akustisch und/oder optisch angezeigt. Die Pumpe 29 saugt ihr Öl je nach Drehrichtung über die Nachsaugventile 41, 42 und die Zuführleitung 43 aus dem Tank 36 an. In diesem Beispiel ist anhand von Pfeilen der Förderfluß des Hydraulikmediums in einer Richtung dargestellt. Der zusätzliche Förderstrom der Pumpe 29 wird in die gemein­ same Förderleitung 32 eingebracht.

Die Funktionsweise gemäß Fig. 2 ist analog zu der gemäß Fig. 1, wobei auch hier der Regler 44 einen höheren Load-Sensing-Differenzdruck auf­ weist als der Regler 45 der Pumpe 29. Diese Maßnahme bewirkt, daß zu­ nächst einmal die Pumpe 28 allein fördert, bis sie ihren maximalen Aus­ schwenkwinkel und damit bei gegebener Antriebsdrehzahl größtmöglichen Förderstrom erreicht hat. Der Förderstrom wird über das Lenkgetriebe 46 den nachgeschalteten Lenkzylindern 47 und 48 zur Verfügung gestellt, wobei die entsprechenden Leitungen durch Änderung der Drehrichtung des Lenkrades 49 beaufschlagt werden. Der Druckschalter 50 sowie das in die Förderleitung 51 eingesetzte Rückschlagventil 52 übernehmen hierbei die gleichen Funktionen wie in Fig. 1 beschrieben.

Claims (16)

1. Verfahren zur Betätigung der Lenkzylinder (11, 12, 47, 48) mobiler Arbeitsmaschinen, insbesondere von Radladern, Gradern, Mobilbaggern oder dgl., indem der Förderstrom mindestens zweier Hydraulikpumpen (2, 3, 28, 29) kontinuierlich oder in Abhängigkeit vorgegebener Parame­ ter diskontinuierlich zusammengeführt und dieser daraus resultieren­ de Förderstrom mindestens einem die Lenkzylinder (11, 12, 47, 48) betä­ tigenden Lenkgetriebe (10, 46) zugeleitet wird, wobei bei Ausfall einer der Pumpen (2 oder 3, 28 oder 29) ein Zurückfließen des För­ derstromes der noch aktiven Pumpe (3 oder 2, 29 oder 28) durch min­ destens ein in die jeweilige Druckleitung (7, 8, 30, 31, 51) der einzel­ nen Pumpen (2, 3, 28, 29) eingesetztes Rückschlagelement (19, 20, 33, 34, 52) verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der jeweiligen Förderleitung (7, 8, 30, 31, 51) der einzelnen Pumpen (2, 3, 28, 29) überwacht und bei Druckabfall im Bedienungsstand der Arbeitsmaschine ein optisches und/oder akustisches Signal ausgelöst wird.

3. Verfahren nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Pumpen (2, 3, 28, 29) mit aus dem Nullhub heraus verstellbarem Fördervolumen durch die Druck- und Förderstromregler (4, 5, 44, 45) in den Förderleitungen (7, 8, 30, 31, 51) der einzelnen Pumpen (2, 3, 28, 29) in jedem Betriebszustand mindestens den Load- Sensing-Differenzdruck aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Load- Sensing-Differenzdruck von 12-20 bar angelegt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Druck messende Elemente (21, 22, 37, 38, 50) betätigt werden, deren Schaltdruck auf einen Wert eingestellt wird, der deutlich unter dem Load-Sensing-Druck liegt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Load-Sensing-Differenzdrücke für die einzelnen Pumpen (2, 3, 28, 29) unterschiedlich ausgelegt werden, so daß zunächst eine der Pumpen (2, 28) den erforderlichen Förderstrom liefert und erst bei Erreichen ihres maximalen Ausschwenkwinkels mindestens eine weitere Pumpe (3, 29) ausgeschwenkt wird und ihren jeweils dann noch benötigten Anteil am Gesamtförderstrom beisteuert.

7. Lenksystem für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere für Radlader, Grader, Mobilbagger oder dgl., mit mindestens zwei antreibbaren Hydraulikpumpen (28, 29), mindestens einem Lenkgetriebe (46), einem oder mehreren Lenkzylindern (47, 48) sowie die Pumpen (28, 29), das Lenkgetriebe (46) und den bzw. die Zylinder (47, 48) miteinander verbindende Hydraulikleitungen (30, 31, 51, 32), wobei die einzelnen Hydraulikleitungen (30, 31, 51) zu einem gemeinsamen, mit dem Lenkge­ triebe (46) in Verbindung stehenden Förderstrang (32) zusammenge­ führt und in den einzelnen Hydraulikleitungen (30, 31, 51) Rückschlag­ elemente (33, 34, 52) vorgesehen sind.

8. Lenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Pumpen (2, 3, 28, 29) und den Rückschlagelementen (19, 20, 30, 31, 51) Druckwächter (21, 22, 33, 34, 52), insbesondere Druck­ schalter, angeordnet sind, die über entsprechende Signalleitungen (23, 24, 39, 40) mit optischen und/oder akustischen Warnanzeigen im Bedienstand der Arbeitsmaschine verbunden sind.

9. Lenksystem nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Pumpen eine Zahnradpumpe ist.

10. Lenksystem nach den Ansprüchen 7 und 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Konstant- und Verstellpumpen.

11. Lenksystem nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (2, 3, 28, 29) Druck- und Förderstromregler (4, 5, 44, 45) aufweisende Verstellpumpen sind.

12. Lenksystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler (4, 5, 44, 45) der einzelnen Pumpen (2, 3, 28, 29) auf vorgebbare, insbe­ sondere unterschiedliche Load-Sensing-Differenzdrücke einstellbar sind.

13. Lenksystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sofern eine der Pumpen (29) über einen mit den Rädern der Arbeitsmaschine fest verbundenen Teil des Antriebsstran­ ges angetrieben wird und auch nach Ausfall des Antriebsmotors noch die Lenkbarkeit der rollenden Arbeitsmaschine in beiden Fahrtrich­ tungen gewährleistet werden soll, zumindest die mit dem Antriebs­ strang verbundene Pumpe (29) von solcher Bauart ist, daß sie ihren Förderstrom bei Antrieb in beiden Drehrichtungen abgeben kann.

14. Lenksystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (29) in Abhängigkeit der jeweiligen Drehrichtung des Lenkrades (49) ihren Förderstrom über eine zugehörige Förderleitung (30 oder 31) an die Gemeinschaftsleitung (32) abgibt.

15. Lenksystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Förderleitungen (30, 31) Rückschlagelemente (33, 34) und Einrichtungen zur Drucküberwachung, insbesondere Druckschalter (37, 38), vorgesehen sind.

16. Lenksystem nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (29) Hydraulikmedium über eine Leitung (43) aus dem Tank (36) ansaugt, wobei die Förderleitungen (30, 31) miteinander verbunden und in beiden Ausgangsrichtungen durch als Rückschlagele­ mente ausgebildete Nachsaugventile (41, 42) vorgesehen sind.