DE60105865T2 - Hydraulische Anordnung zur Dämpfung der Trägheitskraft - Google Patents

Description

• Die Erfindung ist auf ein Hydrauliksystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gerichtet. Die Erfindung ist des Weiteren auf einen Heckbagger mit einem solchen Hydrauliksystem gerichtet.
• Hydraulikmotoren in Form von Linearhydraulikzylindern und rotierenden Motoren werden verwendet, um große Körper zu bewegen, was große Trägheitskräfte zur Folge hat, wenn die Körper angehalten werden. Während die Last schnell angehalten wird, wird Öl der einen Seite des Motors über Druckentlastung hinausgedrückt und Öl der anderen Seite des Motors erfährt Kavitation. Flüssigkeit wird auf die Kavitationsseite durch Antikavitationsventile gelenkt. In Systemen mit Steuerventilen, die in ihrer Mittelstellung geschlossen sind, kann zu wenig Flüssigkeit zur Verfügung stehen, um die Kavitationsseite des Motors zu versorgen, woraus sich Oszillationen der Last beim Anhalten ergeben.
• Ein Beispiel für eine Maschine, die derartige Oszillationen erleiden kann, ist ein Heckbagger. Ein Heckbagger enthält einen drehbaren Ausleger, der an dem Fahrzeug durch einen Schwenkrahmen befestigt ist. Der Schwenkrahmen enthält einen vertikalen Schwenkbolzen, um den Heckbagger um eine vertikale Achse relativ zu dem Fahrzeug zu verschenken. Wenn der Ausleger schnell verschwenkt und angehalten wird, oszilliert oder pendelt der Ausleger. Diese Oszillation wird durch vom hydraulischen Schwenkzylinder zurückströmende Flüssigkeit verursacht, welche über das Begrenzungsventil auf hohem Druck gehalten wird, wenn das in seiner Mittelstellung geschlossene Steuerventil schließt. Zur selben Zeit erfährt die Zulaufseite des hydraulischen Schwenkzylinders einen Flüssigkeitsverlust oder Kavitation.
• Der hohe Druck, der sich auf der Rückflussseite des hydraulischen Schwenkzylinders ausbildet, drängt nun den Ausleger zurück zu der kavitierten Seite und baut nun auf dieser Seite Druck auf. Dann treibt der neuerdings erzeugte Druck den hydraulischen Schwenkzylinder an. Diese Oszillationsbewegung setzt sich fort, bis die Schwenkenergie abgebaut ist und die Oszillationsbewegung des Auslegers anhält.
• Aus der US-A-5,159,813 ist eine Schwenksteuervorrichtung für einen hydraulischen Drehkran bekannt, der ausgelegt ist, um Austrittsöl einer Hydraulikpumpe über ein Schwenksteuerventil an den Schwenkmotor zu fördern und um eine Drehrichtung und eine Drehgeschwindigkeit des Schwenkmotors zu steuern. Die Schwenksteuervorrichtung enthält ein Bremsdrucksteuerventil zur variablen Steuerung eines Ladedrucks des Schwenkmotors, ein Beschleunigungsdrucksteuerventil zur variablen Steuerung eines Ansaugdrucks des Schwenkmotors und eine Steuereinheit zur Ausgabe eines Drucksteuersignals an beide Drucksteuerventile, welches entsprechend eines Betriebszustandes des Kranes zu bestimmen ist. Das Beschleunigungsdrucksteuerventil enthält ein veränderliches Hauptentlastungsventil, welches zwischen der Hydraulikpumpe und einem Vorratsbehälter angeordnet ist. Das Entlastungsventil wird durch ein Dreiwegeauswahlventil gesteuert, welches geeignet ist, um einen von drei Einstelldrücken entsprechend der Betriebszustände auszuwählen.
• Ein ähnliches Gegendrucksteuerventil für eine hydraulische Antriebsvorrichtung wird durch die US-A-6,112,521 offenbart, bei welcher der Kreis auf eine Reduzierung der Antriebsleistungsverluste und auf Unterdrückung von Kavitationen angepasst ist. Der Steuerkreis enthält ein Pilotventil, welches infolge eines Signals von einem Bedienhebel einen Druck auf der Antriebsseite des Hydraulikmotors als Pilotdruck verwendet, und ein verstellbares Drosselventil zur Änderung eines Gegendrucks auf einen niedrigen Druck oder auf einen hohen Druck, nach Empfang eines Pilotdrucks von dem Pilotventil. Ein Überdruckventil ist zwischen die Pumpe und das verstellbare Drosselventil eingefügt, welches einen Entlastungsbetrieb durchführt, wenn der Druck den höchsten Antriebsdruck, der für den Antrieb des Hydraulikmotors eingestellt ist, übersteigt.
• Die US-A-5,513,551 bezieht sich auf ein hydraulisches Steuersystem für einen Traktor mit einem Heckbaggeranbau. Die Schwenkzylinder werden durch ein elektromagnetisches Proportionalsteuerventil gesteuert. Dieses Ventil weist eine Ruslassleitung auf, die über Ölleitungen, in denen sich Rückschlagventile befinden, mit Ölleitungen verbunden sind, die sich zu den Hydraulikzylindern erstrecken. Mit dieser Bauweise wird Drucköl von der Auslassölleitung durch die übrigen Ölleitungen nach Bedarf ergänzt, um Kavitationen zu vermeiden.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Trägheitskraftdämpfungssystem und einen Heckbagger mit einem solchen hydraulischen System zur Verfügung zu stellen, das zur Dämpfung der hohen Trägheitskräfte, die durch einen von einem Hydraulikmotor angetriebenen Körper erzeugt werden, dient.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Lehre eines der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
• Der Hydraulikkreis für dieses System ist mit einer Quelle für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit versehen, welche durch eine erste Speiseleitung zu einem Steuerventil geleitet wird. Von dem Steuerventil aus wird die Flüssigkeit über Arbeitsleitungen zu einem Hydraulikmotor geleitet. In einem Beispiel, das in der untenstehenden Beschreibung erläutert wird, besteht der Hydraulikmotor aus zwei hydraulischen Schwenkzylindern, die verwendet werden, um einen Ausleger eines Heckbaggers zu verschwenken. Aus den Hydraulikmotoren austretende Hydraulikflüssigkeit wird durch das Steuerventil zu einer Ablassleitung gerichtet, welche ein Rückschlagsperrventil aufweist, das auf ein erstes Druckniveau eingestellt ist. Das Rückschlagsperrventil hält einen spezifizierten Hydraulikdruckbetrag, wie er von dem Einstelldruckniveau des Ventils vorgegeben wird, in der an das Steuerventil angrenzenden Ablassleitung aufrecht. Der Hydraulikmotor ist mit einem Druckbegrenzungsventil und einem Antikavitationsventil ausgestattet, die parallel zueinander angeordnet sind. Das Antikavitationsventil steht hydraulisch mit der Ablassleitung in Verbindung. Bei Verwendung eines Steuerventil, das in seiner Mittelstellung geschlossen ist, fließt unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit nicht kontinuierlich durch die Ablassleitung, dadurch kann der durch das Rückschlagsperrventil eingestellte Gegendruck viel kleiner sein, als der durch dieses Ventil vorgegebene Druck. Um die Ablassleitung voll belastet zu halten, verläuft zwischen der ersten Speiseleitung und der Ablassleitung eine zweite Speiseleitung. Die zweite Speiseleitung ist mit einem Druckreduzierventil versehen, das auf ein zweites Druckniveau eingestellt ist. Das zweite Druckniveau des Druckreduzierventils ist kleiner als das erste Druckniveau des Rückschlagsperrventils.
• In der bevorzugten Ausführungsform ist das Hydrauliksystem ein PCLS-System (Pressure Compensated Load Sensing System, druckkompensiertes Lastabfragesystem) mit einer Verstellpumpe, die verwendet wird, um unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zu liefern. Der Hydraulikmotor ist ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder. Außerdem kann das Druckreduzierventil in dem Ventilstapel angeordnet sein, welcher der Steuerung verschiedener Betriebsweisen der Maschine dient.
• Die Erfindung und weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Anordnungen der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert, in denen:
• 1 eine perspektivische Rückansicht eines selbstangetriebenen Laderheckbaggers ist und
• 2 ein hydraulisches Schaltbild des vorliegenden hydraulischen Dämpfungssystems für Trägheitskräfte ist.
• 1 illustriert einen Heckbagger 10, der einen Tragrahmen 12 hat, an dem mit dem Boden in Eingriff stehende Räder 14 zum Tragen und Antreiben des Rahmens befestigt sind. Auch wenn die vorliegende Erfindung als auf einem bereiften Arbeitsfahrzeug montiert dargestellt ist, kann sie auch an einem Raupenarbeitsfahrzeug mit konventionellen Stahl- oder Gummigleisbahnen eingesetzt werden. Die Vorderseite des Heckbaggers 10 ist mit einer Laderschaufel 16 versehen, die ein geeignetes Laderschaufelgestänge 17 zur Handhabung der Laderschaufel relativ zu dem Tragrahmen 12 aufweist. Die Hinterseite des Tragrahmens 12 ist mit einem Schwenkrahmen 18 versehen. Ein Ausleger 20 ist schwenkbar an dem Schwenkrahmen 18 befestigt, ein Löffelstiel 22 ist schwenkbar mit dem Ausleger verbunden und eine Schaufel 26 ist schwenkbar mit dem Löffelstiel 22 verbunden. Ein Hydraulikzylinder 28 zur Betätigung der Schaufel betätigt über ein Schaufelgestänge die Schaufel 26. Der Laderheckbagger ist auch mit zwei Stabilisatoren 30 versehen. Der Betrieb des Fahrzeugs wird von dem Bedienstand 32 aus gesteuert.
• Der Schwenkrahmen 18 ist auf übliche Weise um einen vertikalen Drehzapfen schwenkbar mit dem Fahrzeugrahmen 12 gekoppelt. Hydraulikzylinder 36 schwenken den Schwenkrahmen 18 um eine vertikale Achse, die durch den vertikalen Drehzapfen definiert wird, relativ zu dem Tragrahmen 12. Die Position des Schwenkrahmens 18 relativ zum Tragrahmen 12 wird durch ein Dreiwegesteuerventil 40 gesteuert. Das Steuerventil 40 hat eine Rechtsschwenkposition, eine Linksschwenkposition und eine stationäre Position. Unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit von einer Hydraulikflüssigkeitsdruckquelle 42 steht über die Leitung 44 mit dem Steuerventil 40 in Verbindung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikflüssigkeitsdruckpumpe eine Verstellpumpe. Das Steuerventil 40 wiederum ist hydraulisch über erste und zweite Arbeitsleitungen 46 und 48 mit den hydraulischen Schwenkzylindern 36 verbunden. Unter Druck stehende sowie entweichende Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Arbeitsleitungen 46 und 48. Von dem Schwenkzylinder 36 entweichende Hydraulikflüssigkeit strömt durch das Steuerventil 40 zu der Ablassleitung 50. Die Ablassleitung 50 ist mit einem Rückschlagsperrventil 52 versehen, welches ein erstes Druckniveau hat. In einem Beispiel ist das Rückschlagsperrventil auf 110 psi (1 pound per square Inch = 6,8947 kPa) eingestellt. Wenn der Druck kleiner als 110 psi ist, ist das Ventil geschlossen. Wenn der Druck dieses erste Druckniveau von 110 psi überschreitet, öffnet das Ventil und Hydraulikflüssigkeit entweicht durch einen Ölkühler, nicht gezeigt, zurück zu dem Vorratsbehälter 54, von wo es zur Pumpe 42 zurückkehrt.
• Jeder der Schwenkzylinder 36 ist auch mit einem Druckbegrenzungsventil 56 und 58 und einem Antikavitationsventil 60, 62 versehen. Das Druckbegrenzungsventil 56 ist mit dem Antikavitationsventil 60 parallel verbunden. Jedes dieser Ventile 56 und 60 ist hydraulisch zwischen der Arbeitsleitung 46 und der Ablassleitung 50 positioniert. Gleichermaßen ist das Druckbegrenzungsventil 58 mit dem Antikavitationsventil 62 parallel verbunden. Wiederum ist jedes dieser Ventile 58 und 62 hydraulisch zwischen der Arbeitsleitung 48 und der Ablassleitung 50 positioniert.
• Die oben diskutierte hydraulische Konfiguration für Schwenkzylinder ist hinsichtlich Heckbagger mit einem PCLS-Hydrauliksystem kennzeichnend für den Stand der Technik. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik, indem sie eine zweite Speiseleitung 70 und ein Druckreduzierventil 72 vorsieht. Die zweite Speiseleitung 70 erstreckt sich zwischen der ersten Speiseleitung 44 und der Ablassleitung 50. Der Strom von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit durch diesen kurzen Kreispfad wird durch das Druckreduzierventil 72 gesteuert, welches hydraulisch in der zweiten Speiseleitung 70 positioniert ist und welches auf ein zweites Druckniveau eingestellt ist, das kleiner ist, als das erste Druckniveau des Rückschlagsperrventils 52. In dem oben diskutierten Beispiel ist das Druckreduzierventil 72 auf 100 psi eingestellt, was 10 Pounds weniger ist als die 110 psi Einstellung des Rückschlagsperrventils 52. Auf diese Weise wird die Ablassleitung 50 zwischen dem Rückschlagsperrventil 52 und dem Steuerventil 40 auf einem minimalen Druck von 100 psi und auf einem maximalen Druck von 110 psi gehalten. Damit befindet sich der auf die Antikavitationsventile 60 und 62 wirkende Gegendruck auf demselben Druckniveau wie in der Ablassleitung 50, und zusätzlich kann Flüssigkeit von der Ablassleitung 50 an die kavitierende Seite des Hydraulikzylinders 36 geliefert werden. Indem Flüssigkeit auf schnelle Weise an die kavitierende Seite geliefert wird, wird die Oszillation gedämpft, wenn ein großer Körper abrupt angehalten wird.
• Die Erfindung sollte nicht durch das oben beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern nur durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt werden.

Claims (13)

1. Ein Hydrauliksystem zur Dämpfung der hohen Trägheitskräfte, die durch einen Körper erzeugt werden, welcher durch einen Hydraulikmotor (36) angetrieben wird, das System enthält: eine Quelle (42) für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit; eine erste Speiseleitung (44), die mit der Quelle (42) für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit verbunden ist; ein Steuerventil (40), das mit der ersten Speiseleitung (44) verbunden ist; eine Arbeitsleitung (46, 48), die sich von dem Steuerventil (40) zu dem Hydraulikmotor (36) erstreckt; eine Ablassleitung (50), die mit dem Steuerventil (40) verbunden ist und die entweichende Hydraulikflüssigkeit zu einem Vorratsbehälter (54) zurückleitet; ein auf ein erstes Druckniveau eingestelltes Rückschlagsperrventil (52), das hydraulisch in der Ablassleitung (50) angeordnet ist; ein Antikavitationsventil (60, 62), das hydraulisch zwischen der Ablassleitung (50) und der Arbeitsleitung (46, 48) positioniert ist; dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Speiseleitung (70) sich zwischen der ersten Speiseleitung (44) und der Ablassleitung (50) erstreckt; und ein Druckreduzierventil (72) hydraulisch in der zweiten Speiseleitung (70) positioniert ist und auf ein zweites Druckniveau eingestellt ist, wobei das zweite Druckniveau geringer ist als das erste Druckniveau.
2. Ein Hydrauliksystem nach Anspruch 1, worin die Quelle (42) für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit eine Pumpe ist.
3. Ein Hydrauliksystem nach Anspruch 1 oder 2, worin das Steuerventil (40) ein in seiner mittleren Stellung geschlossenes Ventil ist.
4. Ein Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin ein Druckbegrenzungsventil (56, 58) hydraulisch parallel zu dem Antikavitationsventil (60, 62) eingebaut ist.
5. Ein Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Hydraulikmotor (36) ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder ist.
6. Ein Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Pumpe (42) eine Verstellpumpe ist.
7. Ein Heckbagger enthaltend: einen Tragrahmen (12); einen Schwenkrahmen (18), der über einen vertikalen Drehzapfen verschwenkbar an dem Tragrahmen (12) befestigt ist; einen Ausleger (20), der schwenkbar am Schwenkrahmen (18) befestigt ist; einen Löffelstiel (22), der schwenkbar an dem Ausleger (20) befestigt ist; ein Arbeitsgerät (26), das schwenkbar an dem Löffelstiel (22) befestigt ist; wenigstens einen hydraulischen Schwenkzylinder (36), der sich zwischen dem Tragrahmen (12) und dem Schwenkrahmen (18) erstreckt, um den Schwenkrahmen (18) um den vertikalen Drehzapfen zu schwenken; einen Hydraulikkreis, der hydraulische mit dem hydraulischen Schwenkzylinder (36) gekoppelt ist und ein Hydrauliksystem enthält, wie es durch einen der Ansprüche 1 bis 6 definiert ist, wobei das Steuerventil ein Schenksteuerventil (40) ist.
8. Ein Heckbagger nach Anspruch 7, bestehend aus einem ersten und einem zweiten hydraulischen Schwenkzylinder (36), worin der zweite hydraulische Schwenkzylinder (36) den Schwenkrahmen (18) in Verbindung mit dem ersten hydraulischen Schwenkzylinder (36) schwenkt, der zweite hydraulische Schwenkzylinder (36) ist außerdem ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder, als solche ist dort eine zweite Arbeitsleitung (48), die sich zwischen dem Schwenksteuerventil (40) und dem zweiten hydraulischen Schwenkzylinder (36) erstreckt, ein zweites Antikavitationsventil (62), welches hydraulisch zwischen der zweiten Arbeitsleitung (48) und der Ablassleitung (50) positioniert ist, und ein zweites Druckbegrenzungsventil (58) ist parallel zu dem zweiten Antikavitationsventil (62) eingebaut.
9. Ein Heckbagger nach Anspruch 7 oder 8, des Weiteren bestehend aus mit dem Boden in Eingriff stehenden Mitteln (14), die sich von den Tragrahmenmitteln erstrecken und dem Tragen und Antreiben des Tragrahmens (12) dienen.
10. Ein Heckbagger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, worin der Tragrahmen (12) mit einem Bedienstand (32) zur Steuerung des Betriebs des Heckbaggers versehen ist.
11. Ein Heckbagger nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin der Schwenkrahmen (18) und Ausleger (20) hinten an der Tragstruktur lokalisiert sind und eine Laderschaufel (16) und zugehörige Ladeschwinge (17) vorne am Tragrahmen (12) lokalisiert sind.
12. Ein Heckbagger nach einem der Ansprüche 7 bis 11, worin das Arbeitsgerät eine Schaufel (26) ist.
13. Ein Heckbagger nach einem der Ansprüche 7 bis 12, enthaltend einen Hydraulikkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.