EP1507087A2 - Hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine - Google Patents

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EP1507087A2
EP1507087A2 EP04103586A EP04103586A EP1507087A2 EP 1507087 A2 EP1507087 A2 EP 1507087A2 EP 04103586 A EP04103586 A EP 04103586A EP 04103586 A EP04103586 A EP 04103586A EP 1507087 A2 EP1507087 A2 EP 1507087A2
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EP
European Patent Office
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cylinder
safety valve
pressure
valve
control arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04103586A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Emmanuel Berthod
Philippe Ostermann
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Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F15B2211/7128—Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders with direct connection between the chambers of different actuators the chambers being connected in parallel

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic control arrangement for a mobile work machine, with at least one hydraulic Cylinder, with the help of which a working tool is movable, a directional control valve for controlling the pressure medium path between a Pressure chamber of the cylinder, a pressure medium source and a tank, and one between the directional control valve and the lifting of the Working tool applied pressure chamber of the cylinder looped safety valve, which occurs when exposed of the cylinder opens automatically and not acted upon Cylinder is locked.
  • Hoists such as front loaders, are mounted on vehicles and used for lifting and transporting loads. she have hydraulic cylinders for lifting and usually also for pivoting the load on, by releasable, flexible Hoses from a host vehicle with pressurized Hydraulic fluid to be supplied. To prevent the load in the case of a hose break, which causes the pressure in the the load-holding cylinder leads, falls down, so become mentioned safety or load-holding valves used (see DE 100 06 908 A). These valves block the connection between the Cylinder and hose off, as long as the operator does not move of the hoist.
  • Safety valve Check valve that allows a filling of the pressure chamber.
  • the safety valve depending on the Pressure difference between the safe pressure chamber of the double acting cylinder and the other pressure chamber.
  • Safety valves are used in particular on hoists of excavators, Earthmoving machines, forklifts and agricultural Loaders used.
  • A is another hydraulic control arrangement proposed in the one Cylinder is associated with a first safety valve, through remotely bring an operator into an open position is.
  • a second safety valve is provided by the Pressure difference between the two pressure chambers of the double acting cylinder opened when the working tool lowered becomes.
  • Safety valves often have different sensitivities on, allowing them while lowering the implement do not open synchronously, which causes the cylinders not lowered synchronously and the implement when lowering wavers or wobbles.
  • a swimming mode in which the chambers of a double acting cylinder are fluid-conductively connected to each other, is with the known safety valves not possible, as they always are locked, if the cylinder is not adjusted.
  • a second valve is provided for this purpose, but this is the effort and the risk of a line break increased.
  • the object underlying the invention is seen therein to provide a hydraulic control arrangement that the mentioned disadvantages or not to a lesser extent.
  • the Safety valve also opens automatically when the operator has selected a swim mode. Then that's it Work tool usually lowered and lies on the ground or any other support surface, although it is also conceivable would be, this mode for special applications even with a to activate raised work tool.
  • the safety valve remains the pressure in the pressure chamber of the Cylinder is preferably disregarded, although also embodiments would be conceivable in which it is taken into account.
  • One The advantage is that in this way one - for example suitable for ground copying - swimming mode is possible, in the acted upon for lifting the working tool Pressure chamber and a second pressure chamber of the double-acting Cylinder over the spent in a floating position valve and the opened safety valve are connected together. They are usually also connected to the tank.
  • a first embodiment is a second pressure chamber of a double-acting cylinder Lowering applied with pressure medium. Based on this pressure can the safety valve can be controlled and opened, if necessary the pressure is either using the safety valve directly a control cylinder actuated or indirectly by passing over a Pressure sensor (eg pressure switch) is detected, whose Output signal to the electromagnetic or hydraulic Control of the safety valve is used.
  • a Pressure sensor eg pressure switch
  • the safety valve based on an operator input electromagnetic or hydraulically controlled.
  • the operator input can be detected directly be, for example, by a switch contact on a Operator input device, or indirectly, by the position an element influenced by the operator input device, z. B. the directional control valve, is detected.
  • Single or double acting cylinders can be used.
  • the inventive hydraulic control arrangement is on Example of a tractor with front loader explained. She can, however on any work machines with moving work tools used as wheel loaders, telehandlers, and excavators like. From a hoist 10 shown in Figure 1, the Front connected to a tractor only indicated, a mast 12 is shown in a bearing 14 a Lifting rocker 16 receives, due to their double-armed Execution stiffened by means of a tubular cross member 18 becomes.
  • a working tool 20, z. B. a soil scoop, a dung fork, a bale fork or pallet fork is on the front End of the lifting rocker 16 by means of an adjusting device 30 and a tool holder 32 movably and interchangeably connected.
  • the lifting rocker 16 pivoted about the bearing 14 via two hydraulic cylinders 28.
  • To adjust the inclination of the working tool 20 engages the Actuator 30 one end and the lifting arm 16 other End of another hydraulic cylinder 26 at.
  • On both sides the lifting rocker 16 are each a cylinder 26 and 28 are arranged.
  • the Actuator 30 acts on the tool holder 32 to which the Work tool 20 is connected directly, and sits in the Essentially of a first and a second pivot arm 34, 36 together, which are hinged together, being in the Joint 44 of the cylinder 26 attacks.
  • the tool holder 32 is in a bearing 38 and the first Swivel arm 34 in a bearing 40 on the lifting rocker 16 pivotally stored.
  • the second pivot arm 36 is in a bearing 46 pivotally connected to the tool holder 32.
  • At 48 is one Latch for locking the working tool 20 denotes. in the upper portion of the tool holder 32 are a hook 50 and a Bolt 52 is provided, which engages the working tool 20 with bring the hoist 10.
  • FIG. 2 is a diagram of a hydraulic according to the invention Control arrangement for the working machine from FIG. 1 shown.
  • a pump as a source of pressure medium 54 and a tank 56 for receiving relaxed Arranged pressure medium.
  • the pump is over two from the operator of the cab of the tractor from actuatable directional valves 58, 60 with a coupling 62 connected.
  • actuatable directional valves 58, 60 with a coupling 62 connected.
  • the Hydraulic connections of the hoist 10 connected.
  • the double Acting cylinder 26 are connected via the coupling 62 directly to the Directional valve 60 connected, so that the working tool 20 through Actuation of the directional control valve 60 in a conventional manner can be pivoted.
  • the cylinders 28 are double-acting. They are about flexible Hoses 63, 65 and the coupling 62 with the directional control valve 58th connected. Your piston chamber 64 is applied to the Lifting rocker 16 with the working tool 20 upwards pivot. Analogously, its piston rod chamber 66 acted upon when the lifting rocker 16 with the working tool 20th should be pivoted down. To an unintentional To prevent lowering of the working tool 20, if one flexible hose 63, 65 should break, between the Coupling 62 and one connected to the piston chamber 64 Safety valve block 68 is arranged, is the safety valve block 68 provided. The safety valve block 68 is with two cylinder-side connections provided, to each of which one Piston chamber 64 of the cylinder 28 is connected. Of the Safety valve block 68 is directly on the right in Figure 2 marked cylinder 28 attached. The left in Figure 2 drawn, spaced from the safety valve block 68 Cylinder 28 is connected by a rigid line 76 with the Safety valve block 68 connected.
  • the safety valve block 68 includes a safety valve 70.
  • the safety valve 70 includes a check valve 72, the opens when the pressure in the piston chamber 64 is smaller than that Pressure at the associated connection of the coupling 62. It thus opens automatically when the operator through the pressure in the piston chamber 64 through Actuation of the directional valve 58 increases.
  • the safety valve 70 is from the position shown in Figure 2, in which the Check valve 72 between the associated port on the Coupling 62 and the piston chamber 64 is inserted, in a second Position occupying, in the place of the check valve 72, a passage 74 occurs.
  • the safety valve 70 is through a spring 80 in the position shown in Figure 2 biased. It is controlled by a control cylinder 78, whose Piston chamber pressure-conducting with the piston rod chamber 66th of the cylinder 28 is connected between the two mentioned Positions moved.
  • the mode of operation of the control arrangement shown in FIG is the following:
  • the safety valve 70 is in the cases where a Security risk exists, d. H. in the stroke position 82 and in the holding position 84, active: the check valve 72 is inserted between the piston chamber 64 and the tube 65.
  • the check valve 72 is inserted between the piston chamber 64 and the tube 65.
  • One possible breakage of the tube 65 thus does not lead to a unintentional lowering of the working tool 20.
  • In the lowered position 86 can be assumed, however, that no people are under the working tool 20 so that then a hedge of the hose 65 against fractures is unnecessary.
  • In the passage position of the safety valve 70 are relative large flow rates possible, making the working tool 20 right can be lowered quickly.
  • FIG 3 is a second embodiment of an inventive Control arrangement shown in construction and function essentially corresponds to that of Figure 2.
  • the first Embodiment corresponding elements are the same Reference number marked.
  • the difference to the first Embodiment is that each cylinder 28 a Safety valve 70 is assigned.
  • this embodiment makes it particularly advantageous that the Switching the safety valves 70 in the passage position regardless of the pressure in the piston chambers 64, so that different movements of both cylinders 28 when lowering, the lead to the shaking of the working tool 20, not to fear are.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a device according to the invention Control arrangement shown.
  • the first embodiment corresponding elements are identified by the same reference numerals.
  • the safety valve 70 is not here hydraulically, but electromagnetically actuated. This is one electromagnetic actuator 90 with the safety valve 70 connected.
  • the actuator 90 may be connected to the directional control valve 58 or a Be coupled operator input device and spends that Safety valve 70 in the position in which the passage 74th is located between the piston chamber 64 and the hose 65, when the directional control valve 58 in the lowered position 86 or in a Floating position is 88.
  • the directional control valve 58 is located in the stroke position 82 or in the holding position 84, is the Actuator 90 is deactivated and the spring 80 spends that Safety valve 70 in the position in which the check valve 72 disposed between the tube 65 and the piston chamber 64 is.
  • This will be the same function as in the first and second Embodiment realized.
  • the activation of the actuator 90 is with reference to the figures 6 to 8 described below.
  • the directional control valve 58 may additionally be brought into a floating position 88. There the hoses 63, 65 with each other and with the tank 56th connected. The control cylinder 78 is driven in such a way that the safety valve 70 also in the floating position 88 of the Direction valve 58 is spent in the forward position or in it remains so that the floating movement of the cylinder 28 possible becomes.
  • This floating position 88 allows the Work tool 20 with a constant force on the ground what to do, for example, in the demystaging of Stables or when harvesting a field with a beet aggregate allows you to follow the ground contours independently.
  • the inventive design of the safety valve 70 allows to select a float mode without additional valves.
  • FIG. 5 is a fourth embodiment of an inventive Control arrangement shown in construction and function essentially corresponding to that of FIG. 4.
  • the before discussed embodiments corresponding elements are with the same reference numerals.
  • the difference to Embodiment of Figure 4 is that only a single Safety valve 70 is provided, directly to one of Cylinder 28 is fixed and its output by a rigid Line 76 is connected to the other cylinder 28.
  • Figures 6 to 8 show embodiments of arrangements for Actuation of the electromagnetic actuator 90, which in the Embodiments of Figures 4 and 5 can be used.
  • an operating element 92 in Form of a so-called joystick which is used to control the Directional valve 58 is used and at its top a handle 94th by an operator in the cab of the tractor is manageable, a series of cables 96 on which to electromagnetic control of the directional control valve 58 is provided are. Based on the voltage applied to the cables 96 voltages by means of a suitable electronic control of the actuator 90th controlled.
  • the figure 6b can also be an independent Switch 98 can be arranged in the cabin, with a handle 100 is equipped, which serves to drive the actuator 90.
  • the embodiment according to FIG. 7 uses a switch 102, which is mechanically actuated by the directional control valve 58. Is the directional control valve 58 in one of the positions 86 or 88, the switch 102 is turned on, in turn, the actuator 90 activated. In contrast, the directional control valve 58 is located in the Position 82 or 84, are the switch 102 and the actuator 90 switched off.
  • the switches 98 or 102 may be the actuator 90 according to FIG. 8 via a control that a battery 104, a Fuse 106 and a relay 108 and a spark suppression diode 106th having. If the switch 98 or 102 is closed, flows through the winding of the relay 108 via the fuse 106 and the Spark-extinction diode 110 a current, so the switch of the relay 108 and also from the battery 104, in which it is usually the battery of the tractor, fed Actuator 90 is activated. When opening the switch 98, 102 prevents the spark suppression diode 110, which also serves as an antiparallel diode be switched parallel to the winding of the relay 108 could, unwanted sparks on the switch 98, 102nd
  • Figure 9 shows a fifth embodiment of a Control arrangement, which in structure and function essentially the Control arrangement of Figure 4 corresponds.
  • the embodiment according to Figure 4 corresponding elements are denoted by the same reference numerals characterized.
  • the control of the safety valves 70 takes place however by a hybrid, hydraulic / electromagnetic Control. This is the hose 63, with the Piston rod chamber 66 is connected, with pressure medium a pressure switch 112 connected.
  • the pressure switch 112 includes a switching contact 114, which in one by means of a adjustable spring 116 adjustable pressure in the hose 63 a or turns off.
  • the switching contacts 114 are analogous to Circuit in Figure 8, via a fuse 106, the winding of a Relay 108 and a spark extinguishing diode 110 with a battery 104th connected, which is also usually the battery of the Tractor trades.
  • the actuator 90 of the safety valve 70 is controlled by the switching contact of the relay 108.
  • the mode of operation of the control arrangement according to FIG. 9 corresponds of the embodiments of Figures 2 and 3: Is that Directional valve 58 in the stroke position 82 or in the holding position 84, a relatively low pressure is applied to the pressure switch 112, which is not sufficient, the switching contact 114 against the force of Close spring 116. The relay 108 therefore remains de-energized, so that also the actuators 90 are not energized.
  • the Safety valves 70 remain in the one shown in FIG Position in which the check valves 72 between the Hose 65 and the piston chambers 64 are located. Will that be Way valve 58, however, spent in the lowered position 86, the pressure on the pressure switch 112 increases, so that the Switch contact 114 against the force of the spring 116 closes.
  • Safety valve 70 are connected to both cylinders 28, analogous to the embodiments of Figures 2 and 5.
  • pressure switch 114 on the tractor side of the Coupling 62 may be arranged, with a pluggable or wireless (Radio, optical, etc.) connection with the safety valve 70 could be provided.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine, mit mindestens einem hydraulischen Zylinder (28), mit dessen Hilfe ein Arbeitswerkzeug (20) bewegbar ist, einem Wegeventil (58) zur Steuerung des Druckmittelwegs zwischen einem Druckraum (64) des Zylinders (28), einer Druckmittelquelle (54) und einem Tank (56), sowie einem zwischen dem Wegeventil (58) und dem beim Anheben des Arbeitswerkzeugs (20) beaufschlagten Druckraum (64) des Zylinders (28) eingeschleiften Sicherheitsventil (70), das sich bei Beaufschlagung des Zylinders (28) selbsttätig öffnet und bei nicht beaufschlagtem Zylinder (28) gesperrt ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Sicherheitsventil (70) beim Absenken des Arbeitswerkzeugs (20) und/oder bei einer durch einen Bediener auswählbaren Schwimm-Betriebsart selbsttätig und unabhängig vom Druck im Druckraum (64) in eine Öffnungsposition gelangt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine, mit mindestens einem hydraulischen Zylinder, mit dessen Hilfe ein Arbeitswerkzeug bewegbar ist, einem Wegeventil zur Steuerung des Druckmittelwegs zwischen einem Druckraum des Zylinders, einer Druckmittelquelle und einem Tank, sowie einem zwischen dem Wegeventil und dem beim Anheben des Arbeitswerkzeugs beaufschlagten Druckraum des Zylinders eingeschleiften Sicherheitsventil, das sich bei Beaufschlagung des Zylinders selbsttätig öffnet und bei nicht beaufschlagtem Zylinder gesperrt ist.
Hubwerke, beispielsweise Frontlader, werden an Fahrzeuge angebaut und zum Anheben und Transportieren von Lasten verwendet. Sie weisen hydraulische Zylinder zum Anheben und in der Regel auch zum Verschwenken der Last auf, die durch lösbare, flexible Schläuche von einem Trägerfahrzeug mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid versorgt werden. Um zu verhindern, dass die Last im Falle eines Schlauchbruchs, der zum Abfallen des Drucks in dem die Last haltenden Zylinder führt, herunterfällt, werden so genannte Sicherheits- oder Lasthalteventile verwendet (s. DE 100 06 908 A). Diese Ventile sperren die Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Schlauch ab, solange der Bediener keine Bewegung des Hubwerks veranlasst.
Beim Anheben der Last öffnet sich im Sicherheitsventil ein Rückschlagventil, das eine Füllung der Druckkammer erlaubt. Beim Absenken öffnet sich das Sicherheitsventil abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem abgesicherten Druckraum des doppelt wirkenden Zylinders und dem jeweils anderen Druckraum. Derartige Sicherheitsventile werden insbesondere an Hubwerken von Baggern, Erdbewegungsmaschinen, Gabelstaplern und landwirtschaftlichen Ladern verwendet.
In der nachveröffentlichten DE 102 27 966 A wird eine andere hydraulische Steueranordnung vorgeschlagen, bei der einem Zylinder ein erstes Sicherheitsventil zugeordnet ist, das durch einen Bediener ferngesteuert in eine Öffnungsposition verbringbar ist. Ein zweites Sicherheitsventil wird durch den Druckunterschied zwischen den beiden Druckräumen des doppelt wirkenden Zylinders geöffnet, wenn das Arbeitswerkzeug abgesenkt wird.
Als nachteilig ist bei diesen Sicherheitsventilen anzusehen, dass die Absenkbewegung nicht immer ruckfrei und gleichmäßig erfolgt, wenn zwei oder mehr Zylinder vorgesehen sind, die gemeinsam eine einzige Bewegung bewirken. Die den einzelnen Zylindern zugeordneten Sicherheitsventile weisen oft unterschiedliche Ansprechempfindlichkeiten auf, so dass sie beim Absenken des Arbeitsgeräts nicht synchron öffnen, was dazu führt, dass die Zylinder nicht synchron abgesenkt werden und das Arbeitsgerät beim Absenken schwankt oder wackelt. Außerdem ergeben sich dadurch und durch unterschiedliche Durchströmgeschwindigkeiten wiederum unterschiedliche Druckunterschiede an den Sicherheitsventilen, die diese Unsynchronizitäten weiter vergrößern.
Eine Schwimm-Betriebsart, bei der die Kammern eines doppelt wirkenden Zylinders fluidleitend miteinander verbunden sind, ist mit den bekannten Sicherheitsventilen nicht möglich, da sie immer gesperrt sind, wenn der Zylinder nicht verstellt wird. In der DE 100 06 908 A ist für diesen Zweck ein zweites Ventil vorgesehen, das aber den Aufwand und das Risiko eines Leitungsbruchs vergrößert.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine hydraulische Steueranordnung bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht oder in geringerem Maße aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Es wird vorgeschlagen, das Sicherheitsventil beim Absenken des Arbeitswerkzeugs selbsttätig und unabhängig vom Druck im Druckraum des Zylinders zu öffnen. Der Druck im - sich beim Absenken des Arbeitswerkzeugs entleerenden - Druckraum bleibt für das Öffnen des Sicherheitsventils somit unberücksichtigt, so dass sich eventuelle Druckunterschiede in den Druckräumen zweier synchron bewegter Zylindern nicht nachteilig auswirken können. Außerdem erfolgt die Öffnung des Sicherheitsventils unbeeinflusst von Umgebungsbedingungen, wie der Viskosität, Temperatur und Flussrate des Hydraulikfluids. Das geöffnete Sicherheitsventil beeinträchtigt die hydraulische Funktion des Hubwerks nicht durch ungewünschte Strömungswiderstände, da das Sicherheitsventil in der geöffneten Position mit einer hinreichend großen Durchflussöffnung versehen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass sich das Sicherheitsventil auch dann selbsttätig öffnet, wenn der Bediener eine Schwimm-Betriebsart ausgewählt hat. Dann ist das Arbeitswerkzeug in der Regel abgesenkt und liegt auf dem Erdboden oder einer anderen Auflagefläche auf, obwohl es auch denkbar wäre, diese Betriebsart für spezielle Anwendungen auch bei einem angehobenen Arbeitswerkzeug zu aktivieren. Bei der Ansteuerung des Sicherheitsventils bleibt hierbei der Druck im Druckraum des Zylinders vorzugsweise unberücksichtigt, obwohl auch Ausführungsformen denkbar wären, in denen er berücksichtigt wird. Ein Vorteil liegt darin, dass auf diese Weise eine - beispielsweise zur Bodenkopierung geeignete - Schwimm-Betriebsart möglich wird, in der der zum Anheben des Arbeitswerkzeugs beaufschlagte Druckraum und ein zweiter Druckraum des doppelt wirkenden Zylinders über das in eine Schwimmposition verbrachte Wegeventil und das geöffnete Sicherheitsventil miteinander verbunden sind. Sie sind in der Regel auch mit dem Tank verbunden.
Bezüglich der Ansteuerung des Sicherheitsventils bestehen verschiedene Möglichkeiten. In einer ersten Ausführungsform wird ein zweiter Druckraum eines doppelt wirkenden Zylinders beim Absenken mit Druckmittel beaufschlagt. Anhand dieses Drucks kann das Sicherheitsventil angesteuert und ggf. geöffnet werden, wobei der Druck entweder das Sicherheitsventil direkt unter Verwendung eines Steuerzylinders betätigt oder indirekt, indem er über einen Drucksensor (z. B. Druckschalter) erfasst wird, dessen Ausgangssignal zur elektromagnetischen oder hydraulischen Ansteuerung des Sicherheitsventils dient.
Bei einer anderen Ausführungsform wird das Sicherheitsventil basierend auf einer Bedienereingabe elektromagnetisch oder hydraulisch angesteuert. Die Bedienereingabe kann direkt erfasst werden, beispielsweise durch einen Schaltkontakt an einer Bedienereingabeeinrichtung, oder indirekt, indem die Position eines von der Bedienereingabeeinrichtung beeinflussten Elements, z. B. des Wegeventils, erfasst wird. Bei dieser Ausführungsform können einfach oder doppelt wirkende Zylinder zum Einsatz kommen. Es sind auch Kombinationen einer hydraulischen und elektromagnetischen Erfassung der Betriebsart und einer darauf basierenden Ansteuerung des Sicherheitsventils möglich. So kann die Hub- und Haltebetriebsart hydraulisch und die Absenk- und Schwimmbetriebsart anhand der Bedienereingabe erkannt werden.
Wie bereits oben angemerkt, sind an vielen Hubwerken zwei oder mehr Zylinder vorgesehen, die zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs synchron bewegt werden. Es bietet sich an, den beim Anheben des Arbeitswerkzeugs beaufschlagten Druckraum jedes dieser Zylinder mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil auszustatten. Alternativ findet nur ein einziges Sicherheitsventil Verwendung, das mit den Druckräumen der Zylinder verbunden ist. Diese Verbindung wird zur Vermeidung möglicher Schlauchbrüche und des damit verbundenen Sicherheitsrisikos vorzugsweise durch mechanisch starre Leitungselemente, insbesondere Rohre, realisiert.
In den Zeichnungen sind fünf nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1
ein Hubwerk mit einem Arbeitswerkzeug in Seitenansicht,
Fig. 2
ein Schema einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung, bei der zwei Zylinder und ein hydraulisch gesteuertes Sicherheitsventil vorhanden sind,
Fig. 3
ein Schema einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung, bei der zwei Zylinder und zwei hydraulisch gesteuerte Sicherheitsventile vorhanden sind,
Fig. 4
ein Schema einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung, bei der zwei Zylinder und zwei elektromagnetisch gesteuerte Sicherheitsventile vorhanden sind,
Fig. 5
ein Schema einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung, bei der zwei Zylinder und ein elektromagnetisch gesteuertes Sicherheitsventil vorhanden sind,
Fig. 6a und 6b
Anordnungen zur Erfassung der Position einer Bedienereingabeeinrichtung, die zur Ansteuerung der elektromagnetisch gesteuerten Sicherheitsventile dienen,
Fig. 7
eine Anordnung zur Erfassung der Position eines Wegeventils, die zur Ansteuerung der elektromagnetisch gesteuerten Sicherheitsventile dient,
Fig. 8
ein Schema einer Schaltung zur Ansteuerung der elektromagnetisch gesteuerten Sicherheitsventile, und
Fig. 9
ein Schema einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung, bei der zwei Zylinder und zwei elektromagnetisch gesteuerte Sicherheitsventile vorhanden sind, die anhand des Drucks im zweiten Druckraum des Zylinders angesteuert werden.
Die erfindungsgemäße hydraulische Steueranordnung wird am Beispiel eines Traktors mit Frontlader erläutert. Sie kann jedoch an beliebigen Arbeitsmaschinen mit beweglichen Arbeitswerkzeugen verwendet werden, wie Radladern, Teleskopladern, Baggern und dergleichen. Von einem in Figur 1 gezeigten Hubwerk 10, das frontseitig an einen nur angedeuteten Traktor angeschlossen ist, ist ein Mast 12 abgebildet, der in einem Lager 14 eine Hubschwinge 16 aufnimmt, die aufgrund ihrer doppelarmigen Ausführung mittels eines rohrförmigen Querträgers 18 versteift wird.
Ein Arbeitswerkzeug 20, z. B. eine Erdschaufel, eine Dunggabel, eine Ballengabel oder eine Palettengabel ist an dem frontseitigen Ende der Hubschwinge 16 mittels einer Stellvorrichtung 30 und einem Werkzeughalter 32 beweglich und auswechselbar angeschlossen. Um das Arbeitswerkzeug 20 anzuheben, wird die Hubschwinge 16 über zwei hydraulische Zylinder 28 um das Lager 14 geschwenkt. Zur Verstellung der Neigung des Arbeitswerkzeugs 20 greift an der Stellvorrichtung 30 einen Endes und an der Hubschwinge 16 anderen Endes ein weiterer hydraulischer Zylinder 26 an. An beiden Seiten der Hubschwinge 16 sind je ein Zylinder 26 und 28 angeordnet. Die Stellvorrichtung 30 wirkt auf den Werkzeughalter 32, an den das Arbeitswerkzeug 20 direkt angeschlossen wird, und setzt sich im Wesentlichen aus einem ersten und einem zweiten Schwenkarm 34, 36 zusammen, die gelenkig miteinander verbunden sind, wobei in der Gelenkstelle 44 der Zylinder 26 angreift.
Der Werkzeughalter 32 ist in einem Lager 38 und der erste Schwenkarm 34 in einem Lager 40 an der Hubschwinge 16 schwenkbar gelagert. Der zweite Schwenkarm 36 ist in einem Lager 46 schwenkbar mit dem Werkzeughalter 32 verbunden. Mit 48 ist ein Riegel zum Verrasten des Arbeitswerkzeugs 20 bezeichnet. Im oberen Abschnitt des Werkzeughalters 32 sind ein Haken 50 und ein Bolzen 52 vorgesehen, die das Arbeitswerkzeug 20 in Eingriff mit dem Hubwerk 10 bringen.
In der Figur 2 ist ein Schema einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung für die Arbeitsmaschine aus Figur 1 dargestellt. Auf dem Traktor sind eine Pumpe als Druckmittelquelle 54 und ein Tank 56 zur Aufnahme entspannten Druckmittels angeordnet. Die Pumpe ist über zwei vom Bediener von der Kabine des Traktors aus betätigbare Wegeventile 58, 60 mit einer Kupplung 62 verbunden. An der lösbaren Kupplung 62 sind die Hydraulikanschlüsse des Hubwerks 10 angeschlossen. Die doppelt wirkenden Zylinder 26 sind über die Kupplung 62 direkt mit dem Wegeventil 60 verbunden, so dass das Arbeitswerkzeug 20 durch Betätigung des Wegeventils 60 in an sich bekannter Weise verschwenkt werden kann.
Die Zylinder 28 sind doppelt wirkend. Sie sind über flexible Schläuche 63, 65 und die Kupplung 62 mit dem Wegeventil 58 verbunden. Ihre Kolbenkammer 64 wird beaufschlagt, um die Hubschwinge 16 mit dem Arbeitswerkzeug 20 nach oben zu verschwenken. Analog wird ihre Kolbenstangenkammer 66 beaufschlagt, wenn die Hubschwinge 16 mit dem Arbeitswerkzeug 20 nach unten verschwenkt werden soll. Um ein unbeabsichtigtes Absinken des Arbeitswerkzeugs 20 zu verhindern, falls ein flexibler Schlauch 63, 65 brechen sollte, der zwischen der Kupplung 62 und einem mit der Kolbenkammer 64 verbundenen Sicherheitsventilblock 68 angeordnet ist, ist der Sicherheitsventilblock 68 vorgesehen. Der Sicherheitsventilblock 68 ist mit zwei zylinderseitigen Anschlüssen versehen, an denen jeweils eine Kolbenkammer 64 der Zylinder 28 angeschlossen ist. Der Sicherheitsventilblock 68 ist direkt an dem in Figur 2 rechts eingezeichneten Zylinder 28 befestigt. Der in Figur 2 links eingezeichnete, vom Sicherheitsventilblock 68 beabstandete Zylinder 28 ist durch eine starre Leitung 76 mit dem Sicherheitsventilblock 68 verbunden.
Der Sicherheitsventilblock 68 enthält ein Sicherheitsventil 70. Das Sicherheitsventil 70 umfasst ein Rückschlagventil 72, das öffnet, wenn der Druck in der Kolbenkammer 64 kleiner ist als der Druck am zugeordneten Anschluss der Kupplung 62. Es öffnet somit selbsttätig, wenn der Bediener den Druck im Kolbenraum 64 durch Betätigung des Wegeventils 58 erhöht. Das Sicherheitsventil 70 ist aus der in der Figur 2 dargestellten Stellung, in der das Rückschlagventil 72 zwischen den zugehörigen Anschluss an der Kupplung 62 und der Kolbenkammer 64 eingefügt ist, in eine zweite Stellung verbringbar, in der an die Stelle des Rückschlagventils 72 ein Durchlass 74 tritt. Das Sicherheitsventil 70 wird durch eine Feder 80 in die in Figur 2 dargestellte Stellung vorgespannt. Es wird durch einen Steuerzylinder 78, dessen Kolbenkammer druckmittelleitend mit der Kolbenstangenkammer 66 des Zylinders 28 verbunden ist, zwischen den beiden erwähnten Positionen bewegt.
Die Funktionsweise der in Figur 2 dargestellten Steueranordnung ist folgende:
Wird das Wegeventil 58 in die Hub-Position 82 gebracht, wird die Kolbenkammer 64 des weiteren Zylinders 28 von der Pumpe 54 über das Wegeventil 58, die Kupplung 62, den Schlauch 65 und das sich öffnende Rückschlagventil 72 mit Hydraulikfluid gefüllt. Gleichzeitig wird Hydraulikfluid aus der Kolbenstangenkammer 66 über den Schlauch 63, die Kupplung 62 und das Wegeventil 58 in den Tank abgeleitet. Der Druck im Schlauch 63 reicht nicht hin, durch den Steuerzylinder 78 das Sicherheitsventil 70 gegen die Kraft der Feder 80 aus der in Figur 2 dargestellten Stellung zu bewegen.
In der Halte-Position 84 sind durch das Wegeventil 58 die Schläuche 63, 65 abgesperrt, so dass kein Druckmittel aus den Kammern 64, 66 abfließen kann und das Arbeitswerkzeug 20 in einer ausgewählten Höhe verbleibt. Auch hier bleibt das Sicherheitsventil 70 in der in Figur 2 dargestellten Position.
In der Absenk-Position 86 wird die Pumpe 54 durch das Wegeventil 58 mit der Kolbenstangenkammer 66 verbunden. Durch den ansteigenden Druck im Schlauch 63 wird auch der Steuerzylinder 78 bewegt, der das Sicherheitsventil 70 gegen die Kraft der Feder 80 aus der in Figur 2 gezeigten Stellung in die Durchlassposition verbringt, in der der Durchlass 74 anstelle des Rückschlagventils 72 tritt und es dem Druckmittel aus der Kolbenkammer 64 ermöglicht, über den Schlauch 65 in den Tank 56 abzufließen. Das Arbeitswerkzeug 20 sinkt somit nach unten.
Das Sicherheitsventil 70 ist in den Fällen, in denen ein Sicherheitsrisiko besteht, d. h. in der Hub-Position 82 und in der Halte-Position 84, aktiv: das Rückschlagventil 72 ist zwischen der Kolbenkammer 64 und dem Schlauch 65 eingefügt. Ein eventueller Bruch des Schlauchs 65 führt somit nicht zu einem ungewollten Absinken des Arbeitswerkzeugs 20. In der Absenk-Position 86 kann hingegen davon ausgegangen werden, dass sich keine Personen unter dem Arbeitswerkzeug 20 befinden, sodass sich dann eine Absicherung des Schlauchs 65 gegen Brüche erübrigt. In der Durchlassstellung des Sicherheitsventils 70 sind relativ große Flussraten möglich, so dass das Arbeitswerkzeug 20 recht schnell abgesenkt werden kann.
In der Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung dargestellt, die in Aufbau und Funktion im Wesentlichen der aus Figur 2 entspricht. Der ersten Ausführungsform entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, dass jedem Zylinder 28 ein Sicherheitsventil 70 zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform macht es sich besonders vorteilhaft bemerkbar, dass die Umschaltung der Sicherheitsventile 70 in die Durchlassstellung unabhängig vom Druck in den Kolbenkammern 64 erfolgt, so dass unterschiedliche Bewegungen beider Zylinder 28 beim Absenken, die zum Wackeln des Arbeitswerkzeugs 20 führen, nicht zu befürchten sind.
In der Figur 4 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung dargestellt. Der ersten Ausführungsform entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied zu den ersten beiden beschriebenen Ausführungsformen wird das Sicherheitsventil 70 hier nicht hydraulisch, sondern elektromagnetisch betätigt. Dazu ist ein elektromagnetischer Aktor 90 mit dem Sicherheitsventil 70 verbunden. Der Aktor 90 kann mit dem Wegeventil 58 oder einer Bedienereingabeeinrichtung gekoppelt sein und verbringt das Sicherheitsventil 70 in die Stellung, in der der Durchlass 74 sich zwischen der Kolbenkammer 64 und dem Schlauch 65 befindet, wenn das Wegeventil 58 in der Absenk-Position 86 oder in einer Schwimm-Position 88 ist. Befindet sich das Wegeventil 58 hingegen in der Hub-Position 82 oder in der Halte-Position 84, ist der Aktor 90 deaktiviert und die Feder 80 verbringt das Sicherheitsventil 70 in die Position, in der das Rückschlagventil 72 zwischen dem Schlauch 65 und der Kolbenkammer 64 angeordnet ist. Dadurch wird dieselbe Funktion wie in der ersten und zweiten Ausführungsform realisiert. Die Ansteuerung des Aktors 90 wird anhand der Figuren 6 bis 8 weiter unten beschrieben.
In der Ausführungsform nach Figur 4 kann das Wegeventil 58 zusätzlich in eine Schwimm-Position 88 verbracht werden. Dort werden die Schläuche 63, 65 untereinander und mit dem Tank 56 verbunden. Der Steuerzylinder 78 wird derart angesteuert, dass das Sicherheitsventil 70 auch in der Schwimm-Position 88 des Wegeventils 58 in die Durchlassposition verbracht wird bzw. darin verbleibt, damit die Schwimm-Bewegung des Zylinders 28 möglich wird. Diese Schwimm-Position 88 ermöglicht es, das Arbeitswerkzeug 20 mit einer konstanten Kraft auf dem Erdboden aufliegen zu lassen, was es beispielsweise beim Entmisten von Ställen oder bei Abernten eines Felds mit einem Rübenaggregat ermöglicht, den Bodenkonturen selbstständig zu folgen. Die erfindungsgemäße Ausführung des Sicherheitsventils 70 ermöglicht es ohne zusätzliche Ventile eine Schwimm-Betriebsart auszuwählen.
In der Figur 5 ist eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steueranordnung dargestellt, die in Aufbau und Funktion im Wesentlichen der aus Figur 4 entspricht. Den zuvor diskutierten Ausführungsformen entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Unterschied zur Ausführungsform nach Figur 4 besteht darin, dass nur ein einziges Sicherheitsventil 70 vorgesehen ist, das direkt an einem der Zylinder 28 befestigt ist und dessen Ausgang durch eine starre Leitung 76 mit dem anderen Zylinder 28 verbunden ist.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen Ausbildungen von Anordnungen zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 90, die in den Ausführungsformen nach Figur 4 und 5 verwendet werden können. In der Ausführungsform nach Figur 6a weist ein Bedienelement 92 in Form eines so genannten Joysticks, das zur Ansteuerung des Wegeventils 58 dient und an seiner Oberseite einen Handgriff 94 aufweist, der durch einen Bediener in der Kabine des Traktors handhabbar ist, eine Reihe von Kabeln 96 auf, die zur elektromagnetischen Ansteuerung des Wegeventils 58 vorgesehen sind. Anhand der an den Kabeln 96 anliegenden Spannungen wird mittels einer geeigneten elektronischen Steuerung der Aktor 90 kontrolliert. Gemäß der Figur 6b kann auch ein unabhängiger Schalter 98 in der Kabine angeordnet werden, der mit einem Griff 100 ausgestattet ist, der zur Ansteuerung des Aktors 90 dient.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 verwendet einen Schalter 102, der durch das Wegeventil 58 mechanisch betätigt wird. Befindet sich das Wegeventil 58 in einer der Positionen 86 oder 88, wird der Schalter 102 eingeschaltet, der wiederum den Aktor 90 aktiviert. Befindet sich das Wegeventil 58 hingegen in der Position 82 oder 84, sind der Schalter 102 und der Aktor 90 ausgeschaltet.
Die Schalter 98 oder 102 können den Aktor 90 gemäß der Figur 8 über eine Steuerung betätigen, die eine Batterie 104, eine Sicherung 106 und ein Relais 108 sowie eine Funkenlöschdiode 106 aufweist. Wird der Schalter 98 bzw. 102 geschlossen, durchfließt die Wicklung des Relais 108 über die Sicherung 106 und die Funkenlöschdiode 110 ein Strom, sodass der Schalter des Relais 108 anzieht und der ebenfalls von der Batterie 104, bei der es sich in der Regel um den Akku des Traktors handelt, gespeiste Aktor 90 aktiviert wird. Beim Öffnen des Schalters 98, 102 verhindert die Funkenlöschdiode 110, die auch als Antiparalleldiode parallel zur Wicklung des Relais 108 geschaltet werden könnte, unerwünschte Funken am Schalter 98, 102.
Schließlich zeigt die Figur 9 eine fünfte Ausführungsform einer Steueranordnung, die in Aufbau und Funktion im Wesentlichen der Steueranordnung aus Figur 4 entspricht. Der Ausführungsform nach Figur 4 entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Ansteuerung der Sicherheitsventile 70 erfolgt jedoch durch eine hybride, hydraulisch/elektromagnetische Steuerung. Dazu ist der Schlauch 63, der mit der Kolbenstangenkammer 66 verbunden ist, druckmittelleitend mit einem Druckschalter 112 verbunden. Der Druckschalter 112 enthält einen Schaltkontakt 114, der bei einem mittels einer verstellbaren Feder 116 einstellbaren Druck im Schlauch 63 ein- bzw. ausschaltet. Die Schaltkontakte 114 sind, analog zur Schaltung in Figur 8, über eine Sicherung 106, die Wicklung eines Relais 108 und eine Funkenlöschdiode 110 mit einer Batterie 104 verbunden, bei der es sich ebenfalls in der Regel um den Akku des Traktors handelt. Der Aktor 90 des Sicherheitsventils 70 wird durch den Schaltkontakt des Relais 108 gesteuert.
Die Funktionsweise der Steueranordnung nach Figur 9 entspricht der Ausführungsformen nach Figur 2 und 3: Befindet sich das Wegeventil 58 in der Hub-Position 82 oder in der Halte-Position 84, liegt ein relativ niedriger Druck am Druckschalter 112 an, der nicht ausreicht, den Schaltkontakt 114 gegen die Kraft der Feder 116 zu schließen. Das Relais 108 bleibt daher stromlos, so dass auch die Aktoren 90 nicht mit Strom beaufschlagt werden. Die Sicherheitsventile 70 verbleiben in der in Figur 9 dargestellten Stellung, in der die Rückschlagventile 72 sich zwischen dem Schlauch 65 und den Kolbenkammern 64 befinden. Wird das Wegeventil 58 hingegen in die Absenk-Position 86 verbracht, steigt der Druck am Druckschalter 112 an, so dass sich der Schaltkontakt 114 gegen die Kraft der Feder 116 schließt. Dadurch fließt Strom von der Batterie 104 durch die Sicherung 106, den Schaltkontakt 114, die Wicklung des Relais 108 und die Funkenlöschdiode 110. Das Relais 108 spricht an und versorgt die Aktoren 90 mit Strom, so dass diese die Sicherheitsventile 70 in die Stellung verbringen, in der der Durchlass 74 zwischen der Kolbenkammer 64 und dem Schlauch 65 positioniert ist. Dadurch kann Hydraulikfluid aus der Kolbenkammer 64 abfließen und das Arbeitswerkzeug 20 sinkt ab.
Um auch eine Schwimm-Betriebsart durchführen zu können, wäre bei der Ausführungsform nach Figur 9 (und in den Ausführungsformen gemäß Figur 2 und 3) zusätzlich eine Erkennung der Schwimm-Position 88 des Wegeventils 58 durch einen Schalter (analog Figur 7) und eine entsprechende elektromechanische Betätigung des Sicherheitsventils 70 denkbar.
Auch in der Ausführungsform nach Figur 9 könnte ein einziges Sicherheitsventil 70 mit beiden Zylindern 28 verbunden werden, analog zu den Ausführungsformen nach Figur 2 und 5. Außerdem könnte der Druckschalter 114 auf der traktorseitigen Seite der Kupplung 62 angeordnet sein, wobei eine steckbare oder drahtlose (Funk, optisch, etc.) Verbindung mit dem Sicherheitsventil 70 vorgesehen sein könnte.
Anzumerken ist, dass es bei Ausführungsformen, bei denen die Kolbenstangenkammer 66 zum Anheben des Arbeitswerkzeugs 20 beaufschlagt wird, angebracht ist, anstelle der Kolbenkammer 64 die Kolbenstangenkammer 66 mit Sicherheitsventilen 70 abzusichern. Außerdem kann anstelle der oder zusätzlich zu den Zylindern 28 auch der bzw. die Zylinder 26 in der dargestellten Weise durch ein Sicherheitsventil 70 abgesichert werden. Dabei wäre die Kolbenstangenkammer mit einem Sicherheitsventil 70 auszustatten.

Claims (8)

  1. Hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine, mit mindestens einem hydraulischen Zylinder (28), mit dessen Hilfe ein Arbeitswerkzeug (20) bewegbar ist, einem Wegeventil (58) zur Steuerung des Druckmittelwegs zwischen einem Druckraum (64) des Zylinders (28), einer Druckmittelquelle (54) und einem Tank (56), sowie einem zwischen dem Wegeventil (58) und dem beim Anheben des Arbeitswerkzeugs (20) beaufschlagten Druckraum (64) des Zylinders (28) eingeschleiften Sicherheitsventil (70), das sich bei Beaufschlagung des Zylinders (28) selbsttätig öffnet und bei nicht beaufschlagtem Zylinder (28) gesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (70) beim Absenken des Arbeitswerkzeugs (20) und/oder bei einer durch einen Bediener auswählbaren Schwimm-Betriebsart selbsttätig und unabhängig vom Druck im Druckraum (64) in eine Öffnungsposition gelangt.
  2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (28) doppelt wirkend ist und dass das Wegeventil (58) insbesondere bei abgesenktem Arbeitswerkzeug in die Schwimmposition (88) verbringbar ist, in der der Druckraum (64) und ein zweiter Druckraum (66) des Zylinders (28) sowie vorzugsweise auch der Tank (56) über das geöffnete Sicherheitsventil (70) druckmittelleitend verbunden sind.
  3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (28) doppelt wirkend ist und dass das Sicherheitsventil (70) hydraulisch durch den Druck in einem zweiten Druckraum (66) des Zylinders (28) gesteuert wird.
  4. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (70) elektromagnetisch basierend auf einer Bedienereingabe gesteuert wird.
  5. Steueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienereingabe elektrisch oder mechanisch oder hydraulisch an einer Bedienereingabeeinrichtung (92, 98) und/oder an einem durch die Bedienereinrichtung (92, 98) betätigten Element erfasst wird.
  6. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zylinder (28) vorgesehen sind, die zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs (20) gemeinsam bewegt werden und jeweils mit einem Sicherheitsventil (70) ausgestattet sind.
  7. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zylinder (28) vorgesehen sind, die zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs (20) gemeinsam bewegt werden und mit einem einzigen Sicherheitsventil (70) verbunden sind, wobei vorzugsweise mechanisch starre Leitungselemente (76) verwendet werden.
  8. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (70) durch mechanisch starre Leitungselemente mit dem Druckraum (64) des Zylinders (28) und durch einen flexiblen Schlauch (65) mit dem Wegeventil (58) verbunden ist.
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