EP1576241B1 - Steuereinrichtung für ein arbeitsgerät mit einer ausleger gehaltenen schaufel - Google Patents

Steuereinrichtung für ein arbeitsgerät mit einer ausleger gehaltenen schaufel Download PDF

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EP1576241B1
EP1576241B1 EP03789173A EP03789173A EP1576241B1 EP 1576241 B1 EP1576241 B1 EP 1576241B1 EP 03789173 A EP03789173 A EP 03789173A EP 03789173 A EP03789173 A EP 03789173A EP 1576241 B1 EP1576241 B1 EP 1576241B1
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EP
European Patent Office
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valve
pressure
control
control pressure
st1b
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EP03789173A
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EP1576241A1 (de
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Wolfgang Kauss
Frederic Lamarche
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Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
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Publication date
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    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
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    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/431Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like
    • E02F3/432Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like for keeping the bucket in a predetermined position or attitude
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    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
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    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
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    • E02F9/2225Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves
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    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
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    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
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    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B2211/50509Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means
    • F15B2211/50545Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means using braking valves to maintain a back pressure

Definitions

  • the invention relates to a control device for a working device with a bucket held on a boom according to the preamble of claim 1.
  • the boom is rotatably supported on the frame of the implement.
  • the operation of the boom is effected by a first hydraulic cylinder which engages the frame of the implement and on the boom.
  • the angle of rotation of the boom is limited by the stroke of the first cylinder.
  • the bucket is rotatably supported on the boom.
  • a second hydraulic cylinder is provided, which acts on the boom and on the blade.
  • the angle of rotation of the blade is limited by the stroke of the second cylinder.
  • the actuation of the cylinder takes place in double-acting cylinders by supplying pressure medium to the one chamber of a cylinder and simultaneous removal of pressure medium from the other chamber of the cylinder.
  • the boom To lift the bucket of such a tool, the boom is rotated about its pivot point on the frame of the implement. If there is no supply of pressure medium to the intended for the rotational movement of the blade cylinder, the blade retains its angle to the boom, ie the blade is - as in a rigid connection between the boom and the blade - according to the rotational movement of the Jib taken. This results in that the blade is tilted relative to its original angular position with respect to the ground. There is a risk that material falls out of the tilted blade. Material falling from the bucket can endanger the operator, especially if the implement cab is in this area. Also, to preclude such a hazard, it is required that the bucket during lifting maintains their related to the ground angular position regardless of the rotational movement of the boom.
  • z. B. realized by a particular embodiment of the kinematics of the boom and the blade instead of hinges for the boom and the blade a mechanical parallel guidance of the blade when lifting the boom.
  • Another solution is to adjust the attitude angle of the blade to a reference plane, z. B. to the horizontal, to regulate.
  • the angle of the blade is measured with an electrical position sensor and compared with a position setpoint.
  • the cylinder intended for the rotary movement of the blade is subjected to pressure medium during the raising of the arm so that the blade assumes its original position relative to the horizontal again. This ensures that the blade maintains its angular position when lifting.
  • Another way to ensure that the bucket maintains its angular position during lifting is, in addition to the valves that supplied the cylinders Controlling pressure medium quantity, to provide a control block which supplies a predetermined part of the pressure medium, which is displaced during the lifting of the boom from the cylinder for the actuation of the boom, the cylinder for the rotational movement of the blade.
  • the use of such a control block is associated with not negligible costs.
  • such a control block takes up additional space and requires piping of its connections with the cylinders and the valves for operating the boom and the blade.
  • a hydraulic control device according to the load-sensing principle with two hydraulic cylinders is known, with which the boom and the blade of a wheel loader can be actuated.
  • the control device includes two valves, of which the first valve controls the pressure medium supply from a pump to a first of the two cylinders and the second valve controls the pressure medium supply from the pump to the second cylinder.
  • Each valve has a slide which can be acted upon by a surface of an adjustable, acting against the force of a spring control pressure and determines the position of the size of a passage cross-section.
  • the two valves can be actuated simultaneously via the same pilot valve, in which case the pressure medium quantities flowing to the two cylinders are in a fixed relationship and thus the blade largely retains its orientation relative to the horizontal when the boom is raised or lowered.
  • the invention has for its object to provide a cost-effective hydraulic control device.
  • control device specified in claim 1 For the realization of the invention can be made of assemblies, which are usually constructed in disk construction control blocks for a load-independent flow distribution be used and z. B. from the EP 566 449 B1 are known.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a working machine 10, on the frame 11, a boom 12 is held, which is rotatable about a pivot point 13. On the boom 12th a blade 14 is held, which is rotatable about a pivot point 15 relative to the boom 12.
  • the substrate on which the work machine 10 stands is designated by the reference numeral 16.
  • a first double-acting hydraulic cylinder 18 is disposed between the frame 11 and the boom 12. The corresponding pivot points are provided with the reference numerals 19 and 20, respectively. The angle of rotation of the boom 12 is limited by the stroke of the cylinder 18.
  • a second double-acting hydraulic cylinder 22 is disposed between the boom 12 and the blade 14. The corresponding pivot points are with the reference numerals 23.g. 24 provided.
  • a control means 27 with six ports P, T, A1, B1, A2, B2 for hydraulic pressure means controls the pressure medium flow from a pump 28 to the cylinders 18 and 22 and from the cylinders 18 and 22 back to a tank 29.
  • the pump 28 is formed in an advantageous manner as a variable displacement pump. It is connected via a first hydraulic line 31 to the tank 29 and via a further line 32 to the terminal P of the control device 27.
  • the tank 29 is connected via a further hydraulic line 33 to the terminal T of the control device 27.
  • the two chambers of the cylinder 18 are connected via lines 35 and 36 to the terminals A1 and B1 of the control device 27.
  • the chambers of the cylinder 22 are connected via lines 38 and 39 to the terminals A2 and B2 of the control device 27.
  • Two schematically illustrated hydraulic valves 41 and 42 control the cylinders 18 and 22 supplied quantities of pressure medium.
  • a valve 41 supplied to the control signal y st1 determines the cylinder 18 supplied Pressure medium amount, which is referred to below with Q 1 .
  • a control signal y st2 supplied to the valve 42 determines the quantity of pressure medium supplied to the cylinder 22, which is designated below by Q 2 .
  • the control signal y st1 supplied to the valve 41 is additionally supplied to a block 44. Its output signal is supplied to the valve 42 as a control signal y st2 .
  • the transmission behavior of the block 44 is chosen so that the ratio Q 2 / Q 1 of the cylinders 22 and 18 supplied pressure fluid quantities Q 2 and Q 1 , taking into account the structural design of the valves 41 and 42 regardless of the size of the control signal y st1 is held at a constant value, which is denoted below by K Q.
  • K Q the ratio of the cylinders 22 and 18 supplied pressure fluid quantities
  • the control device 27 To lift the blade 14, the control device 27 to the cylinder 18 via line 35 pressure medium.
  • the supplied pressure medium quantity Q 1 is determined by the valve 41 supplied to the control signal y st1 .
  • the piston of the cylinder 18 extends according to the supplied pressure medium quantity Q 1 and rotates the boom 12 in the counterclockwise direction. Without a simultaneous pressure medium supply to the cylinder 22, the upper edge of the blade 14 would rotate in a counterclockwise direction relative to the substrate 16. So that the blade upper edge retains its original angular position relative to the base 16, the control device 27 supplies the cylinder 22 - simultaneously with the pressure medium supply to the cylinder 18 - via the line 38 to a pressure medium quantity Q 2 determined by the control signal y st2 .
  • the piston of the cylinder 22 extends, and the blade 14 rotates clockwise.
  • the the Cylinder 22 supplied pressure medium quantity Q 2 is so matched to the cylinder 18 supplied pressure medium quantity Q 1 , that the clockwise rotational movement of the blade 14 caused by the lifting of the boom 12, counterclockwise rotational movement of the blade 14 just balances.
  • the valve 42 is controlled so that the pressure medium quantity Q 2 regardless of the size of the valve 41 supplied control signal y st1 , which determines the pressure medium quantity Q 1 , in a fixed ratio to the cylinder 18 for the actuation of the boom 12 supplied pressure medium quantity Q 1 is.
  • the factor K Q is a constant value, which is determined by the structural design of the working machine 10 and the dimensioning of the cylinders 18 and 22.
  • the value of K Q indicates in which ratio the pressure medium quantity Q 2 supplied to the cylinder 22 must be equal to the pressure medium quantity Q 1 supplied to the cylinder 18, so that when the boom 12 is raised or lowered, the blade 14 essentially changes its angular position with respect to the ground 16 maintains.
  • the size of the factor K Q can be determined by calculations into which the structural design of the working machine 10 and the dimensioning of the cylinders 18 and 22 are received.
  • Another way to determine the size of the factor K Q is to provide temporarily in the testing phase of the work machine 10 a position controller for the blade 14, in particular during the raising and lowering of the boom 12, the angular position of the upper edge of the blade 14 with respect of the subsurface 16 keeps constant. During this time, the connection between the control signals y st1 and y st2 via the block 44 is interrupted. As a control variable y st2 the valve 42 is instead supplied to the manipulated variable of the position controller, not shown in the figure 1. The pressure medium quantities Q 1 and Q 2 supplied to the cylinders 18 and 22 are recorded as a function of the control signal y st1 .
  • the factor K Q results from a comparison of the cylinder 22 supplied pressure medium quantity Q 2 with the cylinder 18 supplied pressure medium quantity Q 1 , which is predetermined by the control signal y st1 .
  • the position controller is no longer needed.
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of the control device 27 initially shown in general form in FIG. 1.
  • the valves 41 and 42 are formed in this embodiment as pressure-controlled directional control valves. Serving as control signals for the valve 41 are p st1A and p st1B designated control pressures.
  • Control signals for the valve 42 are control pressures designated by p st2A and p st2B .
  • the valve 41 has a slide 47 which is clamped between two springs 48 and 49.
  • the slide 47 is acted upon in one direction by the control pressure p st1A against the force of the spring 48.
  • the control pressure p st1B against the force of the spring 49.
  • the springs 48 and 49 hold the slider 47 in a defined rest position when it is not acted upon by one of the other side with a control pressure. If the slide 47 is acted upon by the control pressure p st1A, it compresses the spring 48 so far; until the product of the control pressure P st1A and the area of the slide 47 acted upon by it is equal to the force of the spring 48.
  • the resulting position of the slide 47 is a measure of the control pressure with which the slider 47 is acted upon.
  • the spool 47 is provided with a first pressure medium flow to the cylinder 18 controlling notch.
  • Such a notch is described below with reference to FIG 5 in connection with an embodiment of the valve 42 in more detail.
  • the notch extends in the longitudinal direction of the slide 47 and determines together with a control edge the size of the passage cross section A A1 of the valve 41 at a pressure medium flow from the port A1 of the valve 41 via line 35 into the bottom chamber of the cylinder 18.
  • the notch is so designed that there is a linear relationship between the related to the control edge position of the slider 47 and the flow area A A1 .
  • control pressure p st1A there is also a linear relationship between the control pressure p st1A and the flow area A A1 .
  • the assignment between the control pressure p st1A and the cylinder 18 supplied pressure medium quantity Q 1 is in this embodiment chosen that upon actuation of the slide 47 with the control pressure p st1A the pressure medium as described above flows from the designated A1 connection of the valve 41 in the bottom-side chamber of the cylinder 18. As already described with reference to FIG. 1, such a pressure medium flow leads to a lifting of the boom 12.
  • the pusher 47 If the pusher 47 is supplied with the control pressure p st1B from the opposite side, it compresses the spring 49 until the product of the control pressure p st1B and the area of the pusher 47 acted upon by it is equal to the force of the spring 49.
  • the slider 47 is provided with a further also extending in the longitudinal direction of the slider 47 notch. This notch determines together with another control edge the size of the passage cross section A B1 of the valve 41 for a pressure medium flow from the terminal B1 of the valve 41 via the line 36 to the rod-side chamber of the cylinder 18. This notch is formed so that between the on the control edge related position of the slider 47 and the passage cross section A B1 is a linear relationship.
  • the valve 42 is constructed in the same way as the valve 41.
  • a slider 50 is held between two springs 51 and 52.
  • the control pressures supplied to the valve 42 are designated p st2A and p st2B .
  • the slide 50 is provided on both sides with notches which, in cooperation with a control edge of the valve 42, determine the size of the passage cross sections designated A A2 and A B2 as a function of the deflection of the slide 50. In this case, there is a linear relationship both between the passage cross-section A A2 and the slider 50 fed from one side control pressure p st2A and between the designated A B2 passage cross-section and the slider 50 from the opposite side supplied control pressure p st2B .
  • assemblies of disk-structured control blocks can be used.
  • the diameter of the holes for the valves of the valves are generally the same size.
  • the acted upon by the control pressure surfaces of the slide are the same size.
  • the spring constants of the springs are the same, only the configuration of the notches remains as a variable for the passage cross section of the valves which is dependent on the control pressure.
  • a first pilot control device 55 which is preferably designed as a joystick, supplies the control pressures p st1A and p st1B for the valve 41.
  • the control pressures p st1A and p st1B adjust according to the deflection of the joystick.
  • the control pressure p st1A is supplied to the slide 47 via a line 56.
  • the control pressure p st1B is supplied to the slide 47 via a further line 57.
  • Another pilot control device 60 which is preferably likewise designed as a joystick, supplies control pressures designated by p st3A and p st3B .
  • the control pressures p st3A and P st3B adjust according to the displacement of the joystick of the pilot control device 60.
  • From the pilot control unit 60 lead lines 61 and 62 to the slider 50 of the valve 42.
  • the input of the valve 42 for the control pressure p st2A is a shuttle valve 65 upstream.
  • a switching valve 66 is arranged, which acts in its working position the one input of the shuttle valve 65 to the control pressure p st1A . In its rest position shown in Figure 2, the switching valve 66 interrupts the connection between the conduit 56 and the shuttle valve 65. However, the following is the case considered that the switching valve 66 is in its working position.
  • the other input of the shuttle valve 65 is supplied via line 61, the control pressure p st3A .
  • the shuttle valve 65 forwards the higher of the two control pressures supplied to it as the control pressure p st2A to the spool 50 of the valve 42.
  • a shuttle valve 68 is connected upstream of the input of the valve 42 for the control pressure p st2B .
  • a further switching valve 69 is arranged between the line 57 and the one input of the shuttle valve 68.
  • the switching valve 69 acts in its working position the one input of the shuttle valve 68 with the control pressure p st1B . In the rest position shown in Figure 2, the switching valve 69 interrupts the connection between the conduit 57 and the shuttle valve 68.
  • the switching valve 69 is in its working position.
  • the other input of the shuttle valve 68 is supplied via line 62, the control pressure p st3B .
  • the shuttle valve 68 forwards the higher of the two control pressures supplied to it to the spool 50 of the valve 42 as the control pressure p st2B .
  • a further shuttle valve 71 and 72 is respectively arranged.
  • the shuttle valve 71 passes the higher of the chamber pressures of the cylinder 18 to the one input of another shuttle valve 73 on.
  • the shuttle valve 72 relays the higher of the chamber pressures of the cylinder 22 to the other input of the shuttle valve 73.
  • the shuttle valve 73 forwards the higher of the pressures supplied to it as a reference variable to a pump regulator 75 and to the connection of the valves 41 and 42 denoted by LS. This pressure acts it is the highest load pressure, hereinafter referred to as p Lmax .
  • the pump controller 75 adjusts the delivery volume of the pump 28 such that the pump pressure indicated by pp is equal to the sum of the pressure p Lmax and the pressure equivalent p 0 of a spring 76 acting on the pump regulator 75 in the same direction as the pressure p Lmax .
  • the pressure p p assumes a value which is correspondingly smaller than the sum of p Lmax and p 0 .
  • the control pressure p st1A (50%) is also supplied to the valve 42 via the switching valve 66 and the shuttle valve 65 as the control pressure p st2A .
  • control pressure p st3A is zero, but in any case less than the control pressure p st1A . If the blade 14 is to be emptied during lifting , the control pressure p st3A is increased relative to the control pressure p st1A . In this case, the blade 14 rotates clockwise at the speed determined by the control pressure p st3A . Since the blade 14 now rotates clockwise at a speed greater than that for maintaining the position of its upper edge, it is possible to tilt material from the blade 14 in this manner.
  • FIG. 3 shows further details of the control device, insofar as they are necessary for lifting the blade 14.
  • the controlled by the valve 41 pressure fluid flow Q 1 flows through a downstream pressure compensator 79, a load-holding valve 80 and the line 35 in the bottom chamber of the cylinder 18.
  • the controlled by the valve 42 pressure fluid flow Q 2 flows through a downstream pressure compensator 85, a load-holding valve 86 and the line 38 in the bottom-side chamber of the cylinder 22.
  • the counter-valve 87 allows the blade 14 also to control with pulling load by controlling the inlet cross section of the valve 42.
  • the pressure p st1A supplied to the valve 41 as the control pressure is also supplied to the valve 42 as the control pressure.
  • the control pressure p st2A is thus equal to the control pressure p st1A .
  • the pressure compensators 79 and 85 ensure that both the pressure designated by p v1 between the valve 41 and the pressure compensator 79 and the pressure designated by p v2 between the valve 42 and the pressure compensator 85 are kept equal to the highest load pressure p Lmax .
  • the pressure balance associated with the cylinder with the highest load pressure is fully open and the other pressure balance is in a control position in which the pressure dropping on it is equal to the difference between the highest load pressure and the load pressure of the cylinder assigned to it.
  • the cylinders 18 and 22 supplied pressure fluid quantities Q 1 and Q 2 thus correspond to the passage cross sections of the valves 41 and 42.
  • FIG. 4 shows the pressure medium flow during lowering of the boom 12 with simultaneous rotary movement of the blade 14 in the counterclockwise direction.
  • a counter-holding valve 91 is provided, which is controlled by the pressure in the rod-side chamber of the cylinder 18 leading line 36. This makes it possible to control the boom 12 even with a pulling load by controlling the inlet cross section of the valve 41.
  • valves 41 and 42 it is possible to empty the blade 14 when lifting the boom 12 only via the control pressure p st1A .
  • the valve 41 is provided with a stop for the slide 47, whose position corresponds to the maximum value Q 1max of the pressure medium quantity Q 1 .
  • the spring constant of the spring 48 is selected so that the slide 47 reaches the stop already at approximately 65% of the maximum value p st1Amax of the control pressure p st1A . In this position of the slide 47, the maximum pressure medium quantity Q 1max flows .
  • the valve 42 is also provided with a stop for its slide 50.
  • the spring constant of the spring 51 is selected so that at the pressure at which the slider 47 already abuts against its stop, it has traveled only about 65% of its way.
  • the control pressure p st1A is a value between zero and 0.65 ⁇ p st1Amax
  • the relationship between the pressure medium quantities Q 2 and Q 1 is ensured by a corresponding design of the passage cross-section of the valves 41 and 42 determining notches. If the control pressure p st1A is now increased above the value of 0.65 ⁇ p st1Amax to Pst1Amax, then the slider 50 moves in the direction of its stop while the slider 47 remains at its stop.
  • FIG. 5 shows the relationship between the control pressure p st and the pressure medium quantities Q 1 and Q 2 supplied to the cylinders 18 and 22 in the form of a diagram.
  • the control pressure is abbreviated to p st in FIG. 5, since the control pressure p st2A supplied to the valve 42 is equal to the control pressure P st1A .
  • the factor K Q has a value of 0.5 in the graph for the range of 5% to 65% of p stmax .
  • the range of 0% to 5% of p stmax corresponds to a positive overlap of the valves 41 and 42, in which no pressure fluid to the cylinders 18 and 22 flows.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the slide 50 of the valve 14 actuating the valve 42 in a schematic representation.
  • 94 of the stop is designated, at which the slider 50 is applied when the control pressure p st2A , which is applied to the slider 50, equal to p st1Amax .
  • the slider 50 is shown in the position which it occupies when it is subjected to no control pressure.
  • the slider 50 is provided with a notch 95 having two portions 96 and 97.
  • the notch 95 upon actuation of the spool 50 with the control pressure p st2A results in a passage cross-section A A2 from the port P to the port A, which in the first region 96 in the ratio given by the factor K Q to the corresponding Passage cross-section A A1 of the valve 41 is.
  • the relationship with the passage cross-section A A2 of the valve 41 is selected so that, as described above, emptying of the blade 14 during the lifting of the boom 12 is possible.
  • FIG. 7 shows a representation corresponding to FIG. 2 of a further embodiment of the control device 27 shown in FIG. 1.
  • hydraulically controlled switching valves 66 * and 69 * are provided in FIG.
  • the switching valves 66 * and 69 * are controlled by the control pressure p st1B for the rotational movement of the boom 12 in the lowering direction such that they occupy the switching position shown in Figure 7 up to an adjustable threshold p sts . If the control pressure p st1B exceeds the threshold value p sts , the switching valves 66 * and 69 * assume the other switching position in which the one input of the shuttle valve 65 or 68 is connected to the tank 29.
  • the switching valves 66 * and 69 * are switched to the switching position in which the rotational movement of the blade 14 is controlled solely by the control pressure p st3A or p st3B of the pilot control device 60.
  • the control pressure p st1B is increased to a value which is greater than the threshold value p sts , which in turn is greater than the value corresponding to the maximum descent rate.
  • This control pressure causes on the one hand, that the slider 47 of the valve 41 is driven so that it occupies the floating position, and on the other hand, that the position of the slider 50 of the valve 42 is influenced neither by the control pressure p st1B nor by the control pressure p st1A .
  • the pilot control device 55 is constructed so that the control pressure Pst1A is equal to the tank pressure at least when the control pressure p st1B is greater than the threshold value psts , the valve 66 * may be omitted. Because in this case is also without the valve 66 * ensures that the pressure P st1A is less than or at most equal to the pressure p st3A .
  • an electrically controlled valve 66 (as shown in FIG. 2) instead of the hydraulically controlled valve 66 *. This embodiment makes it possible to arbitrarily render ineffective the volumetric flow distribution according to the invention during the lifting of the boom 12.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Arbeitsgerät mit einer an einem Ausleger gehaltenen Schaufel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei einem derartigen Arbeitsgerät, z. B. einem Radlader, ist der Ausleger drehbar an dem Rahmen des Arbeitsgeräts gehalten. Die Betätigung des Auslegers erfolgt durch einen ersten hydraulischen Zylinder, der an dem Rahmen des Arbeitsgeräts und an dem Ausleger angreift. Der Drehwinkel des Auslegers ist durch den Hub des ersten Zylinders begrenzt. Die Schaufel ist an dem Ausleger drehbar gehalten. Für die Betätigung der Schaufel ist ein zweiter hydraulischer Zylinder vorgesehen, der an dem Ausleger und an der Schaufel angreift. Der Drehwinkel der Schaufel ist durch den Hub des zweiten Zylinders begrenzt. Die Betätigung der Zylinder erfolgt bei doppeltwirkenden Zylindern durch Zufuhr von Druckmittel zu der einen Kammer eines Zylinders und gleichzeitige Abfuhr von Druckmittel aus der jeweils anderen Kammer des Zylinders. Um die Schaufel eines derartigen Arbeitsgerätes anzuheben, wird der Ausleger um seinen Anlenkpunkt an dem Rahmen des Arbeitsgeräts gedreht. Erfolgt dabei keine Druckmittelzufuhr zu dem für die Drehbewegung der Schaufel vorgesehenen Zylinder, behält die Schaufel ihren Winkel zu dem Ausleger bei, d. h. die Schaufel wird - wie bei einer starren Verbindung zwischen dem Ausleger und der Schaufel - entsprechend der Drehbewegung des Auslegers mitgenommen. Dies führt dazu, daß die Schaufel gegenüber ihrer ursprünglichen Winkellage bezüglich des Untergrunds gekippt wird. Dabei besteht die Gefahr, daß Material aus der gekippten Schaufel herausfällt. Aus der Schaufel fallendes Material kann den Bediener gefährden, insbesondere dann, wenn sich die Kabine des Arbeitsgeräts in diesem Bereich befindet. Auch um eine derartige Gefährdung auszuschließen, wird gefordert, daß die Schaufel beim Anheben ihre auf den Untergrund bezogene Winkellage unabhängig von der Drehbewegung des Auslegers beibehält.
  • Um dieser Forderung nachzukommen, sind bereits unterschiedliche Maßnahmen ergriffen worden. So wurde z. B. durch eine besondere Ausgestaltung der Kinematik des Auslegers und der Schaufel anstelle von Drehgelenken für den Ausleger und die Schaufel eine mechanische Parallelführung der Schaufel beim Anheben des Auslegers verwirklicht. Eine andere Lösung besteht darin, den Lagewinkel der Schaufel zu einer Bezugsebene, z. B. zur Horizontalen, zu regeln. Hierzu wird der Lagewinkel der Schaufel mit einem elektrischen Lagesensor gemessen und mit einem Lagesollwert verglichen. Bei einer Abweichung des Ausgangssignals des Lagesensors von dem Lagesollwert wird der für die Drehbewegung der Schaufel vorgesehene Zylinder während des Anhebens des Auslegers derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß die Schaufel ihre ursprüngliche Lage bezüglich der Horizontalen wieder annimmt. Damit ist dafür gesorgt, daß die Schaufel beim Anheben ihre Winkellage beibehält. Eine weitere Möglichkeit, dafür zu sorgen, daß die Schaufel beim Anheben ihre Winkellage beibehält, besteht darin, zusätzlich zu den Ventilen, die die den Zylindern zugeführte Druckmittelmenge steuern, einen Steuerblock vorzusehen, der einen vorbestimmten Teil des Druckmittels, das beim Anheben des Auslegers aus dem Zylinder für die Betätigung des Auslegers verdrängt wird, dem Zylinder für die Drehbewegung der Schaufel zuführt. Der Einsatz eines derartigen Steuerblocks ist mit nicht zu vernachlässigenden Kosten verbunden. Außerdem beansprucht ein derartiger Steuerblock zusätzlichen Platz und erfordert eine Verrohrung seiner Anschlüsse mit den Zylindern und den Ventilen für die Betätigung des Auslegers und der Schaufel.
  • Aus der JP-A-2001-090703 und US 6 561 751 , die eine Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart, ist eine hydraulische Steuereinrichtung nach dem Load-Sensing-Prinzip mit zwei hydraulischen Zylindern bekannt, mit denen der Ausleger und die Schaufel eines Radladers betätigbar sind. Zu der Steuereinrichtung gehören zwei Ventile, von denen das erste Ventil die Druckmittelzufuhr von einer Pumpe zu einem ersten der beiden Zylinder steuert und das zweite Ventil die Druckmittelzufuhr von der Pumpe zu dem zweiten Zylinder steuert. Jedes Ventil weist einen Schieber, der an einer Fläche von einem einstellbaren, gegen die Kraft einer Feder wirkenden Steuerdruck beaufschlagbar ist und der mit seiner Position die Größe eines Durchlaßquerschnitts bestimmt. Die beiden Ventile können über dasselbe Vorsteuerventil gleichzeitig angesteuert werden, wobei dann die den beiden Zylindern zuströmenden Druckmittelmengen in einem festen Verhältnis zueinander stehen und dadurch die Schaufel beim Heben oder Senken des Auslegers ihre Ausrichtung bezüglich der Horizontalen weitgehend beibehält.
  • Die bekannte Steuereinrichtung weist außerdem zwei Druckwaagen auf, von denen die eine stromauf des Durchlaßquerschnitts des ersten Ventils und die andere stromauf des Durchlaßquerschnitts des anderen Ventils angeordnet ist und die in Schließrichtung von dem Druck stromauf des jeweiligen Durchlaßquerschnitts und in Öffnungsrichtung von dem Druck nach dem jeweiligen Durchlaßquerschnitt, also vom individuellen Lastdruck, und von einer Feder beaufschlagt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige hydraulische Steuereinrichtung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Steuereinrichtung gelöst. Für die Realisierung der Erfindung kann auf Baugruppen zurückgegriffen werden, die üblicherweise bei in Scheibenbauweise aufgebauten Steuerblöcken für eine lastunabhängige Durchflußverteilung verwendet werden und z. B. aus der EP 566 449 B1 bekannt sind.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Sie betreffen Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung mit druckgesteuerten Ventilen für die Zufuhr von Druckmittel zu den Zylindern.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
  • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit einer an einem Ausleger gehaltenen Schaufel sowie einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für eine derartige Arbeitsmaschine,
    Figur 2
    eine erste Ausgestaltung der in der Figur 1 dargestellten Steuereinrichtung,
    Figur 3
    Einzelheiten der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Steuereinrichtung soweit sie für eine Beschreibung der Aufwärtsbewegung des Auslegers erforderlich sind,
    Figur 4
    Einzelheiten des Druckmittelflusses bei der Abwärtsbewegung des Auslegers,
    Figur 5
    den Zusammenhang zwischen den den Ventilen zugeführten Steuerdrücken und den den Zylindern zugeführten Druckmittelmengen in Form eines Diagramms,
    Figur 6
    eine Ausgestaltung des Schiebers des die Schaufel betätigenden Ventils in schematischer Darstellung und
    Figur 7
    eine weitere Ausgestaltung der in der Figur 1 dargestellten Steuereinrichtung.
  • Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Arbeitsmaschine 10, an deren Rahmen 11 ein Ausleger 12 gehalten ist, der um einen Anlenkpunkt 13 drehbar ist. An dem Ausleger 12 ist eine Schaufel 14 gehalten, die um einen Anlenkpunkt 15 gegenüber dem Ausleger 12 drehbar ist. Der Untergrund, auf dem die Arbeitsmaschine 10 steht, ist mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Ein erster doppeltwirkender hydraulischer Zylinder 18 ist zwischen dem Rahmen 11 und dem Ausleger 12 angeordnet. Die entsprechenden Anlenkpunkte sind mit den Bezugszeichen 19 bzw. 20 versehen. Der Drehwinkel des Auslegers 12 ist durch den Hub des Zylinders 18 begrenzt. Ein zweiter doppeltwirkender hydraulischer Zylinder 22 ist zwischen dem Ausleger 12 und der Schaufel 14 angeordnet. Die entsprechenden Anlenkpunkte sind mit den Bezugszeichen 23.bzw. 24 versehen. Der Drehwinkel der Schaufel 14 ist durch den Hub des Zylinders 22 begrenzt. Eine Steuereinrichtung 27 mit sechs Anschlüssen P, T, A1, B1, A2, B2 für hydraulisches Druckmittel steuert den Druckmittelfluß von einer Pumpe 28 zu den Zylindern 18 und 22 und von den Zylindern 18 und 22 zurück zu einem Tank 29. Die Pumpe 28 ist in vorteilhafter Weise als Verstellpumpe ausgebildet. Sie ist über eine erste hydraulische Leitung 31 mit dem Tank 29 und über eine weitere Leitung 32 mit dem Anschluß P der Steuereinrichtung 27 verbunden. Der Tank 29 ist über eine weitere hydraulische Leitung 33 mit dem Anschluß T der Steuereinrichtung 27 verbunden. Die beiden Kammern des Zylinders 18 sind über Leitungen 35 und 36 mit den Anschlüssen A1 bzw. B1 der Steuereinrichtung 27 verbunden. In gleicher Weise sind die Kammern des Zylinders 22 über Leitungen 38 und 39 mit den Anschlüssen A2 bzw. B2 der Steuereinrichtung 27 verbunden. Zwei schematisch dargestellte hydraulische Ventile 41 und 42 steuern die den Zylindern 18 bzw. 22 zugeführten Druckmittelmengen. Ein dem Ventil 41 zugeführtes Steuersignal yst1 bestimmt die dem Zylinder 18 zugeführte Druckmittelmenge, die im Folgenden mit Q1 bezeichnet ist. In gleicher Weise bestimmt ein dem Ventil 42 zugeführtes Steuersignal yst2 die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge, die im Folgenden mit Q2 bezeichnet ist. Das dem Ventil 41 zugeführte Steuersignal yst1 ist zusätzlich einem Block 44 zugeführt. Dessen Ausgangssignal ist dem Ventil 42 als Steuersignal yst2 zugeführt. Das Übertragungsverhalten des Blocks 44 ist dabei so gewählt, daß das Verhältnis Q2/Q1 der den Zylindern 22 und 18 zugeführten Druckmittelmengen Q2 bzw. Q1 unter Berücksichtigung des konstruktiven Aufbaus der Ventile 41 und 42 unabhängig von der Größe des Steuersignals yst1 auf einem konstanten Wert gehalten ist, der im Folgenden mit KQ bezeichnet ist. Für die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q2 gilt somit die Beziehung Q2 = KQ × Q1.
  • Zum Heben der Schaufel 14 führt die Steuereinrichtung 27 dem Zylinder 18 über die Leitung 35 Druckmittel zu. Die zugeführte Druckmittelmenge Q1 ist durch das dem Ventil 41 zugeführte Steuersignal yst1 bestimmt. Der Kolben des Zylinders 18 fährt entsprechend der zugeführten Druckmittelmenge Q1 aus und dreht den Ausleger 12 im Gegenuhrzeigersinn. Ohne eine gleichzeitige Druckmittelzufuhr zu dem Zylinder 22 würde sich die Oberkante der Schaufel 14 im Gegenuhrzeigersinn gegenüber dem Untergrund 16 drehen. Damit die Schaufeloberkante ihre ursprüngliche Winkellage zu dem Untergrund 16 beibehält, führt die Steuereinrichtung 27 dem Zylinder 22 - gleichzeitig mit der Druckmittelzufuhr zu dem Zylinder 18 - über die Leitung 38 eine durch das Steuersignal yst2 bestimmte Druckmittelmenge Q2 zu. Dadurch fährt der Kolben des Zylinders 22 aus, und die Schaufel 14 dreht sich im Uhrzeigersinn. Die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q2 ist dabei so auf die dem Zylinder 18 zugeführte Druckmittelmenge Q1 abgestimmt, daß die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehbewegung der Schaufel 14 die durch das Heben des Auslegers 12 hervorgerufene, im Gegenuhrzeigersinn erfolgende Drehbewegung der Schaufel 14 gerade ausgleicht. Hierfür ist das Ventil 42 so angesteuert, daß die Druckmittelmenge Q2 unabhängig von der Größe des dem Ventil 41 zugeführten Steuersignals yst1, das die Druckmittelmenge Q1 bestimmt, in einem festen Verhältnis zu der dem Zylinder 18 für die Betätigung des Auslegers 12 zugeführten Druckmittelmenge Q1 steht. Die Steuereinrichtung 27 steuert somit das Ventil 42 derart an, daß für die Druckmittelmengen Q1 und Q2 die Beziehung Q2 = KQ × Q1 unabhängig von der Größe des Steuersignals yst1 erfüllt ist. Bei dem Faktor KQ handelt es sich um einen konstanten Wert, der durch den konstruktiven Aufbau der Arbeitsmaschine 10 und die Dimensionierung der Zylinder 18 und 22 bestimmt ist. Der Wert von KQ gibt an, in welchem Verhältnis die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q2 zu der dem Zylinder 18 zugeführten Druckmittelmenge Q1 stehen muß, damit beim Heben oder Senken des Auslegers 12 die Schaufel 14 ihre Winkellage bezüglich des Untergrunds 16 im Wesentlichen beibehält. Die Größe des Faktors KQ läßt sich durch Berechnungen, in die die konstruktive Ausgestaltung der Arbeitsmaschine 10 und die Dimensionierung der Zylinder 18 und 22 eingehen, bestimmen. Eine andere Möglichkeit, die Größe des Faktors KQ zu ermitteln, besteht darin, in der Erprobungsphase der Arbeitsmaschine 10 vorübergehend einen Lageregler für die Schaufel 14 vorzusehen, der insbesondere beim Heben und Senken des Auslegers 12 die Winkellage der Oberkante der Schaufel 14 bezüglich des Untergrunds 16 konstant hält. In dieser Zeit ist die Verbindung zwischen den Steuersignalen yst1 und yst2 über den Block 44 unterbrochen. Als Steuergröße yst2 ist dem Ventil 42 stattdessen die Stellgröße des in der Figur 1 nicht dargestellten Lagereglers zugeführt. Die den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q1 bzw. Q2 werden in Abhängigkeit von dem Steuersignal yst1 aufgezeichnet. Der Faktor KQ ergibt sich durch einen Vergleich der dem Zylinder 22 zugeführten Druckmittelmenge Q2 mit der dem Zylinder 18 zugeführten Druckmittelmenge Q1, die durch das Steuersignal yst1 vorgegeben ist. Nachdem der Faktor KQ in der beschriebenen Weise ermittelt worden ist, wird der Lageregler nicht mehr benötigt. Der Lageregler wird entfernt und die Verbindung zwischen den Steuersignalen yst1 und yst2 über den Block 44 wieder hergestellt. Danach wird das Übertragungsverhalten des Blocks 44 auf der Grundlage des zuvor ermittelten Wertes für den Faktor KQ so eingestellt; daß die Beziehung Q2 = KQ × Q1 erfüllt ist.
  • Die Figur 2 zeigt eine detailliertere Darstellung der in der Figur 1 zunächst in allgemeiner Form dargestellten Steuereinrichtung 27. Aus Platzgründen sind in der Figur 2 nur die Zylinder 18 und 22 jedoch keine konstruktiven Einzelheiten der Arbeitsmaschine 10, wie der Rahmen 11, der Ausleger 12 oder die Schaufel 14, dargestellt. Die Ventile 41 und 42 sind in diesem Ausführungsbeispiel als druckgesteuerte Wegeventile ausgebildet. Als Steuersignale für das Ventil 41 dienen mit pst1A und pst1B bezeichnete Steuerdrücke. Als Steuersignale für das Ventil 42 dienen mit pst2A und pst2B bezeichnete Steuerdrücke.
  • Das Ventil 41 weist einen Schieber 47 auf, der zwischen zwei Federn 48 und 49 eingespannt ist. Der Schieber 47 ist in der einen Richtung von dem Steuerdruck pst1A gegen die Kraft der Feder 48 beaufschlagt. In der entgegengesetzten Richtung ist der Schieber 47 von dem Steuerdruck pst1B gegen die Kraft der Feder 49 beaufschlagt. Die Federn 48 und 49 halten den Schieber 47 in einer definierten Ruhelage, wenn er weder von der einen noch von der anderen Seite mit einem Steuerdruck beaufschlagt ist. Ist der Schieber 47 mit dem Steuerdruck pst1A beaufschlagt, drückt er die Feder 48 so weit zusammen; bis das Produkt aus dem Steuerdruck Pst1A und der von ihm beaufschlagten Fläche des Schiebers 47 gleich der Kraft der Feder 48 ist. Die sich dabei ergebende Stellung des Schiebers 47 ist ein Maß für den Steuerdruck, mit dem der Schieber 47 beaufschlagt ist. Der Schieber 47 ist mit einer ersten den Druckmittelfluß zu dem Zylinder 18 steuernden Kerbe versehen. Eine derartige Kerbe ist weiter unten anhand der Figur 5 im Zusammenhang mit einer Ausgestaltung des Ventils 42 näher beschrieben. Die Kerbe verläuft in der Längsrichtung des Schiebers 47 und bestimmt zusammen mit einer Steuerkante die Größe des Durchlaßquerschnitts AA1 des Ventils 41 bei einem Druckmittelfluß von dem Anschluß A1 des Ventils 41 über die Leitung 35 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 18. Die Kerbe ist so ausgebildet, daß zwischen der auf die Steuerkante bezogenen Stellung des Schiebers 47 und dem Durchlaßquerschnitt AA1 ein linearer Zusammenhang besteht. Somit besteht auch zwischen dem Steuerdruck pst1A und dem Durchlaßquerschnitt AA1 ein linearer Zusammenhang. Die Zuordnung zwischen dem Steuerdruck pst1A und der dem Zylinder 18 zugeführten Druckmittelmenge Q1 ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, daß bei Beaufschlagung des Schiebers 47 mit dem Steuerdruck pst1A das Druckmittel wie oben beschrieben von dem mit A1 bezeichneten Anschluß des Ventils 41 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 18 fließt. Wie bereits anhand der Figur 1 beschrieben, führt ein derartiger Druckmittelstrom zu einem Heben des Auslegers 12.
  • Wird dem Schieber 47 von der entgegengesetzten Seite der Steuerdruck pst1B zugeführt, drückt er die Feder 49 so weit zusammen, bis das Produkt aus dem Steuerdruck pst1B und der von ihm beaufschlagten Fläche des Schiebers 47 gleich der Kraft der Feder 49 ist. Der Schieber 47 ist mit einer weiteren ebenfalls in Längsrichtung des Schiebers 47 verlaufenden Kerbe versehen. Diese Kerbe bestimmt zusammen mit einer weiteren Steuerkante die Größe des Durchlaßquerschnitts AB1 des Ventils 41 für einen Druckmittelfluß von dem Anschluß B1 des Ventils 41 über die Leitung 36 zu der stangenseitigen Kammer des Zylinders 18. Auch diese Kerbe ist so ausgebildet, daß zwischen der auf die Steuerkante bezogenen Stellung des Schiebers 47 und dem Durchlaßquerschnitt AB1 ein linearer Zusammenhang besteht. Damit besteht auch zwischen dem Steuerdruck pst1B und dem Durchlaßquerschnitt AB1 ein linearer Zusammenhang. Bei Beaufschlagung des Schiebers 47 mit dem Steuerdruck pst1B fließt das Druckmittel von dem mit B1 bezeichneten Anschluß in die stangenseitige Kammer des Zylinders 18. Dieser Druckmittelfluß fährt den Kolben des Zylinders 18 ein und senkt damit den Ausleger 12.
  • Das Ventil 42 ist in gleicher Weise aufgebaut wie das Ventil 41. Ein Schieber 50 ist zwischen zwei Federn 51 und 52 gehalten. Die dem Ventil 42 zugeführten Steuerdrücke sind mit pst2A und pst2B bezeichnet. Der Schieber 50 ist beidseitig mit Kerben versehen, die im Zusammenwirken mit einer Steuerkante des Ventils 42 die Größe der mit AA2 und AB2 bezeichneten Durchlaßquerschnitte in Abhängigkeit von der Auslenkung des Schiebers 50 bestimmen. Dabei besteht sowohl zwischen dem Durchlaßquerschnitt AA2 und dem dem Schieber 50 von der einen Seite zugeführten Steuerdruck pst2A als auch zwischen dem mit AB2 bezeichneten Durchlaßquerschnitt und dem dem Schieber 50 von der entgegengesetzten Seite zugeführten Steuerdruck pst2B ein linearer Zusammenhang. Bei einer Beaufschlagung des Schiebers 50 mit dem Steuerdruck pst2A wird der Schieber 50 gegen die Feder 51 gedrückt, und es fließt Druckmittel von dem Anschluß A2 über die Leitung 38 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 22. Wie bereits anhand der Figur 1 beschrieben, führt ein derartiger Druckmittelstrom zu einer Drehung der Schaufel 14 im Uhrzeigersinn. Bei einer Beaufschlagung des Schiebers 50 mit dem Steuerdruck pst2B wird der Schieber 50 gegen die Feder 52 gedrückt, und es fließt Druckmittel von dem Anschluß B2 über die Leitung 39 in die stangenseitige Kammer des Zylinders 22. Dieser Druckmittelstrom führt zu einer Drehung der Schaufel 14 im Gegenuhrzeigersinn.
  • Für die Realisierung der Erfindung können Baugruppen von in Scheibenbauweise aufgebauten Steuerblöcken verwendet werden. Bei derartigen Baugruppen sind die Durchmesser der Bohrungen für die Schieber der Ventile im Allgemeinen gleich groß. Damit sind auch die von dem Steuerdruck beaufschlagten Flächen der Schieber gleich groß. Als Variable für den von dem Steuerdruck abhängigen Durchlaßquerschnitt der Ventile stehen damit noch die Federkonstante und die Ausgestaltung der mit einer Steuerkante zusammenwirkenden Kerben zur Verfügung. Sind auch die Federkonstanten der Federn gleich, verbleibt als Variable für den von dem Steuerdruck abhängigen Durchlaßquerschnitt der Ventile nur noch die Ausgestaltung der Kerben.
  • Ein erstes Vorsteuergerät 55, das vorzugsweise als Joystick ausgebildet ist, liefert die Steuerdrücke pst1A und pst1B für das Ventil 41. Die Steuerdrücke pst1A und pst1B stellen sich entsprechend der Auslenkung des Joysticks ein. Der Steuerdruck pst1A ist dem Schieber 47 über eine Leitung 56 zugeführt. In gleicher Weise ist der Steuerdruck pst1B dem Schieber 47 über eine weitere Leitung 57 zugeführt. Ein weiteres Vorsteuergerät 60, das vorzugsweise ebenfalls als Joystick ausgebildet ist, liefert mit pst3A und pst3B bezeichnete Steuerdrücke. Die Steuerdrücke pst3A und Pst3B stellen sich entsprechend der Auslenkung des Joysticks des Vorsteuergeräts 60 ein. Von dem Vorsteuergerät 60 führen Leitungen 61 und 62 zu dem Schieber 50 des Ventils 42. Dem Eingang des Ventils 42 für den Steuerdruck pst2A ist ein Wechselventil 65 vorgeschaltet. Zwischen der Leitung 56 und dem einen Eingang des Wechselventils 65 ist ein Schaltventil 66 angeordnet, das in seiner Arbeitsstellung den einen Eingang des Wechselventils 65 mit dem Steuerdruck pst1A beaufschlagt. In seiner in der Figur 2 dargestellten Ruhestellung unterbricht das Schaltventil 66 die Verbindung zwischen der Leitung 56 und dem Wechselventil 65. Im Folgenden wird jedoch der Fall betrachtet, daß sich das Schaltventil 66 in seiner Arbeitsstellung befindet. Dem anderen Eingang des Wechselventils 65 ist über die Leitung 61 der Steuerdruck pst3A zugeführt. Das Wechselventil 65 leitet den höheren der beiden ihm zugeführten Steuerdrücke als Steuerdruck pst2A an den Schieber 50 des Ventil 42 weiter. In entsprechender Weise ist dem Eingang des Ventils 42 für den Steuerdruck pst2B ein Wechselventil 68 vorgeschaltet. Zwischen der Leitung 57 und dem einen Eingang des Wechselventils 68 ist ein weiteres Schaltventil 69 angeordnet. Das Schaltventil 69 beaufschlagt in seiner Arbeitsstellung den einen Eingang des Wechselventils 68 mit dem Steuerdruck pst1B. In der in der Figur 2 dargestellten Ruhestellung unterbricht das Schaltventil 69 die Verbindung zwischen der Leitung 57 und dem Wechselventil 68. Im Folgenden wird auch hier der Fall betrachtet, daß sich das Schaltventil 69 in seiner Arbeitsstellung befindet. Dem anderen Eingang des Wechselventils 68 ist über die Leitung 62 der Steuerdruck pst3B zugeführt. Das Wechselventil 68 leitet den höheren der beiden ihm zugeführten Steuerdrücke als Steuerdruck pst2B an den Schieber 50 des Ventil 42 weiter.
  • Zwischen den Leitungen 35 und 36 sowie zwischen den Leitungen 38 und 39 ist jeweils ein weiteres Wechselventil 71 bzw. 72 angeordnet. Das Wechselventil 71 leitet den höheren der Kammerdrücke des Zylinders 18 an den einen Eingang eines weiteren Wechselventils 73 weiter. Das Wechselventil 72 leitet den höheren der Kammerdrücke des Zylinders 22 an den anderen Eingang des Wechselventils 73 weiter. Das Wechselventil 73 leitet den höheren der ihm zugeführten Drücke als Führungsgröße an einen Pumpenregler 75 weiter sowie an den mit LS bezeichneten Anschluß der Ventile 41 und 42. Bei diesem Druck handelt es sich um den höchsten Lastdruck, der im Folgenden mit pLmax bezeichnet ist. Der Pumpenregler 75 stellt das Fördervolumen der Pumpe 28 derart ein, daß der mit pp bezeichnete Pumpendruck gleich der Summe aus dem Druck pLmax und dem Druckäquivalent p0 einer in der gleichen Richtung wie der Druck pLmax auf den Pumpenregler 75 wirkenden Feder 76 ist. Bei sogenannter Mangelversorgung, d. h. wenn das maximale Fördervolumen der Pumpe 28 nicht ausreicht, das obengenannte Druckgleichgewicht zu erreichen, nimmt der Druck pp einen Wert an, der entsprechend kleiner als die Summe von pLmax und p0 ist.
  • Für die Beschreibung der Funktion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird davon ausgegangen, daß die Schaufel 14 auf dem Untergrund 16 aufliegt und die Oberkante der Schaufel 14 parallel zu dem Untergrund 16 ausgerichtet ist. Um die Schaufel 14 aus dieser Stellung anzuheben, wird der Joystick des Vorsteuergeräts 55 aus seiner Ruhelage ausgelenkt und dem Ventil 41 ein Steuerdruck pst1A(50%) zugeführt, der z. B. 50 % des mit pst1Amax bezeichneten maximalen Werts des Steuerdrucks pst1A entspricht. Wie im Zusammenhang mit der Figur 3 noch erläutert wird, entspricht diesem Steuerdruck ein Druckmittelstrom Q1(50%), der in die bodenseitige Kammer des Zylinders 18 fließt. Dieser Druckmittelstrom dreht den Ausleger 12 im Gegenuhrzeigersinn um den Anlenkpunkt 13 und hebt dabei die Schaufel 14 an. Der Steuerdruck pst1A(50%) ist außerdem dem Ventil 42 über das Schaltventil 66 und das Wechselventil 65 als Steuerdruck pst2A zugeführt. Der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck pst2A = Pst1A(50%) führt zu einem Druckmittelstrom Q2 = KQ × Q1(50%) in die bodenseitige Kammer des Zylinders 22, der die Schaufel 14 im Uhrzeigersinn gerade so stark dreht, daß die Oberkante der Schaufel 14 beim Anheben ihre ursprüngliche Lage bezogen auf den Untergrund 16 beibehält. Bei diesen Überlegungen wurde davon ausgegangen, daß der Steuerdruck pst3A gleich Null, auf alle Fälle aber kleiner als der Steuerdruck pst1A ist. Soll die Schaufel 14 während des Anhebens entleert werden, wird der Steuerdruck pst3A gegenüber dem Steuerdruck pst1A erhöht. In diesem Fall dreht sich die Schaufel 14 mit der durch den Steuerdruck pst3A bestimmten Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn. Da die Schaufel 14 sich jetzt mit einer Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn dreht, die größer als die für das Aufrechterhalten der Lage ihrer Oberkante ist, ist es möglich, auf diese Weise Material aus der Schaufel 14 zu kippen.
  • Ausgehend von den Figuren 1 und 2 zeigt die Figur 3 weitere Einzelheiten der Steuereinrichtung, soweit sie für das Anheben der Schaufel 14 erforderlich sind. Der von dem Ventil 41 gesteuerte Druckmittelstrom Q1 fließt über eine nachgeschaltete Druckwaage 79, ein Lasthalteventil 80 sowie die Leitung 35 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 18. Der Rückfluß des Druckmittels aus der stangenseitigen Kammer des Zylinders 18 zum Tank 29 erfolgt über die Leitung 36. Der von dem Ventil 42 gesteuerte Druckmittelstrom Q2 fließt über eine nachgeschaltete Druckwaage 85, ein Lasthalteventil 86 sowie die Leitung 38 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 22. Der Rückfluß des Druckmittels aus der stangenseitigen Kammer des Zylinders 22 zum Tank 29 erfolgt über ein vom Druck in der Leitung 38 gesteuertes Gegenhalteventil 87 in der Leitung 39. Das Gegenhalteventil 87 erlaubt es, die Schaufel 14 auch bei ziehender Last durch Steuerung des Zulaufquerschnitts des Ventils 42 zu steuern. Der Druck pst1A, der dem Ventil 41 als Steuerdruck zugeführt ist, ist auch dem Ventil 42 als Steuerdruck zugeführt. Der Steuerdruck pst2A ist somit gleich dem Steuerdruck pst1A. Die Druckwaagen 79 und 85 sorgen dafür, daß sowohl der mit pv1 bezeichnete Druck zwischen dem Ventil 41 und der Druckwaage 79 als auch der mit pv2 bezeichnete Druck zwischen dem Ventil 42 und der Druckwaage 85 gleich dem höchsten Lastdruck pLmax gehalten ist. Hierzu ist die dem Zylinder mit dem höchsten Lastdruck zugeordnete Druckwaage voll geöffnet und die jeweils andere Druckwaage befindet sich in einer Regelstellung, in der der an ihr abfallende Druck gleich der Differenz zwischen dem höchsten Lastdruck und dem Lastdruck des ihr zugeordneten Zylinder ist. Der Druckabfall Δp1 = pp - pv1 über dem Ventil 41 ist dann gleich dem Druckabfall Δp2 = pp - pv2 über dem Ventil 42. Befindet sich der Pumpenregler 75 in seinem Regelbereich, ist der Druckabfall Δp1 über dem Ventil 41 ebenso wie der Druckabfall Δp2 über dem Ventil 42 gleich dem Druckäquivalent p0 der Feder 76. Die den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q1 bzw. Q2 entsprechen damit den Durchlaßquerschnitten der Ventile 41 und 42. Wählt man das Verhältnis der Durchlaßquerschnitte der Ventile 41 und 42 entsprechend dem für eine parallele Bewegung der Oberkante der Schaufel 14 erforderlichen Faktor KQ, ist das Verhältnis der den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q1 bzw. Q2 bei gleichen Steuerdrücken (pst2A = pst1A) unabhängig von der Größe des Steuerdrucks. Dieser Zusammenhang gilt auch im Fall der Mangelversorgung. In diesem Fall sind zwar die einzelnen Druckabfälle über den Ventilen 41 und 42 kleiner als p0, da die Druckabfälle aber unter sich gleich bleiben, ändert sich nichts an dem Verhältnis zwischen den den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q1 und Q2.
  • Die Figur 4 zeigt den Druckmittelfluß beim Senken des Auslegers 12 mit gleichzeitiger Drehbewegung der Schaufel 14 im Gegenuhrzeigersinn. In der von der bodenseitigen Kammer des Zylinders 18 zum Tank 29 führenden Leitung 35 ist ein Gegenhalteventil 91 vorgesehen, das von dem Druck in der zu der stangenseitigen Kammer des Zylinders 18 führenden Leitung 36 gesteuert ist. Damit ist es möglich, den Ausleger 12 auch bei ziehender Last durch Steuerung des Zulaufquerschnitts des Ventils 41 zu steuern.
  • Für die folgende Erläuterung wird wieder von der Figur 2 ausgegangen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ventile 41 und 42 ist es möglich, die Schaufel 14 beim Anheben des Auslegers 12 nur über den Steuerdruck pst1A zu entleeren. Hierfür ist das Ventil 41 mit einem Anschlag für den Schieber 47 versehen, dessen Lage dem maximalen Wert Q1max der Druckmittelmenge Q1 entspricht. Die Federkonstante der Feder 48 ist so gewählt, daß der Schieber 47 bereits bei ca. 65 % des maximalen Werts pst1Amax des Steuerdrucks pst1A den Anschlag erreicht. In dieser Lage des Schiebers 47 fließt die maximale Druckmittelmenge Q1max. Das Ventil 42 ist ebenfalls mit einem Anschlag für seinen Schieber 50 versehen. Jedoch ist die Federkonstante der Feder 51 so gewählt, daß sie bei dem Druck, bei dem der Schieber 47 bereits an seinem Anschlag anliegt, erst ca. 65 % seines Wegs zurückgelegt hat. In diesem Bereich, in dem der Steuerdruck pst1A einen Wert zwischen Null und 0,65 × pst1Amax aufweist, ist der Zusammenhang zwischen den Druckmittelmengen Q2 und Q1 durch eine entsprechende Ausgestaltung der den Durchlaßquerschnitt der Ventile 41 und 42 bestimmenden Kerben gewährleistet. Erhöht man jetzt den Steuerdruck pst1A über den Wert von 0,65 × pst1Amax bis auf Pst1Amax, so bewegt sich der Schieber 50 in Richtung seines Anschlags während der Schieber 47 an seinem Anschlag bleibt. Hierdurch verschiebt sich das Verhältnis zwischen den Druckmittelmengen Q2 und Q1 derart, daß die Drehbewegung der Schaufel 14 im Uhrzeigersinn die Drehbewegung des Auslegers 12 im Gegenuhrzeigersinn überwiegt, und die Schaufel 14 entleert sich. In diesem zweiten Bereich ist die Beziehung Q2 = KQ × Q1 nicht mehr erfüllt. Dies ist aber auch nicht erforderlich, da in diesem Bereich die Schaufel 14 beim Anheben des Auslegers gezielt entleert werden soll.
  • Die Figur 5 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Steuerdruck pst und den den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q1 bzw. Q2 in Form eines Diagramms. Der Steuerdruck ist in der Figur 5 verkürzt mit pst bezeichnet, da der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck pst2A gleich dem Steuerdruck Pst1A ist. Der Faktor KQ weist in dem Diagramm für den Bereich von 5 % bis 65 % von pstmax einen Wert von 0,5 auf. Der Bereich von 0 % bis 5 % von pstmax entspricht einer positiven Überdeckung der Ventile 41 und 42, in dem noch kein Druckmittel zu den Zylindern 18 bzw. 22 fließt.
  • Die Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung des Schiebers 50 des die Schaufel 14 betätigenden Ventils 42 in schematischer Darstellung. Mit 94 ist der Anschlag bezeichnet, an dem der Schieber 50 anliegt, wenn der Steuerdruck pst2A, mit dem der Schieber 50 beaufschlagt ist, gleich pst1Amax ist. In der Figur 6 ist der Schieber 50 in der Lage dargestellt, die er einnimmt, wenn er mit keinem Steuerdruck beaufschlagt ist. Der Schieber 50 ist mit einer Kerbe 95 versehen, die zwei Bereiche 96 und 97 aufweist. Zusammen mit einer Steuerkante 98 ergibt die Kerbe 95 bei Beaufschlagung des Schiebers 50 mit dem Steuerdruck pst2A einen Durchlaßquerschnitt AA2 von dem Anschluß P zu dem Anschluß A, der in dem ersten Bereich 96 in dem durch den Faktor KQ vorgegeben Verhältnis zu dem entsprechenden Durchlaßquerschnitt AA1 des Ventils 41 steht. In dem zweiten Bereich 97 ist der Zusammenhang mit dem Durchlaßquerschnitt AA2 des Ventils 41 so gewählt, daß wie oben beschrieben ein Entleeren der Schaufel 14 während des Anhebens des Auslegers 12 möglich ist.
  • Die Figur 7 zeigt eine der Figur 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der in der Figur 1 dargestellten Steuereinrichtung 27. Anstelle der in der Figur 2 dargestellten elektrisch gesteuerten Schaltventile 66 und 69 sind in der Figur 7 hydraulisch gesteuerte Schaltventile 66* und 69* vorgesehen. Die Schaltventile 66* und 69* sind durch den Steuerdruck pst1B für die Drehbewegung des Auslegers 12 in Senkrichtung derart gesteuert, daß sie bis zu einem einstellbaren Schwellenwert psts die in der Figur 7 dargestellte Schaltstellung einnehmen. Übersteigt der Steuerdruck pst1B den Schwellenwert psts, nehmen die Schaltventile 66* und 69* die andere Schaltstellung ein, in der der eine Eingang des Wechselventils 65 bzw. 68 mit dem Tank 29 verbunden ist. Das bedeutet, daß z. B. dann, wenn der Steuerdruck pst1B größer als der Schwellenwert psts ist, der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck pst2A oder pst2B gleich dem Druck pst3A bzw. pst3B des Vorsteuergeräts 60 ist, da dieser Druck - sofern er nicht gleich dem Tankdruck ist - immer größer als dieser ist. Die Schaltventile 66* und 69* erlauben die Verwendung eines Ventils 42 mit einem Schieber 47, der eine vierte, auch als "Schwimmstellung" bezeichnete Stellung für das Senken des Auslegers 12 besitzt. In der Schwimmstellung des Schiebers 47 sinkt der Ausleger 12 mit einer von der Last abhängigen Geschwindigkeit. Da in dieser Stellung des Schiebers 47 keine Steuerung der Sinkgeschwindigkeit durch das Ventil 41 erfolgt, kann die oben in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebene Volumenstromaufteilung nicht mehr exakt arbeiten. Um aber trotzdem eine unkontrollierte Drehbewegung der Schaufel 14 zu verhindern, werden die Schaltventile 66* und 69* in die Schaltstellung geschaltet, in der die Drehbewegung der Schaufel 14 allein durch den Steuerdruck pst3A oder pst3B des Vorsteuergeräts 60 gesteuert ist. Um die Schwimmstellung zu aktivieren, wird der Steuerdruck pst1B auf einen Wert erhöht, der größer als der Schwellenwert psts ist, der seinerseits größer als der der maximalen Sinkgeschwindigkeit entsprechende Wert ist. Dieser Steuerdruck bewirkt einerseits, daß der Schieber 47 des Ventils 41 so angesteuert wird, daß er die Schwimmstellung einnimmt, und andererseits, daß die Lage des Schiebers 50 des Ventils 42 weder durch den Steuerdruck pst1B noch durch den Steuerdruck pst1A beeinflußt wird. Ist das Vorsteuergerät 55 so aufgebaut, daß der Steuerdruck Pst1A zumindest dann, wenn der Steuerdruck pst1B größer als der Schwellenwert psts ist, gleich dem Tankdruck ist, kann das Ventil 66* entfallen. Denn in diesem Fall ist auch ohne das Ventil 66* sichergestellt, daß der Druck Pst1A kleiner als der Druck pst3A oder höchstens gleich diesem ist. Somit ist es möglich, anstelle des hydraulisch gesteuerten Ventils 66* ein elektrisch gesteuertes Ventil 66 (wie in der Figur 2 dargestellt) zu verwenden. Diese Ausgestaltung erlaubt es, die erfindungsgemäße Volumenstromaufteilung während des Hebens des Auslegers 12 willkürlich unwirksam zu machen.

Claims (11)

  1. Steuereinrichtung für ein Arbeitsgerät mit einer an einem Ausleger gehaltenen Schaufel; insbesondere für einen Radlader,
    - mit zwei hydraulischen Zylindern .(18, 22), von denen der erste den Ausleger und der zweite die Schaufel betätigt,
    - mit einer die Zylinder (18, 22) aus einem Tank (2.9) mit Druckmittel versorgenden Pumpe (28) sowie
    - mit zwei Ventilen (41, 42) von denen das erste Ventil (41) die Druckmittelzufuhr von der Pumpe (28) zu dem ersten Zylinder (18) steuert und das zweite Ventil (42) die Druckmittelzufuhr von der Pumpe (28) zu dem zweiten Zylinder (22) steuert und von denen jedes mit einem Schieber (47, 50) versehen ist, der an einer Fläche von einem einstellbaren, gegen die Kraft einer Feder (48 bzw. 49, 51 bzw. 52) wirkenden Steuerdruck (pst1A bzw. pst1B, pst2A bzw. pst2B) beaufschlagbar ist und der mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden, die Größe des Durchlaßquerschnitts (AA1 bzw. AB1, AA2 bzw. AB2) des Ventils (41, 42) bestimmenden Kerbe versehen ist, die so ausgebildet ist, daß der jeweilige Durchlaßquerschnitt (AA1 bzw. AB1, AA2 bzw. AB2) des Ventils (41, 42) durch die Stellung des Schiebers (47, 50) bestimmt ist, gekennzeichnet durch
    zwei Druckwaagen (79, 85), von denen die eine stromab des Durchlaßquerschnitts (AA1 bzw. AB1) des einen Ventils (41) und die andere stromab des Durchlaßqlierschnitts (AA2 bzw. AB2) des anderen Ventils (42) angeordnet ist und die in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck und in Öffnungsrichtung von dem Druck nach dem zugeordneten Durchlaßquerschnitt beaufschlagt sind, wobei die Ventile (42, 41) derart ansteuerbar sind, daß das Verhältnis (Q2/Q1) der den beiden Zylindern (22, 18) zugeführten Druckmittelmengen (Q2, Q1) unabhängig von der Größe des dem ersten Ventil (41) zugeführten Steuerdrucks (pst1A bzw. pst1B) auf einem konstanten Wert (KQ) gehalten ist.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchlaßquerschnitt (AA1 bzw. AB1, AA2 bzw. AB2) der beiden Ventile (41, 42) linear mit dem ihnen zugeführten Steuerdruck (pst1A bzw. pst1B, pst2A bzw. pst2B) ändert.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2; dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Steuerdruck (Pst1A bzw. pst1B) beaufschlagte Fläche des Schiebers (47) des ersten Ventils (41) gleich der von dem Steuerdruck (pst2A bzw. pst2B) beaufschlagten Fläche des Schiebers (50) des zweiten Ventils (42) ist.
  4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des zweiten Ventils (42) für den Steuerdruck (pst2A bzw. Pst2B) eine Ventilanordnung (65, 65; 68, 69) vorgeschaltet ist, über die ihm der Steuerdruck (pst1A, pst1B) für die Drehbewegung des Auslegers (12) oder der Steuerdruck (pst3A, pst3B) für die Drehbewegung der Schaufel (14) zuführbar ist.
  5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung als Wechselventil (65, 68) ausgebildet ist, dessen einem Eingang der Steuerdruck (pst1A, pst1B) für die Drehbewegung des Auslegers (12) zuführbar ist und dessen anderem Eingang der Steuerdruck (Pst3A, Pst3B) für die Drehbewegung der Schaufel (14) zugeführt ist.
  6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu dem ersten Eingang des Wechselventils (65, 68) führenden Steuerdruckleitung (56, 57) ein Schaltventil (66, 69) angeordnet ist, das in einer Stellung die Zuführung des Steuerdrucks (pst1A, pst1B) für die Drehbewegung des Auslegers (12) zu dem Eingang für den Steuerdruck (pst2A, pst2B) des zweiten Ventils (42) unterbricht und gleichzeitig dem ersten Eingang des Wechselventils (65, 68) einen Druck (Tankdruck) zuführt, der kleiner als der jeweilige Steuerdruck (Pst3A, Pst3B) für die Drehbewegung der Schaufel (14) oder gleich diesem ist.
  7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (69*, 68) die Zuführung des Steuerdrucks (pst1B) für die Drehbewegung des Auslegers (12) in Senkrichtung zu dem Eingang für den Steuerdruck (Pst2B) des zweiten Ventils (42) unterbricht, wenn dieser Druck (pst1B) einen einstellbaren Wert (psts) überschreitet.
  8. Steuereinrichtung.nach Anspruch'7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (66*) die Zuführung des Steuerdrucks (pst1A) für die Drehbewegung des Auslegers (12) in Hebenrichtung zu dem ersten Eingang des zugeordneten Wechselventils (65) unterbricht; wenn der Druck (pst1B) für die Drehbewegung des Auslegers (12) in Senkrichtung einen einstellbaren Wert (psts) überschreitet.
  9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche.1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (95) des Schiebers (50) des zweiten Ventils (42) so ausgebildet ist, daß bei einer Beaufschlagung des Schiebers (50) des zweiten Ventils (42) mit einem Steuerdruck (pst2A, pst2B), der größer als der für die maximale Druckmittelmenge (Q1max) erforderliche Steuerdruck (pst1A(65%), pst1B(65%)) für das erste Ventil (41) ist, der Durchlaßquerschnitt (AA2, AB2) des zweiten Ventils (42) mit steigendem Steuerdruck (pst2A, pst2B) stärker ansteigt als in dem Bereich unterhalb des für die maximale Druckmittelmenge (Q1) erforderlichen Steuerdrucks (pst1A(65%), pst1B(65%) für das erste Ventil (41).
  10. Steuereinrichtung einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der auf den ersten Schieber (47) wirkenden Feder (48 bzw. 49) gleich der Federkonstante der auf den zweiten Schieber (50) wirkenden Feder (51, 52) ist.
  11. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer von einem mit einer ziehenden Last beaufschlagten .Zylinder (18, 22) zum Tank (29) führenden Leitung (35, 39) ein vom Zulaufdruck gesteuertes Gegenhalteventil-(91, 87) angeordnet ist.
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