WO2009062484A1 - Hydrauliksteuerkreis zur übersteuerung eines drehwerkantriebes - Google Patents

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Thilo Jene
Achim SCHÜTZ
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Terex-Demag Gmbh
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Definitions

  • Hydraulic control circuit for overriding a slewing gear drive
  • the invention relates to a hydraulic control circuit for overriding the control of a hydraulic motor for driving a slewing gear or hoist or Einziehhubwerks a crane truck.
  • a turning device is referred to as a device in which a crane superstructure with a corresponding boom can rotate freely on a fixed undercarriage.
  • the drive is via a hydraulic motor, which in turn arbitrarily positioned via a gearbox with a corresponding translation of the superstructure to the undercarriage.
  • the rotational movement must be able to be controlled very slowly on the one hand, and on the other hand to reach high speeds in order to enable corresponding work cycles.
  • the dynamic properties of the lathe system vary widely, depending on boom lengths, payloads and load weights.
  • the requirements for operation of the crane are also determined by the operations on the construction sites. This requires a high degree of controllability through resolution and conversion.
  • the slewing gear controls usually used in mobile cranes are designed as "closed and open circuits.” Within the “open circuits”, volume-flow or pressure-controlled systems are used.
  • Oil is sent directly to the pump. Leakage is fed by another auxiliary pump in the respective return side.
  • the speed of the rotary movement is determined by the delivery volume of the pump.
  • the control valves in the pump regulate the quantity as required.
  • the conveying direction and thus also the direction of rotation of the slewing gear is also determined by the pump.
  • the mechanical / hydraulic valve system allows the Pivoting adjustment of the pump from a maximum position on the zero position to the other maximum position and thus to switch continuous flow from one output to another. At the same time, the suction sides on the pump also change.
  • An advantage of this control principle lies in the clamping of the slewing gear, the conditionally prevents a rotation with lateral forces, since the hydraulic motor on the pump and thus the diesel engine is supported.
  • the clamping of the slewing mechanism by the "closed circle” causes an immediate retardation of the rotational speed when the control is withdrawn, and an increased attention of the driver to the rotational movement is required.
  • a constant displacement pump typically delivers oil from the tank through a proportional valve to the slew motor.
  • the direction of rotation and flow to the slew motor are determined by the valve, both controlled by proportional signals as required ,
  • the proportional valves can work as throttle valves or as pressure compensator valves, whereby then a flow control is guaranteed regardless of the pressure.
  • a hydraulic control circuit has been proposed for a hydraulic system controlling a drive, in particular for controlling a hydraulic motor for driving a slewing gear of a crane truck, characterized by in the two working lines between a hydraulic constant pump and a hydraulic motor for controlling the slewing gear arranged, separately controllable proportional pilot valves, and each separately controllable proportional directional control valves by means of the inflow and outflow to and from the hydraulic motor and thus the direction of rotation can be controlled.
  • a failure of the energy required to control the directional valves means an uncontrollable further rotation due to the inertia of a revolving stage in rotation or starting the rotational movement due to unequal load distribution of a sleeper at rest. Both the uncontrollable further rotation and the beginning of an unwanted rotational movement pose a security risk.
  • the invention has the object of providing a hydraulic circuit in such a way that even in the case of partial or complete failure of the control of slewing, hoist or Einziehhubwerk the operator of the machine slow down the slewing gear, hoist or Einziehhubwerk and can finally stop.
  • the essential components of the present control concept include the following components:
  • the slewing drive is described in only one direction of rotation, the opposite direction is carried out accordingly.
  • the control of the slewing motor 5 via the inlet piston 3.2 The inlet piston specifies the direction of rotation and the rotational speed of the slew motor. It is assumed in this embodiment that the oil flow from the pump 2 via the inlet piston 3.2, the pressure line 3.9 to the motor 5 flows. The flowing back from the engine 5 oil then flows through the pressure lines 3.10 to the
  • the directional valve is designed such that a control pressure in 3.17 or 3.18 is required to throttle the flow and close. Without control pressure give the
  • the control pressure is generated electroproportionally by the pilot valves 3.3 and 3.4 respectively.
  • the pilot valve 3.4 is energized, so that 3.18 remains closed.
  • the drain-side pilot valve 3.3 is (partially) energized so that 3.5 (partially) is open and the
  • the spring-loaded directional control valve 3.5 opens the drain.
  • the slewing in freewheel it is no longer subject to the control of the operator on the controls, eg. B. joystick 9, which is shown in the block diagram of Figure 2.
  • the spring-loaded opening of the directional valve ensures that there is no abrupt braking of the slewing gear. This would under certain conditions (high moment of inertia) pose a threat to the system.
  • valve 6 By operating the valve 6, for example via a foot brake pedal 8, the operator according to the present invention can now build up a control pressure in 3.11 and 3.12. This causes the control valves 3.7 and 3.8 in 3.17 and 3.18 to build up a control pressure that throttles both directional control valves 3.5 and 3.6.
  • the throttling is proportional to the constructed control pressure. As a result, the rotational movement is decelerated, a free rotation of the revolving stage is prevented.
  • the slewing clutch override according to the present invention can also be used as a dynamic service brake for a given full operating range.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydrauliksteuerkreis für eine Übersteuerung eines einen Antrieb steuernden Hydrauliksystems, insbesondere zur Steuerung eines Hydraulikmotors zum Antrieb eines Drehwerks eines Kranoberwagens, wobei die Druckleitungen für den Hydraulikmotor über einen Zulaufkolben mit einer Hydraulikpumpe bzw. einem Tank verbunden sind, den Druckleitungen jeweils Pilotventile, Wechselventile und Wegeventile zugeordnet sind. Dabei sind die Wechselventile über Steuerleitungen mit einem ansteuerbaren proportionalen Pilotventil verbunden, so dass durch diese durch den durch das Pilotventil aufgebauten Druck die getrennt ansteuerbaren Wegeventile ansteuerbar sind.

Description

Hydrauliksteuerkreis zur Übersteuerung eines Drehwerkantriebes
Die Erfindung betrifft einen Hydrauliksteuerkreis zur Übersteuerung der Ansteuerung eines Hydraulikmotors zum Antrieb eines Drehwerks oder Hubwerks oder Einziehhubwerks eines Kranoberwagens.
Die vorliegende Anmeldung geht aus von der DE 10 2006 040 459 A1. Dort ist zunächst der Stand der Technik bei gebräuchlichen Drehwerkssteuerungen erläutert.
Hiernach wird unter Drehwerk ein Einrichtung bezeichnet, bei dem sich ein Kranoberwagen mit entsprechendem Ausleger auf einem fest stehenden Unterwagen frei drehen kann. Üblicherweise erfolgt der Antrieb über einen Hydraulikmotor, der wiederum über ein Getriebe mit entsprechender Übersetzung den Oberwagen zum Unterwagen beliebig positioniert. Die Drehbewegung muss im Arbeitsfall einerseits sehr langsam steuerbar sein und andererseits hohe Geschwindigkeiten erreichen um entsprechende Arbeitszyklen zu ermöglichen. Die dynamischen Eigenschaften des Drehsystems variieren sehr stark, abhängig von Auslegerlängen, Ausladungen und Lastgewichten. Die Anforderung an die Bedienung des Krans werden ebenso von den Einsätzen auf den Baustellen bestimmt. Das erfordert eine hohes Maß an Steuerbarkeit durch Auflösung und Wandlung.
Die in Fahrzeugkranen üblicherweise verwendeten Drehwerkssteuerungen werden als „Geschlossene und Offene Kreise" ausgeführt. Innerhalb der „Offenen Kreise" finden volumenstrom- oder druckgeregelte Systeme Anwendung.
Im „Geschlossenen Kreis" fördert eine Verstellpumpe in einen Hydraulikkreis direkt zum
Hydraulikmotor, ohne eine weitere Verteilstelle im System aufzuweisen. Das Rückfließende
Öl wird direkt zur Pumpe geleitet. Leckage wird durch eine weitere Hilfspumpe in die jeweilige Rücklaufseite eingespeist.
Die Geschwindigkeit der Drehbewegung wird durch das Fördervolumen der Pumpe bestimmt. Die Steuerventile in der Pumpe regeln je nach Anforderung die Menge.
Die Förderrichtung und damit auch die Drehrichtung des Drehwerkes wird ebenfalls durch die Pumpe bestimmt. Das mechanisch / hydraulische Ventilsystem ermöglicht es, die Verstelleinheit der Pumpe aus einer Maximalstellung über die Nullstellung zur anderen Maximalstellung zu schwenken und somit kontinuierlichen Förderstrom von einem Ausgang zum anderen umzuschalten. Gleichzeitig wechseln auch die Saugseiten an der Pumpe.
Ein Vorteil dieses Steuerungsprinzips liegt in der Einspannung des Drehwerks, die ein Wegdrehen bei Seitenkräften bedingt verhindert, da sich der Hydraulikmotor auf der Pumpe und somit dem Dieselmotor abstützt. Die Einspannung des Drehwerks durch den „Geschlossenen Kreis" verursacht bei zurücknehmen der Ansteuerung ein sofortiges Verzögern der Drehgeschwindigkeit. Es ist eine erhöhte Aufmerksamkeit des Fahrers auf die Drehbewegung erforderlich.
Weitere Vorteile sind die gute Energiebilanz sowie das durch die Geometrie der Pumpe vorgegebene Fördervolumen und somit die Möglichkeit genaue Positionen anfahren zu können.
Nachteilig wirkt sich der erhöhte Leckölanfall durch Hydraulikmotor und Pumpe bei Seitenkräften aus, wobei es dabei zu ungewollten Wegdriften des Drehwerks kommt. Eine zusätzliche dynamische Drehbremse ist trotz „Geschlossenem Kreis" erforderlich.
Im „Offenen Kreis" fördert üblicherweise eine Konstantpumpe Öl aus dem Tank durch ein Proportionalventil zum Drehwerksmotor. Das rückfließende Öl gelangt durch das Proportionalventil zum Tank. Die Drehrichtung und die Fördermenge zum Drehwerksmotor werden durch das Ventil bestimmt. Beides wird durch Proportionalsignale je nach Anforderung gesteuert.
Die Proportionalventile können als Drosselventile arbeiten oder aber auch als Druckwaagenventile, wobei dann eine Förderstromregelung unabhängig vom Druck gewährleistet ist.
Reine Drosselsteuerungen sind für sehr dynamische Fahrweise des Drehwerks sehr gut geeignet, sind jedoch bei wechselnden Lasten unberechenbarer. Förderstromregelungen können unabhängig von der Last kleinste Geschwindigkeiten steuern oder regeln, sind jedoch für dynamische Fahrweise mit Gegensteuerung nicht geeignet. Durch die Freilaufschaltung der Schieber zentriert sich der Lasthaken bei geöffneter Bremse und anhebendem Lasthaken immer selbstständig genau über der Last. Ein großer Nachteil der „Offenen Kreise" liegt im gezielten Anhalten der Bewegung. Das Bremsen mit dem Proportionalventil ist nicht möglich, da bei wechselnden Lasten unterschiedliche Bremskräfte auf einem definierten Bremsweg erforderlich sind.
Da somit diese Option nicht besteht, sind die Steuerschieber in Neutralstellung immer im Freilauf des Drehwerksmotors geschaltet. Zum Anhalten wird eine dynamisch wirkende Bremse benötigt. Diese Bremsen sind überwiegend als mechanische Lamellenbremsen ausgeführt, die ebenso problematisch zu handhaben sind, wenn stark variierende Lasten zu bremsen sind.
Nach der DE 10 2006 040 459.9 A1 ist ein Hydrauliksteuerkreis für ein einen Antrieb steuerndes Hydrauliksystem vorgeschlagen worden, insbesondere zur Steuerung eines Hydraulikmotors zum Antrieb eines Drehwerks eines Kranoberwagens, der gekennzeichnet ist durch in den beiden Arbeitsleitungen zwischen einer Hydraulikkonstantpumpe und einem Hydraulikmotor zur Steuerung des Drehwerkes angeordnete, getrennt ansteuerbare proportionale Pilotventile, sowie jeweils getrennt ansteuerbare proportionale Wegeventile mittels der die Zu- und Ablaufmenge zum und vom Hydraulikmotor und damit dessen Drehrichtung steuerbar sind.
Bei einem derartigen Hydrauliksteuerkreis sind unter anderem 2 Varianten denkbar:
1 . Wegeventile im nicht angesteuerten-Zustand "offen", d. h. Durchfluss über die
Arbeitsleitungen und Rückflussleitung zum Tank 2. Wegeventile im nicht angesteuerten Zustand "geschlossen", d. h. kein Durchfluss über die Rücklaufleitung zum nach Tank
Zu 1.: In diesem Fall bedeutet ein Ausfall der zur Ansteuerung der Wegeventile erforderlichen Energie ein nicht kontrollierbares Weiterdrehen auf Grund der Massenträgheit einer in Drehbewegung befindlichen Drehbühne bzw. ein Starten der Drehbewegung auf Grund ungleicher Lastverteilung eines in Ruhe befindlichen Drehwerks. Sowohl das nicht kontrollierbare Weiterdrehen als auch der Beginn einer ungewollten Drehbewegung stellen ein Sicherheitsrisiko dar.
Zu 2.: In diesem Fall bedeutet ein Ausfall der zur Ansteuerung der Wegeventile erforderlichen Energie ein Schließen der Ablaufleitungen des Antriebes. Dies führt zu einem abrupten Abbremsen der Drehbewegung. Dies birgt das Risiko der mechanischen Überlastung der Maschine bzw. des Kippens der Maschine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Hydraulikkreis so auszubilden, dass auch im Falle eines teilweisen oder vollständigen Ausfalls der Ansteuerung von Drehwerk, Hubwerk oder Einziehhubwerk der Bediener der Maschine das Drehwerk, Hubwerk oder Einziehhubwerk abbremsen und schließlich anhalten kann.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung soll nachfolgend erläutert werden, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
Dabei zeigt:
Fig.1. den Hydrauliksteuerkreis und
Fig. 2 das Blockschaltbild.
Die wesentlichen Bauteile des vorliegenden Steuerungskonzeptes beinhalten folgende Komponenten:
Gegeben: Drehwerkssteuerung eines Mobilkrans gemäß DE 10 2006 040 459 Al Des Weiteren:
• Wechselventile 3.7 und 3.8
• Steuerleitungen 3.11 und 3.12
• Proportional Druckregelventil 6
Beschrieben wird die Drehwerksansteuerung in nur eine Drehrichtung, die entgegengesetzte Richtung erfolgt entsprechend.
Die Ansteuerung des Drehwerksmotors 5 erfolgt über den Zulaufkolben 3.2. Der Zulaufkolben gibt Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Drehwerksmotors vor. Es sei in diesem Ausführungsbeispiel angenommen, dass der Ölfluss von der Pumpe 2 über den Zulaufkolben 3.2, die Druckleitung 3.9 zu dem Motor 5 fließt. Das vom Motor 5 zurückfließende Öl fließt dann über die Druckleitunge 3.10 zu dem
Wegeventil 3.5 und über dieses über die Leitung 10 zum Tank 1.
Das Wegeventil ist dabei derart ausgeführt, dass ein Steuerdruck in 3.17 bzw. 3.18 erforderlich ist, um den Ablauf anzudrosseln und zu schließen. Ohne Steuerdruck geben die
Wegeventile 3.5 und 3.6 den Durchfluss von 3.9 bzw. 3.10 über die Leitung 10 zum Tank 1 frei.
Der Steuerdruck wird elektroproportional durch die Pilotventile 3.3 bzw. 3.4 erzeugt.
Im behandelten Beispiel wird das Pilotventil 3.4 bestromt, so dass 3.18 geschlossen bleibt.
Das ablaufseitige Pilotventil 3.3 wird (teil-)bestromt, so dass 3.5 (teil-)geöffnet ist und den
Durchfluss von 3.10 nach 1 freigibt.
Soweit entspricht die Beschreibung derjenigen in DE 10 2006 040 459 A1.
Angenommen sei nun eine Fehlfunktion der elektrischen Ansteuerung des Pilotventils 3.3 derart, dass kein Vorsteuerdruck in 3.15 und somit auch 3.17 aufgebaut wird. In diesem Fall öffnet das federbelastete Wegeventil 3.5 den Ablauf. Dadurch ist das Drehwerk in Freilauf, es unterliegt nicht mehr der Kontrolle des Bedieners über die Bedienelemente, z. B. Joystick 9, der im Blockschaltbild der Figur 2 dargestellt ist. Durch das federbelastete Öffnen des Wegeventils wird erreicht, dass es nicht zu einem abrupten Abbremsen des Drehwerkes kommt. Dieses würde unter bestimmten Randbedingungen (hohes Trägheitsmoment) eine Gefährdung des Systems darstellen.
Über Betätigung des Ventil 6, beispielsweise über ein Fußbremspedal 8, kann der Bediener gemäß vorliegender Erfindung nun einen Steuerdruck in 3.11 und 3.12 aufbauen. Dies bewirkt, dass über die Wechselventile 3.7 und 3.8 in 3.17 und 3.18 ein Steuerdruck aufgebaut wird, der beide Wegeventile 3.5 und 3.6 androsselt. Die Androsselung erfolgt proportional zürn aufgebauten Steuerdruck. Dadurch wird die Drehbewegung abgebremst, ein freies Drehen der Drehbühne wird unterbunden.
Der Bediener hat somit auch bei (Teil-) Systemausfall stets die Kontrolle über die
Drehbewegung.
Die Drehwerksübersteuerung gemäß vorliegender Erfindung kann auch bei gegebenem vollen Betriebsumfang als dynamische Betriebsbremse genutzt werden. .

Claims

Ansprüche
1. Hydrauliksteuerkreis für eine Übersteuerung eines einen Antrieb steuernden Hydrauliksystems, insbesondere zur Steuerung eines Hydraulikmotors (5) zum Antrieb eines Drehwerks eines Kranoberwagens, wobei die Druckleitungen (3.9, 3.10) für den Hydraulikmotor (5) über einen Zulaufkolben (3.2) mit einer Hydraulikpumpe (2) bzw. einem Tank (1) verbunden sind, den Druckleitungen (3.9, 3.10) jeweils Pilotventile (3.4, 3.3), Wechselventile (3.8, 3.7) und Wegeventile (3.6, 3.5) zugeordnet sind, gekennzeichnet durch ein ansteuerbares proportionales Pilotventil (6) mit dem die Wechselventile (3.7, 3.8), über Steuerleitungen (3.11 ,3.12) verbunden sind, so dass durch diese durch den durch das Pilotventil (6) aufgebauten Druck die getrennt ansteuerbaren Wegeventile (3.5, 3,6) ansteuerbar sind.
2. Hydrauliksteuerkreis nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotventil (6) als Fußbremse ausgeführt ist, mit der neben der Funktion der Notbremse auch die Funktion einer dynamischen Betriebsbremse übernehmbar ist.
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