EP1778923B1

EP1778923B1 - Hydraulische steueranordnung

Info

Publication number: EP1778923B1
Application number: EP05770225A
Authority: EP
Inventors: Erhard Karl; Edwin Harnischfeger
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: KR101217755B1; EP1778923A1; KR20070030899A; WO2006005497A1; ATE445048T1; DE502005008287D1; US7637103B2; CN101001996B; CN101001996A; US20080104866A1; DE102004033890A1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwingungen einer mobilen Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Mobile Arbeitsmaschinen, beispielsweise Gabelstapler, Teleskoplader, Radlader haben üblicherweise kein Feder-Dämpfer-System zwischen Fahrwerg und Fahrzeugchassis, wie dies bei PKW und LKW der Fall ist. Die Fahrwerksdämpfung erfolgt bei mobilen Arbeitsmaschinen im Wesentlichen über die Bereifung und ist daher relativ begrenzt. Die Verwendung von Feder-Dämpfer-Systemen bei mobilen Arbeitsmaschinen kann in bestimmten Betriebssituationen unerwünschte, negative Eigenschaften nach sich ziehen, wie beispielsweise eine schlechte Positioniergenauigkeit beim Aufnehmen und Ablegen der Lasten durch Ein- bzw. Ausfedern oder wie verminderte Reißkräfte an Radlader-Schaufeln beim Arbeiten im Haufwerk, die durch die Energieaufnahme im Feder-Dämpfer-System bedingt ist.
Ein Nachteil ungedämpfter Arbeitsmaschinen sind die deutlich schlechteren Fahreigenschaften. Insbesondere Arbeitsmaschinen mit Transportlasten außerhalb des Radstandes neigen bei schnellerem Fahren in Abhängigkeit vom Fahrbahnzustand und von der Beladung zu teils erheblichen Nickschwingungen. Die Arbeitsmaschine zeigt dann ein wesentlich verschlechtertes Lenk- und Bremsverhalten. Zudem werden das Fahrzeug und der Fahrer durch die auftretenden Schwingungen stark belastet und die Lagestabilität der Transportlast ist gefährdet, was bei ungünstigen Bedingungen zu einem Verlust des Transportgutes führen kann. Die auf den Fahrer einwirkenden Beschleunigungen können zu erheblichen gesundheitlichen Schäden führen. Die erhöhte Fahrzeugbelastung durch das Ein- und Ausschwingen bewirkt einen erhöhten Verschleiß und führt zu einem vermehrten Wartungsaufwand.
Diese Nachteile lassen sich zwar verringern, wenn die Fahrgeschwindigkeit reduziert wird, dies hat jedoch den Nachteil, dass die Umschlagleistung der Arbeitsmaschine entsprechend absinkt.
Zur Reduzierung der Nickschwingungen und zur Beseitigung der oben beschriebenen Nachteile wird in die hydraulischen Hubsysteme der Arbeitsmaschine ein Stabilisierungssystem mit hydropneumatischem Speicher als Feder-Dämpfer-Element zwischen Steuerblock und Hubzylinder-Bodenseite eingebaut. Eine derartige Lösung ist beispielsweise aus der DE 197 43 005-A1 bekannt. Bei diesem Stabilisierungssystem wird ab einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit eine Bodenseite eines Hydrozylinders einer Hubausrüstung der Arbeitsmaschine über ein vorgesteuertes Wegeventil mit einem Hydrospeicher verbunden. Während des Arbeitsspiels des Hydrozylinders wird der Hydrospeicher über ein weiteres vorgesteuertes Schaltventil aufgeladen. Letzteres ermöglicht es auch, den Speicherdruck an den am Hydrozylinder wirksamen Lastdruck anzupassen.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Schaltung mit dem vorgesteuerten Wegeventil sowie dem vorgesteuertem Schaltventil sehr aufwendig ist.
In der DE 39 09 205 C1 wird ein System zur Nickschwingungsdämpfung beschrieben, bei dem während der Fahrt der Arbeitsmaschine über ein elektrisch betätigtes Wegeventil die Bodenseite des Hydrozylinders der Hubausrüstung mit einem Hydrospeicher und die Ringseite mit einem Tank verbunden wird. Das Füllen des Hydrospeichers während des Arbeitsspiels erfolgt über ein Füllventil mit nachgeschaltetem Rückschlagventil. Eine Angleichung des Speicherdrucks an den Lastdruck des Hydrozylinders ist bei dieser bekannten Lösung nicht vorgesehen.
Die DE 197 54 828 A1 der Anmelderin offenbart eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwihgungen, bei der während der Fahrt über eine Logikventilanordnung die Bodenseite des Hydrozylinders mit dem Hydrospeicher und die Ringseite mit dem Tank verbindbar ist. Diese Logikventilanordnung ermöglicht auch das Füllen des Hydrospeichers während des Arbeitsspiels. Das Angleichen des Speicherdrucks an den Lastdruck erfolgt bei dieser bekannten Lösung über eine Drossel mit nachgeschaltetem Rückschlagventil. Auch diese Lösung ist sehr aufwendig und entsprechend teuer.
Weitere hydraulische steueranordnunqen zur Dämpfung von Nickschwingungen sind in der EP-A-1 264 989 und in der DE-A-100 60 430 offenbart.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung zu schaffen, mit der Nickschwingungen einer mobilen Arbeitsmaschine mit minimalem Aufwand reduzierbar sind.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße hydraulische Steueranordnung hat eine Dämpfungsventilanordnung, über die ein in Abstützrichtung wirksamer erster Druckraum eines Hydrozylinders zur Nickschwingungsdämpfung mit einem Hydrospeicher und ein in Absenkrichtung wirksamer Druckraum des Hydrozylinders mit einem Tank oder Niederdruck verbindbar ist. Über die Dämpfungsventilanordnung kann der Hydrospeicher während eines Arbeitsspiels des Hydrozylinders zum Füllen mit einer Pumpenleitung und zum Angleichen des Speicherdrucks an den Lastdruck mit dem Tank oder Niederdruck verbunden werden. Die hydraulische Steueranordnung hat eine Düsenventilanordnung mit zwei unterschiedlichen Düsenquerschnitten, von denen der größere Düsenquerschnitt beim Füllen und der kleinere Düsenquerschnitt beim Anpassen des Speicherdrucks an den Lastdruck wirksam sind. Durch die vergleichsweise große, während des Füllens des Hydrospeichers wirksame Düse ist das schnelle Aufladen des Hydrospeichers gewährleistet, so dass beim Einschalten der Dämpfung der Speicherdruck hoch genug ist, damit die Hubausrüstung abgestützt wird und nicht absinken kann. Während des Angleichens des Speicherdrucks an den aktuellen Lastdruck ist die kleinere Düse wirksam, so dass die Ausgleichsvorgänge relativ langsam erfolgen und der Hydrospeicher entsprechend geschont wird.
Erfindungsgemäß ist Die Dämpfungsventilanordnung mit einem vorgesteuerten Wegeventil ausgeführt, das in einer Grundstellung eine Verbindung zwischen dem ersten Druckraum und dem Hydrospeicher sowie zwischen dem zweiten Druckraum und dem Tank/Niederdruck absperrt und das in einer Schaltstellung diese Verbindungen aufsteuert.
Die Vorsteuerung kann über ein elektrisch betätigtes Vorsteuerventil erfolgen, das eine in Öffnungsrichtung wirksame Steuerfläche des Wegeventils in einer Schaltstellung mit Tankdruck und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Speicherdruck beaufschlagt.
Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel ist die Düsenventilanordnung mit einer Bypassleitung verbunden, über die das Wegeventil umgehbar ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Düsenventilanordnung als Shuttleventil ausgeführt, wobei jedem Düsenquerschnitt ein Rückschlagventil zugeordnet ist, das beim Füllen eine Druckmittelströmung zum Hydrospeicher bzw. beim Angleichen eine Druckmittelströmung in Gegenrichtung zulässt.
Bevorzugterweise wird das Shuttleventil mit einem Shuttlebolzen ausgeführt, der in einer Ventilbohrung zwischen zwei Ventilsitzen bewegbar geführt ist. Der Shuttlebolzen hat stirnseitig jeweils einen Ventilkegel, an dessen Außenumfang jeweils zumindest eine Düsenkerbe ausgebildet ist. Der wirksame Düsenkerbenquerschnitt an einem Ventilkegel ist größer als derjenige am anderen Ventilkegel, so dass der größere Düsenkerbenquerschnitt beim Füllen von Druckmittel durchströmt wird, während die Druckmittelströmung beim Angleichen durch den kleineren Düsenkerbenquerschnitt bestimmt ist.
Bei einem einfach aufgebauten Shuttlebolzen münden die Düsenkerben in einer Abflachung am Außenumfang des Shuttlebolzens.
Gemäß einem kompakten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten der Nickschwingungsdämpfung in einem eigenen Ventilgehäuse ausgeführt, wobei die Achse des Wegeventils der Dämpfungsventilanordnung senkrecht zur Achse des Shuttleventils verläuft.
Die beiden Ventilsitze des Shuttleventils werden vorzugsweise jeweils an einer Ventilbuchse ausgebildet.
Die Konstruktion des Shuttleventils ist so gewählt, dass der Shuttlebolzen mit vergleichsweise geringem Aufwand auswechselbar ist, so dass die Lade- und Entladegeschwindigkeit des Hydrospeichers durch Auswechseln des Shuttlebolzens an unterschiedliche Anforderungen von Arbeitsmaschinen angepasst werden kann.
An Stelle des vorbeschriebenen Shuttleventils mit den beiden Shuttledüsen und den jeweils zugeordneten Rückschlagventilen kann auch eine alternative Lösung.eingesetzt werden, um das Füllen und Angleichen zu ermöglichen. Dabei ist die größere, beim Füllen wirksame Shuttledüse in der das Wegeventil umgehenden Bypassleitung angeordnet und dieser ein Rückschlagventil vorgeschaltet, das eine Druckmittelströmung zum Füllen zulässt und in Gegenrichtung absperrt. Im Bereich zwischen dem Rückschlagventil und der größeren Shuttledüse zweigt eine Zweigleitung ab, in der die kleinere Shuttledüse angeordnet ist und die zum Eingang eines Angleichsteuerventils führt, dessen Ausgang mit Tank verbunden ist. Dieses Angleichsteuerventil lässt sich zum Angleichen in eine Öffnungsstellung bringens, so dass Druckmittel vom Hydrospeicher über die beiden Shuttledüsen zum Tank abströmen kann.
Diese Variante ist besonders einfach aufgebaut, wenn das Umschalten des Angleichsteuerventils durch den Druck an dessen Eingang erfolgt.
Ein unerwünschtes Umschalten des Wegeventils in seine Sperrstellung lässt sich verhindern, wenn in einer den Hydrospeicher mit dem Eingang des Vorsteuerventils verbindenden Füllsteuerleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, das in Richtung zum Vorsteuerventil öffnet und in Gegenrichtung schließt, so dass bei ungeschaltetem Vorsteuerventil ein Absinken des Drucks des Hydrospeichers nicht zu einem Absinken des Steuerdrucks in dem in Öffnungsrichtung wirksamen Steuerraum des Wegeventils führt.
Zur Dämpfung des Steuerdrucks in der Vorsteuerung des Wegeventils kann in einer Steuerleitung eine richtungsvariable Dämpfungsdüse vorgesehen und zum Schutz des Hydrospeichers vor zu hohen Drücken kann die hydraulische Steueranordnung mit einem Druckbegrenzungsventil ausgeführt werden.
Eine Entleerung des Hydrospeichers ist über ein vorzugsweise handbetätigtes Entleerungsventil möglich.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

figur 1 ein Systemschaubild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwingungen;
Figur 2 eine Schnittdarstellung durch einen Ventilblock einer Dämpfungsventilanordnung der Steueranordnung aus Figur 1;
Figur 3 eine Detaildarstellung eines Shuttleventils des Ventilblocks aus Figur 2 und
Figur 4 ein Systemschaubild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steueranordnung zur Nickschwingungsdämpfung.

Figur 1 zeigt ein Systemschaubild einer hydraulischen Steueranordnung zur Nickschwingungsdämpfung einer kleineren mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Radladers oder eines Gabelstaplers. Dieser hat eine Hubausrüstung zum Anheben von Lasten, die über zwei parallel angeordnete Hydrozylinder 2, 4 betätigt ist. Die Druckmittelversorgung erfolgt mittels eines Mobilsteuerblocks 6, über den die beiden Hydrozylinder 2, 4 mit einer Verstellpumpe oder einem Tank (nicht dargestellt) verbindbar sind. Zwei Arbeitsanschlüsse A, B des Mobilsteuerblocks 6 sind über eine Vorlaufleitung 8 und einer Ablaufleitung 10 mit einem bodenseitigen Zylinderraum 12 bzw. einem Ringraum 14 der beiden Hydrozylinder 2, 4 verbunden. Zum Ausfahren der Zylinder wird das Druckmittel in die beiden Zylinderräume 12 gefördert und aus den beiden Ringräumen 14 über den Mobilsteuerblock 6 zu einem Tank T hin verdrängt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Ringräume 14 und die Zylinderräume 12 der Hydrozylinder 2, 4 direkt miteinander verbunden.
Im Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine erfolgt die Nickschwingungsdämpfung durch Verbinden der beiden Zylinderräume 12 mit einem Hydrospeicher 16. Dieser wirkt als hydropneumatisches Feder-Dämpfer-Element, das praktisch zwischen die Hydrozylinder 2, 4 und den Mobilsteuerblock 6 eingebaut ist. Die beiden Ringräume 14 sind während der Nickschwingungsdämpfung mit dem Tank T verbunden. Die Verbindung mit dem Tank T und dem Hydrospeicher 16 erfolgt über eine Dämpfungsventilanordnung 18, die mit ihren beiden Eingangsanschlüssen A, B über eine Speicherleitung 20 und eine Entlastungsleitung. 22 mit der Vorlaufleitung 8 bzw. der Ablaufleitung 10 verbunden sind. Ein Speicheranschluss X2 der Dämpfungsventilanordnung 18 ist mit dem Hydrospeicher 16 und ein Tankanschluss T mit dem Tank verbunden.
Gemäß Figur 1 hat die Dämpfungsventilanordnung 18 ein vorgesteuertes 4/2-Wegeventil 24, das mittels einer Feder in seine dargestellte Sperrposition vorgespannt ist, in der die beiden Arbeitsanschlüsse A, B gegenüber den Anschlüssen X2 und T abgesperrt sind.
Die Ansteuerung des vorgesteuerten Wegeventils 24 erfolgt über ein elektrisch betätigtes Vorsteuerventil 26, das in seiner federvorgespannten Grundposition eine zu einem in Öffnungsrichtung wirksamen Steuerraum des Wegeventils 24 führende Steuerleitung 28 über eine Tanksteuerleitung 25 mit einem mit dem Tankanschluss T verbundenen Tankkanal 30 verbindet. Bei Bestromung eines Elektromagneten des Vorsteuerventils 26 wird dieses in seine Schaltposition-gebracht, in der die Steuerleitung 28 über eine an einen Anschluss P des Vorsteuerventils 26 angeschlossene Füllsteuerleitung 27 mit einem zum Speicheranschluss X2 führenden Speicherkanal 32 verbunden ist.
In der Steuerleitung 28 ist eine richtungsvariable Dämpfungsdrossel 34 angeordnet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Shuttleventil ausgeführt ist und zwei Drosseln 36, 38 mit unterschiedlichen Durchmessern hat, die parallel zueinander geschaltet sind, wobei der Drossel 36 ein in Richtung vom Steuerraum zum Vorsteuerventil 26 öffnendes Rückschlagventil 40 und der Drossel 38 ein eine Steuerölströmung zum Steuerraum ermöglichendes Rückschlagventil 42 zugeordnet ist. Die Ansteuerung des Vorsteuerventils 26 erfolgt entweder von Hand oder in Abhängigkeit von einem Mobilsteuergerät dann, wenn die Arbeitsmaschine eine vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit überschritten hat.
Die Dämpfungsventilanordnung 18 hat darüber hinaus ein Druckbegrenzungsventil 44, das in einem Verbindungskanal 46 zwischen dem Speicherkanal 82 und dem Tankkanal 30 angeordnet ist. Durch dieses Druckbegrenzungsventil 44 ist der Maximaldruck des Hydrospeichers 16 begrenzt.
In einem Entleerungskanal 48 ist ein Entleerungsventil 50 angeordnet, das von Hand aus einer Sperrstellung in eine Öffnungsstellung bringbar ist, um den Hydrospeicher 16 mit dem Tankkanal 30 zu verbinden. Dieses Entleeren des Hydrospeichers 16 kann beispielsweise für Wartungsarbeiten oder bei Störungen erforderlich sein.
Gemäß Figur 1 zweigt im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Wegeventil 24 ein Bypasskanal 52 ab, in dem eine Düsenventilanordnung 53 angeordnet ist, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Shuttleventil 54 ausgebildet ist, dessen Ausgang in den Entleerungskanal 48 einmündet, der seinerseits vom Speicherkanal 32 abzweigt. Das Shuttleventil 54 ist in Figur 1 oben links vergrößert dargestellt. Demgemäß verzweigt der Bypasskanal 52 in zwei Zweigleitungen, wobei in dem in Figur 1 rechten Zweig eine Shuttledüse 56 mit vergleichsweise geringem Querschnitt und ein Shuttle-Rückschlagventil 58, das in Richtung zum Anschluss A hin öffnet, angeordnet ist, während in dem linken Zweig eine Shuttledüse 60 mit größerem Querschnitt und ein in Richtung zum Hydrospeicher 16 hin öffnendes Shuttle-Rückschlagventil 62 vorgesehen ist. D.h. bei einer Druckmittelströmung vom Hydrospeicher 16 zum Arbeitsanschluss A (Angleichen) öffnet das Rückschlagventil 58 und die kleinere Shuttledüse 56 wird durchströmt, während bei einer Druckmittelströmung vom Arbeitsanschluss A zum Hydrospeicher 16 (Füllen) die Shuttledüse 60 mit größerem Querschnitt wirksam ist.
Zum Anheben der Hubausrüstung, d.h. beim normalen Arbeitsspiel wird der Vorlauf 8 über den Mobilsteuerblock 6 mit einer nicht dargestellten Pumpenleitung verbunden, so dass die beiden Hydrozylinder 2, 4 ausfahren und das Druckmittel aus dem Ringraum über die Ablaufleitung 10 und den Mobilsteuerblock 6 zum Tank T zurückgeführt wird. Der Lastdruck an den Hydrozylindern wird über eine nicht dargestellte Lastmeldeleitung abgegriffen und die Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der Verbraucher der Arbeitsmaschine eingestellt.
Während des normalen Betriebs der Arbeitsmaschine ist der Elektromagnet des Vorsteuerventils 26 unbestromt, so dass der Steuerraum des Wegeventils 24 entlastet und entsprechend das Wegeventil 24 in seiner federvorgespannten Grundposition verbleibt. Der Hydrospeicher 16 wird über die Speicherleitung 20, den Bypasskanal 52, das Rückschlagventil 62 und die Shuttledüse 60 und den Speicherkanal 32 aufgeladen. Der maximale Speicherdruck ist dabei über das Druckbegrenzungsventil 44 begrenzt. Dieser Maximaldruck ist so eingestellt, dass das Druckbegrenzungsventil 44 während eines normalen Arbeitsspieles nicht öffnet. Sollte das Druckbegrenzungsventil 44 doch ansprechen, so wird im Zusammenwirken mit der Shuttledüse 60 dafür gesorgt, dass vor dieser ein über diesem Begrenzungsdruck wirksamer Lastdruck verbleibt.
Beim Absinken des Lastdrucks an den Hydrozylindern 2, 4 wird der Hydrospeicher 16 entsprechend über das Rückschlagventil 58 und die kleinere Shuttledüse 56 auf das niedrigere Lastdruckniveau entladen. Die Lade- und Entladegeschwindigkeit ist dabei im Wesentlichen durch die unterschiedlichen Shuttledüsenquerschnitte bestimmt.
Im Fahrbetrieb wird-entweder vom Fahrer oder von der Steuereinheit der Arbeitsmaschine ein Signal an das Vorsteuerventil 26 abgegeben und dessen Elektromagnet bestromt, so dass es gegen die Kraft der Federn in seine Schaltposition verschoben wird, in der der Steuerraum des Wegeventils 24 mit dem Druck im Speicherkanal 32, d.h. dem Druck des Hydrospeichers 16 beaufschlagt ist. Das Wegeventil 24 wird in seine Durchgangsstellung gebracht, so dass die Ringräume 14 der Hydrozylinder 2, 4 mit dem Tank und die Zylinderräume 12 mit dem Hydrospeicher 16 verbunden sind - die Hubausrüstung kann relativ zum Fahrzeug schwingen, wobei der Hydrospeicher 16 als Feder-Dämpfer-Element dient.
Nach dem Ausschalten des Stabilisierungssystems, d.h. dem Stromlosschalten des Elektromagneten des Vorsteuerventils 26 wird Letzteres in seine federvorgespannte Grundposition zurück verschoben und entsprechend der Steuerraum des Wegeventils 24 mit dem Tank T verbunden; das Wegeventil wird durch die Kraft der Federn in seine Sperrstellung zurückverstellt und das Stabilisierungssystem ist ausgeschaltet. Druckschwankungen im Steuerkanal 28 während dieser Ein- und Ausschaltvorgänge des Stabilisierungssystems werden durch die richtungsvariable Dämpfungsdüse 34 gedämpft.
In Figur 2 ist eine Schnittdarstellung eines Ventilblocks 64 dargestellt, durch den die Dämpfungsventilanordnung 18 ausgebildet ist. Der Ventilblock 64 ist von einer Ventilbohrung 66 durchsetzt, in der ein Schieber 68 des Wegeventils 24 axial verschiebbar geführt ist. Der Schieber 68 wird von einer Feder 70 in seine dargestellte Grundposition beaufschlagt, in der er an einer Verschlussschraube 72 anliegt, die die Ventilbohrung 66 verschließt. Die Feder 70 ist an einer in den Ventilblock 64 eingeschraubten Kappe 74 abgestützt und greift über einen Federteller 76 am Schieber 68 an.
Die Ventilbohrung 66 ist zu vier Ringräumen 78, 80, 82 und 84 sowie zu einem Steuerraum 86 erweitert. Letzterer wird einerseits von der Stirnfläche der Verschlussschraube 72 und andererseits vom benachbarten Endabschnitt des Ventilschiebers 68 begrenzt und ist über die gestrichelt angedeutete Steuerleitung 28 sowie die variable Dämpfungsdrossel 34 mit dem Vorsteuerventil 26 verbunden, von dem in Figur 2 lediglich der Schaltmagnet dargestellt ist, der im Ventilblock 64 befestigt ist.
Der Ringraum 80 ist mit dem Arbeitsanschluss B, der Ringraum 78 mit dem Tankanschluss T, der Ringraum 82 mit dem Arbeitsanschluss A sowie der Ringraum 84 mit dem Speicheranschluss X2 verbunden, der etwa senkrecht zur Zeichenebene in Figur 2 ausgebildet ist.
Der Schieber 68 hat zwei Steuernuten 88, 90, durch die zwei Steuerkanten 92 und 96 ausgebildet werden. Über die letztgenannte Steuerkante 96 wird die Verbindung zwischen den Ringräumen 78, 80, d.h. zwischen dem Arbeitsanschluss B und dem Tankanschluss T auf- bzw. zugesteuert, während über die Steuerkante 92 die Verbindung zwischen den Ringräumen 82, 84, d.h. zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Speicheranschluss X2 auf- bzw. zugesteuert wird.
Der mit dem Speicheranschluss X2 und dem Ringraum 84 verbundene Speicherkanal 32 erstreckt sich etwa senkrecht zur Zeichenebene in Figur 2. Etwa parallel zum Kanal 32 ist im Ventilblock 64 das Shuttleventil 54 angeordnet, dessen Achse demzufolge ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene in Figur 2 verläuft. Die Achse des Schiebers 68 verläuft senkrecht dazu in der Zeichenebene gemäß Figur 2. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das schuttleventil 54 im Bereich zwischen dem Ringraum 82 und dem Speicherkanal 32 angeordnet und über die angedeuteten Kanäle mit diesen verbunden.
Einzelheiten des Shuttleventils 54 werden anhand Figur 3 erläutert, die eine Schnittdarstellung durch das Shuttleventil 54 entlang der in Figur 2 angedeuteten Schnittlinie A-A zeigt.
In dieser Schnittdarstellung sichtbar sind der Ringraum 82, der Schieber 68 und dessen durch die Steuernut 90 radial zurückgesetzter Teil 98 sowie der Arbeitsanschluss A und ein Kanal 100, über den der Arbeitsanschluss A mit einer Bohrung 102 des Ventilblocks 64 verbunden ist. In dieser Bohrung 102 ist das Shuttleventil 54 aufgenommen. Dieses hat zwei Ventilbuchsen 104, 106, die in die Bohrung 102 eingeschraubt sind, wobei die Einschraubtiefe durch eine Schulter 108 begrenzt ist. In der Darstellung gemäß Figur 3 werden die beiden Ventilbuchsen 104, 106 von rechts her eingesetzt und die Bohrung 102 bei der Montage über eine Verschlussschraube 110 verschlossen. Die beiden Ventilbuchsen 104, 106 bilden eine Ventilbohrung 112, in der ein Shuttlebolzen 114 axial verschiebbar geführt ist. Dieser hat an seinen beiden Endabschnitten jeweils einen Ventilkegel 116, 118, denen ein Ventilsitz 120 und 122 in der Ventilbuchse 104 bzw. 106 zugeordnet ist. Der Abstand der beiden Ventilsitze 120, 122 ist etwas größer als die Länge des Shuttlebolzens 114 gewählt, so dass dieser immer nur auf einem der Ventilsitze 120, 122 aufsitzen kann. Zum einfacheren Einsetzen der beiden Ventilbuchsen 104, 106 sind diese beide in ihrem rechten Endabschnitt mit Ausnehmungen 132, 134 zum Ansetzen eines Werkzeugs ausgeführt.
Im Bereich der beiden Ventilkegel 116, 118 sind sich axial erstreckende Düsenkerben 124 bzw. 126 ausgebildet, wobei an dem in Figur 3 linken Ventilkegel 116 eine oder zwei Düsenkerben 124 mit größerem Querschnitt und an dem Ventilkegel 118 eine einzige Düsenkerbe 126 mit vergleichsweise geringem Durchmesser ausgebildet ist.
Die Düsenkerben 124 und 126 bilden somit praktisch die Shuttledüsen 60, 56 des Shuttleventils 54 in Figur 1, während die Ventilkegel 116, 118 im Zusammenwirken mit den Ventilsitzen 120 bzw. 122 die beiden Rückschlagventile 62, 58 ausbilden. Am Außenumfang des Shuttlebolzens 114 sind zwei diametral zueinander angeordnete Abflachungen (siehe auch Figur 2) 128 ausgebildet, in denen die Düsenkerben 124, 126 auslaufen. Durch diese Abflachungen 128 wird gemeinsam mit den Umfangswandungen der Ventilbohrung 112 ein Druckmittelströmungskanal gebildet.
Beim Füllen, d.h. während des normalen Arbeitsspiels der Hubausrüstung tritt das Druckmittel über den Arbeitsanschluss A und den Kanal 100 in die Bohrung 102 ein. Dieser Druck beaufschlagt die in Figur 3 rechte Stirnfläche des Shuttlebolzens 114, so dass er vom Ventilsitz 122 abgehoben und mit dem Ventilkegel 116 in Anlage an den Ventilsitz 120 gebracht wird. Das Druckmittel kann dann über den geöffneten Ventilsitz 122, den von der Abflachung 128 und dem Außenumfang der Ventilbohrung 112 begrenzten Raum und die durch die Düsenkerben 124 begrenzte Shuttledüse 60 in den Kanalabschnitt 130 und von dort in den Speicherkanal 32 zum Hydrospeicher 16 strömen, so dass dieser geladen wird. Beim vorbeschriebenen Angleichen des Hydrospeichers 16 an den niedrigeren Lastdruck liegt der höhere Speicherdruck im Kanalabschnitt 130 an, so dass der Shuttlebolzen 114 vom Ventilsitz 120 abgehoben und nach rechts auf den Ventilsitz 122 verschoben wird. Beim Angleichen ist dann die von der kleineren Düsenkerbe 126 bestimmte Shuttledüse 56 wirksam.
Eine ähnliche Konstruktion wird auch als richtungsvariable Dämpfungsdrossel 34 in der Steuerleitung 28 angeordnet.
Die zweiteilige Ausgestaltung der Ventilbuchse ermöglicht es, den Shuttlebolzen 114 sehr einfach auszuwechseln, so dass die wirksamen Durchmesser der Shuttledüsen 56, 60 an die Anforderungen des Fahrzeuges angepasst werden können.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Angleichen des Drucks des Hydrospeichers 16 nur möglich, wenn der Mobilsteuerblock 6 entsprechend umgeschaltet ist, so dass die Speicherleitung 20 mit dem Tank verbunden ist. Figur 4 zeigt eine Lösung, bei der das Füllen und Angleichen unabhängig von der Einstellung des Mobilsteuerblocks 6 erfolgen kann. Die Grundschaltung entspricht derjenigen aus Figur 1, wobei lediglich die Düsenventilanordnung 53 gegenüber der vorbeschriebenen Lösung unterschiedlich gestaltet ist. Die übrigen Hydraulikkomponenten entsprechen dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen bezüglich der übereinstimmenden Komponenten auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen wird.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Düsenventilanordnung 53 ebenfalls zwei Shuttledüsen 60, 56, wobei die größere Shuttledüse 60 die Druckmittelströmung beim Füllen und die Shuttledüse 56 mit kleinerem Querschnitt die Druckmittelströmung beim Angleichen bestimmt. Die Shuttledüse 60 ist wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel in einem Bypasskanal 52 der Dämpfungsventilanordnung 18 angeordnet. Im Bypasskanal 52 ist noch ein Füllrückschlagventil 62 vorgesehen, das eine Druckmittelströmung von der Speicherleitung 20 zur größeren Shuttledüse 60 zulässt. Im Bereich zwischen dem Füllrückschlagventil 62 und der Shuttledüse 20 zweigt eine Zweigleitung 136 ab, in der die kleinere Shuttledüse 56 angeordnet ist. Die Zweigleitung 136 führt zu einem Eingangsanschluss P' eines Angleichsteuerventils 138, dessen Ausgangsanschluss A' über eine Ausgleichsleitung 140 mit dem Tankkanal 30 verbunden ist. Das Angleichsteuerventil 138 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schaltventil, das mittels einer relativ starken Feder 146 in seine dargestellte Sperrstellung vorgespannt ist. Der Druck im Bereich zwischen der Shuttledüse 56 und dem Eingangsanschluss P' wird Über eine Steuerleitung 142 abgegriffen und zu einem in Öffnungsrichtung des Angleichsteuerventils 138 wirksamen Steuerraum geführt.
Ein in Schließrichtung wirksamer Steuerdruck wird mittels einer weiteren Steuerleitung 144 von einem stromaufwärts des Füllrückschlagventils 62 gelegenen Abschnitt des Bypasskanals 52 abgegriffen.
Des Füllen des Hydrospeichers 16 während eines Arbeitsspiels erfolgt - wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - über den Bypasskanal 52, das Füllrückschlagventil 62, die größere Shuttledüse 60 und den Speicherkanal 32. Während des Füllens ist das Angleichsteuerventil 138 durch den höheren Druck in der weiteren Steuerleitung 144 und die Kraft der Feder in seine Schließstellung vorgespannt.
Das Angleichen bei einem Absinken des Drucks im Zylinderraum 12 erfolgt - bei diesem Ausführungsbeispiel unabhängig von der Einstellung des Mobilsteuerblocks 6 - über das Angleichsteuerventil 138, durch das der Hydrospeicher 16 direkt, d.h. unter Umgehung des Mobilsteuerblocks 6, mit dem Tank T verbindbar ist. Die Betätigung des Angleichsteuerventils erfolgt durch Vergleich des Drucks der Speicherleitung 20, die an den Zylinderraum 12 angeschlossen ist mit dem Druck des Hydrospeichers 16, der in dem Speicherkanal 32 anliegt. Diese beiden Drücke werden über die beiden Steuerleitungen 144 bzw. 142 abgegriffen. Bei einem Absinken des Lastdrucks, d.h. des Drucks im Zylinderraum 12 wird das Angleichsteuerventil 138 durch den höheren Speicherdruck in seine Öffnungsstellung umgeschaltet, so dass der Eingangsanschluss P' mit dem Ausgangsanschluss A' verbunden ist und der Speicher über den Speicherkanal 32, die größere Shuttledüse 60, die kleinere Shuttledüse 56, das aufgesteuerte Angleichsteuerventil 138, die Ausgleichsleitung 140 und den Tankkanal 30 mit dem Tank T verbunden ist, so dass der Speicherdruck entsprechend an den Lastdruck angeglichen wird.
Während dieses Angleichens sind die beiden Shuttledüsen 60, 56 in Reihe geschaltet, wobei die Druckmittelströmung im Wesentlichen durch die kleinere Shuttledüse 56 begrenzt ist, so dass die Angleichvorgänge vergleichsweise langsam erfolgen, während beim Füllen nur die größere Shuttledüse 60 wirksam ist und somit der Hydrospeicher 16 schnell auf den jeweiligen Lastdruck erhöht werden kann.
In Figur 4 ist noch eine weitere Besonderheit dargestellt.
Es sei angenommen, dass eine Schaufel eines Radladers auf dem Boden aufliegt und die Nickschwingungsdämpfung eingeschaltet ist, so dass das Wegeventil 24 in seine Durchgangsstellung umgeschaltet ist. Auf Grund der aufliegenden Schaufel ist der Lastdruck minimal, so dass der Druck im Hydrospeicher 16 entsprechend durch Öffnen des Angleichsteuerventils 138 angeglichen wird. Der Druck im Hydrospeicher 16 verbleibt auf Grund der starken Feder 146 jedoch so hoch, dass das Wegeventil 24 in seiner Öffnungsstellung verbleibt. Wird die Schaufel nun - beispielsweise bei Überfahren einer Anhebung - angehoben, so wird entsprechend Druckmittel aus dem Hydrospeicher 16 in den sich vergrößernden Zylinderraum 12 nachgefördert. Der Druck im Hydrospeicher 16 sinkt weiter ab und das Wegeventil 24 könnte in seine Sperrstellung zurückgeschaltet werden - die quasi eingestellte Schwimmposition wäre dann aufgehoben. Um dieses unerwünschte Zurückschalten des Wegeventils 24 in die Sperrstellung zu verhindern, ist in der mit dem Anschluss P des Vorsteuerventils 26 verbundene Füllsteuerleitung 27 ein Rückschlagventil 148 vorgesehen, das in Richtung zum Vorsteuerventil 26 öffnet und in Gegenrichtung schließt, so dass beim Absinken des Drucks im Hydrospeicher 16 der auf das Wegeventil 24 wirkende Steuerdruck nicht absinkt und somit dieses in seiner Durchgangsstellung verbleibt. In der Praxis wird dieses jedoch auf Grund von Leckagen nach einer gewissen Zeit (beispielsweise 20s) von selbst umschalten.
Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht es, mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand Nickschwingungen zu dämpfen, so dass die mobile Arbeitsmaschine mit höherer Fahrgeschwindigkeit bewegt werden kann und entsprechend die Umschlagsleistung verbessert ist. Aufgrund der geringen Schwingungen sind die Belastungen des Fahrers und die mechanischen Belastungen der Arbeitsmaschine wesentlich geringer als bei nicht gedämpften Maschinen Dadurch lässt sich der Wartungsaufwand weiter verringern und die Transportsicherheit gegenüber herkömmlichen Lösungen verbessern.
Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwingungen, wobei im Fahrbetrieb ein Hydrozylinder einer Hubausrüstung über eine Dämpfungsventilanordnung mit einem Hydrospeicher verbindbar ist. Die Dämpfungsventilanordnung hat eine Düsenventilanordnung mit zwei unterschiedlichen Düsenquerschnitten, von denen der Größere beim Füllen des Hydrospeichers und der Kleinere beim Angleichen des Hydrospeichers an den Lastdruck des Hydrozylinders wirksam sind.

Bezugszeichenliste:

2: Hydrozylinder
4: Hydrozylinder
6: Mobilsteuerblock
8: Vorlauf
10: Ablauf
12: Zylinderraum
14: Ringraum
16: Hydrospeicher
18: Dämpfungsventilanordnung
20: Speicherleitung
22: Entlastungsleitung
24: Wegeventil
25: Tanksteuerleitung
26: Vorsteuerventil
27: Füllsteuerleitung
28: Steuerleitung
30: Tankkanal
32: Speicherkanal
34: Dämpfungsdrossel
36: Drossel
38: Drossel
40: Rückschlagventil
42: Rückschlagventil
44: Druckbegrenzungsventil
46: Verbindungskanal
48: Entleerungskanal
50: Entleerungsventil
52: Bypasskanal
53: Düsenventilanordnung
54: Shuttleventil
56: Shuttledüse
58: Rückschlagventil
60: Shuttledüse
62: Rückschlagventil
64: Ventilblock
66: Ventilbohrung
68: Schieber
70: Feder
72: Verschlussschraube
74: Verschlusskappe
76: Federteller
78: Ringraum
80: Ringraum
82: Ringraum
84: Ringraum
86: Steuerraum
88: Steuernut
90: Steuernut
92: Steuerkante
96: Steuerkante
98: Teil
100: Kanal
102: Bohrung
104: Ventilbuchse
106: Ventilbuchse
108: Schulter
110: Verschlussschraube
112: Ventilbohrung
114: Shuttlebolzen
116: Ventilkegel
118: Ventilkegel
120: Ventilsitz
122: Ventilsitz
124: Düsenkerben
126: Düsenkerben
128: Abflachung
130: Kanalabschnitt
132: Ausnehmung
134: Ausnehmung
136: Zweigleitung
138: Angleichsteuerventil
140: Ausgleichsleitung
142: Steuerleitung
144: weitere Steuerleitung
146: Feder
148: Rückschlagventil

Claims

Hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwingungen einer mobilen Arbeitsmaschine, die einen Hydrozylinder (2, 4) zum Betätigen eines Arbeitswerkzeuges, beispielsweise einer Hubausrüstung hat, mit einer Dämpfungsventilanordnung (18), über die ein in Abstützrichtung wirksamer erster Druckraum (12) des Hydrozylinders (2, 4) zur Nickschwingungsdämpfung mit einem Hydrospeicher (16) und ein in Absenkrichtung wirksamer Druckraum (14) des Hydrozylinders (2, 4) mit einem Tank (T) oder Niederdruck verbindbar ist, und über die der Hydrospeicher (16) während eines Arbeitshubs des Hydrozylinders (2, 4) zum Füllen mit einer Speicherleitung (20) und zum Angleichen des Speicherdrucks an den Lastdruck des Hydrozylinders (2, 4) mit dem Tank (T) oder Niederdruck verbindbar ist, wobei die Dämpfungsventilanordnung (18) eine Düsenventilanordnung (54) mit zwei unterschiedlichen Shuttledüsen (56, 60) hat, von denen die größere Shuttledüse (60) beim Füllen und die kleinere Shuttledüse (56) beim Angleichen wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsventilanordnung (18) ein vorgesteuertes Wegeventil (24) hat, das in einer Grundstellung eine Verbindung zwischen dem ersten Druckraum (12) und dem Hydrospeicher (16) sowie zwischen dem zweiten Druckraum (14) und dem Tank (T) absperrt und das in einer Schaltstellung diese Verbindungen öffnet, wobei die Vorsteuerung vorzugsweise mit einem elektrisch betätigten Vorsteuerventil (26) erfolgt, das in einer Stellung eine in Öffnungsrichtung des Wegeventils (24) wirksame Steuerfläche mit dem Tank- oder Niederdruck und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Speicherdruck beaufschlagt.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Düsenventilanordnung (54) in einer Bypassleitung (52) zum Wegeventil (24) angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Düsenventilanordnung ein Shuttleventil (54) ist und jeder Shuttledüse (56, 60) ein Rückschlagventil (58, 62) zugeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 3, wobei das Shuttleventil (54) einen Shuttlebolzen (114) hat, der in einer Ventilbohrung (112) zwischen zwei Ventilsitzen (120, 122) bewegbar geführt ist und der stirnseitig jeweils einen Ventilkegel (116, 118) hat, an dessen Außenumfang jeweils zumindest eine Düsenkerbe (124, 126) ausgebildet ist, wobei der wirksame Düsenkerbenquerschnitt an einem Ventilkegel (116) größer als am anderen Ventilkegel (118) ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei die Düsenkerben (124, 126) in zumindest einer achsparallel verlaufenden Abflachung (128) am Außenumfang des Shuttlebolzens (114) münden.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Shuttleachse senkrecht zur Achse des Wegeventils (24) angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei die Ventilsitze (120, 122) jeweils an einer Ventilbuchse (104, 106) ausgebildet sind.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 4 bis 7, wobei der Shuttlebolzen (114) auswechselbar angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei die größere Shuttledüse (60) in der Bypassleitung (52) angeordnet ist, in der ein in Richtung Füllen öffnendes Rückschlagventil (62) vorgesehen ist und wobei von einem Bypassleitungsabschnitt zwischen dem Rückschlagventil (62) und der größeren Shuttledüse (60) eine Zweigleitung (136) abzweigt, die zu einem Eingangsanschluss (P') eines Angleichsteuerventils (138) geführt ist, dessen Ausgangsanschluss (A') über eine Angleichsleitung (140) mit der Tankleitung (30) verbunden ist und das zum Angleichen aus einer Sperrstellung in eine Öffnungsstellung verschiebbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 9, wobei das Angleichsteuerventil (138) ein Schaltventil ist, dessen Ventilkörper über eine Feder (146) und einem dem Lastdruck entsprechenden Steuerdruck in Schließrichtung und von einem dem Speicherdruck entsprechenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 10, wobei in einer einen Eingangsanschluss (P) des Vorsteuerventils (26) mit dem Hydrospeicher (16) verbindenden Füllsteuerleitung (27) ein in Richtung zum Hydrospeicher (16) sperrendes Rückschlagventil (148) angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei in einer Steuerleitung (28) zwischen Vorsteuerventil (26) und einem die Steuerfläche enthaltenden Steuerraum eine richtungsvariable Dämpfungsdüse (34) vorgesehen ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem in Füllrichtung des Hydrospeichers (16) gesehen stromabwärts der Düsenventilanordnung (54) angeordneten Druckbegrenzungsventil (44) zur Begrenzung des maximalen Speicherdrucks.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem, vorzugsweise handbetätigten, Entleerungsventil (50) zur Verbindung.des Hydrospeichers (16) mit dem Tank (T).