EP2151585A1 - Manipulator und Dämpfungsvorrichtung - Google Patents

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EP2151585A1
EP2151585A1 EP08014223A EP08014223A EP2151585A1 EP 2151585 A1 EP2151585 A1 EP 2151585A1 EP 08014223 A EP08014223 A EP 08014223A EP 08014223 A EP08014223 A EP 08014223A EP 2151585 A1 EP2151585 A1 EP 2151585A1
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EP
European Patent Office
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slide
damping
boom
pressure
lifting cylinder
Prior art date
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EP08014223A
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English (en)
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EP2151585B1 (de
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Martin Heusser
Peter Dr. Scheubert
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Hawe Hydraulik SE
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Hawe Hydraulik SE
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Publication date
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    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
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    • E02F9/2207—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing or compensating oscillations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • F15B2211/8616—Control during or prevention of abnormal conditions the abnormal condition being noise or vibration

Definitions

  • the invention relates to a manipulator according to the preamble of patent claim 1 and an electro-hydraulic damping device according to the preamble of claim 13.
  • Out DE-A-195 03 895 is a trained as a truck-mounted concrete manipulator whose boom is an articulated arm for positioning a concrete hose. Since the operation of the concrete pump excites the boom to significant oscillations, for example, with amplitudes of 1.0 m or more, a Schlauchmann manipulating the hose end could be endangered while working. Therefore, a position control loop with its own pressure supply is provided for an end segment of the boom, which stabilizes the level of only the end segment with respect to a fixed reference plane within a predeterminable range of variation, in that the end segment is compensatingly downwardly adjusted during oscillation of the boom, and vice versa.
  • an additional slider is connected to working lines of the end segment positioning cylinder in addition to a variable slide of a mast control block for positioning the end segment (unfolding of the articulated arm). Mechanical vibrations of the articulated boom are not damped.
  • the operation of the slider via a mechanical coupling with the hose man or via a sensor for the distance between the end segment and the ground.
  • spool includes a multi-way multi-position spool direction control valve.
  • proportional solenoid pressure precontrol includes, for example, the operation of a spool of the spool by pilot pressure depending on the current supplied to a proportional solenoid.
  • the pressure signal in the boom-lifting cylinder can be brought into action very precisely and quickly, regardless of whether or not the main slide, which is too sluggish for damping, is actuated.
  • the pressure signal derived from the vibration signal which among other things represents the time course of an emerging vibration, is generated via the damping slide in the boom lifting cylinder (pressure increase and / or pressure reduction, eg with a time curve taking into account the vibration) in order to absorb vibration energy, so that The boom does not vibrate, but at most with a slight lowering or lifting movement remains vibration-free, ie, above all, no critical counter-vibration occurs.
  • the damping slide is free from the task of positioning the boom-lifting cylinder, it can be interpreted in terms of its design and its response optimally to the damping task.
  • the damping device is structurally simple, since it is only to be arranged parallel to the main slide between the pressure source and the boom-lifting cylinder.
  • This damper device with a damping slide provided in addition to at least one main slide of a hydraulic motor is useful not only for manipulators, but generally for hydraulic systems which are prone to mechanical vibrations and a relatively large-dimensioned hydraulic consumer with a correspondingly large-dimensioned and therefore too slow to damp main slide.
  • the damping slide is designed to be more dynamic than the main slide. This can be achieved, for example, in that the damping slide is designed to a smaller maximum amount and / or a lower pressure than the main slide, and possibly even smaller than the main slide.
  • the damping slide is expediently a 4/3-way control slide with proportional solenoid pressure precontrol.
  • the damping slide is assigned even a load-dependent inlet regulator, the load damper assigns the damping slide just the right pressure or the right amount for vibration damping.
  • the damping slide and the main slide each have a load pressure tap, and the slides are arranged in a common load pressure signal circuit. In this way, each slide can work independently of the momentary load pressure.
  • the load pressure signal circuit at least one shuttle valve and a pressure accumulator is included. The shuttle valve allows the higher load pressure to take effect. The pressure accumulator performs a balancing function.
  • the vibration signal can be tapped in different ways, for example via a distance sensor or angle sensor or a load measuring device.
  • the vibration signal is particularly advantageous as a pressure signal z. B. tapped on the boom-lifting cylinder.
  • the controller for the damper damper has for evaluating the pressure signal, which is, for example, a voltage, a low-pass filter section, and a direction control section that regulate the amount and direction of operation of the damper damper.
  • the pressure signals are tapped on both sides of the piston and evaluated together in the boom-lifting cylinder, although applications are conceivable in which only a pressure signal is used.
  • pressure signals are picked up on both sides of the piston of the boom-lift cylinder, they are combined in the usual way and supplied to the low-pass filter section and the direction control section.
  • This pressure source may be a variable or variable displacement pump, whose control device is connected to the load pressure signal circuit to provide the correct delivery rate, regardless of whether only the damping slide or the main slide or both slides are actuated, or if other consumers in the manipulator to be fed.
  • a dynamic response of the damping slide in comparison to the main slide can also be favored in that the damping slide is formed nozzle-free in flow paths in each case in the loading direction to the boom-lifting cylinder, is equipped only in flow paths with nozzles that are used for pressure relief.
  • load pressure signal circuit is also linked to the proportional solenoid pressure precontrol of the damping slide.
  • mechanical vibrations of the cantilever should be dampened where they are best tapped and best damped, i. between the substructure and the boom, for example in the area of the boom-lifting cylinder. If the boom should have other components which tend to oscillate independently of the boom, and can be positioned by hydraulic motors, at least one further, similar working damping device can be provided there.
  • Fig. 1 schematically shows a manipulator M, which is for example a mobile fire engine vehicle F.
  • a base 4 On a mobile on wheels 3 chassis 2 with, if necessary, lowerable floor supports 2, a base 4 is arranged for a symbolically indicated boom 7, which may be a fire ladder.
  • a turntable 5 is rotatably adjustable in a rotary guide 6 on the base 4 about an axis X. At the turntable 5 is here, for example, approximately horizontal pivot axis 6, on which the boom 7 is tiltably supported.
  • the boom 7 may have a plurality of individually movable segments 7a, 7b.
  • the boom 7 is adjustable and positionable by means of a boom-lifting cylinder 8 as an example of a hydraulic motor.
  • the boom-lifting cylinder 8 is operated by means of a main spool 9, which is connected to a controller 10, not shown in detail, and is supplied from a pressure source P with hydraulic medium.
  • the boom-lifting cylinder 8 is associated with an electro-hydraulic damping device D for mechanical vibrations of the boom 7.
  • the damping device D has a damping slide 11 which is connected in parallel to the main slide 9 between the same pressure source P as this and at least one working line 12, 13 of the boom-lifting cylinder 8 and actuated by an electronic control C.
  • At least one vibration signal is tapped, in the embodiment shown, for example by means of two pressure sensors 14a, 14b on the piston rod and piston sides of the boom-lifting cylinder 8.
  • the signals of the pressure sensors 14a, 14b are transmitted via a line 21 to the controller C, in which a pressure signal or a controlled variable is derived, which actuates the damping slide 11 via 19, 20 so that it directly generates the pressure signal in the boom-lifting cylinder 8, and dampens a mechanical oscillation of the boom 7, for example by the vibration in the form a pressure increase or decrease occurring energy is consumed.
  • the signal or the signals are evaluated in their time course and evaluated and z. B. converted into a controlled variable for the required pressure signal in the boom-lifting cylinder 8.
  • An oscillation can be damped, for example, by the fact that, in the event of a vibration-induced pressure increase on one side of the piston of the boom-lifting cylinder, the damping slide 11 performs a corresponding pressure reduction there, optionally combined with a pressure increase on the other piston side.
  • Fig. 2 shows in a schematic block diagram, the two pressure sensors 14a, 14b, which are associated with the piston rod side and piston-side chambers 8a, 8b of the boom-lifting cylinder.
  • the damping slide 11 is connected via lines 12a, 13a to both working lines 12, 13 of the boom-lifting cylinder 8 and is fed as well as the main slide 9 from a pressure line 15 of the pressure source P.
  • the damping slide 11 as well as the main slide 9 is connected to a via a return line 16 to a reservoir T.
  • Both slides 9, 11 are e.g. functionally identical or similar 4/3-way slide, each with pressure precontrol, but the damping slide 11 is more dynamic than the main slide 9.
  • the pressure piloting the damping slide 11 are indicated at 17, 18 and connected via lines 19, 20 to the controller C.
  • a low-pass filter section 23 is included, which is fed via a signal line 21, the signal or a combination of both signals of the pressure sensors 14a, 14b, via a line branch 21a behind a node 22. From the node 22 leads another Signal line 21b to a node 25, to which an output 26 of the low-pass filter section 23 leads. From the node 25, a signal line 27 finally leads to a direction control section 24, from which the lines 19, 20 go out. With the direction control section 24, the operation direction of the damper damper 11 and the amount of operation are set.
  • the damper slide 11 damps vibrations of the boom 7 in the boom-lifting cylinder 8, regardless of whether the main slide 9 just performs a positioning, or in the in Fig. 2 shown shut-off is.
  • the damping slide 11 additionally has a manual override 30 and is provided with the pressure feedforward controls 17, 18 designed as proportional solenoid pressure pilot controls.
  • the damping slide 11 has in the pressure line 15 to a feed regulator 29, the control pressure side is connected to a load pressure tap 45.
  • the load pressure tap 45 is connected to a load pressure signal circuit 28, to which also the main slide 9 is connected in an analogous manner.
  • Both the damping slide 11 and the main slide 9 are further connected to the return line 16, wherein the Last réelleabgriff 45 is relieved in the illustrated neutral position of the damper slide 11 to the return line 16.
  • the damper damper 11 in the embodiment shown is a 4/3-way control directional control spool valve with shut-off neutral position, and includes flow paths 31a, 32a, which are in the direction of loading the chambers of the boom-lifting cylinder 8 (here are a pair of such boom-lifting cylinder 8th provided) are designed without any nozzles or diaphragms.
  • flow paths 31b, 32b which act in the relief direction, each equipped with throttles or nozzles.
  • the load pressure signal circuit 28 is also linked to the proportional solenoid pressure pilot controls 17, 18 of the damping slide 11.
  • the main spool 9 is also a 4/3-way control directional control valve with a load pressure tap 44, the main spool 9 in the neutral position shown, the working line 12 of the boom-lifting cylinder 8 connects with the return line 16.
  • the pressure sensors 14b, 14a need not necessarily be disposed directly on the respective boom-lifting cylinder 8, but may, as shown in FIG Fig. 3 , be connected to appropriate control lines.
  • Fig. 4 illustrates the integration of the main spool 9 and the damper slide 10 in the electro-hydraulic control device of the manipulator M, wherein only a few components of the electro-hydraulic control device are shown.
  • the main slide 9 is located for example in a slide valve 33, in which four slides 34, 35, 36 and 9 are connected in common and parallel to the pressure line 15, the return line 16 and the load pressure signal circuit 28.
  • the load pressure signal circuit 28 for example, at least one shuttle valve 37 is provided, which transmits the respective higher load pressure 37 from one of the slides 34, 35, 9, 36, 11 to a control device 43 of the pressure source P designed as a regulating or variable displacement pump.
  • the pressure source P sucks from a reservoir T.
  • the pressure source P feeds the pressure line 15 from a main line 42.
  • the variable displacement pump is adjusted by an adjusting drive 39 according to demand, wherein the drive 39 is actuated via the control device 43.
  • an accumulator 38 may be included in the load pressure signal circuit 28.
  • the slider 34 is used to push or push the boom 7, the slider 35 is used to rotate the boom 7, and the slider 36 is associated with a terrain barrier block (not shown).
  • the electro-hydraulic control device of the manipulator M optionally further slide and hydraulic motors.
  • the damping device D is associated with at least the boom-lifting cylinder 8, which controls the main movement of the boom about the pivot axis 6.
  • other hydraulic motors of the large manipulator could be assigned the same damping devices.
  • the damping device D with the arranged parallel to a main slide damper slide, which is more dynamic than the main slide, is suitable for all hydraulic applications in which a relatively large designed main slide for vibration damping is too slow, and the damper slide free of positioning tasks for the hydraulic motor only for the damping of mechanical vibrations is controlled.

Abstract

In einem Manipulator (M) mit einem Ausleger-Hebezylinder (8) um eine Schwenkachse (6) positionierbaren Ausleger (7), einer Druckquelle (P), einem Hauptschieber (9) zum Positionieren des Auslege-Hebezylinders (8), und einer Dämpfungsvorrichtung (D), die eine elektronische Steuerung (C) zum Wandeln eines Schwingungssignals in ein Drucksignal für den Ausleger-Hebezylinder (8) aufweist, enthält die Dämpfungsvorrichtung (D) zum Erzeugen des Drucksignals einen parallel zum Hauptschieber (9) zwischen der Druckquelle (P) und zumindest einer Arbeitsleitung (12, 13) des Ausleger-Hebezylinders (8) angeordneten Dämpfungsschieber (11), der zur Schwingungsdämpfung im Hebezylinder (8) unabhängig vom Hauptschieber (9) mittels der Steuerung (C) betätigbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Manipulator gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine elektrohydraulische Dämpfungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
  • Allgemein führen mechanische Schwingungen des Auslegers oder von Auslegerkomponenten bei Manipulatoren, insbesondere Großmanipulatoren, zu erheblichen Problemen, so dass eine wirksame Dämpfungsvorrichtung für die Schwingungen erforderlich ist. Dies betrifft beispielsweise mobile oder stationäre Feuerwehrleitern, Zimmermannskräne, Kräne, Hubbühnen, Autobetonpumpen, und dgl., die wegen der Gravitation und der unvermeidbaren Federung des Auslegers, der Mobilität einzelner Komponenten des Auslegers, aufgrund erheblicher Auskraglängen, variierender Lasten, und dgl., im Einsatz zum Schwingen neigen.
  • Bei einem aus DE-U1-201 22 093 und aus WO 02/25036 A bekannten Großmanipulator greifen die Dämpfungsvorrichtung und die Positionssteuerung am Hauptschieber ein. Da über den Hauptschieber gedämpft, verstellt und positioniert wird, ist eine optimale Dämpfung mechanischer Schwingungen schwierig. Denn der Hauptschieber ist für die maximale Fördermenge und maximale Geschwindigkeit zur Verstellung und zur Positionierung des Zylinders ausgelegt, so dass er beim Dämpfen durch Aufzehren von Energie nur träge anspricht. Obwohl der Hauptschieber ein Proportional-Wechselventil ist, das zur Verstellung und Positionierung des Hebezylinders über einen Mikrokontroller mit einem Koordinatensignal angesteuert wird, wirken eine gleichzeitige Schwingungsdämpfung oder eine Schwingungsdämpfung bei positioniertem Hebezylinder nicht optimal, obwohl beim Umwandeln des Schwingungssignals, z. B. eines Drucksignals des Zylinders, hoher Aufwand eingesetzt wird.
  • Aus DE-A-195 03 895 ist ein als Autobetonpumpe ausgebildeter Manipulator bekannt, dessen Ausleger ein Knickarm zum Positionieren eines Betonschlauches ist. Da der Betrieb der Betonpumpe den Ausleger zu beträchtlichen Schwingungen anregt, z.B. mit Amplituden von 1,0 m oder mehr, könnte ein das Schlauchende manipulierender Schlauchmann beim Arbeiten gefährdet werden. Deshalb wird für ein Endsegment des Auslegers ein Lageregelkreis mit eigener Druckversorgung vorgesehen, der innerhalb eines vorgebbaren Variationsbereiches das Niveau nur des Endsegmentes bezüglich einer ortsfesten Bezugsebene stabilisiert, indem bei einer Schwingung des Auslegers nach oben das Endsegment kompensierend nach unten verstellt wird, und umgekehrt. Im Lageregelkreis ist zusätzlich zu einem Verstellschieber eines Maststeuerblocks zum Positionieren des Endsegmentes (Auffalten des Knickarmes) ein zusätzlicher Schieber an Arbeitsleitungen des Endsegment-Stellzylinders angeschlossen. Mechanische Schwingungen des Knickarm-Auslegers werden nicht gedämpft. Die Betätigung des Schiebers erfolgt über eine mechanische Kopplung mit dem Schlauchmann oder über einen Sensor für den Abstand zwischen dem Endsegment und dem Boden.
  • Der Begriff "Schieber" umfasst beispielsweise ein Mehrwege-Mehrstellungs-Schieber-Richtungssteuerventil. Der Begriff "Proportionalmagnet-Druckvorsteuerung" umfasst beispielsweise die Betätigung eines Schieberkolbens des Schiebers mittels Vorsteuerdrucks abhängig vom einem Proportionalmagneten zugeführten Strom.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Manipulator und eine Dämpfungsvorrichtung anzugeben, die eine optimale Dämpfung mechanischer Schwingungen ermöglichen.
  • Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 13 gelöst.
  • Da der Dämpfungsschieber nur zum Erzeugen des Drucksignals ausgelegt ist, kann das Drucksignal im Ausleger-Hebezylinder sehr präzise und rasch zur Wirkung gebracht werden, unabhängig davon, ob der für eine Dämpfung gegebenenfalls zu träge Hauptschieber betätigt ist, oder nicht. Das aus dem Schwingungssignal abgeleitete Drucksignal, das u.a. den zeitlichen Verlauf einer sich abzeichnenden Schwingung repräsentiert, wird über den Dämpfungsschieber im Ausleger-Hebezylinder erzeugt (Druckerhöhung und/oder Druckverminderung, z.B. mit einem die Schwingung berücksichtigenden zeitlichen Verlauf), um Schwingungsenergie aufzuzehren, so dass der Ausleger nicht ins Schwingen kommt, sondern allenfalls mit einer geringfügigen Absenk- oder Anhebebewegung schwingungsfrei bleibt, d.h., vor allem keine kritische Gegenschwingung erfolgt. Da der Dämpfungsschieber von der Aufgabe der Positionierung des Ausleger-Hebezylinders freigestellt ist, lässt er sich bezüglich seiner Auslegung und seines Ansprechverhaltens optimal auf die Dämpfungsaufgabe auslegen. Die Dämpfungsvorrichtung ist baulich einfach, da sie nur parallel zum Hauptschieber zwischen der Druckquelle und dem Ausleger-Hebezylinder einzuordnen ist.
  • Diese Dämpfungsvorrichtung mit einem zusätzlich zu wenigstens einem Hauptschieber eines Hydromotors vorgesehenen Dämpfungsschieber ist nicht nur für Manipulatoren zweckmäßig, sondern allgemein für Hydrauliksysteme, die zu mechanischen Schwingungen neigen, und einen relativ großdimensionierten Hydroverbraucher mit einem entsprechend großdimensionierten und deshalb zum Dämpfen zu trägen Hauptschieber aufweisen.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Dämpfungsschieber dynamischer ausgebildet als der Hauptschieber. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erzielen, dass der Dämpfungsschieber auf eine kleinere maximale Menge und/oder einen niedrigeren Druck als der Hauptschieber, und gegebenenfalls sogar kleiner ausgebildet ist als der Hauptschieber.
  • Um das Drucksignal feinfühlig und rasch ansprechend im Ausleger-Hebezylinder erzeugen zu können, ist zweckmäßig der Dämpfungsschieber ein 4/3-Wege-Regel-Schieber mit Proportionalmagnet-Druckvorsteuerung.
  • Zweckmäßig wird dem Dämpfungsschieber sogar ein lastabhängiger Zulaufregler zugeordnet, der dem Dämpfungsschieber lastabhängig den gerade richtigen Druck bzw. die richtige Menge zur Schwingungsdämpfung zuteilt.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform weisen der Dämpfungsschieber und der Hauptschieber jeweils einen Lastdruck-Abgriff auf, und sind die Schieber in einem gemeinsamen Lastdrucksignalkreis angeordnet. Auf diese Weise kann jeder Schieber unabhängig vom momentanen Lastdruck arbeiten. Im Lastdrucksignalkreis ist zumindest ein Wechselventil und ein Druckspeicher enthalten. Das Wechselventil lässt den jeweils höheren Lastdruck zur Wirkung kommen. Der Druckspeicher leistet eine ausgleichende Funktion.
  • Um im Notfall auch von Hand eingreifen zu können, ist es zweckmäßig, den Dämpfungsschieber zusätzlich mit einer Handbetätigung zu versehen.
  • Das Schwingungssignal kann auf unterschiedliche Weise abgegriffen werden, beispielsweise über einen Abstandssensor oder Winkelsensor oder eine Belastungsmessvorrichtung. Besonders günstig wird das Schwingungssignal jedoch als Drucksignal z. B. am Ausleger-Hebezylinder abgegriffen. Die Steuerung für den Dämpfungsschieber besitzt zum Auswerten des Drucksignals, das z.B. eine Spannung ist, eine Tiefpass-Filtersektion und eine Richtungs-Steuersektion, die das Ausmaß und die Richtung der Betätigung des Dämpfungsschiebers regeln.
  • Zweckmäßig werden im Ausleger-Hebezylinder die Drucksignale an beiden Seiten des Kolbens abgegriffen und gemeinsam ausgewertet, obwohl auch Anwendungsfälle denkbar sind, in denen nur ein Drucksignal benutzt wird. Wenn zu beiden Seiten des Kolbens des Ausleger-Hebezylinders Drucksignale abgegriffen werden, werden diese auf übliche Weise kombiniert und der Tiefpass-Filtersektion und der Richtungs-Steuersektion zugeführt.
  • Besonders zweckmäßig nutzt der Dämpfungsschieber dieselbe Druckquelle wie der Hauptschieber. Diese Druckquelle kann eine Regel- oder Verstellpumpe sein, deren Regeleinrichtung an den Lastdrucksignalkreis angeschlossen ist, um jeweils die korrekte Fördermenge bereitzustellen, unabhängig davon, ob nur der Dämpfungsschieber oder der Hauptschieber oder beide Schieber betätigt werden, oder falls auch noch weitere Verbraucher in dem Manipulator zu speisen sind.
  • Ein dynamischeres Ansprechen des Dämpfungsschiebers im Vergleich zum Hauptschieber lässt sich auch dadurch begünstigen, dass der Dämpfungsschieber in Strömungswegen jeweils in Beaufschlagungsrichtung zum Ausleger-Hebezylinder düsenfrei ausgebildet ist, um nur in Strömungswegen mit Düsen bestückt ist, die zur Druckentlastung benutzt werden.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Lastdrucksignalkreis auch mit der Proportionalmagnet-Druckvorsteuerung des Dämpfungsschiebers verknüpft.
  • Grundsätzlich sollen mechanische Schwingungen des Auslegers dort abgedämpft werden, wo sie am besten abzugreifen und besten zu dämpfen sind, d.h. zwischen dem Unterbau und dem Ausleger, beispielsweise im Bereich des Ausleger-Hebezylinders. Falls der Ausleger weitere Komponenten besitzen sollte, die unabhängig vom Ausleger zum Schwingen neigen, und durch Hydromotoren positionierbar sind, kann dort zumindest eine weitere, gleichartig arbeitende Dämpfungsvorrichtung vorgesehen werden.
  • Anhand der Zeichnungen wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Seitenansicht eines Manipulators, hier einer fahrbaren Feuerwehrleiter,
    Fig. 2
    ein schematisches Blockschaltbild eines Details aus Fig. 1,
    Fig. 3
    ein detailliertes Blockschaltbild für in Fig. 2 angedeutete Funktionen, und
    Fig. 4
    ein weiteres detailliertes Blockschaltbild einer größeren Baugruppe des Manipulators.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Manipulator M, der beispielsweise ein fahrbares Feuerweh-Fahrzeug F ist. Auf einem auf Rädern 3 fahrbaren Chassis 2 mit bedarfsweise absenkbaren Bodenabstützungen 2 ist ein Unterbau 4 für einen symbolisch angedeuteten Ausleger 7 angeordnet, der eine Feuerwehrleiter sein kann. Ein Drehkranz 5 ist in einer Drehführung 6 auf dem Unterbau 4 um eine Achse X drehverstellbar. An dem Drehkranz 5 befindet sich eine hier beispielsweise annähernd horizontale Schwenkachse 6, an der der Ausleger 7 neigbar abgestützt ist. Der Ausleger 7 kann mehrere individuell bewegbare Segmente 7a, 7b aufweisen. Der Ausleger 7 ist mittels eines Ausleger-Hebezylinders 8 als Beispiel eines Hydromotors verstellbar und positionierbar. Der Ausleger-Hebezylinder 8 wird mittels eines Hauptschiebers 9 betätigt, der an eine im Detail nicht gezeigte Steuerung 10 angeschlossen ist, und aus einer Druckquelle P mit Hydraulikmedium versorgt wird.
  • Dem Ausleger-Hebezylinder 8 ist eine elektrohydraulische Dämpfungsvorrichtung D für mechanische Schwingungen des Auslegers 7 zugeordnet. Die Dämpfungsvorrichtung D weist einen Dämpfungsschieber 11 auf, der parallel zum Hauptschieber 9 zwischen derselben Druckquelle P wie dieser und zumindest einer Arbeitsleitung 12, 13 des Ausleger-Hebezylinders 8 angeschlossen und mittels einer elektronischen Steuerung C betätigbar ist.
  • Am Ausleger 7 wird zumindest ein Schwingungssignal abgegriffen, in der gezeigten Ausführungsform beispielsweise mittels zweier Drucksensoren 14a, 14b an den Kolbenstangen- und Kolbenseiten des Ausleger-Hebezylinders 8. Die Signale der Drucksensoren 14a, 14b werden über eine Leitung 21 an die Steuerung C übermittelt, in der daraus ein Drucksignal bzw. eine Regelgröße abgeleitet wird, das über 19, 20 den Dämpfungsschieber 11 betätigt, damit dieser das Drucksignal im Ausleger-Hebezylinder 8 direkt erzeugt, und eine mechanische Schwingung des Auslegers 7 dämpft, indem beispielsweise bei der Schwingung in Form einer Drucksteigerung bzw. -minderung auftretende Energie aufgezehrt wird.
  • Das Signal bzw. die Signale werden in ihrem zeitlichen Verlauf beurteilt und ausgewertet und z. B. in eine Regelgröße für das erforderliche Drucksignal im Ausleger-Hebezylinder 8 gewandelt. Eine Schwingung kann beispielsweise dadurch gedämpft werden, dass bei einer schwingungsbedingten Druckerhöhung an einer Seite des Kolbens des Ausleger-Hebezylinders der Dämpfungsschieber 11 dort eine entsprechende Druckabsenkung vornimmt, gegebenenfalls kombiniert mit einer Druckerhöhung an der anderen Kolbenseite.
  • Fig. 2 zeigt im schematischen Blockschaltbild die beiden Drucksensoren 14a, 14b, die den kolbenstangenseitigen und kolbenseitigen Kammern 8a, 8b des Ausleger-Hebezylinders zugeordnet sind. Der Dämpfungsschieber 11 ist über Leitungen 12a, 13a mit beiden Arbeitsleitungen 12, 13 des Ausleger-Hebezylinders 8 verbunden und wird aus wie auch der Hauptschieber 9 von aus einer Druckleitung 15 der Druckquelle P gespeist. Gleichzeitig ist der Dämpfungsschieber 11 wie auch der Hauptschieber 9 an ein über eine Rücklaufleitung 16 an ein Reservoir T angeschlossen.
  • Beide Schieber 9, 11 sind z.B. funktionsgleiche oder -ähnliche 4/3-Wege-Schieber, jeweils mit Druckvorsteuerung, wobei jedoch der Dämpfungsschieber 11 dynamischer ist als der Hauptschieber 9. Die Druckvorsteuerungen des Dämpfungsschiebers 11 sind mit 17, 18 angedeutet und über Leitungen 19, 20 mit der Steuerung C verbunden. In der Steuerung C ist eine Tiefpass-Filtersektion 23 enthalten, der über eine Signalleitung 21 das Signal bzw. eine Kombination beider Signale der Drucksensoren 14a, 14b aufgegeben wird, und zwar über einen Leitungszweig 21a hinter einem Knoten 22. Vom Knoten 22 führt eine weitere Signalleitung 21b zu einem Knoten 25, zu dem ein Ausgang 26 der Tiefpass-Filtersektion 23 führt. Vom Knoten 25 führt eine Signalleitung 27 schließlich zu einer Richtungssteuer-Sektion 24, von der die Leitungen 19, 20 ausgehen. Mit der Richtungssteuer-Sektion 24 wird die Betätigungsrichtung des Dämpfungsschiebers 11 sowie das Ausmaß der Betätigung eingestellt.
  • Der Dämpfungsschieber 11 dämpft Schwingungen des Auslegers 7 im Ausleger-Hebezylinder 8 unabhängig davon, ob der Hauptschieber 9 gerade eine Positionierung ausführt, oder in der in Fig. 2 gezeigten Absperrstellung ist.
  • Im Blockschaltbild in Fig. 3 ist zu erkennen, dass der Dämpfungsschieber 11 zusätzlich eine Handbetätigung 30 aufweist und mit den als Proportionalmagnet-Druckvorsteuerungen ausgebildeten Druckvorsteuerungen 17, 18 versehen ist. Der Dämpfungsschieber 11 weist in der Druckleitung 15 einen Zulaufregler 29 auf, der steuerdruckseitig an einen Lastdruckabgriff 45 angeschlossen ist. Der Lastdruckabgriff 45 ist an einen Lastdrucksignalkreis 28 angeschlossen, an den auch der Hauptschieber 9 in analoger Weise angeschlossen ist. Sowohl der Dämpfungsschieber 11 als auch der Hauptschieber 9 sind ferner an die Rücklaufleitung 16 angeschlossen, wobei der Lastdruckabgriff 45 in der gezeigten Neutralstellung des Dämpfungsschiebers 11 zur Rücklaufleitung 16 entlastet ist.
  • Der Dämpfungsschieber 11 ist in der gezeigten Ausführungsform ein 4/3-Wege-Regel-Richtungssteuerschieberventil mit abgesperrter Neutralstellung, und enthält Strömungswege 31a, 32a, die in Beaufschlagungsrichtung zu den Kammern des Ausleger-Hebezylinders 8 (hier ist ein Paar solcher Ausleger-Hebezylinder 8 vorgesehen) ohne jegliche Düsen oder Blenden ausgelegt sind. Hingegen sind Strömungswege 31b, 32b, die in Entlastungsrichtung wirken, jeweils mit Drosseln oder Düsen bestückt. Der Lastdrucksignalkreis 28 ist auch mit den Proportionalmagnet-Druckvorsteuerungen 17, 18 des Dämpfungsschiebers 11 verknüpft.
  • Der Hauptschieber 9 ist ebenfalls ein 4/3-Wege-Regel-Richtungssteuerventil mit einem Lastdruckabgriff 44, wobei der Hauptschieber 9 in der gezeigten Neutralstellung die Arbeitsleitung 12 des Ausleger-Hebezylinders 8 mit der Rücklaufleitung 16 verbindet. Die Drucksensoren 14b, 14a müssen nicht notwendigerweise direkt an dem jeweiligen Ausleger-Hebezylinder 8 angeordnet sein, sondern können, wie gezeigt in Fig. 3, an entsprechende Steuerleitungen angeschlossen werden.
  • Fig. 4 verdeutlicht die Integration des Hauptschiebers 9 und des Dämpfungsschiebers 10 in die elektrohydraulische Steuervorrichtung des Manipulators M, wobei von der elektrohydraulischen Steuervorrichtung nur einige Komponenten dargestellt sind. Der Hauptschieber 9 befindet sich beispielsweise in einer Schieberbatterie 33, in der vier Schieber 34, 35, 36 und 9 gemeinsam und parallel an die Druckleitung 15, die Rücklaufleitung 16 und den Lastdrucksignalkreis 28 angeschlossen sind. Im Lastdrucksignalkreis 28 ist beispielsweise zumindest ein Wechselventil 37 vorgesehen, das den jeweils höheren Lastdruck 37 von einem der Schieber 34, 35, 9, 36, 11 an eine Regeleinrichtung 43 der als Regel- oder Verstellpumpe ausgebildeten Druckquelle P übermittelt. Die Druckquelle P saugt aus einem Reservoir T an. Parallel dazu sind weitere Pumpen 40, 41 vorgesehen. Die Druckquelle P speist die Druckleitung 15 aus einer Hauptleitung 42. Die Verstellpumpe wird durch einen Verstellantrieb 39 entsprechend des Bedarfes eingestellt, wobei der Antrieb 39 über die Regeleinrichtung 43 betätigt wird. Im Lastdrucksignalkreis 28 kann ferner optional ein Druckspeicher 38 enthalten sein.
  • In der in Fig. 4 angedeuteten Ausführungsform dient der Schieber 34 zum Ausschieben bzw. Einschieben des Auslegers 7, dient der Schieber 35 zum Drehen des Auslegers 7, und ist der Schieber 36 einem Terrain-Sperrblock (nicht gezeigt) zugeordnet.
  • Obwohl dies die Fig. 2 bis 4 nicht zeigen, weist die elektrohydraulische Steuervorrichtung des Manipulators M gegebenenfalls weitere Schieber und Hydromotoren auf.
  • Die Dämpfungsvorrichtung D ist zumindest dem Ausleger-Hebezylinder 8 zugeordnet, der die Hauptbewegung des Auslegers um die Schwenkachse 6 steuert. Es könnten jedoch weiteren Hydromotoren des Großmanipulators gleiche Dämpfungsvorrichtungen zugeordnet werden.
  • Die Dämpfungsvorrichtung D mit dem parallel zu einem Hauptschieber angeordneten Dämpfungsschieber, der dynamischer ist als der Hauptschieber, eignet sich für alle hydraulischen Einsatzfälle, in denen ein relativ groß ausgelegter Hauptschieber zur Schwingungsdämpfung zu träge ist, und der Dämpfungsschieber frei von Positionierungsaufgaben für den Hydromotor nur für die Dämpfung mechanischer Schwingungen gesteuert wird.

Claims (13)

  1. Manipulator (M), insbesondere Feuerwehrleiter und dgl., mit
    einem auf einem Unterbau (1), gegebenenfalls drehbaren und ausfahrbaren, mit zumindest einem Ausleger-Hebezylinder (8) um eine Schwenkachse (6) positionierbaren Ausleger (7, 7a, 7b),
    zumindest einer Druckquelle (P),
    einem Hauptschieber (9) zum Positionieren des Ausleger-Hebezylinders (8), und
    einer ein Schwingungssignal des Auslegers (1) abgreifenden Dämpfungsvorrichtung (D), die eine elektronische Steuerung (C) zum Wandeln des Schwingungssignals in ein Drucksignal für den Ausleger-Hebezylinder (8) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (D) zum Erzeugen des Drucksignals einen parallel zum Hauptschieber (9) des Ausleger-Hebezylinders (8) zwischen Druckquelle (P) für den Hauptschieber (8) und zumindest einer Arbeitsleitung (12, 13') des Ausleger-Hebezylinders (8) angeordneten Dämpfungsschieber (11) aufweist, der zur Schwingungsdämpfung im Hebezylinder (8) unabhängig vom Hauptschieber (9) mittels der Steuerung (C) betätigbar ist.
  2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsschieber (11) dynamischer ausgebildet ist als der Hauptschieber (8).
  3. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsschieber (11) ein 4/3-Wege-Regel-Schieber mit Proportionalmagnet-Druckvorsteuerung (17, 18) ist.
  4. Manipulator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dämpfungsschieber (11) ein lastabhängiger Zulaufregler (29) zugeordnet ist.
  5. Manipulator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsschieber (11) und der Hauptschieber (9) jeweils einen Lastdruck-Abgriff (44, 45) aufweisen und in einem gemeinsamen Lastdrucksignalkreis (28) angeordnet sind, der, vorzugsweise, wenigstens ein Wechselventil (37) und einen Druckspeicher (38) enthält.
  6. Manipulator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsschieber (11) zusätzlich eine Handbetätigung (30) aufweist.
  7. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (C) für den Dämpfungsschieber (11) eine Tiefpass-Filtersektion (23) für das als Drucksignal am Ausleger-Hebezylinder (8) abgegriffene Schwingungssignal und eine Richtungs-Steuersektion (24) aufweist und an die Proportionalmagnet-Druckvorsteuerung (17, 18) des Dämpfungsschiebers (11) angeschlossen ist.
  8. Manipulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Ausleger-Hebezylinder (8) an einer Kolbenseite (8b) und einer Kolbenstangenseite (8a) Drucksensoren (14a, 14b) vorgesehen sind, deren Drucksignale kombiniert der Tiefpass-Filtersektion (23) und der Richtungs-Steuersektion (24) zuführbar sind.
  9. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hauptschieber (9) und dem Dämpfungsschieber (11) gemeinsam zugeordnete Druckquelle (P) eine Regel- oder Verstellpumpe aufweist, deren Regeleinrichtung (43) an den Lastdrucksignalkreis (28) angeschlossen ist.
  10. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsschieber (11) in Strömungswegen (31a, 32a) jeweils in Beaufschlagungsrichtung zum Ausleger-Hebezylinder (8) düsenfrei und nur in Entlastungsrichtung mit Düsen bestückt ist.
  11. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastdrucksignalkreis (28) mit der Proportionalmagnet-Druckvorsteuerung (17, 18) des Dämpfungsschiebers (11) verknüpft ist.
  12. Manipulator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Dämpfungsvorrichtung (D) für einen weitere Hydromotor des Manipulators vorgesehen ist.
  13. Dämpfungsvorrichtung (D) für einen über einen Hauptschieber (9) aus einer Druckquelle (P) steuerbaren Hydromotor, insbesondere einen Ausleger-Hebezylinder (8) eines Manipulators (M) dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptschieber (9) zwischen dessen Druckquelle (P) und zumindest einer Arbeitsleitung (12, 13) des Hydromotors parallel ein Dämpfungsschieber (11) zugeordnet ist, der zur direkten Schwingungsdämpfung im Hydromotor über eine dem Dämpfungsschieber (11) zugeordnete, ein Schwingungssignal des Hydromotors wandelnde, elektronische Steuerung (C) unabhängig vom Hauptschieber (9) betätigbar ist.
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