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Vorrichtung zur Verbesserung der Dämpfung und zur Erzielung
einer steuerbaren Schwebeposition von Lasttragarmen eines
mechanischen Laders
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte
Dämpfung und auf die Bereitstellung einer steuerbaren
Schwebeposition von Radladerarmen.
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Mit hydraulisch bewegten Armen ausgestattete Radlader zum
Tragen von Lasten in einer Ladermaschine zeigen mit sehr
hoher Wahrscheinlichkeit ein kräftiges Schwingen, wenn sie
sich über unebenen Grund bzw. Boden bewegen.
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Um dieses Problem zu lösen, sind hydraulische Vorratsbehälter
oder Akkumulatoren verwendet worden, die mit den
Hydraulikzylindern verbunden sind, welche die Last auf derjenigen Seite
heben, die unter Druck gesetzt sind, wenn ein Anheben
erfolgt, wobei diese Seite hier als die Plus-Seite bezeichnet
wird. Um einen zufriedenstellenden Dämpfungseffekt zu
erzielen, weist diejenige Seite der Hebezylinder, die während
eines Anhebens nicht unter Druck gesetzt ist und die hier als
Minus-Seite bezeichnet wird, ein gewisses Maß an Unterdruck
auf. Dieser Teilunterdruck wird dadurch erzielt, dass die
betreffende Seite der Hebezylinder, die beim Heben nicht unter
Druck gesetzt ist, mit einem Behälter bzw. Tank verbunden
ist, was bedeutet, dass die Maschinen- bzw.
Werkzeugvorrichtung bzw. das Werkzeug, beispielsweise eine Mulden- bzw.
Ladeschaufel oder eine Schaufel nicht nach unten beispielsweise
in Anlage mit dem Boden bewegt werden kann. Trotz diese
Maßnahmen, die für den Anwender nachteilig sind, verbleibt ein
Widerstand, der zu einem beeinträchtigten Dämpfungseffekt
führt.
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In der US 5.195.864 ist ein Beispiel einer früher bekannten
Technik zur Dämpfung von Ladern in derartigen
Arbeitsmaschinen angegeben. Gemäß dem US-Patent wird eine Dämpfung mit
Hilfe eines Druckakkumulators erzielt, der mit der
Fluidleitung verbunden ist, welche mit der Plus-Seite des
Hydraulikzylinders verbunden ist. Um eine Dämpfung zu ermöglichen, ist
es erforderlich, den Hebearmen zu ermöglichen, bei Fehlen
irgendeines Widerstands nach oben zu schwenken, und folglich
ist das Hydrauliksystem imstande, direkt zu dem Behälter bzw.
Tank von der Fluidleitung her evakuiert bzw. entleert zu
werden, die mit der Minus-Seite des Hydrauliksystems verbunden
ist. Die Anordnung weist ein Steuersystem auf, welches eine
Steuerfunktion mit Hilfe von Magnetventilen ausführt, wenn
die Akkumulator- und die Evakuierungsfunktion mit den
Hydraulikzylindern verbunden und von diesen getrennt/gelöst werden
soll.
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Gemäß diesem US-Patent funktioniert das Steuersystem dann,
wenn sich die Maschine über holprigen oder unebenen Boden
bewegt, so, dass einerseits das Magnetventil zu dem Akkumulator
geöffnet wird, um solche Schwankungen bzw. Änderungen im
Druck aufzunehmen, die in der Fluidleitung auftreten, welche
mit der Plus-Seite des Zylinders verbunden ist, und dass
andererseits das System von der Minus-Seite des
Hydraulikzylinders evakuiert wird. Das Evakuierung ist dazu vorgesehen, die
Ausbildung eines Drucks auf der Minus-Seite des Zylinders zu
verringern und damit jegliches Hindernis in dem System
gegenüber einem Aufwärtsschwenken des Laderarms zu verringern. Ein
signifikanter Teil dieses evakuierten Fluids wird jedoch
wieder in den Zylinder eingesaugt, wenn der Arm wieder nach
unten schwenkt.
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Da die Schwenkbewegungen schnell erfolgen, wird außerdem in
bekannten Hydrauliksystemen in der zu dem Tank bzw. Behälter
hinführenden Rohrleitung ein Strömungswiderstand erzeugt,
wobei diese Rohrleitung häufig eine große Länge aufweist, und
damit bleibt der Hauptteil des Schwenkungshindernisses
erhalten.
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Das Steuersystem funktioniert, um die Magnetventile in
anderen Betriebszuständen zu dem Akkumulator und zu der
Evakuierungsanlage zu schließen.
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Da der Druck in dem Hebezylinder sich normalerweise während
der Zeit ändert, während der das Magnetventil geschlossen
gehalten wird, wird Fluid in den oder aus dem
Hydraulikakkumulator fließen, so dass der Druck ausgeglichen ist, wenn das
betreffende Ventil wieder geöffnet wird, was bedeutet, dass
die Arme ihrerseits sich unbeabsichtigt etwas nach oben oder
nach unten bewegen werden. Um dies zu verhindern, ist das
bekannte System mit einem Servo-Hydrauliksystem versehen,
welches den Druck in dem Dämpfungsakkumulator an den Druck auf
der Plus-Seite des Hebezylinders anpasst.
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Bediener, die derart komplizierte Steuersysteme als
unerwünscht empfinden, werden solche Anordnungen nutzen, die eine
dauernd offene Evakuierungsanlage verwenden. Diese zuletzt
genannten Anordnungen weisen den Nachteil auf, dass ein
Ladergerät oder -hilfsgerät, wie eine Muldenschaufel oder
Schaufel nicht gegen den Boden oder eine entsprechende Fläche
in Stellung gebracht werden kann, da Versuche zur Steigerung
des Drucks auf der Minus-Seite des Hydraulikventils durch
Evakuieren des Systems unmittelbar negiert bzw. aufgehoben
werden.
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Bisherige Entwicklungen sind darauf gerichtet worden,
verbesserte Steuersysteme für die verschiedenen Ventile zu finden,
die das System steuern, wenn eine Dämpfung aktiviert und
inaktiviert werden soll. Unsere Erfindung geht demgegenüber
von einem anderen Ausgangspunkt aus und zielt in eine andere
Richtung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Anordnung bzw. Vorrichtung bereitzustellen, die einen
verbesserten Dämpfungseffekt auf die Hebearme eines Laders liefert,
während die Möglichkeit beibehalten wird, die Lasttragarme in
Anlage mit dem Boden oder einer entsprechenden Fläche zu
bringen.
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Diese Aufgabe bzw. dieses Ziel wird durch die im folgenden
unabhängigen Patentanspruch definierte Vorrichtung gelöst
bzw. erreicht.
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Wir haben eine Vorrichtung erfunden, die eine verbesserte
Dämpfung liefern wird und die es ermöglichen wird, ein Gerät
bzw. Werkzeug auf dem Boden zu platzieren ohne die Forderung
nach Bereitstellung von teuren Steuersystemen. Gemäß der
Erfindung weist die Vorrichtung eine verengte oder gedrosselte
Evakuierungsöffnung sowie eine Absperrventilfunktion in
Verbindung damit auf.
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Dies führt zum Evakuieren der Minus-Seite des Zylinders, was
für eine Dämpfung erforderlich ist, wobei die betreffende
Minus-Seite konstant eingekoppelt sein kann und wobei kein
kompliziertes Steuersystem erforderlich ist.
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Die Vorrichtung evakuiert bzw. entleert das Hydraulikfluid in
einem begrenzten Ausmaß, das heißt sie gestattet, ein
begrenztes Fluidvolumen von der Minus-Seite "wegzupumpen", wenn
der Lader nach oben schwenkt, um einen Unterdruck zu
erzeugen. Wenn der Lader dann nach unten schwenkt, nachdem bewirkt
ist, dass ein Fluidvolumen von der Minus-Seite "weggepumpt"
ist, und seine Druckausgleichsstellung durchläuft - was sich
auf einen Druckausgleich auf der Plus- bzw. Minus-Seite
bezieht - wird der Akkumulator, der mit der Plus-Seite
verbunden ist, im Dämpfungsprozess durch einen Unterdruck oder
einen Teilunterdruck unterstützt, der auf der Minus-Seite des
Hydraulikzylinders erzeugt wird. Dies ermöglicht die
Absperrventilfunktion, welche eine Rückströmung des Fluids verhindert,
das von der Minus-Seite des Zylinders evakuiert bzw.
abgeführt ist. Im folgenden wird bei der nach oben
gerichteten Schwenkbewegung weiteres Fluid abgepumpt und der Druck,
der sich auf der Minus-Seite aufbaut, wird dadurch sukzessiv
solange verringert, bis der aufgebaute Druck verschwindet
bzw. aufhört.
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Die Druckausbildung auf der Minus-Seite des
Hydraulikzylinders, die erforderlich ist, um dem Laderwerkzeug zu
ermöglichen, an bzw. gegen den Boden oder eine entsprechende Fläche
platziert zu werden, wird durch die gedrosselte Evakuierung
bzw. Entleerung ermöglicht und kann durch geeignete
Dimensionierung der Drosselung reguliert werden. Eine besonders
bevorzugte Drosselungseinrichtung ist eine, in der der
Evakuierungsprozess einen Strömungs-Drosselungswiderstand
hervorruft, der eine Druckausbildung auf der Minus-Seite des
Zylinders von ausreichender Höhe ermöglicht, um die Belastung auf
die Vorderräder eines Laders, der mit einem vorn angebrachten
Arbeitswerkzeug versehen ist, etwas zu entlasten, wenn
genügend Fluid eingepumpt wird, beispielsweise bei hohen
Motordrehzahlen.
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Die Drosselung in Kombination mit der Funktion des
Absperrventils bringt sehr vorteilhafte Effekte im Hinblick auf die
Dämpfung der Schwenkungsbewegung des Laders mit sich. Die
Dämpfung ist optimal, wenn die Minus-Seite des Zylinders vom
Fluid geleert ist, das heißt dann, wenn die Aufwärtsbewegung
des Laderarms auf keinen Widerstand trifft. Die Drosselung in
Verbindung mit der Absperrventilfunktion ermöglicht das
Pumpen von Fluid von der Minus-Seite und damit eine
aufeinanderfolgende Dämpfung, die zu einem optimalen Dämpfungseffekt mit
bzw. bei jeder Schwenkbewegung führt.
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Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf eine
beispielhafte Ausführungsform sowie außerdem unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 veranschaulicht schematisch das Hydrauliksystem
eines Laders.
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Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Ventil, welches
eine gewünschte Funktion entsprechend einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
bereitstellt.
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Fig. 3, 4 und 5 zeigen Diagramme, die den hydraulischen Druck im
Hebezylinder veranschaulichen, wenn sich der Lader
über eine unebene oder erhabene Fläche bewegt,
wobei Fig. 3 den nichtgedämpften Hebezylinder
zeigt,
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wobei Fig. 4 den gedämpften und mit Öl gefüllten
Hebezylinder zeigt
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und wobei Fig. 5 den gedämpften Hebezylinder
zeigt, wobei die nichtbelastete Seite des
Zylinders teilweise ohne Öl ist.
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Ein Traktor oder eine Maschine 1 mit Armen 2, die dazu
benutzt werden, eine Last 3 mit Hilfe von Hydraulikzylindern 4
anzuheben, weist eine Hydraulikleitung 5 auf, die unter Druck
steht, wenn die Last angehoben wird, und mit der eine
Dämpfungseinrichtung 6 verbunden ist. Der Hydraulikzylinder 4
wird mittels eines Hydraulikventils 7 durch die Leitung 5 und
eine Hydraulikleitung 8 betätigt, wobei die Leitung 8 unter
Druck gesetzt wird, wenn der Wunsch vorliegt, die Arme mit
dem Boden in Anlage zu bringen. Mit der Leitung 8 ist eine
Leitung 9 verbünden, die zu einem Ventil 10 hinführt, von dem
aus sich eine Hydraulikleitung 11 zu einer Rückführleitung 12
hin erstreckt, die ihrerseits von dem Betätigungsventil 7 aus
verläuft und die direkt mit dem Hydrauliktank bzw. -behälter
verbunden ist und damit bei niedrigen Strömungsraten drucklos
ist.
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Das Ventil 10 weist einen Ventilkörper 13 auf, der am einen
Ende konisch ist und dessen anderes Ende schmaler ist als das
eine Ende und sich in ein Loch in einer Einstellschraube 14
erstreckt. Am Boden des Einstellschraubenlochs ist eine Feder
15 angeordnet, die das Ventilglied 13 nach außen in Anlage
mit dem Einlass von der Leitung 9 her vorspannt, wobei der
betreffende Einlass die Form eines Ventilsitzes aufweist, der
gegenüber dem Ventilglied 13 abgedichtet ist, wenn das
Ventilglied an bzw. in dem betreffenden Sitze liegt. Die
Einstellschraube 14 ist in einer Buchse 17 so untergebracht,
dass der Schraube ermöglicht ist, über eine begrenzte Strecke
nach links in der betreffenden Zeichnungsfigur gedreht zu
werden, um dadurch dem Ventilglied 13 zu ermöglichen, sich
aus dem Ventilsitz in der Leitung 9 wegzubewegen.
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Die Buchse 17 kann in einer ausgewählten Position mit Hilfe
einer Stoppmutter 18 blockiert sein. Durch eine Dichtung 19
ist ein Auslaufen bzw. Lecken von Öl aus dem Ventil
verhindert.
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Wenn der Lader oder Traktor über eine holprige oder unebene
Fläche gefahren wird, wird die Last veranlaßt, eine
Schwenkung auszuführen, was zu Schwankungen bzw. Veränderungen im
Druck auf der Plus-Seite des Hydraulikzylinders 4 führt,
wobei sich diese Druckänderungen zu dem Dämpfungs- bzw.
Dämpferakkumulator 6 hin durch die Leitung 5 ausbreiten. Um einen
guten Dämpfungseffekt zu erzielen, soll der Last 3 und damit
den Armen 2 ermöglicht werden, sich in bezug auf die Maschine
während eines gesteuerten Bremsens aufwärts und abwärts zu
bewegen.
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Der Hydraulikzylinder 4 ist normalerweise mit Öl gefüllt,
wenn der Hydraulikzylinder 4 bewegt wird, und zwar sogar auf
der Minus-Seite, was die Arme und damit den Zylinder 4 an
einer Aufwärtsbewegung hindert. Da das Gas in dem
Dämpfungsakkumulator 6 zum Teil komprimiert wird bzw. ist, wird
lediglich der abwärts gerichtete Teil der Armschwenkbewegung zur
Strömung eines hydraulischen Fluids in der Leitung 5 zu dem
Dämpfungsakkumulator 6 und damit zur Dämpfung der Bewegung
des Armes führen. Eine Aufwärtsschwenkung des Armes 2 wird
lediglich zu einem Anstieg im Druck in der Leitung 8 ohne
eine Dämpfung der Bewegung führen, wie dies durch die
Messkurve in Fig. 4 veranschaulicht ist, die den Druck bei
geschlossenem Ventil 10 veranschaulicht. Der Druck in der
Leitung 5 ist in der mit X markierten Leitung veranschaulicht,
während der Druck in der Leitung 8 durch die mit 0 markierte
Kurve veranschaulicht ist.
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Die Bereitstellung eines Ventils 10, welches mit der Minus-
Seite des Hydraulikzylinders 4 - durch die Leitung 9 - und
mit der Tankleitung 12 - der Leitung 11 - mit der Absicht
verbunden ist, Öl von der Leitung 9 zu der Tankleitung 12
gelangen zu lassen, jedoch nicht von der Tankleitung 12 zu der
Leitung 8, führt dazu, dass ein bestimmtes bzw. vorgegebenes
Volumen an Öl sukzessiv von der Minus-Seite des Zylinders 4
zu der bzw. in die Tankleitung 12 gepumpt wird, wenn sich die
Arme aufwärts und abwärts bewegen.
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Wenn die Minus-Seite des Hydraulikzylinders 4 drucklos ist
und lediglich zum Teil mit Öl gefüllt ist, kann der
Dämpfungsakkumulator 6 geleert und sowohl unterhalb als auch
oberhalb des Ausgleichsdrucks in der Leitung 8 entsprechend
einer vorgegebenen Last 3 gefüllt werden, wie dies durch die
Druckkurve in Fig. 5 veranschaulicht ist. Die Druckkurven in
Fig. 3, 4 und 5 zeigen den Druck, der unter denselben
Bedingungen gemessen ist, wobei jedoch Fig. 3 Druckänderungen
veranschaulicht, wenn der Dämpferakkumulator 6 ausgeschaltet
ist. Fig. 4 veranschaulicht Druckänderungen, wenn die Minus-
Seite des Hydraulikzylinders 4 vollständig mit Öl gefüllt
ist, und Fig. 5 veranschaulicht Druckänderungen, wenn die
Minus-Seite des Hydraulikzylinders 4 teilweise geleert ist.
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Wenn die Einstellschraube 14 soweit aufgeschraubt wird, bis
sie durch die Buchse 17 gestoppt wird, welche danach soweit
eingeschraubt wird, ist das Ventilglied 13 die Ölzufuhr von
der Leitung 9 drosselt, kann die Leitung 8 unter Druck
gesetzt
werden, und damit kann der Arm 2 mit einer großen
Ölzufuhr vom Ventil 7 zur Leitung 8 nach unten gezogen werden.
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Wenn in der Leitung 9 ein Teilunterdruck bzw. ein partieller
Unterdruck erzeugt wird, wird Öl daran gehindert, von der
Leitung 11 her hindurchzutreten, und zwar infolge der Feder
15, die auf das Ventilglied 13 einen Druck gegen den Sitz in
der Leitung 9 ausübt. Wenn der Druck in der Leitung 11 höher
ist als der Druck in der Leitung 9, wird das Ventilglied 13
hydraulisch gegen den Ventilsitz in der Leitung 9 gezwungen
bzw. geführt. Eine Verbindung zwischen den Leitungen 9 und 11
kann vollständig durch völliges Einschrauben der
Einstellschraube 14 und durch Zurückführen der Schraube in die
frühere Einstellposition gestoppt werden, in der die Schraube 14
soweit aufgeschraubt wurde, bis sie durch die Buchse 17
gestoppt wurde, die durch eine Sperrmutter 18 blockiert ist.
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Eine maximale Wirkung kann mit einem Dämpfungsakkumulator 16
mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt werden,
wenn ein derartiger Dämpfungsakkumulator mit dem Hebezylinder
4 eines mechanischen Laders verbunden bzw. gekoppelt ist.
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Die Vorrichtung ermöglicht außerdem, dass die Arme 2 mit dem
Boden oder einer entsprechenden Fläche in Anlage gebracht
werden, und zwar mit einer Druckkraft, die durch die
Einstellschraube 14 und das Steuerventil 7 in Kombination
reguliert werden kann. Da die nach unten wirkende Druckkraft
kontinuierlich durch die Strömung von dem Ventil 7 her reguliert
wird und aufhört, wenn die Strömung aufhört, kann die
Verteilung von Druckkräften, die zwischen einem Werkzeug oder
Gerät, das mit dem Arm 2 gekoppelt ist, und dem Antriebsrad
wirken, kontinuierlich reguliert werden, was in hohem Maße
nützlich ist, wenn beispielsweise Schnee geräumt,
Straßenflächen geebnet und planiert werden.