EP4148192A1 - Hydraulikmaschine mit einem um eine schwenkachse verschwenkbaren ausleger - Google Patents

Hydraulikmaschine mit einem um eine schwenkachse verschwenkbaren ausleger Download PDF

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Publication number
EP4148192A1
EP4148192A1 EP22188901.7A EP22188901A EP4148192A1 EP 4148192 A1 EP4148192 A1 EP 4148192A1 EP 22188901 A EP22188901 A EP 22188901A EP 4148192 A1 EP4148192 A1 EP 4148192A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lowering
load
boom
hydraulic
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22188901.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Wizgall
Manuel Berger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kramer Werke GmbH
Original Assignee
Kramer Werke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kramer Werke GmbH filed Critical Kramer Werke GmbH
Publication of EP4148192A1 publication Critical patent/EP4148192A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2203—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F9/00—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes
    • B66F9/06—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes movable, with their loads, on wheels or the like, e.g. fork-lift trucks
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    • B66F9/12—Platforms; Forks; Other load supporting or gripping members
    • B66F9/16—Platforms; Forks; Other load supporting or gripping members inclinable relative to mast
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    • F15B2211/7053—Double-acting output members
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    • F15B2211/76—Control of force or torque of the output member
    • F15B2211/761—Control of a negative load, i.e. of a load generating hydraulic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic machine, in particular a motor vehicle such as an excavator, wheel loader, tractor, telehandler or the like, with a boom that can be pivoted about a pivot axis in relation to a frame, according to the preamble of claim 1.
  • a motor vehicle such as an excavator, wheel loader, tractor, telehandler or the like
  • vehicles such as excavators, wheel loaders, telescopic handlers, snowcats, tractors, combine harvesters, forage harvesters, forestry/skid cranes, so-called “harvesters", front loaders, etc. have been in use for years, e.g. in structural and civil engineering, in recycling and waste management, Commonly used in gardening and landscaping as well as in forestry and agriculture, with different loads or tools being able to be attached to a boom or swivel arm.
  • other tools such as load hooks, concrete buckets, sweepers, work platforms, cable winches, clearing blades and grabs can also be used. So-called quick-change plates are available for quick tool changes.
  • Loading systems of telehandlers have, for example, a lifting arm with at least one extension stage, which is usually mounted in a pivoted manner at the rear of the vehicle.
  • the lifting and Lowering of the boom or lifting arm is carried out by a hydraulic lifting cylinder, which is controlled or actuated by the driver using a directional control valve.
  • a lowering brake valve is used in addition to the directional control valve.
  • control valve and the lowering brake valve are usually controlled with the same pilot pressure. This directs a flow of oil from a hydraulic pump to the rod side of the lift cylinder via the control valve. At the same time, the lowering brake valve opens and directs the oil displaced from the piston side to the tank via the control valve. This sets the lifting cylinder in motion and the load is lowered. Due to the joint control, the characteristics of the control valve and the lowering brake valve must be precisely matched to one another.
  • the lowering brake valve has been actuated via a hydraulic pilot signal.
  • the pilot pressure required for activation is provided by a pressure reducing valve, which provides a pressure that is proportional to the control current. Due to the geometric design, the lowering brake valve is load-compensated, i.e. the volume flow through the valve is approximately the same, regardless of the load.
  • regeneration can also be integrated, e.g.
  • EP 1 915 538 B1 EP 1 915 538 B1 .
  • the piston and rod side of the lifting cylinder are also connected to each other when lowering the load. Due to the unequal effective areas, part of the oil volume is routed from the piston to the rod side. The excess amount of oil flows to the tank via the control valve. As a result, the oil flow supplied to the pump can be reduced and energy can be saved to a certain extent.
  • non-mobile hydraulic machines with a hydraulically pivotable boom or a vertically adjustable mechanism are also known, with a pivoting mechanism being provided in order to vertically adjust a load or a tool, e.g. presses, punches, bending machines or the like.
  • the object of the invention is to propose a hydraulic machine, in particular a motor vehicle, which implements an improved or more efficient mode of operation compared to the prior art, in particular has improved pressurization or energy utilization of the hydraulic system.
  • a hydraulic machine in particular a motor vehicle, is characterized in that at least one lowering sensor generating a lowering signal is provided for detecting an actual lowering parameter of the lowering operation, in that an actual/target comparison unit generating at least one lowering control signal provided for comparing the actual lowering parameter with a target and/or limit parameter, with the case that the actual lowering parameter corresponds to the target and/or limit parameter, the lowering control signal for actuating the control unit and/or the pressure-generating device and/or or is provided/designed for switching over the controllable lifting cylinder control element, so that pressurization of the hydraulic oil/liquid of the piston rod space is provided.
  • the hydraulic system is designed to be significantly more flexible during the lowering process.
  • a particularly energy-saving and/or an automated and/or a "more flowing" or more evenly/continuous lowering operation can be implemented.
  • the lowering operation ran according to the switching positions of the actuators or control valves or the like set/actuated by the driver.
  • the hydraulic system could not and did not automatically intervene in the lowering operation.
  • an advantageous actual lowering parameter can now be detected during the lowering operation with the advantageous lowering sensor and used for an improved lowering operation. This enables previously unachievable improvements to the hydraulic system, in particular for an energy-saving and/or more continuous lowering mode of the boom.
  • the senor can record this actual state or the corresponding actual lowering parameter and for an advantageous adaptation and/or change of the lowering process or lowering operation.
  • This opens up completely new (more automated) operating options with significantly improved comfort and/or energy consumption.
  • the pressure generation unit can be operated less or for a shorter time, which can reduce the energy consumption.
  • a lowering sensor according to the invention is conceivable, for example, which is designed as a speed sensor for detecting a lowering speed, e.g.
  • the lowering sensor could also be designed, for example, as a contact sensor for detecting a contact of the boom and/or the load pick-up or the tool. It is conceivable that, for example, lying/standing on the ground, contact when loading onto a vehicle trailer or the like could be detected.
  • a distance sensor, an optical sensor, a capacitive or inductive sensor, a radar sensor or the like would be conceivable, in which case the distance and/or the contact and/or a reduction/change in the lowering process can be detected.
  • the lowering operation can be implemented much more quickly and/or more evenly and/or more energy-efficiently, with human errors also being avoidable.
  • the lowering sensor is preferably designed as a pressure sensor for detecting a pressure of the hydraulic oil/fluid, in particular the so-called "load pressure".
  • a change or falling below or exceeding the value of the hydraulic pressure in the hydraulic system or the hydraulic fluid or the hydraulic oil can be advantageously detected and used according to the invention, especially the advantageous target/actual comparison.
  • This measure enables a particularly cost-effective implementation, since a wide variety of pressure sensors for hydraulic systems are already commercially available and therefore inexpensive.
  • very small pressure differences/changes can also be detected and used advantageously according to the invention.
  • a particular advantage of the invention in the advantageous detection of the load pressure is that due to a recorded load and / or the dead weight of the loading system or the (entire) boom on the piston side of the Lifting cylinder forms a load pressure, whereby the load pressure is already present due to the dead weight of the boom or the loading system, even without tools/attachments.
  • This is also referred to as the holding pressure of the empty loading system.
  • this pressure is higher or increases further as long as the loading system is not in contact with the ground or another obstacle. If the boom or the loading system comes into contact with an obstacle, the boom or the loading system is supported by this and thus relieved.
  • the holding pressure is used/defined as a limit/setpoint/reference value for advantageous control or switching according to the invention, e.g. for a transition from passive to active lowering, a switchover to active lowering always takes place when the boom or The loading system is supported by an obstacle from below and is thus relieved. As a result, the load pressure or "actual pressure” falls to a value that is lower than the holding pressure or "target pressure".
  • the resulting lowering speed without a load may be too low. This can be counteracted in an advantageous manner, for example by selecting the reference value higher than the holding pressure of the empty loading system. In this case, the active lowering takes place advantageously when the driving weight of the load and loading system is too low. High loads, on the other hand, continue to be lowered passively or in an energy-saving manner.
  • At least one regeneration connection line is provided/designed between the piston chamber and the piston rod chamber when the boom is being lowered, so that hydraulic oil/fluid can flow/flow from the piston chamber to the piston rod chamber, with the regeneration connection line having at least one lowering brake element. This is part of the oil not fed to the tank, but is fed back directly to the piston rod side.
  • the pressure sensor is arranged in the regeneration connecting line and between the piston space and the lowering brake element or in/on the piston space.
  • the pressure of the piston chamber or correspondingly hydraulically connected lines/sections can be detected in an advantageous manner and used in an advantageous manner, especially in the event of changes in the actual pressure according to the invention.
  • the invention can be implemented in a very compact/space-saving manner.
  • the pressure in the piston chamber and/or at least in an adjacent section of the regeneration connection line falls when the boom and/or tool or the load pick-up comes into contact with the ground, an object such as a vehicle trailer, dump truck or the like, which can be detected according to the invention and for a advantageous control can be used.
  • the lowering sensor is designed as a load sensor for detecting a load/stress on the boom and/or the load receiver and/or the frame.
  • contact or resting of the boom and/or the load-receiving device or the tool can be used to change the actual parameters according to the invention.
  • the lowering/load sensor is preferably designed as a frame sensor for detecting a frame load/load.
  • the frame sensor is used as an axle load sensor for detecting an axle load/load on a vehicle axle, in particular Rear axle, designed, esp.
  • a strain gauge (DMS) for detecting a bend / change in length of the vehicle axle.
  • the existing sensor can be evaluated or used for other purposes, such as detecting a dangerous tipping situation, etc., for the advantageous actual parameter comparison according to the invention without great effort for retrofitting and/or by means of software programming . This further reduces the cost of the invention.
  • the weight of the load picked up advantageously generates a moment about the contact area of a first wheel / Drive axle, esp.
  • the front axle is generated, which, for example, in the case of telescopic loaders, usually acts in a forward-tilting direction.
  • the other or The load on the second wheel/drive axle or, for example, the rear axle of telehandlers is relieved the more the load is heavier.
  • the weight of the machine counteracts this tilting moment in its center of gravity.
  • the tilting moment around the first axle or, in the case of telescopic loaders, around the front axle is reduced and the load acting on the second axle or, in the case of telescopic loaders, the rear axle increases.
  • the load on the second axle or e.g. on the rear axle in the case of telehandlers which is recorded for example by means of strain gauges or so-called “DMS measurement” or the like, can also be used to detect whether the boom or .
  • the loading system is in contact with an obstacle or the load taken up is too small to cause a fast enough lowering movement.
  • a control device for controlling the lowering brake element is provided, the control device being designed at least partially separately from the control unit of the controllable lifting cylinder control element, so that the lowering brake element can be controlled separately from the lifting cylinder control element.
  • the control device and the control unit or the controllable lifting cylinder control element can (largely) be operated independently of one another. This opens up completely new possibilities for controlling the hydraulic system or the lifting cylinder and/or the controllable lifting cylinder control element, etc.
  • At least one relief element/valve is preferably provided, with at least one branching unit being arranged between the lowering brake element and the lifting cylinder control element, and the relief element/valve between the branching unit and a hydraulic accumulator/tank is arranged so that excess hydraulic oil / fluid of the piston chamber can be fed to the hydraulic accumulator / tank during lowering operation.
  • at least one branching unit being arranged between the lowering brake element and the lifting cylinder control element
  • the relief element/valve between the branching unit and a hydraulic accumulator/tank is arranged so that excess hydraulic oil / fluid of the piston chamber can be fed to the hydraulic accumulator / tank during lowering operation.
  • the principle according to the invention depending on given measured variables or recorded actual lowering parameters, usually offers the load pressure on the lifting cylinder, which can advantageously be switched automatically between load-induced lowering movement and active lowering of loads, can advantageously be used in hydraulic machines, where loads are lifted with the help of hydraulic cylinders and a lowering of these is not possible without restrictions due to their own weight or where active forces have to be applied in the lowering direction at times.
  • the boom or the loading system is advantageously lowered in a controlled manner by using gravity, which leads to a saving in pumping energy and/or an improvement in comfort and/or a more continuous lowering movement.
  • FIGs 2 to 4 are various schematic hydraulic systems according to the invention of a mobile hydraulic machine or a motor vehicle such as a telehandler 1 according to FIG figure 1 sketched.
  • the telescopic handler 1 includes, inter alia, a boom 1.1 or a telescoping lifting arm 1.1, which is about a first pivot axis 1.8 by means of a pivot cylinder 2.1 or lifting cylinder 2.1 having a piston 22 and a piston rod 23 in relation to a Vehicle frame 1.6 is adjustable / pivotable.
  • the extension arm 1.1 can be adjusted in height.
  • the length adjustment can be implemented in a known manner in one or more stages and is not shown or explained in detail here.
  • the telescopic loader 1 also has, in a known manner, a driver's cab 1.7 in which one or two or more control elements for driving and for actuating the hydraulic system are advantageously present.
  • wheels 5 or drive chains (not shown), e.g. of an excavator or the like, are provided in a known manner, which can be driven and/or steered by the driver, preferably by means of a drive motor, e.g. diesel engine and/or electric motor and/or hydraulic motor.
  • a load receptacle 1.3 or tool carrier 1.3 is arranged on the boom 1.1 or telescoping boom arm 1.1 so that it can be pivoted about a second pivot axis 1.9.
  • a load 1.4 or a tool 1.4 is arranged at an end of the arm 1.5, with the tool carrier 1.3 being able to be adjusted/pivoted with the aid of a tilting cylinder 3.1 or tilting cylinder 3.1 in relation to the end of the arm 1.5.
  • the tilt cylinder 3.1 can advantageously be hydraulically connected to a compensation cylinder 4.1 via a first connecting line and a second connecting line (without further representation), i.e. hydraulic fluid/oil can be exchanged via the two connecting lines and hydraulic fluid/oil are integrated in a common hydraulic circuit.
  • this ensures that the load 1.4 or the tool 1.4 is in a predetermined position or Orientation, for example in a horizontal position, remains, which is usually of great advantage in practice.
  • FIG 2 a first, schematic hydraulic circuit diagram for the swivel cylinder 2.1 of the telescopic loader 1 is shown with a lowering sensor 6 designed as a pressure sensor 6 according to the invention.
  • the lowering movement of the boom 1.1 is initially controlled solely by a lowering brake valve 13.
  • a regeneration valve 14 and a relief valve 15.1 or, as an alternative 15.2, a lifting arm damping are opened.
  • the piloting of the lowering brake valve 13 opens it and the oil Q2 displaced from a piston side or a piston chamber 20 is routed through the regeneration valve 14 to the rod side or a piston rod chamber 21 .
  • Switching takes place (automatically/automatically) on the basis of the load pressure or actual pressure of the oil quantity Q2 or the oil flow Q2, which is detected by the pressure sensor 6 according to the invention. This is advantageously done in such a way that the pressure sensor 6 sends/transmits a sensor signal 8 to a controller 7 and that this controller 7 uses a comparison unit 9 to compare the transmitted actual/sensor signal 8 or actual parameter within the meaning of the invention with a stored/or .
  • the controller 7 or the comparison unit 9 advantageously sends a lowering control signal 16 to the pump P and/or a control signal 17 dem Control valve 12, so that the latter switches over to the lowering position and so that, if required, the pump P maintains the operating pressure or pumps oil Q1 to the rod side or into the piston rod chamber 21.
  • a lowering control signal 16 to the pump P and/or a control signal 17 dem Control valve 12, so that the latter switches over to the lowering position and so that, if required, the pump P maintains the operating pressure or pumps oil Q1 to the rod side or into the piston rod chamber 21.
  • valves 12 and 13 Due to the advantageous separate activation of the valves 12 and 13, i.e. control signal 17 and a separate or second control signal 18, and thus independent parameterizable characteristic curves in software, even with previously known or so-called conventional lowering operation, there are advantageously reductions in throttle losses and thus energy consumption be additionally reduced.
  • a characteristic stored in software (valve energization as a function of the required lowering speed) for the lowering brake valve 13 can be replaced by a characteristic map (valve energization as a function of the required lowering speed and the measured load pressure).
  • a characteristic map (valve energization as a function of the required lowering speed and the measured load pressure).
  • an advantageous retrofitting of hitherto customary hydraulic systems can be implemented in an advantageous manner without great structural and/or economic as well as control-related outlay.
  • the relief valve 15.1 can be used as in figure 2 shown alternatively on the piston side of the lifting cylinder 2.1. or be installed, ie as a relief valve 15.2.
  • the volume flow through the regeneration valve 14 is reduced in an advantageous manner and associated therewith Throttle losses, which have a negative effect on the lowering speed, are minimized.
  • valve 15.2 can no longer be used to relieve the rod side when the lift arm damping is switched on.
  • the so-called "gravity lowering” function described can be used as in figure 3 shown can be implemented with a switchable lowering brake valve 13 or a lowering brake unit, which includes various check valves and/or load-holding valves (cf. figure 3 ).
  • a switchable lowering brake valve 13 or a lowering brake unit which includes various check valves and/or load-holding valves (cf. figure 3 ).
  • the relief valve 15.1 can alternatively be arranged on the piston head side (no detailed illustration).
  • the so-called "gravity lowering” function described can also be used as in figure 4 shown with another, switchable lowering brake valve 13 or another lowering brake unit, which in turn comprises various check valves and/or load-holding valves (cf. figure 4 ).
  • the individual, separate and switchable regeneration valve 14 can be used according to FIG figure 2 be waived.
  • the excess volume flow Q3 can also be discharged via the control valve 12 when lowering.
  • the control valve 12 should/must be implemented in an alternative manner with a switching position which relieves the working connections towards the tank T and keeps the supply connection closed. This can be implemented via the so-called neutral position of the valve slide or an additional switching position, which is known to those skilled in the art.
  • a further advantageous optimization of the operating behavior is possible, for example, by measuring/detecting the pressure difference at the lowering brake valve 13.
  • another pressure measuring point is advantageously to be provided or implemented, e.g. with a second pressure sensor and/or a pressure difference sensor.
  • the actual parameter or current value that is advantageous for controlling the valve then advantageously results as a function of the required or specified lowering speed and the pressure difference present at the lowering brake valve 13 .
  • a geometric parameter such as the lifting angle of the lifting arm or boom 1.1 and/or the stroke of the lifting cylinder 2.1 and/or feedback of the signal to a controller (Control circuit) of the controller 7, interference in the system are corrected.
  • the lowering brake valve 13 can optionally be actuated via a first, hydraulic pilot signal or via the control line 18 and/or the control valve 12 optionally via a (separate) second hydraulic pilot signal or via the control line 17 .
  • Direct electromagnetic actuation of the valves 12 and/or 13, e.g. by means of electrical control lines 17, 18, is also possible, as is electrical control of the pump P by means of an electrical control line 16. It is of great advantage if the lowering brake valve 13 and the directional control valve 12 or Control valve 12 can be controlled independently of one another.
  • the invention leads to particular advantages or effects if, for example, the loading system or the boom 1.1 can be lowered in a controlled manner without the support of the motor or the pump P if there is sufficient weight (load pressure), which saves energy.
  • the advantageous variants of the invention can be retrofitted very easily and thus as options for the customer offer what increases the flexibility and convenience for the customer in an advantageous manner.
  • the invention can be flexibly optimized/changed, above all via advantageous software parameters, without major design and economic outlay and can thus be adapted to different operating conditions and machines or vehicles and/or applications/areas.

Abstract

Es wird v.a. eine Hydraulikmaschine (1), insbesondere Kraftfahrzeug (1), mit einem in Bezug auf einen Rahmen (1.6) um eine Schwenkachse (1.8) verschwenkbaren Ausleger (1.1), wobei der Ausleger (1.1) eine Lastaufnahmevorrichtung (1.3) zum Aufnehmen/Fixieren einer Lastaufnahme (1.4) wie ein Werkzeug (1.4) oder dergleichen, umfasst, wobei ein einen Kolben (22) und eine Kolbenstange (23) aufweisender Hubzylinder (2.1) zum Verschwenken des Auslegers (1.1) gegenüber dem Rahmen (1.6) vorgesehen ist, vorgeschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte bzw. effizientere Betriebsweise verwirklicht, insbesondere eine verbesserte Druckbeaufschlagung bzw. Energieverwertung des Hydrauliksystems aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens ein ein Senksignal (8) erzeugender Senksensor (6) zum Erfassen eines Ist-Senkparameters des Senkbetriebes vorgesehen ist, dass eine wenigstens ein Senk-Steuersignal (16, 17, 18) erzeugende Ist-Soll-Vergleichseinheit (9) zum Vergleichen des Ist-Senkparameters mit einem Soll- und/oder Grenzparameter vorgesehen ist, wobei im Fall, dass der Ist-Senkparameter dem Soll- und/oder Grenzparameter entspricht, das Senk-Steuersignal zum Betätigen der Steuereinheit (7) und/oder der Druckerzeugungsvorrichtung (P) und/oder zum Umschalten des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelementes (12) vorgesehen ist, so dass wenigstens ein Druckbeaufschlagen des/der Hydrauliköls/ -flüssigkeit des Kolbenstangenraumes (21) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hydraulikmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug wie ein Bagger, Radlader, Traktor, Teleskoplader oder dergleichen, mit einem in Bezug auf einen Rahmen um eine Schwenkachse verschwenkbaren Ausleger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Beispielsweise sind Fahrzeuge wie Bagger, Radlader, Teleskoplader, Pistenbullys, Traktoren, Mähdrescher, Feldhäcksler, Forst-/Rückekräne, sog. "Harvester", Fronlader, etc. bereits seit Jahren z.B. im Hoch- und Tiefbau, in der Recycling- und Abfallwirtschaft, im Garten- und Landschaftsbau sowie in der Forst- oder Landwirtschaft gebräuchlich, wobei an einem Ausleger bzw. Schwenkarm verschiedene Lasten bzw. Werkzeuge angebracht werden können. Neben den Standard Anbaugeräten bzw. Werkzeugen wie Schaufel und Gabel können auch weitere Werkzeuge wie zum Beispiel Lasthaken, Betonkübel, Kehrmaschine, Arbeitsbühne, Seilwinde, Räumschild und Greifer zum Einsatz kommen. Um einen schnellen Werkzeugwechsel vorzunehmen gibt es sog. Schnellwechselplatten.
  • Ladeanlagen von Teleskopladern weisen z.B. einen Hubarm mit mindestens einer Ausschubstufe auf, der drehgelenkig üblicherweise am Fahrzeugheck gelagert ist. Das Anheben und Absenken des Auslegers bzw. Hubarms wird durch einen hydraulischen Hubzylinder ausgeführt, der vom Fahrer mittels einem Wegeventil gesteuert bzw. betätigt wird. Für das kontrollierte Absenken der Last kommt neben dem Wege- bzw. Steuerventil ein Senkbremsventil zum Einsatz.
  • Mit Hilfe einer entspr. hydraulischen Steuereinheit bzw. dem steuerbaren Wegeventil kann üblicherweise zwischen einem Senkbetrieb zum Absenken des Auslegers und einem Hebebetrieb zum Anheben des Auslegers sowie einer sog. "Neutralstellung" bzw. einem Haltebetrieb zum Halten des Auslegers gewechselt werden.
  • Üblicherweise werden zur Einleitung der Senkbewegung das Steuerventil und das Senkbremsventil mit dem gleichen Pilotdruck angesteuert. Dadurch wird ein Ölstrom von einer Hydraulikpumpe über das Steuerventil zur Stangenseite des Hubzylinders geleitet. Gleichzeitig öffnet das Senkbremsventil und leitet das von der Kolbenseite verdrängte Öl über das Steuerventil zum Tank. Dadurch setzt sich der Hubzylinder in Bewegung und die Last wird abgesenkt. Aufgrund der gemeinsamen Ansteuerung muss die Charakteristik des Steuerventils und Senkbremsventils präzise aufeinander abgestimmt sein.
  • Das Senkbremsventil wird bislang über ein hydraulisches Pilotsignal betätigt. Der zur Ansteuerung notwendige Pilotdruck wird durch ein Druckminderventil bereitgestellt, welches einem dem Steuerstrom proportionalen Druck bereitstellt. Aufgrund der geometrischen Gestaltung ist das Senkbremsventil lastkompensiert, d.h. unabhängig von der Zuladung stellt sich annähernd der gleiche Volumenstrom über das Ventil ein.
  • Zur Steigerung der Effizienz beim Senken der Ladeanlage kann zusätzlich eine sog. "Regeneration" integriert werden, z.B.
  • EP 1 915 538 B1 . Hierfür wird beim Senken der Last zusätzlich die Kolben- und Stangenseite des Hubzylinders miteinander verbunden. Aufgrund der ungleichen wirksamen Flächen wird ein Teil der Ölmenge von der Kolben- zur Stangenseite geleitet. Die überschüssige Ölmenge fließt über das Steuerventil zum Tank. Dadurch kann der zugeführte Ölstrom der Pumpe reduziert und in gewissem Maß Energie eingespart werden.
  • Darüber hinaus ist durch die US 2018/0112686 A1 eine Hydraulikschaltung für o.g. Kraftfahrzeuge bekannt geworden, wobei der Volumenstrom des Rücklaufs am Steuerventil vorbei direkt in den Tank geleitet wird. Durch die direkte Verbindung können Druckverluste im Rücklauf reduziert werden. Im Unterschied zuvor aufgeführten Lösung, wird hier anstatt eines Senkbremsventil ein Lasthalteventil verwendet. Bei diesem wird kein externer Pilotdruck, sondern Druck des zugeführten Ölstroms zur Ansteuerung des Ventils genutzt.
  • Zudem sind auch nicht-mobile Hydraulikmaschinen mit einem hydraulisch schwenkbaren Ausleger bzw. einem vertikal verstellbaren Mechanismus bekannt, wobei ein Schwenkmechanismus vorgesehen ist, um eine Last bzw. ein Werkzeug vertikal zu verstellen, z.B. Pressen, Stanzen, Biegemaschinen oder dergleichen.
  • Nachteilig bei den bisher bekannten Hydraulikmaschinen ist jedoch, dass das Steuerventil einen minimal größeren Ölstrom zur Verfügung stellen muss als das Senkbremsventil unter Last zum Ablauf freigibt. Eine exakte Abstimmung des Steuerventils und Senkbremsventils ist aufgrund der gemeinsamen Pilotierung nicht in jedem Betriebspunkt möglich. Daraus resultieren Staudrücke vor dem Senkbremsventil (Kolbenseite), die energieintensiv durch zugeführte Antriebsleistung überwunden werden müssen.
  • Zudem können bei einem Parallelbetrieb mehrerer Verbraucher durch eine gemeinsame Pumpe folgende Nachteile auftreten:
    1. A) Zum Senken der Ladeanlage muss die Stangenseite des Hubzylinders mit Öl versorgt werden. Dadurch wird der nutzbare Pumpenvolumenstrom zur Versorgung weiterer Verbraucher reduziert.
    2. B) Beim Parallelbetrieb mehrerer Verbraucher mit unterschiedlichen Druckniveaus, treten durch den zum Senken benötigten Ölstrom und Druck der Pumpe zusätzliche Drosselverluste auf.
    Aufgabe und Vorteile der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Hydraulikmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug, vorzuschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte bzw. effizientere Betriebsweise verwirklicht, insbesondere eine verbesserte Druckbeaufschlagung bzw. Energieverwertung des Hydrauliksystems aufweist.
  • Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Hydraulikmaschine, insbesondere einem Kraftfahrzeug, der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
  • Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Hydraulikmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug, dadurch aus, dass wenigstens ein ein Senksignal erzeugender Senksensor zum Erfassen eines Ist-Senkparameters des Senkbetriebes vorgesehen ist, dass eine wenigstens ein Senk-Steuersignal erzeugende Ist-Soll-Vergleichseinheit zum Vergleichen des Ist-Senkparameters mit einem Soll- und/oder Grenzparameter vorgesehen ist, wobei im Fall, dass der Ist-Senkparameter dem Soll- und/oder Grenzparameter entspricht, das Senk-Steuersignal zum Betätigen der Steuereinheit und/oder der Druckerzeugungsvorrichtung und/oder zum Umschalten des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelementes vorgesehen/ausgebildet ist, so dass ein Druckbeaufschlagen des/der Hydrauliköls/-flüssigkeit des Kolbenstangenraumes vorgesehen ist.
  • Mit Hilfe dieser Maßnahme bzw. Maßnahmen wird erreicht, dass beim Senkvorgang das Hydrauliksystem deutlich flexibler ausgebildet wird. So kann u.a. ein besonders energiesparender und/oder ein automatisierter und/oder ein "fließenderer" bzw. gleichmäßiger/kontinuierlicher ablaufenderer Senkbetrieb realisiert werden.
  • Bislang lief der Senkbetreib entsprechend den vom Fahrer eingestellten/betätigten Schaltstellungen der Stellglieder bzw. Steuerventile oder dergleichen ab. Hierbei konnte und wurde nicht vom Hydrauliksystem automatisiert in den Senkbetrieb eingegriffen werden. Gemäß der Erfindung kann nun mit dem vorteilhaften Senksensor ein vorteilhafter Ist-Senk-Parameter während des Senkbetriebes erfasst und für einen verbesserten Senkbetreib verwendet werden. Dies ermöglicht bislang nicht realisierbare Verbesserungen des Hydrauliksystems, insb. für eine energiesparende und/oder kontinuierlichere Senkbetriebsweise des Auslegers.
  • Beispielsweise kann bei einem ungewöhnlichen und/oder unvorhersehbaren Betriebsfall/Vorkommnis und/oder bei sich ändernden Rahmenbedingungen der Sensor diesen Ist-Zustand bzw. den entspr. Ist-Senk-Parameter erfassen und für eine vorteilhafte Anpassung und/oder Veränderung des Senkvorganges bzw. des Senkbetriebes verwenden. Dies eröffnet vollkommen neuartige (automatisiertere)Betriebsmöglichkeiten mit deutlich verbessertem Komfort und/oder Energieaufwand. Beispielsweise kann die Druckerzeugungseinheit weniger bzw. kürzer betrieben werden, was den Energieverbrauch reduzieren kann.
  • Denkbar ist zum Beispiel ein Senksensor gemäß der Erfindung, der als Geschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Senkgeschwindigkeit ausgebildet ist, z.B. zum Erfassen der Verstellgeschwindigkeit bzw. des Einfahrens des Hubzylinders, d.h. des Kolbens, oder der Winkelgeschwindigkeit an der Schwenkachse des Auslegers.
  • Auch könnte der Senksensor beispielsweise als Kontaktsensor zum Erfassen eines Kontaktes des Auslegers und/oder der Lastaufnahme bzw. des Werkzeuges ausgebildet werden. So ist denkbar, dass beispielsweise ein Aufliegen/Anstehen am Boden, ein Kontakt beim Beladen an einem Fahrzeuganhänger oder dergleichen erfasst werden könnte. Vorstellbar wäre u.a. ein Abstandssensor, ein optischer Sensor, ein kapazitiver oder induktiver Sensor, ein Radarsensor oder dergleichen, wobei der Abstand und/oder der Kontakt und/oder eine Verringerung/Änderung des Senkvorganges erfassbar ist.
  • Grundsätzlich können sich bei derartigen Vorgängen, d.h. bei denen der Ausleger und/oder das Werkzeug bzw. die Last etwas berührt, die bei Bauarbeiten oder dergleichen häufiger vorkommen können, insb. auch oftmals nicht vorhersehbare Ereignisse, wie Erdrutsche von Kies-, Sandanhäufungen etc., herunterfallende Gegenstände bei Abbrucharbeiten etc., und/oder in Fällen bei denen das Gewicht bzw. die Kraft des Auslegers (mit oder ohne zusätzlicher Last) für das Senken nicht mehr (ganz) ausreicht, z.B. aufgrund interner hydraulischer Verluste und/oder Reibwiderstände etc. des Hydrauliksystems bzw. der hierbei sich bewegenden/verstellenden mechanischen Komponenten, die Betriebsbedingungen beim Senken in erheblichem Maß ändern, so dass in vorteilhafter Weise der Betreib des Hydrauliksystems bzw. Hubzylinders und/oder des Pumpsystems bzw. der Druckerzeugungseinheit mittels des vorteilhaften Soll-Ist-Vergleiches bzw. des Senk-Steuersignals bzw. des Senkparameters gemäß der Erfindung angepasst/verändert werden kann. Hierbei kann auf ein aktives Eingreifen des Fahrers auf das Hydrauliksystem und/oder Steuersystem ggf. in vorteilhafter Weise verzichtet werden, wobei nämlich sog. "Totzeiten" bzw. nachteilige Reaktionszeiten auftreten. Deshalb kann gemäß der Erfindung wesentlich schneller und/oder gleichmäßiger und/oder energiesparender der Senkbetrieb verwirklicht werden, wobei auch menschliche Fehler vermeidbar sind.
  • Vorzugsweise ist der Senksensor als Drucksensor zum Erfassen eines Drucks des/der Hydrauliköls/-flüssigkeit, insb. des sog. "Lastdruckes", ausgebildet. Hiermit kann eine Änderung bzw. Wert-Unter-/Überschreitung des Hydraulikdruckes im Hydrauliksystem bzw. der Hydraulikflüssigkeit bzw. des Hydrauliköls in vorteilhafter Weise erfasst und gemäß der Erfindung verwendet werden, insb. den vorteilhaften Soll-IstVergleich. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders kostengünstige Umsetzung, da bereits unterschiedlichste Drucksensoren für Hydrauliksysteme handelsüblich und somit günstig sind. Zudem können auch sehr geringe Druckunterschiede/- veränderungen erfasst und in vorteilhafter Weise gemäß der Erfindung verwendet werden.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung bei der vorteilhaften Erfassung des Lastdrucks ist, dass sich aufgrund einer aufgenommenen Last und/oder dem Eigengewicht der Ladeanlage bzw. des (gesamten) Auslegers sich auf der Kolbenseite des Hubzylinders ein Lastdruck ausbildet, wobei v.a. bereits wegen des Eigengewichtes des Auslegers bzw. der Ladeanlage der Lastdruck auch ohne Werkzeug/Anbaugerät vorliegt Man spricht hier auch vom Haltedruck der leeren Ladeanlage. Bei aufgenommener Last liegt dieser Druck höher bzw. nimmt dieser Druck weiter zu, solange die Ladeanlage nicht in Kontakt mit dem Boden oder einem anderen Hindernis ist. Kommt der Ausleger bzw. die Ladeanlage in Kontakt mit einem Hindernis, so wird der Ausleger bzw. die Ladeanlage durch dieses gestützt und damit entlastet. Wird erfindungsgemäß der Haltedruck als Grenz-/Soll-/Referenzwert für ein vorteilhaftes Steuern bzw. Umschalten gemäß der Erfindung genutzt/festgelegt, z.B. für einen Übergang vom passiven zum aktiven Senken, so erfolgt eine Umschaltung zum aktiven Senken immer dann, wenn der Ausleger bzw. die Ladeanlage durch ein Hindernis von unten gestützt und dadurch entlastet wird. Der Lastdruck bzw. "Ist-Druck" fällt dadurch auf einen Wert, der niedriger ist, als der Haltedruck bzw. "Soll-Druck".
  • Bei sehr leichten Auslegern bzw. Ladeanlagen oder klein dimensionierten Ventilen und Leitungsquerschnitten etc. kann ggf. die resultierende Senkgeschwindigkeit ohne aufgenommener Last zu gering ausfallen. Dem kann in vorteilhafter Weise entgegengewirkt werden, indem z.B. der Referenzwert höher gewählt wird als der Haltedruck der leeren Ladeanlage. In diesem Fall erfolgt das aktive Senken in vorteilhafter Weise dann, wenn das antreibende Gewicht von Last und Ladeanlage zu gering ausfällt. Hohe Lasten werden dagegen weiterhin passiv bzw. energiesparend abgesenkt.
  • Vorteilhafterweise ist im Senkbetrieb des Auslegers wenigstens eine Regenerationsverbindungsleitung zwischen dem Kolbenraum und dem Kolbenstangenraum vorgesehen/ausgebildet, so dass Hydrauliköl/-flüssigkeit vom Kolbenraum zum Kolbenstangenraum strömen/fließen kann, wobei die Regenerationsverbindungsleitung wenigstens ein Senkbremselement. Hiermit wird ein Teil des Öls nicht dem Tank zugeführt, sondern wird direkt der Kolbenstangenseite wieder zugeführt.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Drucksensor in der Regenerationsverbindungsleitung sowie zwischen dem Kolbenraum und des Senkbremselementes oder im/am Kolbenraum angeordnet. Hiermit kann in vorteilhafter Weise der Druck des Kolbenraumes bzw. entspr. mit diesem hydraulisch verbundenen Leitungen/Abschnitten erfasst und insb. bei Veränderungen des Ist-Druckes gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet werden. Hierbei können einerseits sehr genau auch kleinste Ist-Parameter-Veränderungen erfasst und andererseits sehr kompakt/platzsparend die Erfindung verwirklicht werden.
  • Beispielsweise fällt der Druck im Kolbenraum und/oder zumindest in einem benachbarten Abschnitt der Regenerationsverbindungsleitung bei einem Kontakt des Auslegers und/oder Werkzeuges bzw. der Lastaufnahme am Boden, an einem Gegenstand wie Fahrzeuganhänger, Muldenkipper oder dergleichen, was gemäß der Erfindung erfassbar und für eine vorteilhafte Steuerung verwendbar ist.
  • In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Senksensor als Lastsensor zum Erfassen einer Last/Belastung des Auslegers und/oder der Lastaufnahme und/oder des Rahmens ausgebildet. Auch hiermit kann ein Kontakt bzw. Aufliegen des Auslegers und/oder der Lastaufnahme bzw. des Werkzeuges zu einer Ist-Parameteränderung gemäß der Erfindung verwendet werden.
  • Vorzugsweise ist der Senk-/Lastsensor als Rahmensensor zum Erfassen einer Rahmenlast/-belastung ausgebildet. Beispielsweise ist der Rahmensensor als Achslastsensor zum Erfassen einer Achslast/-belastung einer Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, ausgebildet, insb. als Dehnmessstreifen (DMS) zum Erfassen einer Biegung/Längenänderung der Fahrzeugachse. Beim Senken des Auslegers (mit oder ohne zusätzlicher Last) wird am Rahmen bzw. an einer der (beiden) Antriebs-/Achsen, insb. bei Teleskopladern an der Hinterachse, ein Biegemoment bzw. eine Belastung generiert, das/die sich bei einem Kontakt bzw. Aufliegen des Auslegers bzw. des Werkzeuges und/oder der Last deutlich ändert und somit gemäß der Erfindung für den vorteilhaften Ist-Soll-Vergleich verwendet werden kann.
  • Dies ist eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung, da bereits bei vielen Baufahrzeugen bzw. Teleskopladern oder dergleichen eine Belastung bzw. eine Achslast z.B. für das Erfassen einer Gefahrsituation wie das Kippen des Fahrzeugs bzw. Teleskopladers vorhanden sind und diese für die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendbar sind. Folglich kann hiermit sowohl der konstruktive als auch der finanzielle Aufwand sehr gering gehalten werden.
  • So kann ein Auswerten bzw. Verwenden des bereits vorhandenen Sensors für andere Zwecke, wie z.B. das Erfassen einer gefährlichen Kippsituation etc., für den vorteilhaften Ist-Parameter-Vergleich gemäß der Erfindung ohne großen Aufwand für Nachrüstungen und/oder mittels Software-Programmierung umgesetzt werden. Dies verringert die Kosten für die Erfindung zusätzlich.
  • Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der über die Last an der Hinterachse die sensorische Erfassung des Ist-Senkparameters verwirklicht wird, wird gemäß der Erfindung zu Nutze gemacht, dass die Gewichtskraft der aufgenommenen Last in vorteilhafter Weise ein Moment um die Aufstandsfläche einer ersten Rad-/Antriebsachse, insb. bei Teleskopladern der Vorderachse, erzeugt, welches z.B. bei Teleskopladern meist in nach vorneüber kippender Richtung wirkt. In Folge dessen wird die andere bzw. zweite Rad-/Antriebsachse bzw. z.B. bei Teleskopladern die Hinterachse der Maschine umso mehr entlastet, je schwerer die aufgenommene Last ist. Diesem Kippmoment wirkt das Gewicht der Maschine in dessen Schwerpunkt entgegen. Wird der Ausleger bzw. die Ladeanlage durch ein Hindernis gestützt, so reduziert sich das Kippmoment um die erste Achse bzw. bei Teleskopladern um die Vorderachse und die Last, die auf die zweite Achse bzw. bei Teleskopladern die Hinterachse wirkt nimmt zu.
  • Somit kann gemäß der Erfindung die Last an der zweiten Achse bzw. z.B. bei Teleskopladern an der Hinterachse, die beispielsweise mittels Dehnmessstreifen bzw. sog. "DMS-Messung" oder dergleichen erfasst wird, ebenfalls dazu genutzt werden, zu detektieren, ob der Ausleger bzw. die Ladeanlage in Kontakt mit einem Hindernis ist oder die aufgenommene Last zu gering ist, um eine ausreichend schnelle Senkbewegung zu bewirken.
  • Vorteilhafterweise ist eine Steuervorrichtung zum Steuern des Senkbremselementes vorgesehen, wobei die Steuervorrichtung wenigstens teilweise separat zur Steuereinheit des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelement ausgebildet ist, so dass das Senkbremselement separat zum Hubzylinder-Steuerelement steuerbar ist. Hiermit kann die Steuervorrichtung und die Steuereinheit bzw. das steuerbare Hubzylinder-Steuerelement (weitestgehend) unabhängig voneinander betrieben werden. Hiermit eröffnen sich vollkommen neuartige Möglichkeiten der Steuerung des Hydrauliksystems bzw. des Hubzylinders und/oder des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelements etc..
  • Vorzugsweise ist wenigstens ein Entlastungselement/-ventil vorgesehen, wobei zwischen dem Senkbremselement und dem Hubzylinder-Steuerelement wenigstens eine Verzweigungseinheit angeordnet ist und wobei zwischen der Verzweigungseinheit und einem Hydraulikspeicher/-tank das Entlastungselement/-ventil angeordnet ist, so dass im Senkbetrieb überschüssiges Hydrauliköls/-flüssigkeit des Kolbenraumes dem Hydraulikspeicher/-tank zuführbar ist. Hiermit können Unterschiede der beteiligten Öl-/Flüssigkeitsmengen in vorteilhafter Weise ausgeglichen bzw. dem Tank/Speicher zugeführt werden.
  • Generell kann das erfindungsgemäße Prinzip, abhängig von gegebenen Messgrößen bzw. erfasstem Ist-Senkparameter, üblicherweise bietet sich der Lastdruck am Hubzylinder an, wobei in vorteilhafter Weise automatisch zwischen lastinduzierter Senkbewegung und aktivem Senken von Lasten umgeschaltet werden kann, kann in vorteilhafter Weise bei Hydraulikmaschinen, bei denen Lasten mit Hilfe von Hydraulikzylindern angehoben werden und ein Absenken dieser aufgrund ihres Eigengewichtes jedoch nicht uneingeschränkt möglich ist oder zeitweise auch aktiv Kräfte in absenkender Richtung aufgebracht werden müssen, angewendet werden. Hierbei wird in vorteilhafter Weise der Ausleger bzw. die Ladeanlage durch die Nutzung der Schwerkraft kontrolliert abgesenkt, was zu einer Einsparung an Pumpenergie und/oder einer Verbesserung des Komforts und/oder einer kontinuierlicheren Senkbewegung führt.
    • Ausführungsbeispiel
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wir anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
  • Im Einzelnen zeigt:
    • Figur 1
    ein schematisch dargestellter Teleskoplader mit einem hydraulischen Schwenkzylinder,
    Figur 2
    ein erster, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder des Teleskopladers,
    Figur 3
    ein zweiter, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder des Teleskopladers und
    Figur 4
    ein dritter, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder des Teleskopladers.
  • In den Figuren 2 bis 4 sind verschiedene, schematische, erfindungsgemäße Hydrauliksysteme einer mobilen Hydraulikmaschine bzw. eines Kraftfahrzeugs wie z.B. ein Teleskoplader 1 gemäß Figur 1 skizziert. Der Teleskoplader 1 umfasst u.a. einen Ausleger 1.1 bzw. einen teleskopierbaren Hubarm 1.1, der um eine erste Schwenkachse 1.8 mit Hilfe eines einen Kolben 22 und eine Kolbenstange 23 aufweisenden Schwenkzylinders 2.1 bzw. Hubzylinders 2.1 in Bezug zu einem Fahrzeugrahmen 1.6 verstellbar/verschwenkbar ist. Hierdurch kann der Auslegerarm 1.1 in seiner Höhe verstellt werden. Die Längenverstellung kann in bekannter Weise einstufig oder mehrstufig realisiert werden und wird hier nicht näher dargestellt bzw. ausgeführt.
  • Der Teleskoplader 1 weist zudem in bekannter Weise eine Fahrerkabine 1.7 auf, in der in vorteilhafter Weise ein oder zwei bzw. mehrere Bedienelemente zum Fahren und zum Betätigen des Hydrauliksystems vorhanden sind. Zudem sind in bekannter Weise Räder 5 oder nicht dargestellte Antriebsketten, z.B. eines Baggers oder dergleichen, vorgesehen, die vorzugsweise mittels einem Antriebsmotor, z.B. Dieselmotor und/oder Elektromotor und/oder Hydraulikmotor, antreibbar und/oder vom Fahrer lenkbar sind.
  • Am Ausleger 1.1 bzw. teleskopierbaren Auslegerarm 1.1 ist eine Lastaufnahme 1.3 bzw. Werkzeugträger 1.3 schwenkbar um eine zweite Schwenkachse 1.9 verschwenkbar angeordnet. Eine Last 1.4 bzw. ein Werkzeug 1.4 ist an einem Armende 1.5 angeordnet, wobei der Werkzeugträger 1.3 mit Hilfe eines Neigehubzylinders 3.1 bzw. Kippzylinders 3.1 in Bezug zum Armende 1.5 verstellt/verschwenkt werden kann.
  • Wie bereits handelsüblich, kann der Kippzylinder 3.1 in vorteilhafter Weise mit einem Kompensationszylinder 4.1 über eine erste Verbindungsleitung und eine zweite Verbindungsleitung miteinander hydraulisch verbunden werden (ohne nähere Darstellung), d.h. dass über die beiden Verbindungsleitungen und Hydraulikfluid/-öl ausgetauscht werden kann bzw. diese in einem gemeinsamen Hydraulikkreislauf integriert sind. Bekanntlich wird hierdurch erreicht, dass die Last 1.4 bzw. das Werkzeug 1.4 beim Verschwenken des Auslegers 1.1 in vorgegebener Position bzw. Orientierung, z.B. in horizontaler Position, verbleibt, was in der Praxis meist von großem Vorteil ist.
  • In Figur 2 ist ein erster, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder 2.1 des Teleskopladers 1 mit einem als Drucksensor 6 ausgebildeten Senksensor 6 gemäß der Erfindung dargestellt.
  • Im Senkbetrieb erfolgt die Steuerung der Senkbewegung des Auslegers 1.1 zunächst allein durch ein Senkbremsventil 13. Dazu wird ein Regenerationsventil 14 und ein Entlastungsventil 15.1 oder als Alternative 15.2 einer Hubarmdämpfung geöffnet. Durch die Pilotierung des Senkbremsventils 13 öffnet dieses und das von einer Kolbenseite bzw. einem Kolbenraum 20 verdrängte Öl Q2 wird durch das Regenerationsventil 14 auf die Stangenseite bzw. einen Kolbenstangenraum 21 geleitet.
  • Aufgrund der ungleichen wirksamen Flächen bzw. Volumen von Kolben- 20 und Stangenseite/-raum 21 kann nur eine Teilölmenge Q1 der Stangenseite bzw. dem Kolbenstangenraum 21 zugeführt werden. Ein überschüssiger Ölstrom Q3 = Q2 - Q1 wird optional ab einer Verzweigungsstelle 30 über das Entlastungsventil 15.1 oder 15.2 zum Tank T abgeführt, um eine Senkbewegung des Auslegers 1.1 zu ermöglichen. Durch die Umgehung eines Steuerventils 12 wird keinerlei Motorleistung bzw. Pumpleistung einer Pumpe P zum Senken der Ladeanlage bzw. des Auslegers 1.1 benötigt. Allein die Gewichtskraft des Auslegers 1.1. wird als antreibende Kraft für den Senkbetrieb genutzt, d.h. es erfolgt ein "passiver" Senkbetrieb.
  • Erst wenn die Gewichtskraft und somit ein Lastdruck zur Absenkung der Ladeanlage nicht mehr ausreicht, wird das Steuerventil 12 zusätzlich bzw. "parallel" zum Senkbremsventil 13 angesteuert und das Regenerations- 14 und Entlastungsventil 15.1, 15.2 geschlossen.
  • Die Umschaltung erfolgt (automatisiert/automatisch) auf Basis des Lastdrucks bzw. Ist-Druck der Ölmenge Q2 bzw. des Ölstromes Q2, welcher gemäß der Erfindung durch den Drucksensor 6 erfasst wird. Dies erfolgt in vorteilhafter Weise derart, dass der Drucksensor 6 ein Sensorsignal 8 einer Steuerung 7 sendet/übermittelt und dass diese Steuerung 7 mittels einer Vergleichseinheit 9 das übermittelte Ist-/Sensorsignal 8 bzw. Ist-Parameter im Sinn der Erfindung mit einem abgespeicherten/ bzw. hinterlegten Soll-Parameter/-Wert vergleicht, wobei ggf. eine Mikroprozessoreinheit bzw. ein Microcontroller 11 oder dergleichen in vorteilhafter Weise verwendet wird.
  • In dem Fall dass im Senkbetrieb der Ist-Parameter dem SollParameter/-wert entspricht bzw. diese gleich sind, sendet die Steuerung 7 bzw. die Vergleichseinheit 9 in vorteilhafter Weise ein Senk-Steuersignal 16 an die Pumpe P und/oder ein Steuersignal 17 dem Steuerventil 12, so dass Letzteres umschaltet in Senkstellung und so dass bei Bedarf die Pumpe P den Betriebsdruck aufrecht erhält bzw. Öl Q1 zur Stangenseite bzw. in den Kolbenstangenraum 21 pumpt. Demzufolge wird so ein "aktiver" Senkbetrieb realisiert, wofür Energie bzw. Pumpleistung notwendig ist.
  • Dies kann auch der Fall sein beim Übergang von ziehenden zu drückenden Lasten wie dies z.B. bei einem Aufsetzen des Werkzeuges 1.4 auf dem Boden bzw. auf einem nicht dargestellten Hindernis erfolgt.
  • In dem Betriebspunkt, bei dem die Steuerung 7 vom "passiven" in den "aktiven" Senkbetrieb umschaltet, ist der "energielose" bzw. von der Schwer-/Gewichtskraft angetriebene Senkbetreib, was auch als "Gravity-Lowering"-Funktion bezeichnet werden könnte, nicht mehr aktiv und das System verhält sich annähernd wie bisher handelsübliche und Pumpenergie verbrauchende Hydrauliksysteme bzw. Senkbetriebsweisen.
  • Aufgrund der vorteilhaften getrennten Ansteuerung der Ventile 12 und 13, d.h. Steuersignal 17 und ein separates bzw. zweites Steuersignal 18, und damit unabhängige parametrierbare Kennlinien in einer Software, auch beim bislang bekannten bzw. sog. konventionellen Senkbetrieb in vorteilhafter Weise Drosselverluste und damit der Energieverbrauch zusätzlich reduziert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung kann eine in einer Software hinterlegte Kennlinie (Ventilbestromung in Abhängigkeit der geforderten Senkgeschwindigkeit) für das Senkbremsventil 13 durch ein Kennfeld (Ventilbestromung in Abhängigkeit der geforderten Senkgeschwindigkeit und des gemessenen Lastdrucks) ersetzt werden. Dadurch kann das volumenstromregelnde Verhalten der Senkbremse zusätzlich optimiert werden.
  • Grundsätzlich kann gemäß der Erfindung eine vorteilhafte Nachrüstung von bislang üblichen Hydrauliksystemen in vorteilhafter Weise ohne großen konstruktiven und/oder wirtschaftlichen sowie steuerungs-technischen Aufwand realisiert werden.
  • Das Entlastungsventil 15.1 kann wie in Figur 2 dargestellt alternativ auch auf der Kolbenseite des Hubzylinders 2.1. bzw. verbaut werden, d.h. als Entlastungsventil 15.2. Dadurch wird der Volumenstrom über das Regenerationsventil 14 in vorteilhafter Weise reduziert und damit verbundene Drosselverluste, welche sich negativ auf die Senkgeschwindigkeit auswirken, minimiert. Allerdings kann das Ventil 15.2 in diesem Fall nicht mehr zur Entlastung der Stangenseite bei eingeschalteter Hubarmdämpfung genutzt werden.
  • Die beschriebene sog. "Gravity-Lowering"-Funktion kann wie in Figur 3 dargestellt mit einem schaltbaren Senkbremsventil 13 bzw. einer Senkbremseinheit realisiert werden, das/die diverse Rückschlagventile und/oder Lasthalteventile umfasst (vgl. Figur 3). Dadurch kann auf das einzelne, separate und schaltbare Regenerationsventil 14 gemäß Figur 2 verzichtet werden. Auch in dieser Schaltung kann das Entlastungsventil 15.1 alternativ auf der Kolbenbodenseite angeordnet werden (ohne nähere Darstellung).
  • Zudem kann die beschriebene sog. "Gravity-Lowering"-Funktion auch wie in Figur 4 dargestellt mit einem anderen, schaltbaren Senkbremsventil 13 bzw. einer anderen Senkbremseinheit realisiert werden, das/die wiederum diverse Rückschlagventile und/oder Lasthalteventile umfasst (vgl. Figur 4). Auch hier kann auf das einzelne, separate und schaltbare Regenerationsventil 14 gemäß Figur 2 verzichtet werden. Hier ist im Vergleich zu Figur 3 das Entlastungsventil 15.2 an der alternativen Position eingezeichnet. Auch in dieser Schaltung kann das Entlastungsventil 15.2 optional auf der Kolbenbodenseite angeordnet werden (ohne nähere Darstellung).
  • In den Figuren 3 und 4 ist auf eine weitere Abbildung der Steuerung 7 einschl. deren vorteilhafte Komponenten/Bestandteile sowie deren Signalleitungen 16, 17, 18 etc. lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet worden. Die entspr. Steuerungen 7 für die Schaltungen gemäß den Figuren 3 oder 4 können jedoch vergleichbar wie in Figur 2 ausgebildet werden.
  • Das Abführen des überschüssigen Volumenstroms Q3 beim Senken ist grundsätzlich auch über das Steuerventil 12 möglich. Dafür sollte/muss das Steuerventil 12 in alternativer Weise mit einer Schaltstellung ausgeführt werden, welche die Arbeitsanschlüsse zum Tank T hin entlastet und den Versorgungsanschluss geschlossen hält. Dies kann über die sog. Neutralstellung des Ventilschiebers oder eine zusätzliche Schaltstellung umgesetzt werden, was für den Fachmann bekannt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Optimierung des Betriebsverhaltens ist z.B. durch eine Messung/Erfassung der Druckdifferenz am Senkbremsventil 13 möglich. Dazu ist in vorteilhafter Weise eine weitere Druckmessstelle vorzusehen bzw. zu realisieren, z.B. mit einem zweiten Drucksensor und/oder einem Druckdifferenz-Sensor. Im Kennfeld ergibt sich beispielsweise der zur Ansteuerung des Ventils vorteilhafte Ist-Parameter bzw. Stromwert dann in vorteilhafter Weise abhängig von der geforderten bzw. vorgegebenen Senkgeschwindigkeit und der am Senkbremsventil 13 anliegenden Druckdifferenz.
  • Die erfindungsgemäße Umschaltung zwischen sog. "Gravity-Lowering" und konventionellem bzw. "aktivem" Senken ist auch auf Basis des Lastsignals des Überlastsystems an der Hinterachse des Teleskopladers 1 möglich, d.h. an der Radachse der recht in Figur 1 eingezeichneten Räder 5. In diesem Fall kann auf den Drucksensor 6 verzichtet werden, da der entspr. Achssensor als Senksensor gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
  • Darüber hinaus können durch eine optionale bzw. vorteilhafte Messung einer geometrischen Kenngröße, wie dem Hubwinkel des Hubarms bzw. Auslegers 1.1 und/oder des Hubs des Hubzylinders 2.1 und/oder Rückführung des Signals auf einen Regler (Regelkreis) der Steuerung 7, Störeinflüsse auf das System ausgeregelt werden.
  • In der skizzierten Ausführungsformen können das Senkbremsventil 13 optional über ein erstes, hydraulisches Pilotsignal oder über die Steuerleitung 18 und/oder das Steuerventil 12 optional über die ein (separates) zweites, hydraulisches Pilotsignal bzw. über die Steuerleitung 17 betätigt. So ist auch eine direkte elektromagnetische Betätigung der Ventile 12 und/oder 13 z.B. mittels elektrischer Steuerleitungen 17, 18 möglich, genauso wie eine elektrische Steuerung der Pumpe P mittels elektrischer Steuerleitung 16. Von großem Vorteil ist, wenn das Senkbremsventil 13 und das Wegeventil 12 bzw. Steuerventil 12 unabhängig voneinander angesteuert werden können.
  • Die Erfindung führt zu besonderen Vorteilen bzw. Wirkungen, wenn z.B. bei ausreichender Gewichtskraft (Lastdruck) die Ladeanlage bzw. der Ausleger 1.1 ohne Unterstützung des Motors bzw. der Pumpe P kontrolliert abgesenkt werden kann, wodurch Energie eingespart wird.
  • Auch durch die Umgehung des Steuerventils 12 wird kein Ölstrom und Druck der Pumpe P zum Senken der Ladeanlage bzw. des Auslegers 1.1 benötigt. Dadurch steht bei einem vorteilhaften Parallelbetrieb mehrerer hydraulischer Verbraucher im Hydrauliksystem ein höherer nutzbarer Pumpenvolumenstrom für die anderen, hydraulischen Verbraucher/Komponenten zur Verfügung. Außerdem werden Drosselverluste beim Betrieb mehrerer Verbraucher mit unterschiedlichen Druckniveaus vermieden.
  • Die vorteilhaften Varianten der Erfindung lassen sich sehr einfach nachrüsten und damit als Optionen für den Kunden anbieten, was die Flexibilität und den Komfort für den Kunden in vorteilhafter Weise erhöht.
  • Zudem lässt sich die Erfindung ohne großen konstruktiven und wirtschaftlichen Aufwand und flexibel vor allem über vorteilhafte Softwareparameter optimieren/verändern und damit auf unterschiedliche Betriebsbedingungen und Maschinen bzw. Fahrzeuge und/oder Anwendungsfälle/-gebiete abstimmen.
  • So umfassen die vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung u.a. die nachfolgenden, optionalen Merkmale:
    • (möglichst) getrennte Pilotierung von Steuerventil 12 und Senkbremsventil 13,
    • (mögliche) Verbindung von Kolben- und Stangenseite beim Senken, d.h. sog. "Regeneration" bzw. Ölstrom vom Kolben- 20 zum Kolbenstangenraum 21,
    • (möglichst) direkte Abfuhr des überschüssigen Volumenstroms Q3 zum Tank T durch (bereits vorhandenes/bestehendes) Entlastungsventil 15.1, 15.2 der sog. "Hubarmdämpfung" und
    • vorteilhafte Abschaltung/Umschaltung der sog. "Gravity-Lowering"-Funktion auf Basis des erfassten Ist-Parameters wie z.B. des gemessenen Lastdrucks der Ölmenge Q2 der Kolbenseite bzw. des Kolbenraumes 20 gemäß der Erfindung.

Claims (12)

  1. Hydraulikmaschine (1), insbesondere Kraftfahrzeug (1) wie ein Bagger, Radlader, Traktor, Teleskoplader (1) oder dergleichen, mit einem in Bezug auf einen Rahmen (1.6) um eine Schwenkachse (1.8) verschwenkbaren Ausleger (1.1), wobei der Ausleger (1.1) eine Lastaufnahmevorrichtung (1.3) zum Aufnehmen/Fixieren einer Lastaufnahme (1.4) wie ein Werkzeug (1.4) oder dergleichen, insbesondere eine Lastgabel (1.4), ein Greifarm, eine Schaufel oder Bühne, umfasst, wobei ein einen Kolben (22) und eine Kolbenstange (23) aufweisender Hubzylinder (2.1) zum Verschwenken, insbesondere Anheben und Absenken, des Auslegers (1.1) gegenüber dem Rahmen (1.6) vorgesehen ist, wobei der Hubzylinder (2.1) als doppeltwirkender Zylinder (2.1) mit einem Kolbenraum (20) und einem Kolbenstangenraum (21) ausgebildet ist, wobei eine wenigstens eine Druckerzeugungsvorrichtung (P), insbesondere Hydraulikpumpe (P), zum Druckbeaufschlagen eines/einer Hydrauliköls/-flüssigkeit umfassende Hydraulikeinheit zum Betätigen und/oder Druckbeaufschlagen des Hubzylinders (2.1), insbesondere des Kolbenraums (20) und/oder des Kolbenstangenraums (21), vorgesehen ist, wobei wenigstens ein mittels einer Steuereinheit (7) steuerbares Hubzylinder-Steuerelement (12), insbesondere ein Wegeventil (12), zum Steuern des Hubzylinders (2.1) und/oder zum Umschalten zwischen einem Senkbetrieb zum Absenken des Auslegers (1.1) und/oder einem Hebebetrieb zum Anheben des Auslegers (1.1) und/oder einem Haltebetrieb zum Halten des Auslegers (1.1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ein Senksignal (8) erzeugender Senksensor (6) zum Erfassen eines Ist-Senkparameters des Senkbetriebes vorgesehen ist, dass eine wenigstens ein Senk-Steuersignal (16, 17, 18) erzeugende Ist-Soll-Vergleichseinheit (9) zum Vergleichen des Ist-Senkparameters mit einem Soll- und/oder Grenzparameter vorgesehen ist, wobei im Fall, dass der Ist-Senkparameter dem Soll- und/oder Grenzparameter entspricht, das Senk-Steuersignal zum Betätigen der Steuereinheit (7) und/oder der Druckerzeugungsvorrichtung (P) und/oder zum Umschalten des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelementes (12) vorgesehen ist, so dass wenigstens ein Druckbeaufschlagen des/der Hydrauliköls/ -flüssigkeit des Kolbenstangenraumes (21) vorgesehen ist.
  2. Hydraulikmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Senksensor (6) als Drucksensor (6) zum Erfassen eines Drucks des/der Hydrauliköls/-flüssigkeit ausgebildet ist.
  3. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Senkbetrieb des Auslegers (1.1) wenigstens eine Regenerationsverbindungsleitung (19) zwischen dem Kolbenraum (20) und dem Kolbenstangenraum (21) vorgesehen/ausgebildet ist, so dass Hydrauliköl/-flüssigkeit vom Kolbenraum (20) zum Kolbenstangenraum (21) strömen/fließen kann, wobei die Regenerationsverbindungsleitung (19) wenigstens ein Senkbremselement (13), insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, umfasst.
  4. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) in der Regenerationsverbindungsleitung (19) sowie zwischen dem Kolbenraum (20) und des Senkbremselementes (13) oder im/am Kolbenraum (20) angeordnet ist.
  5. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Senksensor (6) als Lastsensor zum Erfassen einer Last/Belastung des Auslegers (1.1) und/oder der Lastaufnahme (1.4) und/oder des Rahmens (1.6) ausgebildet ist.
  6. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Senk-/Lastsensor (6) als Rahmensensor zum Erfassen einer Rahmenlast/-belastung ausgebildet ist.
  7. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmensensor als Achslastsensor zum Erfassen einer Achslast/-belastung einer Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, ausgebildet ist.
  8. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achslastsensor als Dehnmessstreifen (DMS) zum Erfassen einer Biegung/Längenänderung der Fahrzeugachse ausgebildet ist.
  9. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (7) zum Steuern des Senkbremselementes (13) vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung wenigstens teilweise separat zur Steuereinheit (7) des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelement (12) ausgebildet ist, so dass das Senkbremselement (13) separat zum Hubzylinder-Steuerelement (12) steuerbar ist.
  10. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Entlastungselement/- ventil (15.1, 15.2) vorgesehen ist, wobei zwischen dem Senkbremselement (13) und dem Hubzylinder-Steuerelement (12) wenigstens eine Verzweigungseinheit (30) angeordnet ist und wobei zwischen der Verzweigungseinheit (30) und einem Hydraulikspeicher/-tank (T) das Entlastungselement/-ventil (15.1, 15.2) angeordnet ist, so dass im Senkbetrieb überschüssiges Hydrauliköls/-flüssigkeit (Q3) des Kolbenraumes (20) dem Hydraulikspeicher/-tank (T) zuführbar ist.
  11. Kraftfahrzeug (1) wie ein Bagger, Radlader, Traktor, Teleskoplader (1) oder dergleichen, mit einer Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikmaschine und/oder einem Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche.
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