EP0157213B1 - Einrichtung zur Endlagendämpfung - Google Patents
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- F15B15/22—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke
- F15B15/224—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke having a piston which closes off fluid outlets in the cylinder bore by its own movement
Definitions
- the invention relates to a device for end position damping for swivel mechanisms operated by hydraulic cylinders of work equipment, such as cranes and excavator arms, in which two cylinders act at mutually offset positions of a swivel drive circuit.
- the damped entry into the end position of the swivel range is solved according to the prior art in such a way that the oil return flow from one or both cylinders is reduced by throttle valves which are activated by switching cams or electrical position switches on the swivel drive circuit, since only here is the absolute information whether the swivel mechanism is in one or the other end position so that the corresponding return can be throttled.
- the aim is to throttle only the cylinder with the larger effective lever arm after each cylinder in each end position and not to influence the other cylinder in order to avoid unnecessary bearing forces.
- Devices of this type require precise positioning of switching cams and switches on the swivel circle and are associated with a corresponding construction outlay at the hydraulic / mechanical interface. In addition, there is a safety risk that the end position damping will not be effective if the switching elements are positioned incorrectly.
- the object of the invention is to provide a generic device which enables damping while avoiding a safety risk and ensures control without precise presetting or positioning of the control elements and is also functional at a swivel angle of over 180 degrees.
- this object is achieved in that the end of the cylinder to be damped has a connecting line of the hydraulic system and a further connecting line with a throttle valve, a non-return valve blocking the outflow from the cylinder being arranged parallel to the throttle valve, and the non-return valves depending on the dead center position of the cylinders can be unlocked by a control cam on the swivel drive circuit by control elements in such a way that the check valve for the cylinder with the larger effective lever arm (trailing cylinder) remains locked.
- a favorable design is created in that the connecting line can be closed by the piston, while the further connecting line remains free.
- a further embodiment consists in that the piston carries an upstream blocking element which is arranged via springs and which cooperates with an end control chamber of the cylinder and the connection line to be closed is connected to the control chamber.
- the side of the cylinder to be damped has an additional damping chamber as an extension, to which an additional piston of smaller diameter arranged on the piston is assigned to form a gap in the passage area, the connecting line of the hydraulic system having an unlockable check valve, while the further connecting line is on the additional damping chamber is connected.
- the damping effect can also be varied by unlocking one of the check valves and the trailing cylinder.
- the gap between the additional piston and the damping chamber decrease as the end position approaches due to the dimensioning of the additional piston or the damping chamber.
- a working device 2 on a carrier platform 1 which can be adjusted about a pivot point 3 with a swivel range 4 from one end position to an end position 2 '.
- the swivel area 4 only comprises a part of the full circle because, for example, the operator station 5 projects beyond the swivel plane of the implement 2 for reasons of visibility and operation.
- the pivoting movement is effected by two hydraulic cylinders 6 and 7.
- the cylinders 6, 7 are connected to the carrier platform 1, for example, on a common support and pivot pin 8.
- the associated piston rods are offset at points 9 and 10 of the swivel drive circuit 11 for the implement 2.
- the trailing cylinder When moving to the end positions of the implement, the trailing cylinder (6 in the end position 2,7 'in the end position 2') has the largest effective lever arm. End position damping must therefore be effective on these cylinders.
- this is generated in that the cylinders 6 and 7 are provided on the sides 12 and 13 building up the damping pressure with two connecting lines 14, 15 and 16, 17 each, which open into lines 18, 19.
- the connecting lines 14 and 16 are shut off in the end region 20 of the piston path by the pistons 21, 22, so that the oil can only escape via the connecting line 15, 17 with built-in throttle valves 23, 24, as long as check valves 25, 26 lying in parallel thereto are not unlocked are.
- the leading cylinder 7 has an unfavorably small effective lever arm, so that the throttling effect should be eliminated as far as possible.
- the check valves 25, 26 are expediently unlocked hydraulically via lines 27, 28 and a 4/2-way valve 29 which connects the check valve 26 to a pressure line 30 in the rest position and unlocks it. If a switch 31 senses, via a cam 32, the change of the implement 2 beyond an internal dead center into the area of the other end position 2 ', then the valve 29 is switched over to the other position by means of a magnet 33, so that the check valve 25 is now unlocked . In this way it is achieved that the cylinder (6, 7) with the larger effective lever arm, i.e. the trailing cylinder, which applies end position damping. The area to be damped is clearly defined by the design, so that no unacceptable forces are built up in the leading cylinder 6 or 7.
- the arrangement has the advantage that even if the pressure oil supply 30 fails for the unlocking process or if the switchover at valve 29 fails, the end position damping remains effective to a sufficient extent.
- FIG 3 shows a hydraulic cylinder 34 with two connecting lines 35, 36, in which the free connecting line 35 is not controlled by the hydraulic piston 37 itself, but rather by a locking element 39 attached to the piston with a spring 38 and connected upstream.
- the blocking element 39 is immersed in a corresponding annular space 40. The further extension of the piston 37 is thus only possible via the damping throttle 41 or the unlocked check valve 42.
- a cylinder 43 has an additional damping chamber 44 on the damping side, into which an additional piston 45 is immersed with little play in the region of the end position.
- an arranged connecting line 46 is only partially effective depending on the position of the piston 47 and the additional piston 45 for part of the piston surface, namely the surface of the additional piston 45, with a very small gap between the additional piston 45 and the damping chamber 44 being virtually ineffective.
- the damping effect is applied by the throttle valve 49 mounted in the additional connecting line 48, wherein the throttle valve 49 can be adjustable.
- An unblockable check valve 50 is connected in parallel with the throttle valve 49, which allows the throttling effect to be canceled, for example as a function of the cylinder function.
- Another damping option is provided by installing an additional check valve 51 in the connecting line 46.
- the oil displaced by piston 47 is also pressed through the gap between additional piston 45 and throttle chamber 44 and additionally passes the adjustable throttle 50.
- the check valve 51 can be unlock as well as valve 50 depending on the cylinder function. For example, it is possible to change the damping effect of the trailing cylinder by additionally unlocking one of the two check valves (50, 51).
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Endlagendämpfung für über hydraulische Zylinder betriebene Schwenkwerke von Arbeitsgeräten, wie Kräne und Baggerarme, bei denen zwei Zylinder an gegeneinander versetzten Positionen eines Schwenkantriebskreises angreifen.
- Bei diesen bekannten Schwenkantrieben mit Linearantrieb durch hydraulische Zylinder hat jeweils ein Zylinder einen ausreichend grossen wirksamen Hebelarm, wenn der andere Zylinder in einer Totpunktstellung steht. Die Antriebsaufgabe wird natürlich auch gelöst, wenn beide Zylinder bzw. die zugehörigen Kolbenstangen an der gleichen Position des Schwenkantriebskreises angelenkt sind, aber aus unterschiedlichen Richtungen wirken. Bei Schwenkwerken dieser Art wird das gedämpfte Einlaufen in die Endlage des Schwenkbereiches gemäss dem Stand der Technik in der Weise gelöst, dass der Ölrückfluss von einem oder beiden Zylindern durch Drosselventile vermindert wird, die durch Schaltnocken bzw. elektrische Positionsschalter am Schwenkantriebskreis aktiviert werden, da nur hier die Absolutinformation vorliegt, ob das Schwenkwerk sich in der einen oder anderen Endlage befindet, so dass der entsprechende Rücklauf gedrosselt werden kann. Züsatzlich wird angestrebt, in jeder Endposition nur den Zylinder mit dem grösseren wirksamen Hebelarmden nachlaufenden Zylinder-zu drosseln und den jeweils anderen Zylinder nicht zu beeinflussen, um unnötige Lagerkräfte zu vermeiden.
- Derartige Einrichtungen erfordern eine genaue Positionierung von Schaltnocken und Schaltern auf dem Schwenkkreis und sind mit entsprechendem Bauaufwand an der Schnittstelle Hydraulik/ Mechanik verbunden. Ausserdem tritt hierbei ein Sicherheitsrisiko ein, dass bei ungenauer Positionierung der Schaltelemente die Enlagendämpfung nicht wirksam wird.
- Eine Anordnung zur Dämpfung der Steuerelemente ist bereits aus der FR-A-2 303 976 bekannt geworden, indem an der zu dämpfenden Seite die Verbindungsleitung mit einem Drosselventil versehen ist.
- Weiterhin ist eine Anordnung dieser Art - aber nicht für Schwenkwerke - nach der US-A-4138 928 bekannt geworden.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemässe Einrichtung zu schaffen, die eine Dämpfung unter Vermeidung eines Sicherheitsrisikos ermöglicht und eine Ansteuerung ohne genaue Voreinstellung bzw. Positionierung der Steuerelemente gewährleistet und auch bei einem Schwenkwinkel über 180 Grad funktionsfähig ist.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass die zu dämpfende Seite der Zylinder in ihrem Endbereich eine Verbindungsleitung des Hydrauliksystems und eine weitere Verbindungsleitung mit einem Drosselventil aufweist, wobei parallel zum Drosselventil ein den Abfluss aus dem Zylinder sperrendes Rückschlagventil angeordnet ist, und dass die Rückschlagventile in Abhängigkeit der Totpunktlage der Zylinder über einen Steuernocken am Schwenkantriebskreis durch Steuerelemente in der Weise entsperrbar sind, dass jeweils das Rückschlagventil für den Zylinder mit dem grösseren wirksamen Hebelsarm (nachlaufender Zylinder) gesperrt bleibt.
- Hierdurch wird die Dämpfungsfunktion vollständig in den Bereich der Zylinder gelegt. Es wird lediglich ein grobes Umschaltsignal erforderlich, das anzeigt, auf welcher Seite des Totpunktes sich das Schwenkwerk befindet und damit das Signal gibt, welches Rückschlagventil entsperrt werden soll. Der Vorteil dieser Anordnung ist es, dass bei Störungen durch nicht völliges Durchschalten des Ventils oder bei einem Versagen, immer beide Zylinder gedämpft werden und somit kein Sicherheitsrisiko besteht.
- Eine günstige Ausbildung wird dadurch geschaffen, dass die Verbindungsleitung durch den Kolben verschliessbar ist, während die weitere Verbindungsleitung freibleibt.
- Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass der Kolben ein über Federn angeordnetes vorgeschaltetes Sperrelement trägt, das mit einer stirnseitigen Steuerkammer des Zylinders als Abschluss zusammenwirkt und an die Steuerkammer die zu verschliessende Verbindungsleitung angeschlossen ist.
- Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zu dämpfende Seite des Zylinders eine zusätzliche Dämpfungskammer als Verlängerung aufweist, der ein am Kolben angeordneter Zusatzkolben kleineren Durchmessers unter Bildung eines Spaltes im Durchtrittsbereich zugeordnet ist, wobei die Verbindungsleitung des Hydrauliksystems ein entsperrbares Rückschlagventil aufweist, während die weitere Verbindungsleitung an der zusätzlichen Dämpfungskammer angeschlossen ist. Dabei ergibt sich der weitere Vorzug, dass die Dämpfungswirkung durch Entsperrung eines der Rückschlagventile auch des nachlaufenden Zylinders zusätzlich variiert werden kann.
- Zur weiteren Verbesserung wird vorgeschlagen, dass der Spalt zwischen Zusatzkolben und Dämpfungskammer mit Annäherung an die Endlage durch die Dimensionierung des Zusatzkolbens oder der Dämpfungskammer abnimmt.
- I n der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
- Figur 1 eine Draufsicht auf ein Schwenkwerk,
- Figur 2 eine Prinzipschaltungsanordnung,
- Figur 3 einen Zylinder mit einer Ausführungsform einer Steuereinrichtung,
- Figur 4 einen Zylinder mit einer weiteren Ausführungsform einer Steuereinrichtung.
- Bei der dargestellten Ausbildung befindet sich auf einer Trägerplattform 1 ein Arbeitsgerät 2, das um einen Drehpunkt 3 mit einem Schwenkbereich 4von der einen Endlage in eine Endlage 2' verstellbar ist. Der Schwenkbereich 4 umfasst nur einen Teil des Vollkreises, weil beispielsweise der Bedienplatz 5 aus Sicht- und Bedienungsgründen über die Schwenkebene des Arbeitsgerätes 2 hinausragt.
- Die Schwenkbewegung wird durch zwei Hydraulikzylinder 6 und 7 bewirkt. Die Zylinder 6, 7 sind beispielsweise an einem gemeinsamen Stütz-und Drehbolzen 8 mit der Trägerplattform 1 verbunden. Die zugeordneten Kolbenstangen sind versetzt an den Punkten 9 und 10 des Schwenkantriebskreises 11 für das Arbeitsgerät 2 angelenkt. Durch diese Anordung erreichen beide Zylinder 6, 7 bei unterschiedlichen Schwenkwinkeln den inneren Totpunkt, bei dem die Kolben 21,22 ganz in die Zylinder 6, 7 eingefahren sind, und durch winkelabhängige Umschaltung der Zylinder 6, 7 ist das Überfahren des Totpunktes möglich.
- Beim Anfahren der Endlagen des Arbeitsgerätes hat der jeweils nachlaufende Zylinder (6 in der Endlage 2,7' in der Endlage 2') den grössten wirksamen Hebelarm. Eine Endlagendämpfung muss also zweckmässigerweise an diesen Zylindern wirksam werden.
- Dieses wird, wie in Fig. 2 dargestellt, dadurch erzeugt, dass die Zylinder 6 und 7 auf den den Dämpfungsdruck aufbauenden Seiten 12 und 13 mit je zwei Verbindungsleitungen 14, 15 und 16, 17 versehen sind, die in Leitungen 18,19 münden. Die Verbindungsleitungen 14 und 16 werden im Endbereich 20 des Kolbenweges von den Kolben 21,22 abgesperrt, so dass das Öl nur noch über die Verbindungsleitung 15,17 mit eingebauten Drosselventilen 23, 24 entweichen kann, solange parallel dazu liegende Rückschlagventile 25, 26 nicht entsperrt sind.
- Im dargestellten Fall, gemäss Fig. 1, besitzt der vorlaufende Zylinder 7 einen ungünstig kleinen wirksamen Hebelarm, so dass hier die Drosselwirkung möglichst aufgehoben werden soll.
- Dieses wird durch Entsperren des Rückschlagventils 26 erreicht. Beide Kolben 21, 22 laufen weiter, bis der Kolben 21 des nachlaufenden Zylinders 6 die Verbindungsleitung 14 abdeckt. Nun kann das Öl nur über die Drossel 23 entweichen, weil das Rückschlagventil 25 geschlossen bleibt, und die Endlagendämpfung ist wirksam.
- Die Entsperrung der Rückschlagventile 25, 26 erfolgt zweckmässigerweise hydraulisch über Leitungen 27, 28 und ein 4/2-Wegventil 29, das in der Ruhestellung das Rückschlagventil 26 mit einer Druckleitung 30 verbindet und entsperrt. Sensiert ein Schalter 31 über einen Nocken 32 den Wechsel des Arbeitsgerätes 2 über einen inneren Totpunkt hinaus in den Bereich der anderen Endlage 2', dann wird das Ventil 29 über einen Magneten 33 in die andere Position umgeschaltet, so dass jetzt das Rückschlagventil 25 entsperrt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass jeweils der Zylinder (6, 7) mit dem grösseren wirksamen Hebelarm, d.h. der nachlaufende Zylinder, die Endlagendämpfung ausübt. Der zu dämpfende Bereich wird durch die konstruktive Auslegung eindeutig festgelegt, so dass in dem jeweils vorlaufenden Zylinder 6 bzw. 7 keine unzulässigen Kräfte aufgebaut werden.
- Die Anordnung hat den Vorteil, dass selbst bei Ausfall der Druckölversorgung 30 für den Entsperrvorgang oder bei Versagen der Umschaltung an Ventil 29 die Endlagendämpfung in ausreichendem Masse wirksam bleibt.
- Gemäss Fig. 3 ist ein Hydraulikzylinder 34 mit beiden Verbindungsleitungen 35, 36 dargestellt, bei dem die freie Verbindungsleitung 35 nicht durch den Hydraulikkolben 37 selbst, sondern über ein mit einer Feder 38 an dem Kolben befestigten und vorgeschalteten Sperrelement 39 gesteuert wird. Hierbei taucht das Sperrelement 39 in einen entsprechenden Ringraum 40 ein. Das weitere Ausfahren des Kolbens 37 ist damit nur über die Dämpfungsdrossel 41 oder das entsperrte Rückschlagventil 42 möglich.
- Diese Ausbildung erlaubt eine freizügige konstruktive Auslegung des gedämpften Kolbenweges, ohne dass der Kolben entsprechend lang ausgeführt werden muss.
- Bei einer weiteren Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist vorgesehen, dass ein Zylinder 43 auf der Dämpfungsseite eine zusätzliche Dämpfungskammer 44 besitzt, in die im Bereich der Endlage ein Zusatzkolben 45 mit geringem Spiel eintaucht.
- Dadurch wird eine angeordnete Verbindungsleitung 46 in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 47 und des Zusatzkolbens 45 für einen Teil der Kolbenfläche, nämlich die Fläche des Zusatzkolbens 45, nur noch teilweise wirksam, bei sehr kleinem Spalt zwischen Zusatzkolben 45 und Dämpfungskammer 44 praktisch unwirksam. Die Dämfpungswirkung wird in diesem Fall durch das in der zusätzlichen Verbindungsleitung 48 angebrachte Drosselventil 49 aufgebracht, wobei das Drosselventil 49 verstellbar sein kann. Dem Drosselventil 49 ist ein entsperrbares Rückschlagventil 50 parallelgeschaltet, welches es erlaubt, die Drosselwirkung, beispielsweise in Abhängigkeit von der Zylinderfunktion aufzuheben.
- Eine weitere Dämpfungsmöglichkeit ergibt sich durch Einbau eines zusätzlichen Rückschlagventils 51 in die Verbindungsleitung 46. In diesem Fall wird auch das von Kolben 47 verdrängte Öl durch den Spalt zwischen Zusatzkolben 45 und Drosselkammer 44 gepresst und passiert zusätzlich die einstellbare Drossel 50. Das Rückschlagventil 51 lässt sich ebenso wie das Ventil 50 in Abhängigkeitvon der Zylinderfunktion entsperren. Es ist beispielsweise möglich, die Dämfpungswirkung des nachlaufenden Zylinders durch zusätzliche Entsperrung eines der beiden Rückschlagventile (50, 51 ) zu verändern.
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