WO1999029970A1 - Hydraulische steueranordnung für eine mobile arbeitsmaschine, insbesondere für einen radlader, zur dämpfung von nickschwingungen - Google Patents

Hydraulische steueranordnung für eine mobile arbeitsmaschine, insbesondere für einen radlader, zur dämpfung von nickschwingungen Download PDF

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pressure
valve
hydraulic
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Günter FERTIG
Georg Rausch
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Mannesmann Rexroth Ag
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    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/021—Installations or systems with accumulators used for damping

Definitions

  • Hydraulic control arrangement for a mobile working machine, in particular for a wheel loader, for damping pitching vibrations
  • the invention is based on a hydraulic control arrangement which is used for a mobile working machine, in particular for a wheel loader, and which has the features from the preamble of claim 1.
  • the generally two hydraulic lift cylinders for lifting and lowering the loading shovel can be connected to a hydraulic accumulator via a check valve, which is connected by a hydraulic pump via a filling line that branches off the pump line in front of the directional control valve block and in which there is a filling valve can be charged to a limit pressure.
  • the shut-off valve located between the hydraulic accumulator and the lift cylinders is closed as long as the loading shovel is in use and can be opened by the driver or automatically as soon as pitching vibrations occur while driving or as soon as the driving speed exceeds a certain value, e.g. over 6 km / h lies.
  • pressure medium can flow freely back and forth between the lift cylinders and the hydraulic accumulator, so that the loading shovel is no longer rigidly connected to the vehicle body and the pitching vibrations are damped. Due to the relative movement between the loading shovel and the vehicle body, such high pressures can occur in the lift cylinders and in the hydraulic accumulator that the service life of the hydraulic accumulator is shortened.
  • the hydraulic accumulator is then also subjected to a very high pressure, if, with the shut-off valve open, the directional valve assigned to the lift cylinders is actuated and the lift cylinders are extended to the stop.
  • the filling line branches off from a working line that runs between the lift cylinders and the directional valve assigned to them.
  • the check valve arranged in the filling line is at the same time the filling valve and pressure-controlled and can be opened by the load pressure prevailing in the working line of the lift cylinder against the accumulator pressure, from which a rear control chamber on the valve member of the check valve can be acted upon, and against the force of a weak compression spring.
  • the accumulator pressure is therefore only slightly lower than the highest load pressure of the lift cylinder that occurs during a work cycle.
  • the rear control chamber of the check valve is relieved to the tank via a pilot valve, so that the check valve opens and pressure medium can be freely pushed back and forth between the hydraulic accumulator and the lift cylinders.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a hydraulic control arrangement with the features from the preamble of claim 1 in such a way that the hydraulic accumulator also exists in the presence of the condition under which the check valve can be brought into its open position, e.g. at a vehicle speed greater than 6 km / h. or after actuation of an electrical switch by the driver or at a certain lifting height of the loading shovel, pressures which are significantly impairing the service life are protected.
  • the hydraulic control arrangement according to claim 3 has a check valve which assumes a blocking position under the action of a spring and can be switched into the open position by activation of an actuator. It is now provided in a particularly simple manner that the actuator is deactivated when the load pressure or the accumulator pressure reaches the maximum pressure. If the shut-off valve e.g. actuated by an electromagnet, you can detect the load pressure or the accumulator pressure with an electrical pressure sensor that emits a signal when it detects the maximum pressure. The signal is sent to an electrical control unit that switches off the electromagnet.
  • the pressure sensor can also be formed by a pressure switch, which is located directly in the power circuit of the electromagnet. The pressure sensor or the pressure switch can easily be set to a maximum pressure which is higher than the limit pressure.
  • the shut-off valve is switched from the open position to the locked position by an actuating piston acting against the activated actuator and a spring, which is acted upon by the load pressure or the accumulator pressure, when the load pressure or the accumulator pressure reaches the maximum pressure.
  • the check valve is also the filling valve and pilot-controlled by a pilot valve arrangement, so that its valve piston can be made large and it can open large flow cross sections and thereby allow pressure medium exchange between the hydraulic cylinder and hydraulic accumulator without throttling when the damping system is activated.
  • the valve piston of the check valve can be acted upon in the opening direction by the load pressure and in the closing direction by a pressure prevailing in a control chamber and by a closing spring.
  • the closing spring causes the accumulator pressure to be smaller than the load pressure by a pressure difference equivalent to the force of the closing spring.
  • the control chamber of the shut-off valve can be connected to a tank via the pilot valve arrangement for charging the hydraulic accumulator with the hydraulic accumulator, for shutting off the hydraulic accumulator with the pressure chamber of the hydraulic cylinder and for flowing through the shut-off valve in any direction.
  • the control element of the pilot valve can now also be loaded with a shut-off valve according to claim 5, depending on its switching position, the control chamber of the shut-off valve with load pressure or relieved to the tank , be deactivated when the load pressure or the accumulator pressure reaches the maximum pressure.
  • the pilot valve is moved from one position, in which the shut-off valve can be flowed through in a direction-independent manner, to another position, in which, by means of an actuating piston which acts against the activated actuator and a spring and is acted upon by the load pressure or the accumulator pressure the shut-off valve can be switched over when the load pressure or the accumulator pressure reaches the maximum pressure.
  • the spring acts on the actuating piston independently of the valve element of the pilot valve to be switched, so that it does not always bring it into a certain switching position. searches, and is biased to the maximum pressure.
  • Claim 8 relates to the fact that the check valve according to claim 7 has a pilot valve arrangement with two pilot valves, while claim 9 relates to a pilot valve arrangement with a pilot valve with a spring-centered central position.
  • the pilot valve protects the hydraulic accumulator against excessive pressures even during the charging process, i.e. during the work cycle when the damping system is not activated. Because the pilot valve is moved from the second switching position to the third by the actuating piston
  • a pilot valve arrangement of the check valve is again provided with two pilot valves, which, however, are interconnected with one another and with the control chamber of the check valve, in contrast to the embodiment according to claim 8.
  • the first pilot valve has a first connection, at which, depending on the position of a second pilot valve switched by activation of an actuating element, storage pressure or tank pressure is present, a second connection at which load pressure is present, and a third connection which is connected to the control chamber of the check valve.
  • first switching position which the first pilot valve assumes under the action of a spring
  • second switching position in which the first pilot valve is actuated by an actuating piston acting against a prestressed spring and acted upon by the load pressure or the accumulator pressure is switchable when the load pressure or the accumulator pressure reaches the limit pressure, the second connection and the third connection connected to each other.
  • the limit pressure is equivalent to the force of the preloaded spring. Without changing the preload, the actuating piston becomes active regardless of the switching position of the second pilot valve when the limit pressure is reached.
  • the boost pressure in the hydraulic reservoir can be higher than the limit pressure. tend not to be whether the damping system is activated or not.
  • the spring preferably acts on the actuating piston via a valve piston of the first pilot valve. This enables a simple construction.
  • Figure 1 shows the first embodiment in which the filling line is connected to the working line leading to two hydraulic cylinders and in the filling line there is also a shut-off valve which also represents the filling valve and which is pilot-controlled by two pilot valves, one of which is actuated by an electromagnet from a first position in a second position and by one
  • Figure 2 shows a second embodiment, which largely has the same components as the first embodiment, but the two pilot valves are connected differently and not the pilot valve actuated by an electromagnet, but the other pilot valve is switched to bring the shut-off valve into its locked position when the damping system is activated,
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment, in which the filling line in which a filling valve is located branches off from the pump line in front of the directional control valve and the hydraulic accumulator and the hydraulic cylinder can be connected to one another via an additional shut-off valve, the shut-off valve being moved into a through position by an electromagnet and can be brought into its blocking position by an actuating piston against the excited electromagnet,
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment, which except for the
  • FIG. 5 Fifth exemplary embodiment, which corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 3 except for the actuating piston for the blocking valve and in which the electromagnet of the blocking valve is switched off when the pressure in the hydraulic cylinders becomes too high when the damping system is activated
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment similar to that from FIGS 1 and 2, but in which a pilot valve with three switching positions is present
  • FIG. 7 shows a three-position pilot valve of a seventh exemplary embodiment with a control of the pilot valve modified in relation to FIG. 6 and
  • Figure 8 shows a section through the electromagnetically actuated pilot valve of an embodiment similar to that
  • the hydraulic control arrangements shown are each provided for wheel loaders, tractors, telescopic handlers or other machines and comprise a control block 10 with several directional control valves, in particular also with a directional control valve 11, which can assume a spring-centered position and with which two hydraulic cylinders 12 are designed as differential cylinders are controllable with which, for example the boom of a wheel loader can be raised and lowered.
  • the directional control valve 11 has a first working connection 13, from which a first working line 14 leads to the pressure chambers 15 on the bottom side of the hydraulic cylinders 12.
  • a second working line 16 runs between a second working connection 17 of the directional control valve 11 and the pressure chambers 18 of the hydraulic cylinders 12 on the piston rod side.
  • the two working connections 13 and 17 can be connected to a pressure medium source and to a tank 27 via a pressure connection P and a tank connection T.
  • the directional control valve 11 of the control block 10 can be actuated hydraulically in proportion, the pilot control pressures being generated with the aid of a hydraulic pilot control device 55 and being supplied to the directional control valve 11 via control lines 56.
  • a filling line 20 branches off from the working line 14 and leads to a hydraulic accumulator 21.
  • a check valve 22 which is built into the plate 26, is designed as a 2-way cartridge valve and has a movable valve member 23, and a connection 61 of the plate 26, from which an Ab - Cut the filling line 20 to the hydraulic accumulator 21 goes off.
  • the shut-off valve is also the filling valve.
  • the valve member 23 is a stepped piston, which can be seated on the seat cone with the end face of the smaller-diameter piston section in the manner of a seat valve, can also be a simple piston without an annular surface.
  • the valve member 23 is acted upon in the opening direction by the pressure prevailing in the working line 14, that is to say by the load pressure prevailing in the bottom-side pressure chambers 15 of the two hydraulic cylinders 12.
  • the accumulator pressure acts in the opening direction on the annular surface between the two piston sections of the valve member 23.
  • the valve member 23 In the closing direction, the valve member 23 is acted upon by a pressure prevailing in a rear control chamber 24 and by a weak compression spring 25.
  • a first pilot valve 42 and a second pilot valve 30 are built onto the plate 26 with the 2-way cartridge valve 22.
  • the second pilot valve 30 is a 3/2-way valve with a first inlet 31, which is connected to the section of the filling line 20 between the working line 14 and the shut-off valve 22, and with a second inlet 32, which is connected to the hydraulic accumulator 21 .
  • 30 can be connected either to the input 31 or to the input 32.
  • an adjustable, prestressed compression spring 34 acts on the valve member of the pilot valve 30, which is not shown in detail.
  • valve member is acted upon by the pressure in the inlet 31, that is to say by the bottom-side load pressure of the hydraulic cylinders 12.
  • a control channel 41 leads to a first port P of the first pilot valve 42, which is a 4/2-way valve.
  • a compression spring 43 Under the action of a compression spring 43, its valve member assumes a rest position, in which there is a passage between the first port P and the third port A, which is connected to the control chamber 24 of the check valve 22.
  • a tank connection (second connection) T and a further connection Circuit B of the pilot valve 42 is shut off in its rest position.
  • the tank connection is connected to a leakage connection Y of the plate 26 via channels leading through the housings of the various valves.
  • connection B of the pilot valve 42 is connected to the rear control chamber of a second 2-way cartridge valve 45 located in the plate 26, via which the pressure chambers 18 of the hydraulic cylinders 12 on the piston rod side can be connected to a tank connection T of the plate 26.
  • the valve member of the pilot valve 42 can be brought into a second switching position by an electromagnet 44, in which the port P is shut off and the two ports A and B are connected to the port T.
  • a fluid path 62 runs within the plate 26 between its connections 61 and A, i.e. ultimately between the hydraulic accumulator 21 and the bottom-side pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12, in which a non-return valve 63 is connected in series, which leads from the connection 61 to Port A, that is, opens from the hydraulic accumulator 21 to the pressure chambers 15, and a throttle 64 are arranged.
  • Check valve 63 and throttle 64 are therefore in plate 26.
  • the directional control valve 11 is actuated in such a direction that the working line 14 can receive pressure medium from a hydraulic pump.
  • the piston rods extend, a load pressure prevailing in the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12 and in the working line 14 being determined by the load which is moved by the hydraulic cylinders.
  • this switches the accumulator pressure through the pilot valve 42 to the rear control chamber 24 of the check valve 22.
  • the load pressure now opens the check valve 22 whenever it is at least the small pressure difference equivalent to the force of the compression spring 25 above the storage pressure.
  • Pressure medium can then be device 20 get into the hydraulic accumulator 21 so that it, once seen from the force of the weak compression spring 25, is charged to the load pressure in the working line 14. Because of the check valve 63, the hydraulic accumulator 21 cannot be charged via the fluid path 62.
  • the hydraulic accumulator can discharge via the check valve 63 and the throttle 64. Accordingly, the boost pressure of the hydraulic accumulator 21 follows the falling load pressure and corresponds in each case to a quasi-stationary load pressure. A rapid drop in the load pressure is followed by the boost pressure only with a delay because of the throttle 64, so that brief pressure drops are not noticeable in the hydraulic accumulator and this is not exposed to excessive wear.
  • the check valve 22 When the load pressure on the pilot valve 30 is able to overcome the force of the compression spring 34, the check valve 22 remains closed. Because after a switchover of the pilot valve 30, the load pressure is present in the rear control chamber 24 of the check valve 22, so that the check valve 22 is held securely together with the compression spring 25. The pressure in the hydraulic accumulator 21 can therefore not exceed the value set on the compression spring 34 of the pilot valve 30. For safety reasons, however, a pressure relief valve 60 is additionally provided, the input of which is connected to the hydraulic accumulator 21.
  • a pressure in the vicinity of the tank pressure prevails in the working line 16 and in the pressure chambers 18 of the hydraulic cylinders 12 on the piston rod side when the piston rods are extended.
  • the valve member 23 of the check valve 22 is lifted from its seat by the accumulator pressure and the pressure in the working line 14, so that there is an open connection between the hydraulic accumulator 21 and the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12. Since the boost pressure of the hydraulic accumulator 21 has followed the load pressure that occurred during the working cycle, there is no sagging and no extension of the piston rods of the hydraulic cylinders 12 when the shut-off valve 22 is opened. A slight difference between load pressure and boost pressure, which is caused by the weak spring 25 or by a weak spring of the check valve 63, has no noticeable effects. It may be the case that load pressures occur during the working cycle which cause the valve 30 to switch and which therefore do not follow the state of charge of the hydraulic accumulator.
  • valve 45 Via the valve 45, which is also opened by switching the pilot valve 42, pressure medium can be displaced from the pressure chambers 18 on the piston rod side of the hydraulic cylinders 12 into the tank. Refill can be carried out via refill valves which are assigned to the directional control valve 11. Changes in volume of the pressure chambers 18 which occur during the Open connection of the pressure chambers .15 occur with the hydraulic accumulator 21.
  • the pilot valve 42 is assigned a small actuating cylinder 80 with an actuating piston 81, from which the movable valve member of the pilot valve 42 can be switched from the second switching position into the rest position against the force thereof when the electromagnet 44 is excited, when the pressure in the pressure chambers 15 reaches a maximum paint pressure exceeds.
  • the actuating piston is loaded against the actuating direction by a compression spring 82 independently of the valve member of the pilot valve 42.
  • the compression spring 82 can therefore not adjust the valve member. Their pretension is selected in accordance with the desired maximum pressure, the force of the electromagnet 44 also being taken into account.
  • the actuating piston 81 is acted upon by the load pressure in the actuating direction via a control line 83. As soon as the load pressure reaches the maximum pressure, it can move the actuating piston 81 against the force of the compression spring 82 and against the force of the electromagnet 44 in the actuating direction, so that the valve member of the pilot valve 42 moves from its second switching position into the rest position.
  • the control chamber 24 of the shut-off valve 22 is then connected to the working line 14 via the two pilot valves 30 and 42 and is connected to it prevailing pressure.
  • the check valve closes immediately.
  • the high pressure is kept away from the hydraulic accumulator 21. If the pressure in the working line 14 drops below the maximum pressure again, the actuating piston 81 is reset by the compression spring 82 and the electromagnet 44 is able to bring the valve member of the pilot valve 42 back into its second switching position, in which the control chamber 24 of the check valve 22 to the tank is relieved.
  • the check valve 22 opens again and the damping of the pitching vibrations starts again.
  • the embodiment according to FIG. 2 initially differs in the interconnection of the pilot valves 30 and 42 with one another and with the control chamber 24 of the check valve 22 from the embodiment according to FIG. 1. It is now the connection 32 of the pilot valve 30 with the control chamber 24 of the check valve 22 and Port 33 connected to port A of pilot valve 42. As in the embodiment according to FIG. 1, the connection 31 is connected to the section of the filling line 20 located between the working line 14 and the check valve 22.
  • the pilot valve 30 can be adjusted from the load pressure present at the connection 31 via an actuating piston 35, which can also be the valve piston, in the sense of a connection of the connections 31 and 32 to one another against the force of the prestressed compression spring 34.
  • the pilot valve 30 is held by the spring in a first switching position in which the connections 32 and 33 are open to one another.
  • the port P of the pilot valve 42 is connected to the hydraulic accumulator 21.
  • the control chamber 24 of the shut-off valve 22 is connected to the hydraulic accumulator 21 via both pilot valves, so that the hydraulic accumulator 21 is charged to the respective load pressure if the load pressure is less than the limit pressure set on the compression spring 34 remains. If this limit pressure is reached, switches the pilot valve 30 around, so that the load pressure is passed into the control chamber 24 and the check valve 22 closes.
  • the pilot valve 30 would be brought from the load pressure into its second switching position even when the pilot valve 42 is switched, that is to say when the pitching vibrations are activated, when the load pressure reaches the limit pressure.
  • the maximum pressure and the limit pressure would then match.
  • the hydraulic control arrangement according to FIG. 2 is designed in such a way that the maximum pressure is higher than the limit pressure.
  • the compression spring 34 is supported on a biasing piston 85 and presses it against a fixed stop, not shown. The spring 34 is then so tight that its force is equivalent to the limit pressure.
  • a pressure chamber on the rear side of the biasing piston 85 facing away from the spring 34 is connected via a control line 86 to a 3/2-way valve 87 which sits on the pilot control unit 55 and, in a rest position which it assumes under the action of a compression spring, the pressure chamber on the biasing piston relieved to the tank connection of the pilot control unit.
  • a 3/2-way valve 87 which sits on the pilot control unit 55 and, in a rest position which it assumes under the action of a compression spring, the pressure chamber on the biasing piston relieved to the tank connection of the pilot control unit.
  • an electromagnet 88 which is simultaneously energized with the electromagnet 44 of the pilot valve 42, the directional control valve 87 can be brought into a second switching position in which the control chamber on the biasing piston 85 is connected to the pressure connection of the pilot control device 55.
  • a pressure in the range of 30 bar is usually present at this pressure connection.
  • the prestressing piston 85 is thus subjected to a pressure in the range of 30 bar in the sense of a stronger prestressing of the spring 34.
  • the area of the prestressing piston 85 is so large that it prestresses the compression spring 34 more strongly until it abuts a second stop 89.
  • the preload of the compression spring 34 now corresponds to a maximum pressure above the limit pressure. Only when the load pressure reaches this maximum pressure can it switch the pilot valve 30 from the rest position shown into the second switching position, in which the load pressure is given into the control chamber 24 of the check valve 22, so that it closes.
  • the filling line 20 branches off from a pump line 65 in front of the valve control block 10.
  • a 2/2-way valve 70, a pressure control valve 71 and a check valve 72 are arranged in the filling line 20 leading to a plurality of hydraulic accumulators 21, as seen in the flow direction of the pressure medium from the pump line 65 to the hydraulic cylinders 21.
  • the directional control valve 70 In the rest position of the directional control valve 70, which is brought about by a compression spring, its two connections are shut off from one another.
  • the directional control valve can be switched into a through position by driving an electromagnet 73. Namely, the electromagnet 73 is always energized when the directional valve 11 located within the control block 10 is actuated in the direction of lifting in order to actuate the hydraulic cylinders 12. In the middle position of the directional valve 11 and when it is actuated in the direction of lowering, the directional valve 70 is in its initial position.
  • a limit pressure is set at the pressure control valve 71 up to which the hydraulic accumulators 21 can be charged. As long as this pressure is not reached, the pressure control valve switches through the output of the directional valve 70 to the check valve 72. When the pressure is reached, the inlet of the valve 71 connected to the outlet of the directional valve 70 is blocked and the connection connected to the check valve is connected to the tank.
  • the hydraulic accumulators 21 can be connected via a line 74 to the working line 14 running between the working connection 13 of the directional control valve and the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12.
  • a 4/2-way valve 75 is installed, which assumes a rest position under the action of a compression spring 76, in which two sections of the line 74 are blocked against each other and thus there is no connection between the hydraulic accumulators 21 and the working line 14.
  • the directional control valve 75 has two further connections Conclusions for two sections of a line 77, which leads from the working line 15 between the directional control valve 11 and the pressure chambers 18 of the hydraulic cylinders 12 to the tank 27.
  • the directional control valve 75 can be brought into a switching position by an electromagnet 78, in which the two sections of the line 74 and the two sections of the line 77 are connected to one another.
  • the electromagnet 78 is energized when, as a first condition, the working machine equipped with the hydraulic control arrangement shown exceeds a certain driving speed. Then the hydraulic accumulators 21 are connected to the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12, so that pitching vibrations can be damped. Changes in volume of the pressure chambers 18 can be compensated for via the line 77.
  • a small actuating cylinder 80 with an actuating piston 81 is now available for the blocking valve 75, which is pressed by a prestressed compression spring 82 into a rest position in which it rests on a fixed stop.
  • a control chamber on the side of the actuating piston 81 facing away from the spring chamber is in turn connected to the working line 14 via a control line 83.
  • the preload of the compression spring 82 is so strong that the actuating piston 81, taking into account the force of the electromagnet 78, can switch the valve piston of the valve 75 into the blocking position only at a maximum pressure in the working line 14, which is the same, but preferably greater than the limit pressure to which the valve 71 is set.
  • the hydraulic accumulators 21 are thus separated from the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders even when damping of the pitching vibrations is activated if the pressure therein exceeds a harmful maximum pressure.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 corresponds to the hydraulic one Components and their connection fully the embodiment of Figure 1.
  • an electrical pressure switch 90 is present, which is connected to the working line 14 and emits an electrical signal to an electrical control unit 91 when the pressure in the working line 14 reaches a maximum pressure, which is equal to or preferably higher than the limit pressure equivalent to the force of the preloaded spring 34 of the pilot valve 30.
  • the electrical control unit 91 also receives signals from a speed sensor 92, which is used to detect the speed of the mobile machine.
  • the electrical control unit 91 is connected to the electromagnet 44 of the pilot valve 42 via an electrical control line 93.
  • the electromagnet 44 is energized when the signal from the speed sensor 92 indicates a speed above a limit value and when the pressure switch 90 does not detect a load pressure in the working line 14 which is above the maximum pressure.
  • the pilot valve 42 has been brought into its second switching position by the electromagnet 44, in which the control chamber 24 of the shut-off valve 22 is relieved to the tank.
  • the shut-off valve opens and the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12 are connected to the hydraulic accumulator 21, so that pitching vibrations are damped. If the pressure switch 90 detects a pressure in the working line 14 which is above the maximum pressure, the electromagnet 44 is de-energized and the compression spring 43 brings the pilot valve 42 into its switching position shown in FIG.
  • the control chamber 24 of the check valve 22 is connected to the connection 33 of the pilot valve 30. Since the maximum pressure is at least as high as the limit pressure at which the pilot valve 30 is brought into its second switching position, it is in this second switching position, in which the connection 33 is connected to the connection 31, so that the control chamber 24 of the Check valve 22, the pressure from the working line 14 is passed.
  • the check valve 22 closes so that the hydraulic accumulator 21 is protected from the high pressure. After the pressure in the working line 14 drops below the maximum pressure, the electromagnet 44 is excited again and the control chamber 24 of the check valve 22 is relieved of the tank regardless of the switching position of the pilot valve 30, so that the check valve opens again.
  • actuating cylinder 80 does not exist in the embodiment according to FIG. 4 in comparison to the embodiment according to FIG. 1 and a pressure switch 90 is provided in its place, so this is also the case in the comparison between the two embodiments according to FIGS. 3 and 5.
  • 5 corresponds to the actuation cylinder 80 with regard to the hydraulic components and their interconnection with one another as shown in FIG. 3.
  • the pressure switch 90 emits a signal to the electrical control unit 91 when the pressure in the working line 14 reaches the maximum pressure.
  • the electrical control unit also receives signals from the speed sensor 92 and controls the electromagnet 78 of the shut-off valve 75 via the control line 93 if the speed sensor 92 signals a speed of the working machine that is above a certain value and if there is no signal from the pressure switch 90, if so the pressure in the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12 is below the maximum pressure. As soon as this pressure rises above the maximum pressure, the electromagnet 78 is de-energized and the valve 75 reaches the position shown in FIG. 5. The hydraulic accumulators 21 are blocked off from the pressure chambers 15.
  • the embodiment according to FIG. 6 can be thought to have arisen from the embodiment according to FIG. 1 in that the two pilot valves 30 and 42 are combined to form a single pilot valve 100 which has a spring-centered central position, a lateral, second switching position and a further lateral, has third switching position. It has four connections which, like the connections of valve 42 from FIG. 1, are designated by the letters P, T, A and B. In the embodiment according to FIG. 6, however, the built-in valve 45 is not present in comparison to the embodiment according to FIG. 1. A volume balance in the Pressure chambers 18 of the hydraulic cylinders 12 only take place via the directional control valve 11 when the damping of the pitching vibrations is active.
  • the port P of the pilot valve 100 is connected directly to the control chamber 24 of the shut-off valve 22, the port A is connected to the hydraulic accumulator 21, the port B to the filling line 20 and the port T to the tank. In the middle position, ports B and T are closed, while there is continuity between ports P and A. The accumulator pressure is therefore present in the control chamber 24 of the check valve 22.
  • the pilot valve 100 can be brought into the second switching position by the electromagnet 44. Then the connections A and B are closed off and the connections P and T connected to each other. The control chamber 24 is thus relieved to the tank, so that the check valve 22 is open.
  • the pilot valve 100 is brought into the third switching position by the actuating piston 81 working against the prestressed compression spring 82 as soon as the pressure in the working line 14, that is to say in the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders, with a magnet 44 switched off and a limit pressure with a magnet 44 switched on the maximum pressure corresponding to the force of the electromagnet 44 reaches a higher maximum pressure.
  • the connections A and T of the pilot valve 100 are shut off, while the connections P and B and thus the control chamber 24 and the pressure chambers 15 of the hydraulic cylinders 12 are connected to one another.
  • the check valve 22 is then in its locked position.
  • the actuating piston 81 switches the valve 100 into the third switching position as soon as the load pressure reaches a limit pressure which is determined solely by the prestressing of the spring 82 and by the centering of the valve is. After activation of the pitch vibration damping, the electromagnet 44 is energized, so that the actuating piston 81 also exerts the force of the electromagnet. must wind. It then switches the valve 100 only when the maximum pressure is above the limit pressure.
  • the electromagnet 44 is additionally switched off.
  • the pilot valve 100 according to FIG. 7 is brought into the second switching position instead of an electromagnet by means of an actuating piston 101 which can be pressurized and which acts against the centering spring arrangement.
  • actuation into the third switching position takes place by an actuating cylinder 80 with actuating piston 81 and biasing spring 82.
  • the pilot valve shown in FIG. 8 corresponds to the pilot valve 42 according to FIG. 1.
  • the difference is that in it the two connections T and B are connected to one another in the rest position, connection B not being continued to a built-in valve 45, but rather is cordoned off.
  • a valve housing 110 has a valve bore 111, in which a pilot piston 112 is axially displaceable.
  • the pilot piston is centered by two pressure springs 43 and 113 because a valve housing 110 that can also be used for other applications is used, but with regard to the connection of connection A to connection P there is no difference between the central position and a lateral position in which the pilot piston 112 is shifted in the direction of the electromagnet 44 to an end position.
  • the return spring 43 is essential, which resets the pilot piston 112 when the electromagnet 44 is de-energized after it had previously brought the pilot piston 112 into a switching position in which the connection A was connected to the connection T.
  • the spring 113 ensures that the pilot piston between the spring plate associated with the spring 43 and a stop on the electromagnet 44 cannot move back and forth.
  • valve bore 111 is closed by a screwed-in insert 113, which serves as an abutment for the spring 43 and, coaxially with the valve bore 111, has a through bore 114 which is substantially smaller in diameter than the valve bore 111.
  • the insert 113 can also be seen as the cover of the actuating cylinder 80, the housing 115 of which is screwed onto the valve housing 110.
  • the actuating cylinder 80 is a single-acting cylinder or plunger cylinder, the actuating piston 81 of which projects through the central passage 114 of the insert 113 into the interior of the compression spring 43.
  • the effective piston diameter corresponds to the diameter of the central passage 114.
  • the actuating piston is captively suspended in a spring plate 116 which is pressed against a bottom 117 of the cylinder housing by the helical compression spring 82 clamped between it and the insert 113.
  • the spring plate 116 rests on the bottom 117, the actuating piston 81 is at a sufficiently large distance from the pilot piston 112 that the electromagnet 44 can bring the pilot piston 112 into its second switching position.
  • the bottom 117 there is a threaded connection opening through which the interior of the actuating cylinder 80 can be connected to a working line 14 or to the section of a filling line 20 connected to the working line 14.
  • Appropriate bores 119 and recesses 120 in the spring plate 116 ensure that all subspaces of the interior of the actuating cylinder 80 are freely connected to the connection opening 118.
  • the effective cross-section of the actuating piston 81 is selected to be very small, so that the size of the biasing spring 82 remains within the scope and the actuating cylinder 80 is a compact unit that does not exceed the size of the valve housing 110.

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader, die zur Dämpfung von Nickschwingungen dient, mit mindestens einem Hydrozylinder (12), mit dessen Hilfe ein Arbeitswerkzeug bewegbar ist, mit einem Wegeventil (11) zur Steuerung der Druckmittelwege zwischen einem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12), einer Druckmittelquelle und einem Tank (27), mit einem Hydrospeicher (21), der über ein Füllventil (22; 71), das sich in einer Füllleitung (20) befindet, mit der Druckmittelquelle verbindbar ist und dessen Ladedruck über das Füllventil (22; 71) bis auf einen Grenzdruck erhöhbar ist und der zur Dämpfung von Nickschwingungen mit dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) verbindbar ist, und mit einem Sperrventil (22; 75), das bei Vorliegen einer ersten Bedingung in eine Durchgangsstellung bringbar ist, in der es von Druckmittel in Richtung vom Hydrospeicher (21) zu dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) und umgekehrt durchströmbar ist. Erfindungsgemäß ist das Sperrventil (22; 75) auch bei Vorliegen der ersten Bedingung dann in seine Sperrstellung bringbar, wenn der Lastdruck in dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) oder der Speicherdruck einen Maximaldruck erreicht.

Description

Beschreibung
Hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine , insbesondere für einen Radlader, zur Dämpfung von Nickschwin- αunσen
Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steueranordnung, die für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader verwendet wird und die die Merkmale aus dem Oberbe- griff des Anspruchs 1 aufweist.
Aus der DE 39 09 205 Cl ist es bekannt, die Nickschwingungen von Radladern, die insbesondere bei gefüllter Ladeschaufel und höherer Fahrgeschwindigkeit auftreten, mit einem Dämpfungssy- stem zu d-ämpfen, das Bestandteil der hydraulischen Steueranordnung des Radladers ist. Zur Schwingungsdämpfung sind die im allgemeinen zwei hydraulischen Liftzylinder zum Heben und Senken der Ladeschaufel über ein Sperrventil an einen Hydrospeicher anschließbar, der von einer Hydropumpe über eine Füllei- tung, die vor dem Wegeventilsteuerblock von der Pumpenleitung abzweigt und in der sich ein Füllventil befindet, bis auf einen Grenzdruck aufgeladen werden kann. Das zwischen dem Hydrospeicher und den Liftzylindern angeordnete Sperrventil ist geschlossen, solange mit der Ladeschaufel gearbeitet wird, und kann vom Fahrer oder automatisch geöffnet werden, sobald beim Fahren Nickschwingungen auftreten oder sobald die Fahrgeschwindigkeit über einem bestimmten Wert, z.B. über 6 km/Std. liegt.
Dann kann Druckmittel frei zwischen den Liftzylindern und dem Hydrospeicher hin- und herfließen, so daß die Ladeschaufel nicht mehr starr mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist und die Nickschwingungen gedämpft werden. Durch die relative Bewegung zwischen Ladeschaufel und Fahrzeugkörper können dabei in den Liftzylindern und im Hydrospeicher so hohe Drücke auftreten, daß die Lebensdauer der Hydrospeicher verkürzt wird. Der Hydrospeicher wird auch dann mit einem sehr hohen Druck belastet, wenn bei offenem Absperrventil das den Liftzylindern zugeordnete Wegeventil betätigt und die Liftzylinder bis auf Anschlag ausgefahren werden.
Ein anderes Dämpfungssystem gegen Nickschwingungen, das ebenfalls Teil der hydraulischen Steueranordnung einer Arbeitsmaschine ist, ist aus der DE 41 29 509 C2 bekannt. Dabei zweigt die Fülleitung von einer Arbeitsleitung ab, die zwischen den Liftzylindern und dem diesen zugeordneten Wegeventil verläuft. Das in der Fülleitung angeordnete Sperrventil ist zugleich das Füllventil und druckgesteuert und kann von dem in der Arbeitsleitung herrschenden Lastdruck der Liftzylinder gegen den Speicherdruck, von dem ein rückwärtiger Steuerraum am Ventilglied des Sperrventils beaufschlagbar ist, und gegen die Kraft einer schwachen Druckfeder geöffnet werden. Der Speicherdruck ist also jeweils nur geringfügig kleiner als der während eines Arbeitsspiels auftretende höchste Lastdruck der Liftzylinder. Zur Dämpfung der Nickschwingungen wird der rückwärtige Steuerraum des Sperrventils über ein Pilotventil zum Tank entlastet, so daß das Sperrventil öffnet und Druckmittel frei zwischen dem Hydrospeicher und den Liftzylindern hin und her geschoben werden kann.
In Weiterbildung der hydraulischen Steueranordnung gemäß der DE 41 29 509 C2 ist es aus der DE 196 08 758 AI bekannt, dem genannten Pilotventil ein zweites , druckgesteuertes Pilotventil vorzuschalten, das, solange der Lastdruck in den Liftzylindern und in der Arbeitsleitung einen vorgegebenen Grenzdruck nicht überschreitet, den Speicherdruck und bei Überschreitung des Grenzdrucks den Lastdruck an das erste Pilotventil weiterleitet. Somit wird, wenn sich das erste Pilotventil in seiner Ruhestellung befindet, wenn also das Dämpfungssystem gegen Nickschwingungen nicht eingeschaltet ist, der rückwärtige Steuerraum vom Speicherdruck beaufschlagt, wenn der Lastdruck niedri- ger als der Grenzdruck ist, und vom Lastdruck beaufschlagt, wenn der Lastdruck höher als der Grenzdruck ist. In letzterem Fall schließt das Sperrventil , so daß der Hydrospeicher vor den Grenzdruck übersteigenden Drücken geschützt ist. Ist allerdings der rückwärtige Steuerraum über das erste Pilotventil mit Tank verbunden, so greift auch bei der hydraulischen Steueranordnung nach der DE 196 08 758 AI der Schutz des Hydrospeichers nicht mehr. Dieser kann von den Grenzdruck weit übersteigenden Drük- ken beaufschlagt werden, die durch die relative Bewegung zwischen der Ladeschaufel und dem Fahrzeugkörper verursacht werden. Ebenso kann ein sehr hoher Druck im Hydrospeicher auftre- ten, wenn bei geschaltetem ersten Pilotventil und damit offenem Sperrventil das den Liftzylindern zugeordnete Wegeventil betätigt und die Liftzylinder bis gegen einen Anschlag gefahren werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß der Hydrospeicher auch bei Vorliegen der Bedingung, unter der das Sperrventil in seine Durchgangsstellung gebracht werden kann, z.B. bei einer größe- ren Fahrzeuggeschwindigkeit als 6 km/Std. oder nach einer Betätigung eines elektrischen Schalters durch den Fahrer oder bei einer bestimmten Hubhöhe der Ladeschaufel, gegen die Lebensdauer wesentlich beeinträchtigende Drücke geschützt ist.
Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Steueranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gemäß dem kennzeichnenden Teil dieses Patentanspruchs dadurch gelöst, daß das Sperrventil auch bei Vorliegen der ersten Bedingung dann in seine Sperrstellung bringbar ist, wenn der Lastdruck in dem Druckraum des Hydrozylinders oder der Speicherdruck einen Maximaldruck erreicht. Auf diese Weise werden Drücke, die über dem Maximaldruck liegen, auch dann vom Hydrospeicher fern gehalten, wenn ein Signal „DämpfungsSystem ein" vorliegt. Dabei wird gemäß Anspruch 2 der Maximaldruck vorteilhafterweise höher als der Grenzdruck gewählt. Dies beansprucht den Hydrospeicher noch nicht über Gebühr, da dann, wenn das Dämpfungssystem akti- viert bzw. in einem Zustand der Bereitschaft ist, die Anzahl der Wechsel zwischen Druckzunahme und Druckabnahme, die absolute Höhe der Druckänderungen und die Druckänderung mit der Zeit im allgemeinen geringer als während eines Arbeitsspiels sind, währenddessen Material mit der Ladeschaufel aufgenommen oder verschoben wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung kann man den Unteransprüchen 3 und folgende entnehmen.
Die hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 3 besitzt ein Sperrventil, das unter der Wirkung einer Feder eine Sperrstellung einnimmt und durch Aktivierung eines Stellorgans in die Durchgangsstellung umschaltbar ist. In besonders einfacher Weise ist nun vorgesehen, daß das Stellorgan deaktiviert wird, wenn der Lastdruck oder der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht . Wird das Sperrventil z.B. durch einen Elektromagneten betätigt, so kann man den Lastdruck bzw. den Speicherdruck mit einem elektrischen Drucksensor erfassen, der ein Signal abgibt, wenn er den Maximaldruck feststellt. Das Signal wird an ein elektrisches Steuergerät gegeben, das den Elektromagneten ausschaltet. Natürlich kann der Drucksensor auch durch einen Druckschalter gebildet werden, der direkt im Leistungskreis des Elektromagneten liegt. Der Drucksensor bzw. der Druckschalter kann leicht auf einen Maximaldruck eingestellt werden, der höher als der Grenzdruck liegt.
Alternativ wird gemäß Anspruch 4 das Sperrventil durch einen gegen das aktivierte Stellorgan und eine Feder wirkenden Betätigungskolben, der vom Lastdruck oder vom Speicherdruck beaufschlagt ist, von der Durchgangsstellung in die Sperrstellung umgeschaltet, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht. Vorteilhafterweise ist gemäß Patentanspruch 5 das Sperrventil auch das Füllventil und durch eine Pilotventilanordnung vorgesteuert, so daß sein Ventilkolben groß gemacht werden kann und es vermag große Strömungsguerschnitte zu öffnen und dadurch bei aktiviertem Dämpfungssystem einen Druckmittelaustausch zwischen Hydrozylinder und Hydrospeicher ohne Drosselung zuzulassen. Der Ventilkolben des Sperrventils ist in Öffnungsrichtung vom Lastdruck und in Schließrichtung von einem in einem Steuerraum herrschenden Druck und von einer Schließfeder beaufschlagbar. Die Schließfeder bewirkt, daß der Speicherdruck jeweils um eine der Kraft der Schließfeder äquivalente Druckdifferenz kleiner als der Lastdruck ist . Der Steuerraum des Sperrventils ist über die Pilotventilanordnung zur Ladung des Hydrospeichers mit dem Hydrospeicher , zum Absperren des Hydrospeichers mit dem Druck- räum des Hydrozylinders und zum richtungsunabhängigen Durchströmen des Sperrventils mit einem Tank verbindbar .
Wie bei einem direktbetätigten oder auch vorgesteuerten Sperrventil, das nicht auch zugleich die Funktion des Füllventils hat, kann nun auch bei einem Sperrventil gemäß Anspruch 5 das Stellorgan des Pilotventils , in Abhängigkeit von dessen Schaltstellung der Steuerraum des Sperrventils mit Lastdruck beaufschlagbar oder zum Tank entlastbar ist, deaktiviert werden, wenn der Lastdruck oder der Speicherdruck den Maximaldruck er- reicht.
Alternativ ist gemäß Anspruch 7 das Pilotventil durch einen gegen das aktivierte Stellorgan und eine Feder wirkenden Betätigungskolben, der vom Lastdruck oder vom Speicherdruck beauf- schlagt ist, von der einen Stellung, in der das Sperrventil richtungsunabhängig durchströmbar ist, in eine andere Stellung, in der das Sperrventil gesperrt ist umschaltbar, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht. Die Feder beaufschlagt den Betätigungskolben unabhängig vom zu schaltenden Ventilglied des Pilotventils, damit sie dieses nicht immer in eine bestimmte Schaltstellung zu bringen ver- sucht, und ist zur Vorgabe des Maximaldrucks vorgespannt. Der Patentanspruch 8 bezieht sich darauf , daß das Sperrventil gemäß Patentanspruch 7 eine Pilotventilanordnung mit zwei Pilotventilen aufweist, während sich der Patentanspruch 9 auf eine Pilot- ventilanordnung mit einem Pilotventil mit einer federzentrierten Mittelstellung bezieht. Dabei wird durch das Pilotventil der Hydrospeicher auch beim Ladevorgang, also während des Arbeitsspiels bei nichtaktiviertem Dämpfungssystem gegen zu hohe Drücke geschützt . Denn das Pilotventil wird durch den Betäti- gungskolben von der zweiten Schaltstellung in die dritte
Schaltstellung gebracht, wenn ein Druck erreicht wird, der der Vorspannung der den Betätigungskolben unabhängig vom zu schaltenden Ventilglied beaufschlagenden Feder entspricht.
Gemäß Patentanspruch 10 ist wiederum eine Pilotventilanordnung des Sperrventils mit zwei Pilotventilen vorgesehen, die allerdings anders als in der Ausgestaltung nach Anspruch 8 miteinander und mit dem Steuerraum des Sperrventils verschaltet sind. Das erste Pilotventil besitzt einen ersten Anschluß, an dem je nach Stellung eines durch Aktivierung eines Stellorgans geschalteten zweiten Pilotventils Speicherdruck oder Tankdruck ansteht, einen zweiten Anschluß, an dem Lastdruck ansteht, und einen dritten Anschluß, der mit dem Steuerraum des Sperrventils verbunden ist. In einer ersten Schaltstellung, die das erste Pilotventil unter der Wirkung einer Feder einnimmt, sind der erste Anschluß und der dritte Anschluß und in einer zweiten Schaltstellung, in die das erste Pilotventil durch einen gegen eine vorgespannte Feder wirkenden und vom Lastdruck oder vom Speicherdruck beaufschlagten Betätigungskolben umschaltbar ist, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Grenzdruck erreicht, der zweite Anschluß und der dritte Anschluß miteinander verbunden. Der Grenzdruck ist äquivalent zur Kraft der vorgespannten Feder. Ohne Veränderung der Vorspannung wird der Betätigungskolben unabhängig von der Schaltstellung des zweiten Pi- lotventils jeweils dann aktiv, wenn der Grenzdruck erreicht wird. Höher als der Grenzdruck kann der Ladedruck im Hydrospei- eher nicht werden, ob nun das Dämpfungssystem aktiviert ist oder nicht. Maximaldruck und Grenzdruck stimmen also überein. Man kann den Maximaldruck gemäß Patentanspruch 11 dadurch über den Grenzdruck erhöhen, daß die Vorspannung der gegen den Betä- tigungskolben wirkenden Feder gleichzeitig mit der Aktivierung des Stellorgans des zweiten Pilotventils von einem Wert, der dem Grenzdruck entspricht, auf einen höheren Wert verändert wird. Dies geschieht gemäß Patentanspruch 12 auf vorteilhafte Weise dadurch, daß sich die Feder an einem verstellbaren Vor- spannkolben abstützt, der bei Aktivierung des Stellorgans mit einem ihn im Sinne einer Erhöhung der Federvorspannung verschiebenden Druck beaufschlagt wird. Ist das Wegeventil hydraulisch betätigbar, so wird vorteilhafterweise der maximale Vorsteuerdruck auf den Vorspannkolben gegeben, um die Federvor- Spannung zu erhöhen.
Bei einer hydraulischen Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 10 bis 13 wirkt die Feder bevorzugt über einen Ventilkolben des ersten Pilotventils auf den Betätigungskolben. Dadurch ist eine einfache Konstruktion möglich.
Mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung sowie ein Pilotventil, das in einem der Ausführungsbeispiele verwendet wird, sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem die Fülleitung an die zu zwei Hydrozylindern führende Arbeitsleitung angeschlossen ist und sich in der Fülleitung ein zugleich auch das Füllventil darstellendes Sperrventil befindet, das von zwei Pilotventilen vorgesteuert wird, von denen eines durch einen Elektromagneten von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung und durch einen
Betätigungskolben gegen den erregten Elektromagneten von der zweiten Stellung in die erste Stellung gebracht werden kann, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, das weitgehend die gleichen Komponenten wie das erste Ausführungsbeispiel aufweist, wobei jedoch die beiden Pilotventile anders verschaltet sind und nicht das durch einen Elektromagneten betätigbare Pilotventil, sondern das andere Pilotventil geschaltet wird, um das Sperrventil bei aktiviertem Dämpfungssystem in seine Sperrstellung zu bringen,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die Fülleitung in der sich ein Füllventil befindet, vor dem Wegeventil von der Pumpenleitung abzweigt und der Hydrospeicher und der Hydrozylinder über ein zusätzliches Sperr- ventil miteinander verbindbar sind, wobei das Sperrventil durch einen Elektromagneten in eine Durchgangsstellung und durch einen Betätigungskolben gegen den erregten Elektromagneten in seine Sperrstellung gebracht werden kann, Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel, das bis auf den
Betätigungskolben für das elektromagnetisch betätigbare Pilotventil hinsichtlich der hydraulischen Komponenten und der hydraulischen Verbindungen unter den Komponenten gleich dem ersten Ausführungsbeispiel ist und bei dem bei aktiviertem Dämp ungssystem der Elektromagnet des einen Pilotventils ausgeschaltet wird, wenn der Druck in der Arbeitsleitung zu hoch wird, Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, das bis auf den Betätigungskolben für das Sperrventil dem Ausfüh- rungsbeispiel nach Figur 3 entspricht und bei dem der Elektromagnet des Sperrventils ausgeschaltet wird, wenn bei aktiviertem Dämpfungssystem der Druck in den Hydrozylindern zu hoch wird, Figur 6 ein Ausführungsbeispiel ähnlich denjenigen aus den Figuren 1 und 2 , bei dem jedoch ein Pilotventil mit drei Schaltstellungen vorhanden ist, Figur 7 ein Dreistellungs-Pilotventil eines siebten Ausführungsbeispiels mit einer gegenüber Figur 6 geänderten Ansteuerung des Pilotventils und
Figur 8 einen Schnitt durch das elektromagnetisch betätigbare Pilotventil einer Ausführung ähnlich derjenigen aus
Figur 1.
Die gezeigten hydraulischen Steueranordnungen sind jeweils für Radlader, Traktoren, Teleskop-Handler oder andere Maschinen vorgesehen und umfassen einen Steuerblock 10 mit mehreren Wegeventilen, insbesondere auch mit einem Wegeventil 11, das eine federze trierte Mittelstellung einnehmen kann und mit dem zwei als Differentialzylinder ausgebildete Hydrozylinder 12 ansteuerbar sind, mit denen z.B. der Ausleger eines Radladers gehoben und abgesenkt werden kann. Das Wegeventil 11 besitzt einen ersten Arbeitsanschluß 13, von aus dem eine erste Arbeitsleitung 14 zu den bodenseitigen Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 führt. Eine zweite Arbeitsleitung 16 verläuft zwischen einem zweiten Arbeitsanschluß 17 des Wegeventils 11 und den kolben- stangenseitigen Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12. Über einen Druckanschluß P und einen Tankanschluß T können die beiden Arbeitsanschlüsse 13 und 17 mit einer Druckmittelquelle und mit einem Tank 27 verbunden werden. Das Wegeventil 11 des Steuerblocks 10 ist hydraulisch proportional betätigbar, wobei die Vorsteuerdrücke mithilfe eines hydraulischen Vorsteuergerätes 55 erzeugt und über Steuerleitungen 56 an das Wegeventil 11 gegeben werden.
Bei der Ausführung nach Figur 1 zweigt von der Arbeitsleitung 14 eine Fülleitung 20 ab, die zu einem Hydrospeicher 21 führt. In der Fülleitung liegen ein Anschluß A einer Platte 26, ein Sperrventil 22, das in die Platte 26 eingebaut ist, als 2-Wege- Einbauventil ausgebildet ist und ein bewegliches Ventilglied 23 aufweist, sowie ein Anschluß 61 der Platte 26, von dem ein Ab- schnitt der Fülleitung 20 zum Hydrospeicher 21 abgeht. Das
Sperrventil ist zugleich das Füllventil. Das Ventilglied 23 ist ein Stufenkolben, der mit der Stirnseite des im Durchmesser kleineren Kolbenabschnitts nach Art eines Sitzventils auf einem Sitzkegel aufsitzen kann, kann aber auch ein einfacher Kolben ohne Ringfläche sein. An der besagten Stirnfläche wird das Ven- tilglied 23 vom in der Arbeitsleitung 14 herrschenden Druck, also vom in den bodenseitigen Druckräumen 15 der beiden Hydrozylinder 12 herrschenden Lastdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. An der Ringfläche zwischen den beiden Kolbenabschnitten des Ventilglieds 23 wirkt der Speicherdruck in Öffnungs- richtung. In Schließrichtung wird das Ventilglied 23 von einem in einem rückwärtigen Steuerraum 24 herrschenden Druck und von einer schwachen Druckfeder 25 beaufschlagt.
Auf die Platte 26 mit dem 2-Wege-Einbauventil 22 sind ein er- stes Pilotventil 42 und ein zweites Pilotventil 30 aufgebaut. Das zweite Pilotventil 30 ist ein 3/2-Wegeventil mit einem ersten Eingang 31, der mit dem zwischen der Arbeitsleitung 14 und dem Sperrventil 22 befindlichen Abschnitt der Fülleitung 20 verbunden ist, und mit einem zweiten Eingang 32, der mit dem Hydrospeicher 21 verbunden ist. Ein Ausgang 33 des Pilotventils
30 ist in Abhängigkeit vom Lastdruck in der Arbeitsleitung 14 entweder mit dem Eingang 31 oder mit dem Eingang 32 verbindbar. Und zwar wirkt im Sinne einer Verbindung des Ausgangs 33 mit dem Eingang 32 eine einstellbare, vorgespannte Druckfeder 34 auf das nicht näher dargestellte Ventilglied des Pilotventils 30. Im Sinne, einer Verbindung des Ausgangs 33 mit dem Eingang
31 wird das Ventilglied von dem Druck im Eingang 31, also vom bodenseitigen Lastdruck der Hydrozylinder 12 beaufschlagt.
Vom Ausgang 33 des Pilotventils 30 führt ein Steuerkanal 41 zu einem ersten Anschluß P des ersten Pilotventils 42, das ein 4/2-Wegeventil ist. Dessen Ventilglied nimmt unter der Wirkung einer Druckfeder 43 eine Ruhestellung ein, in der Durchgang zwischen dem ersten Anschluß P und dem dritten Anschluß A be- steht, der mit dem Steuerraum 24 des Sperrventils 22 verbunden ist. Ein Tankanschluß (zweiter Anschluß) T und ein weiterer An- Schluß B des Pilotventils 42 sind in dessen Ruhestellung abgesperrt. Der Tankanschluß ist über durch die Gehäuse der verschiedenen Ventile hindurchführende Kanäle mit einem Leckanschluß Y der Platte 26 verbunden. Der Anschluß B des Pilotven- tils 42 ist mit dem rückwärtigen Steuerraum eines zweiten sich in der Platte 26 befindlichen 2-Wege-Einbauventils 45 verbunden, über das die kolbenstangenseitigen Druckräume 18 der Hydrozylinder 12 mit einem Tankanschluß T der Platte 26 verbunden werden können. Das Ventilglied des Pilotventils 42 kann von ei- nem Elektromagneten 44 in eine zweite Schaltstellung gebracht werden, in der der Anschluß P abgesperrt ist und die beiden Anschlüsse A und B mit dem Anschluß T verbunden sind.
Im Bypass zu dem Sperrventil 22 verläuft innerhalb der Platte 26 zwischen deren Anschlüssen 61 und A, also letztlich zwischen dem Hydrospeicher 21 und den bodenseitigen Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 ein Fluidpfad 62, in dem in Reihe hintereinander ein Rückschlagventil 63, das vom Anschluß 61 zum Anschluß A, also vom Hydrospeicher 21 zu den Druckräumen 15 hin öffnet, und eine Drossel 64 angeordnet sind. Rückschlagventil 63 und Drossel 64 befinden sich also in der Platte 26.
Sollen die Kolbenstangen der Hydrozylinder 12 ausgefahren werden, so wird das Wegeventil 11 in eine solche Richtung betä- tigt, daß der Arbeitsleitung 14 Druckmittel von einer Hydropum- pe zufließen kann. Die Kolbenstangen fahren aus, wobei in den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 sowie in der Arbeitsleitung 14 ein durch die Last, die von den Hydrozylindern bewegt wird, bestimmter Lastdruck herrscht. Solange der Lastdruck in der Ar- beitsleitung 14 unterhalb des an der Druckfeder 34 des Pilotventils 30 eingestellten Drucks verbleibt, schaltet dieses den Speicherdruck über das Pilotventil 42 zum rückwärtigen Steuerraum 24 des Sperrventils 22 durch. Der Lastdruck öffnet nun das Sperrventil 22 immer dann, wenn er mindestens um die der Kraft der Druckfeder 25 äquivalente kleine Druckdifferenz über dem Speicherdruck liegt. Es kann dann Druckmittel über die Füllei- tung 20 in den Hydrospeicher 21 gelangen, so daß dieser, sieht man einmal von der Kraft der schwachen Druckfeder 25 ab, auf den Lastdruck in der Arbeitsleitung 14 aufgeladen wird. Über den Fluidpfad 62 kann wegen des Rückschlagventils 63 der Hydro- Speicher 21 nicht aufgeladen werden.
Sinkt der Lastdruck ab, so kann sich der Hydrospeicher über das Rückschlagventil 63 und die Drossel 64 entladen. Demnach folgt der Ladedruck des Hydrospeichers 21 dem absinkenden Lastdruck und stimmt jeweils mit einem quasistationären Lastdruck überein. Einem schnellen Absinken des Lastdrucks folgt der Ladedruck wegen der Drossel 64 nur verzögert, so daß sich kurzzeitige Druckabsenkungen nur wenig im Hydrospeicher bemerkbar machen und dieser nicht einem zu hohen Verschleiß ausgesetzt ist.
Wenn der Lastdruck am Pilotventil 30 die Kraft der Druckfeder 34 zu überwinden vermag, bleibt das Sperrventil 22 geschlossen. Denn nach einer Umschaltung des Pilotventils 30 steht im rückwärtigen Steuerraum 24 des Sperrventils 22 der Lastdruck an, so daß im Verein mit der Druckfeder 25 das Sperrventil 22 sicher zugehalten wird. Der Druck im Hydrospeicher 21 kann deshalb den an der Druckfeder 34 des Pilotventils 30 eingestellten Wert nicht übersteigen. Aus Sicherheitsgründen ist jedoch zusätzlich ein Druckbegrenzungsventil 60 vorgesehen, dessen Eingang mit dem Hydrospeicher 21 verbunden ist.
In der Arbeitsleitung 16 und in den kolbenstangenseitigen Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12 herrscht während des Aus- fahrens der Kolbenstangen ein Druck in der Nähe des Tankdrucks .
Es sei angenommen, daß die Ladeschaufel eines Radladers beladen und daß mit dem Radlader zu einer Abladestelle gefahren wird. Willkürlich durch den Fahrzeugführer, wenn Nickschwingungen auftreten, oder automatisch bei einer bestimmten Geschwindig- keit der mobilen Arbeitsmaschine, z.B. bei einer Geschwindigkeit von 6 km/Std., wird der Elektromagnet 44 des Pilotventils 42 bestromt, so daß dieses Ventil aus der gezeigten Ruhestellung in die andere Schaltstellung umschaltet. Nun ist der rückwärtige Steuerraum 24 des Sperrventils 22 über das Pilotventil 42 mit dem Anschluß Y der Platte .26 verbunden und damit zum Tank 27 entlastet.
Das Ventilglied 23 des Sperrventils 22 wird vom Speicherdruck und vom Druck in der Arbeitsleitung 14 von seinem Sitz abgehoben, so daß eine offene Verbindung zwischen dem Hydrospeicher 21 und den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 besteht. Da der Ladedruck des Hydrospeichers 21 dem während des Arbeitsspiels aufgetretenen Lastdruck gefolgt ist, tritt beim Öffnen des Sperrventils 22 kein Absacken und kein Ausfahren der Kolbenstangen der Hydrozylinder 12 auf . Ein geringer Unterschied zwi- sehen Lastdruck und Ladedruck, der durch die schwache Feder 25 oder durch eine schwache Feder des Rückschlagventils 63 bedingt ist, hat keine merkbaren Auswirkungen. Es mag zwar sein, daß während des Arbeitsspiels Lastdrücke auftreten, die das Ventil 30 zum Schalten bringen und denen deshalb der Ladezustand des Hydrospeichers nicht folgt. Diese Lastdrücke treten jedoch nur in besonderen Situationen, z.B. beim Losreißen eines im Erdreich verankerten Gegenstandes oder beim Fahren der Ladeschaufel gegen einen Anschlag auf, sind jedoch nicht durch das Gewicht der Ladeschaufel und des Ladegutes bedingt, das allein beim Fahren des Radladers wirkt. Der Ladezustand des Hydrospeichers 21 reicht deshalb immer, um die Ladeschaufel auf dem Niveau zu halten, die diese beim Öffnen des Sperrventils 22 einnimmt.
Über das durch das Umschalten des Pilotventils 42 ebenfalls geöffnete Ventil 45 kann Druckmittel aus den kolbenstangenseiti- gen Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12 in den Tank verdrängt werden. Ein Nachsaugen kann über Nachsaugventile erfolgen, die dem Wegeventil 11 zugeordnet sind. Damit können Volumenänderun- gen der Druckräume 18 ausgeglichen werden, die während der of- fenen Verbindung der Druckräume .15 mit dem Hydrospeicher 21 auftreten.
Durch die relative Bewegung zwischen dem Ausleger und dem Fahr- zeugkörper des Radladers können in den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 und in der Arbeitsleitung 14 Drücke von solcher Höhe auftreten, daß der Hydrospeicher 21 beschädigt werden könnte. Deshalb sind Maßnahmen ergriffen, um den Hydrospeicher 21 vor solch hohen Drücken zu schützen. Dem Pilotventil 42 ist ein kleiner Betätigungszylinder 80 mit einem Betätigungskolben 81 zugeordnet, von dem das bewegliche Ventilglied des Pilotventils 42 bei erregtem Elektromagnet 44 gegen dessen Kraft von der zweiten Schaltstellung in die Ruhestellung geschaltet werden kann, wenn der Druck in den Druckräumen 15 einen Maxi- maldruck überschreitet. Der Betätigungskolben wird entgegen der Betätigungsrichtung von einer Druckfeder 82 unabhängig vom Ventilglied des Pilotventils 42 belastet. Die Druckfeder 82 kann also nicht das Ventilglied verstellen. Ihre Vorspannung ist entsprechend dem gewünschten Maximaldruck gewählt, wobei auch die Kraft des Elektromagneten 44 berücksichtigt ist. An der einen Seite wird der Betätigungskolben 81 über eine Steuerleitung 83 vom Lastdruck in Betätigungsrichtung beaufschlagt. Sobald der Lastdruck den Maximaldruck erreicht, kann er den Betätigungskolben 81 entgegen der Kraft der Druckfeder 82 und entge- gen der Kraft des Elektromagneten 44 in Betätigungsrichtung verschieben, so daß das Ventilglied des Pilotventils 42 von seiner zweiten Schaltstellung in die Ruhestellung gelangt. Da der Maximaldruck mindestens so groß wie der Grenzdruck ist, bei dem das Pilotventil 30 in seine zweite Schaltstellung geschal- tet wird, ist dann der Steuerraum 24 des Sperrventils 22 über die beiden Pilotventile 30 und 42 mit der Arbeitsleitung 14 verbunden und wird mit dem darin herrschenden Druck beaufschlagt. Das Sperrventil schließt sofort. Der hohe Druck wird vom Hydrospeicher 21 ferngehalten. Sinkt der Druck in der Arbeitsleitung 14 wieder unter den Maximaldruck ab, wird der Betätigungskolben 81 von der Druckfeder 82 zurückgestellt und der Elektromagnet 44 vermag das Ventilglied des Pilotventils 42 wieder in seine zweite Schaltstellung zu bringen, in der der Steuerraum 24 des Sperrventils 22 zum Tank entlastet ist. Das Sperrventil 22 öffnet wieder und die Dämpfung der Nickschwingungen setzt wieder ein.
Die Ausführung nach Figur 2 unterscheidet sich zunächst in der VerSchaltung der Pilotventile 30 und 42 untereinander und mit dem Steuerraum 24 des Sperrventils 22 von der Ausführung nach Figur 1. Es ist nun der Anschluß 32 des Pilotventils 30 mit dem Steuerraum 24 des Sperrventils 22 und der Anschluß 33 mit dem Anschluß A des Pilotventils 42 verbunden. Der Anschluß 31 ist genauso wie bei der Ausführung nach Figur 1 mit dem zwischen der Arbeitsleitung 14 und dem Sperrventil 22 befindlichen Abschnitt der Fülleitung 20 verbunden. Von dem am Anschluß 31 anstehenden Lastdruck ist das Pilotventil 30 über einen Betätigungskolben 35, der auch der Ventilkolben sein kann, im Sinne einer Verbindung der Anschlüsse 31 und 32 miteinander gegen die Kraft der vorgespannten Druckfeder 34 verstellbar. Ist der Lastdruck kleiner als der an der Feder 34 eingestellte Grenzdruck, so wird das Pilotventil 30 von der Feder in einer ersten Schaltstellung gehalten, in der die Anschlüsse 32 und 33 zuein- ander offen sind. Der Anschluß P des Pilotventils 42 steht mit dem Hydrospeicher 21 in Verbindung. Hinsichtlich der Anschlüsse B und T hat sich gegenüber der Ausführung nach Figur 1 nichts geändert.
Wenn sich während eines Arbeitsspiels mit der Ladeschaufel die Pilotventile 30 und 42 in den gezeigten Schaltstellungen befinden, ist der Steuerraum 24 des Sperrventils 22 über beide Pilotventile mit dem Hydrospeicher 21 verbunden, so daß dieser auf den jeweiligen Lastdruck aufgeladen wird, sofern der Lastdruck kleiner als der an der Druckfeder 34 eingestellte Grenzdruck bleibt. Wird dieser Grenzdruck erreicht, schaltet das Pilotventil 30 um, so daß der Lastdruck in den Steuerraum 24 geleitet wird und das Sperrventil 22 schließt.
Ohne weitere Vorkehrungen würde das Pilotventil 30 auch bei ge- schaltetem Pilotventil 42, also bei aktivierter Dämpfung der Nickschwingungen, vom Lastdruck in seine zweite Schaltstellung gebracht werden, wenn der Lastdruck den Grenzdruck erreicht. Maximaldruck und Grenzdruck würden dann übereinstimmen. Die hydraulische Steueranordnung nach Figur 2 ist jedoch so gestal- tet, daß der Maximaldruck höher als der Grenzdruck ist. Dazu stützt sich die Druckfeder 34 an einem Vorspannkolben 85 ab und drückt diesen gegen einen nicht näher dargestellten festen Anschlag. Die Feder 34 ist dann so stark gespannt, daß ihre Kraft dem Grenzdruck äquivalent ist. Ein Druckraum an der der Feder 34 abgewandten Rückseite des Vorspannkolbens 85 ist über eine Steuerleitung 86 mit einem 3/2-Wegeventil 87 verbunden, das am VorSteuergerät 55 sitzt und in einer Ruhestellung, die es unter der Wirkung einer Druckfeder einnimmt, den Druckraum am Vorspannkolben zum Tankanschluß des Vorsteuergerätes hin entla- stet. Durch einen Elektromagneten 88, der zugleich mit dem Elektromagneten 44 des Pilotventils 42 erregt wird, kann das Wegeventil 87 in eine zweite Schaltstellung gebracht werden, in der der Steuerraum am Vorspannkolben 85 mit dem Druckanschluß des Vorsteuergeräts 55 verbunden ist. An diesem Druckanschluß steht üblicherweise ein Druck im Bereich von 30 bar an. Ist das Wegeventil 87 geschaltet, so wird also der Vorspannkolben 85 mit einem Druck im Bereich von 30 bar im Sinne einer stärkeren Vorspannung der Feder 34 beaufschlagt. Die Fläche des Vorspannkolbens 85 ist so groß, daß er die Druckfeder 34 stärker vor- spannt, bis er an einen zweiten Anschlag 89 stößt. Nun entspricht die Vorspannung der Druckfeder 34 einem über dem Grenz- druck liegenden Maximaldruck. Erst wenn der Lastdruck diesen Maximaldruck erreicht, vermag er das Pilotventil 30 aus der gezeigten Ruhestellung in die zweite Schaltstellung umzuschalten, in der der Lastdruck in den Steuerraum 24 des Sperrventils 22 gegeben wird, so daß dieses schließt. Bei der Ausführung nach Figur 3 zweigt die Fülleitung 20 vor dem Ventilsteuerblock 10 von einer Pumpenleitung 65 ab. In die zu mehreren Hydrospeichern 21 führende Fülleitung 20 sind, in Strömungsrichtung des Druckmittels von der Pumpenleitung 65 zu den Hydrozylindern 21 gesehen, zunächst ein 2/2-Wegeventil 70, ein Druckregelventil 71 und ein Rückschlagventil 72 angeordnet. In der durch eine Druckfeder herbeigeführten Ruhestellung des Wegeventils 70 sind dessen beide Anschlüsse gegeneinander abge- sperrt. Das Wegeventil kann durch Ansteuerung eines Elektromagneten 73 in eine Durchgangsstellung geschaltet werden. Und zwar wird der Elektromagnet 73 immer dann erregt, wenn das sich innerhalb des Steuerblocks 10 befindliche Wegeventil 11 zur Ansteuerung der Hydrozylinder 12 in Richtung Heben betätigt wird. In der Mittelstellung des Wegeventils 11 und bei dessen Betätigung in Richtung Senken befindet sich das Wegeventil 70 in seiner Ausgangsstellung.
Am Druckregelventil 71 ist ein Grenzdruck eingestellt, bis zu dem die Hydrospeicher 21 aufgeladen werden können. Solange dieser Druck nicht erreicht ist, schaltet das Druckregelventil den Ausgang des Wegeventils 70 zum Rückschlagventil 72 durch. Bei Erreichen des Druckes wird der mit dem Ausgang des Wegeventils 70 verbundene Eingang des Ventils 71 gesperrt und der mit dem Rückschlag verbundene Anschluß mit Tank verbunden.
Die Hydrospeicher 21 können über eine Leitung 74 mit der zwischen dem Arbeitsanschluß 13 des Wegeventils und den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 verlaufenden Arbeitsleitung 14 ver- bunden werden. In diese Leitung 74 ist ein 4/2-Wegeventil 75 eingebaut, das unter der Wirkung einer Druckfeder 76 eine Ruhestellung einnimmt, in der zwei Abschnitte der Leitung 74 gegeneinander abgesperrt sind und somit keine Verbindung zwischen den Hydrospeichern 21 und der Arbeitsleitung 14 besteht. Außer den beiden für das Öffnen und Schließen der Leitung 74 notwendigen Anschlüssen besitzt das Wegeventil 75 zwei weitere An- Schlüsse für zwei Abschnitte einer Leitung 77, die von der Arbeitsleitung 15 zwischen dem Wegeventil 11 und den Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12 zum Tank 27 führt. In der Ruhestellung des Wegeventils 75 sind auch die beiden Abschnitte der Leitung 77 gegeneinander abgesperrt. Das Wegeventil 75 kann von einem Elektromagneten 78 in eine Schaltstellung gebracht werden, in der jeweils die beiden Abschnitte der Leitung 74 und die beiden Abschnitte der Leitung 77 miteinander verbunden sind. Der Elektromagnet 78 wird erregt, wenn als erste Bedingung die mit der gezeigten hydraulischen Steueranordnung ausgestattete Arbeitsmaschine eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit überschreitet. Dann sind die Hydrospeicher 21 mit den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 verbunden, so daß Nickschwingungen gedämpft werden können. Volumenveränderungen der Druckräume 18 können über die Leitung 77 ausgeglichen werden.
Genauso wie bei der Ausführung nach Figur 1 für das Pilotventil 42 ist nun für das Sperrventil 75 ein kleiner BetätigungsZylinder 80 mit einem Betätigungskolben 81 vorhanden, der von einer vorgespannten Druckfeder 82 in eine Ruhelage gedrückt wird, in der er an einem festen Anschlag anliegt. Ein Steuerraum auf der dem Federraum abgewandten Seite des Betätigungskolbens 81 ist wiederum über eine Steuerleitung 83 mit der Arbeitsleitung 14 verbunden. Die Vorspannung der Druckfeder 82 ist so stark, daß der Betätigungskolben 81 unter Berücksichtigung der Kraft des Elektromagneten 78 den Ventilkolben des Ventils 75 erst bei einem Maximaldruck in der Arbeitsleitung 14 in die SperrStellung zu schalten vermag, der gleich, vorzugsweise aber größer als der Grenzdruck ist, auf den das Ventil 71 eingestellt ist. So- mit werden die Hydrospeicher 21 auch bei aktivierter Dämpfung der Nickschwingungen von den Druckräumen 15 der Hydrozylinder getrennt, wenn der Druck darin einen schädlichen Maximaldruck überschreitet.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 entspricht abgesehen von dem Betätigungszylinder 80 im Hinblick auf die hydraulischen Komponenten und ihre Verschaltung voll dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Es ist ein elektrischer Druckschalter 90 vorhan- dan, der an die Arbeitsleitung 14 angeschlossen ist und ein elektrisches Signal an ein elektrisches Steuergerät 91 abgibt, wenn der Druck in der Arbeitsleitung 14 einen Maximaldruck erreicht, der gleich oder vorzugsweise höher als der der Kraft der vorgespannten Feder 34 des Pilotventils 30 äquivalente Grenzdruck ist. Das elektrische Steuergerät 91 erhält außerdem Signale von einem Drehzahlgeber 92, der dazu dient, die Ge- schwindigkeit der mobilen Arbeitsmaschine zu erfassen. Das elektrische Steuergerät 91 ist über eine elektrische Steuerleitung 93 mit dem Elektromagneten 44 des Pilotventils 42 verbunden. Der Elektromagnet 44 wird dann erregt, wenn das Signal des Drehzahlgebers 92 eine über einem Grenzwert liegende Geschwin- digkeit anzeigt und wenn von dem Druckschalter 90 kein über dem Maximaldruck liegender Lastdruck in der Arbeitsleitung 14 de- tektiert wird. Das Pilotventil 42 ist vom Elektromagneten 44 in seine zweite Schaltstellung gebracht worden, in der der Steuerraum 24 des Sperrventils 22 zum Tank entlastet ist. Das Sperr- ventil öffnet und die Druckräume 15 der Hydrozylinder 12 sind mit dem Hydrospeicher 21 verbunden, so daß Nickschwingungen gedämpft werden. Detektiert der Druckschalter 90 einen über dem Maximaldruck liegenden Druck in der Arbeitsleitung 14, so wird der Elektromagnet 44 entregt und die Druckfeder 43 bringt das Pilotventil 42 in seine in der Figur 4 gezeigte Schaltstellung. In dieser Schaltstellung ist der Steuerraum 24 des Sperrventils 22 mit dem Anschluß 33 des Pilotventils 30 verbunden. Da der Maximaldruck mindestens so groß wie der Grenzdruck ist, bei dem das Pilotventil 30 in seine zweite Schaltstellung gebracht wird, befindet sich dieses in dieser zweiten Schaltstellung, in der der Anschluß 33 mit dem Anschluß 31 verbunden ist, so daß in den Steuerraum 24 des Sperrventils 22 der Druck aus der Arbeitsleitung 14 geleitet wird. Das Sperrventil 22 schließt also, so daß der Hydrospeicher 21 vor dem hohen Druck geschützt ist. Nach dem Absinken des Drucks in der Arbeitsleitung 14 unter den Maximaldruck wird der Elektromagnet 44 wieder erregt und der Steuerraum 24 des Sperrventils 22 unabhängig von der Schaltstellung des Pilotventils 30 zum Tank entlastet, so daß das Sperrventil wieder öffnet.
So wie bei der Ausführung nach Figur 4 im Vergleich zur Ausführung nach Figur 1 der BetätigungsZylinder 80 nicht und an dessen Stelle ein Druckschalter 90 vorhanden ist, so ist dies auch im Vergleich zwischen den beiden Ausführungen nach den Figuren 3 und 5 der Fall. Die Ausführung nach Figur 5 entspricht also bis auf den Betätigungszylinder 80 hinsichtlich der hydraulischen Komponenten und ihrer Verschaltung miteinander der Ausführung nach Figur 3. Der Druckschalter 90 gibt ein Signal an das elektrische Steuergerät 91 ab, wenn der Druck in der Arbeitsleitung 14 den Maximaldruck erreicht. Das elektrische Steuergerät erhält außerdem Signale vom Drehzahlsensor 92 und steuert den Elektromagneten 78 des Sperrventils 75 über die Steuerleitung 93 an, wenn der Drehzahlsensor 92 eine über einem bestimmten Wert liegende Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine signalisiert und wenn kein Signal des Druckschalters 90 vor- liegt, wenn also der Druck in den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 unterhalb des Maximaldruckes liegt. Sobald dieser Druck über den Maximaldruck steigt, wird der Elektromagnet 78 entregt und das Ventil 75 gelangt in die in Figur 5 gezeigte Stellung. Die Hydrospeicher 21 sind gegen die Druckräume 15 hin abgesperrt .
Die Ausführung nach Figur 6 kann man sich aus der Ausführung nach Figur 1 dadurch entstanden denken, daß die beiden Pilotventile 30 und 42 zu einem einzigen Pilotventil 100 zusammenge- faßt sind, das eine federzentrierte Mittelstellung, eine seitliche, zweite Schaltstellung und eine weitere seitliche, dritte Schaltstellung aufweist. Es besitzt vier Anschlüsse, die wie die Anschlüsse des Ventils 42 aus Figur 1 mit den Buchstaben P, T, A und B bezeichnet sind. Bei der Ausführung nach Figur 6 ist allerdings im Vergleich zur Ausführung nach Figur 1 das dortige Einbauventil 45 nicht vorhanden. Ein Volumenausgleich in den Druckräumen 18 der Hydrozylinder 12 findet, wenn die Dämpfung der Nickschwingungen aktiv ist, allein über das Wegeventil 11 statt.
Der Anschluß P des Pilotventils 100 ist direkt mit dem Steuerraum 24 des Sperrventils 22, der Anschluß A ist mit dem Hydrospeicher 21, der Anschluß B mit der Fülleitung 20 und der Anschluß T mit Tank verbunden. In der Mittelstellung sind die Anschlüsse B und T abgesperrt, während zwischen den Anschlüssen P und A Durchgang besteht. Im Steuerraum 24 des Sperrventils 22 steht also der Speicherdruck an. In die zweite Schaltstellung kann das Pilotventil 100 durch den Elektromagneten 44 gebracht werden. Dann sind die Anschlüsse A und B abgesperrt und die Anschlüsse P und T miteinander verbunden. Der Steuerraum 24 ist also zum Tank entlastet, so daß das Sperrventil 22 offen ist. In die dritte Schaltstellung wird das Pilotventil 100 durch den gegen die vorgespannte Druckfeder 82 arbeitenden Betätigungskolben 81 gebracht, sobald der Druck in der Arbeitsleitung 14, also in den Druckräumen 15 der Hydrozylinder bei ausgeschalte- tem Magneten 44 einen Grenzdruck und bei eingeschaltetem Magneten 44 einen gegenüber dem Grenzdruck entsprechend der Kraft des Elektromagneten 44 höheren Maximaldruck erreicht. In der dritten Schaltstellung sind die Anschlüsse A und T des Pilotventils 100 abgesperrt, während die Anschlüsse P und B und da- mit der Steuerraum 24 und die Druckräume 15 der Hydrozylinder 12 miteinander verbunden sind. Das Sperrventil 22 befindet sich dann in seiner Sperrstellung.
Da während des normalen Arbeitsspiels mit der Ladeschaufel der Elektromagnet 44 nicht erregt ist, schaltet der Betätigungskolben 81 das Ventil 100 in die dritte Schaltstellung um, sobald der Lastdruck einen Grenzdruck erreicht, der allein durch die Vorspannung der Feder 82 sowie durch die Mittenzentrierung des Ventils vorgegeben ist. Nach einer Aktivierung der Nickschwin- gungsdämpfung ist der Elektromagnet 44 erregt, so daß der Betätigungskolben 81 auch noch die Kraft des Elektromagneten über- winden muß. Er schaltet das Ventil 100 dann erst bei einem über dem Grenzdruck liegenden Maximaldruck.
Sollen Grenzdruck und Maximaldruck gleich sein, so wird, wenn der Druck in den Druckräumen 15 der Hydrozylinder 12 den Grenzdruck erreicht, zusätzlich der Elektromagnet 44 ausgeschaltet.
Das Pilotventil 100 nach Figur 7 wird anstelle durch einen Elektromagneten durch einen druckbeaufschlagbaren Betätigungs- kolben 101, der gegen die mittenzentrierende Federanordnung wirkt, in die zweite Schaltstellung gebracht. Eine Betätigung in die dritte Schaltstellung erfolgt wie bei dem Pilotventil 100 nach Figur 6 durch einen Betätigungszylinder 80 mit Betätigungskolben 81 und Vorspannfeder 82.
Das in Figur 8 gezeigte Pilotventil entspricht bis auf einen Unterschied dem Pilotventil 42 nach Figur 1. Unterschiedlich ist, daß bei ihm die beiden Anschlüsse T und B in der Ruhestellung miteinander verbunden sind, wobei der Anschluß B nicht zu einem Einbauventil 45 fortgeführt wird, sondern abgesperrt ist.
Ein Ventilgehäuse 110 weist eine Ventilbohrung 111 auf, in der ein Pilotkolben 112 axial verschiebbar ist. Der Pilotkolben wird zwar durch zwei Druckfedern 43 und 113 mittenzentriert, weil ein auch für andere Einsatzfälle benutzbares Ventilgehäuse 110 verwendet wird, im Hinblick auf die Verbindung des Anschlusses A mit dem Anschluß P besteht jedoch kein Unterschied zwischen der Mittelstellung und einer seitlichen Stellung, in der der Pilotkolben 112 in Richtung auf den Elektro- magneten 44 zu bis in eine Endstellung verschoben ist. Wesentlich ist die Rückstellfeder 43, die den Pilotkolben 112 wieder zurückstellt, wenn der Elektromagnet 44 entregt wird, nachdem er zuvor den Pilotkolben 112 in eine Schaltstellung gebracht hatte, in der der Anschluß A mit dem Anschluß T verbunden war. Die Feder 113 sorgt dafür, daß sich der Pilotkolben zwischen dem der Feder 43 zugeordneten Federteller und einem Anschlag am Elektromagneten 44 nicht frei hin und her bewegen kann.
Auf der dem Elektromagneten 44 gegenüberliegenden Seite ist die Ventilbohrung 111 durch einen eingeschraubten Einsatz 113 verschlossen, der als Widerlager für die Feder 43 dient und koaxial zur Ventilbohrung 111 eine im Durchmesser gegenüber der Ventilbohrung 111 wesentlich kleinere Durchgangsbohrung 114 aufweist. Den Einsatz 113 kann man auch als Deckel des Betäti- gungsZylinders 80 ansehen, dessen Gehäuse 115 am Ventilgehäuse 110 festgeschraubt ist. Der BetätigungsZylinder 80 ist ein einfachwirkender Zylinder oder Plungerzylinder, dessen Betätigungskolben 81 durch den zentralen Durchgang 114 des Einsatzes 113 hindurch in das Innere der Druckfeder 43 hineinragt. Der wirksame Kolbendurchmesser entspricht dem Durchmesser des zentralen Durchgangs 114. Der Betätigungskolben ist unverlierbar in einen Federteller 116 eingehängt, der von der zwischen ihm und dem Einsatz 113 eingespannten Schraubendruckfeder 82 gegen einen Boden 117 des Zylindergehäuses gedrückt wird. Wenn der Federteller 116 am Boden 117 anliegt, hat der Betätigungskolben 81 vom Pilotkolben 112 einen genügend großen Abstand, damit der Elektromagnet 44 den Pilotkolben 112 in seine zweite Schaltstellung bringen kann. Im Boden 117 befindet sich eine mit einem Gewinde versehene Anschlußöffnung, über die der Innenraum des BetätigungsZylinders 80 mit einer Arbeitsleitung 14 oder mit dem mit der Arbeitsleitung 14 verbundenen Abschnitt einer Fülleitung 20 verbunden werden kann. Durch entsprechende Bohrungen 119 und Ausnehmungen 120 im Federteller 116 ist dafür gesorgt, daß alle Teilräume des Inneren des Betätigungszylin- ders 80 frei mit der Anschlußöffnung 118 verbunden sind.
Der wirksame Querschnitt des Betätigungskolbens 81 ist sehr klein gewählt, so daß auch die Größe der Vorspannfeder 82 noch im Rahmen bleibt und sich als BetätigungsZylinder 80 eine kom- pakte Einheit ergibt, die die Größe des Ventilgehäuses 110 nicht überschreitet.

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulische Steueranordnung für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader mit mindestens einem Hydro- zylinder (12), mit dessen Hilfe ein Arbeitswerkzeug bewegbar ist, mit einem Wegeventil (11) zur Steuerung des Druckmittelwege zwischen einem Druckraum ( 15 ) des Hydrozylinders ( 12 ) , einer Druckmittelquelle und einem Tank (27), mit einem Hydrospeicher (21), der über ein Füllventil (22; 71), das sich in einer Fülleitung (20) befindet, mit der Druckmittelquelle verbindbar ist und dessen Ladedruck über das Füllventil (22; 71) bis auf einen Grenzdruck erhöhbar ist und der zur Dämpfung von Nickschwingungen der Arbeitsmaschine mit dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) verbindbar ist, und mit einem Sperrventil (22; 75), das bei Vorliegen einer ersten Bedingung in eine Durchgangsstellung bringbar ist, in der es von Druckmittel in Richtung vom Hydrospeicher (21) zu dem Druckraum ( 15 ) des Hydrozylinders ( 12 ) und umgekehrt durch- strömbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (22; 75) auch bei Vorliegen der ersten Bedingung dann in seine Sperrstellung bringbar ist, wenn der Lastdruck in dem Druckraum (15) des Hydrozylinders ( 12 ) oder der Speicherdruck einen Maximaldruck er- reicht .
2. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Maximaldruck höher als der Grenzdruck ist.
3. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (75) unter der Wirkung einer Feder (76) eine SperrStellung einnimmt und durch Aktivierung eines Stellorgans (78) in die Durchgangsstellung um- schaltbar ist, in der es richtungsunabhängig durchströmbar ist, und daß das Stellorgan (78) deaktiviert wird, wenn der Lastdruck oder der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht.
4. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2 , da- durch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (75) unter der Wirkung einer Feder (76) eine SperrStellung einnimmt, in der der Hydrospeicher (21) über das Füllventil (71) aufladbar ist, und durch Aktivierung eines Stellorgans (78) in die DurchgangsStellung umschaltbar ist, in der es richtungsunabhängig durchström- bar ist, und daß das Sperrventil (75) durch einen gegen das aktivierte Stellorgan (78) und eine Feder (82) wirkenden Betätigunskolben (81), der vom Lastdruck oder vom Speicherdruck beaufschlagt ist, von der DurchgangsStellung in die Sperrstellung umschaltbar ist, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht.
5. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (22) auch das Füllventil ist, durch eine Pilotventilanordnung (30, 42; 100) vor- gesteuert ist und einen Ventilkolben (23) aufweist, der in Öffnungsrichtung vom Lastdruck und in Schließrichtung von einem in einem Steuerraum (24) herrschenden Druck und einer Schließfeder (25) beaufschlagbar ist, und daß der Steuerraum (24) über die Pilotventilanordnung (30, 42; 100) zur Ladung des Hydrospei- chers (21) mit dem Hydrospeicher (21), zum Absperren des Hydrospeichers (21) mit dem Druckraum (15) des Hydrozylinders (12) und zum riσhtungsunabhängigen Durchströmen des Sperrventils (22) mit einem Tank (27) verbindbar ist.
6. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (22) durch mindestens ein Pilotventil (42; 100 )vorgesteuert ist und daß der Steuerraum (24) des Sperrventils (22) in einer unter der Wirkung einer Feder (43) eingenommenen, ersten Stellung des Pilotventils (42; 100) mit Lastdruck beaufschlagbar ist und in einer zweiten Stellung des Pilotventils (42; 100), in die das Pilotventil (42; 100) durch Aktivierung eines Stellorgans (44) umschaltbar ist, zum Tank (27) entlastbar ist, und daß das Stellorgan (44) des Pilotventils (42; 100) deaktiviert wird, wenn der Lastdruck oder der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht.
7. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilotventil (42; 100) des Sperrventils (22) durch Aktivierung eines Stellorgans (44) in eine Stellung umschaltbar ist, in der das Sperrventil (22) richtungsunabhän- gig durchströmbar ist, und daß das Pilotventil (42; 100) durch einen gegen das aktivierte Stellorgan (44) und eine Feder (82) wirkenden Betätigungskolben (81), der vom Lastdruck oder vom Speicherdruck beaufschlagt ist, von der einen Stellung in eine andere Stellung, in der das Sperrventil (22) gesperrt ist, um- schaltbar ist, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht, und daß die Feder (82) den Betätigungskolben (81) unabhängig vom zu schaltenden Ventilglied (112) beaufschlagt und zur Vorgabe des Maximaldrucks vorgespannt ist.
8. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (42) einen ersten Anschluß (P), an dem je nach Stellung eines druckabhängig geschalteten zweiten Pilotventils (30) Speicherdruck oder Lastdruck ansteht, einen zweiten Anschluß (T), der an Tank (27) liegt, und einen dritten Anschluß (A) , der mit dem dem Steuerraum (24) des
Sperrventils (22) verbunden ist, aufweist, daß in einer ersten Schaltstellung des ersten Pilotventils (42) der erste Anschluß (P) und der dritte Anschluß (A) und in einer zweiten Schaltstellung, in die das erste Pilotventil (42) durch Aktivierung des Stellorgans (44) schaltbar ist, der zweite Anschluß (T) und der dritte Anschluß (A) miteinander verbunden sind und daß das erste Pilotventil (42) durch den Betätigungskolben (81) von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung umschaltbar ist, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht.
9. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (100) einen ersten Anschluß (A) , an dem der Speicherdruck ansteht, einen zweiten Anschluß (T), der an Tank (27) liegt, einen dritten Anschluß (P), der mit dem Steuerraum (24) des Sperrventils (22) verbunden ist, und einen vierten Anschluß (B), an dem der Lastdruck ansteht, aufweist, daß in einer federzentrierten Mittelstellung des Pilotventils (100) der erste Anschluß (A) und der dritte Anschluß (P), in einer seitlichen, zweiten Schaltstellung, in die das Pilotventil (100) durch Aktivierung des Stellorgans (44) schaltbar ist, der zweite Anschluß (T) und der dritte Anschluß
(P) und in einer seitlichen, dritten Schaltstellung der dritte
Anschluß (P) und der vierte Anschluß (B) miteinander verbunden sind und daß das Pilotventil (100) durch den Betätigungskolben (81) von der zweiten Schaltstellung in die dritte Schaltstellung umschaltbar ist, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Maximaldruck erreicht.
10. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Pilotventilanordnung ein erstes Pilotventil (30) umfaßt, das einen ersten Anschluß (33), an dem je nach Stellung eines durch Aktivierung eines Stellorgans (44) geschalteten zweiten Pilotventils (42) Speicherdruck oder Tankdruck ansteht, einen zweiten Anschluß (31), an dem Lastdruck ansteht, und einen dritten Anschluß (32), der mit dem dem Steuerraum (24) des Sperrventils (22) verbunden ist, aufweist, daß in einer ersten SchaltStellung , die das erste Pilotventil (30) unter der Wirkung einer Feder (34) einnimmt, der erste Anschluß (33) und der dritte Anschluß (32) und in einer zweiten Schalt- Stellung, in die das erste Pilotventil (30) insbesondere durch einen gegen eine vorgespannte Feder (34) wirkenden und vom Lastdruck oder vom Speicherdruck beaufschlagten Betätigungskolben (35) umschaltbar ist, wenn der Lastdruck bzw. der Speicherdruck den Grenzdruck erreicht , der zweite Anschluß (31) und der dritte Anschluß (32) miteinander verbunden sind.
11. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der gegen den Betätigungskolben (35) wirkenden Feder (34) gleichzeitig mit der Aktivierung des Stellorgans (44) des zweiten Pilotventils (42) von einem Wert, der dem Grenzdruck entspricht, auf einen dem höheren Maximaldruck entsprechenden Wert veränderbar ist .
12. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 11, dadurch ge- kennzeichnet, daß sich die Feder (34) an einem verstellbaren Vorspannkolben (85) abstützt, der bei Aktivierung des Stellorgans (44) mit einem ihn im Sinne einer Erhöhung der Federvorspannung verschiebenden Druck beaufschlagt wird.
13. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Druckraum am Vorspannkolben (85) ein Ventil (87) angeschlossen ist, das zugleich mit dem zweiten Pilotventil (42) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung geschaltet wird und in der ersten Schaltstellung den Druckraum entlastet und in der zweiten Schaltstellung den Druckraum mit einer Druckquelle, insbesondere mit der Druckquelle für den maximalen Vorsteuerdruck für das hydraulisch betätigbare Wegeventil (11), verbindet.
14. Hydraulische Steueranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (34) über einen Ventilkolben des ersten Pilotventils (30) auf den Betätigungskolben (35) wirkt.
15. Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan ein Elektromagnet (44) ist.
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