DE10148962C1 - Steuervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere für Arbeitsmaschinen, wie Radlader, Bagger o. dgl., mit mindestens einem, über mindestens einen hydraulischen Arbeitszylinder (10) betätigbaren Arbeitswerkzeug (12), insbesondere Ladeschaufel, mit einem Steuerblock (20) zur Ansteuerung der Druckmittelwege zwischen dem Arbeitszylinder (10), einer Druckmittelversorgung (P) und einem Tank (T), mit mindestens einem hydraulischen Speicher (22) und mit einem zwischen dem Arbeitszylinder (10) und dem Speicher (22) angeordneten Absperrventil (32), das ein steuerbares Ventilglied (34) aufweist, das zum Zuschalten des Speichers (22) zwecks Dämpfen der Bewegung des Arbeitszylinders (10) in seine Durchlaßstellung geschaltet wird. Dadurch, daß ein vom Steuerblock (20) ansteuerbares Schaltventil (26) in die Fülleitung (24) geschaltet ist, das im unbetätigten Zustand die Fülleitung (24) sperrt, und daß in einer an die Fülleitung (24) angeschlossenen Nebenzweigleitung (30) das Absperrventil (32) geschaltet ist, das in Öffnungsrichtung vom Speicherdruck beaufschlagt und in Schließrichtung druckentlastet ist, ist auf dem Gebiet der Arbeitsmaschinen eine erhöhte Sicherheit erreicht und eine Überlastung der Dämpfungsspeicher vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere für Arbeitsma­ schinen, wie Radlader, Bagger od. dgl., mit mindestens einem über minde­ stens einen hydraulischen Arbeitszylinder betätigbaren Arbeitswerkzeug, insbesondere Ladeschaufel, mit einem Steuerblock zur Ansteuerung der Druckmittelwege zwischen Arbeitszylinder, einer Druckmittelversorgung und einem Tank, mit mindestens einem hydraulischen Speicher und mit einem zwischen dem Arbeitszylinder und dem Speicher angeordneten Ab­ sperrventil, das ein ansteuerbares Ventilglied aufweist, das zum Zuschalten des Speichers zwecks Federn einer Last mittels des Arbeitszylinders in seine Durchlaßstellung geschaltet ist.

Bei einer gattungsgemäßen Steuervorrichtung nach der DE 41 29 509 C2 ist der hydraulische Speicher über die Fülleitung mit der Druckmittelquelle gleichfalls verbindbar, wobei das zwischen dem Arbeitszylinder und dem Speicher wirkende Absperrventil unmittelbar in der Fülleitung selbst ange­ ordnet ist und wobei das Ventilglied des Absperrventils in Schließrichtung vom Speicherdruck beaufschlagt und in Öffnungsrichtung druckentlastet ist.

Bei der bekannten Lösung erfolgt das Aufladen des jeweils hydraulischen Speichers beim Heben der Last mittels des jeweiligen Arbeitszylinders.

Steigt der Speicherdruck auf einen dem Lastdruck entsprechenden Wert an, so schließt hierfür ein eigenes Sitzventil, dessen Steuerraum vom Speicher­ druck beaufschlagt ist. Zum Zuschalten des jeweiligen hydraulischen Fede­ rungsspeichers auf den jeweiligen Arbeitszylinder wird ein 3-Wege-Ventil elektrisch umgesteuert, was auch automatisch erfolgen kann, wobei dann der Speicherdruck gleich dem Lastdruck auf der Kolbenseite des jeweiligen Arbeitszylinders entspricht, da ja vorher der hydraulische Dämpfungsspei­ cher auf diesen Druck über die Fülleitung aufgeladen wurde. Die Federung erfolgt also mit dem im Kolbenraum des jeweiligen Arbeitszylinders herr­ schenden Druck, nicht mit einem höheren oder niedrigeren Druck, der an­ sonsten eine ungewollte Bewegung des Kolbens des Arbeitszylinders zur Folge hätte. Insbesondere ist ein Absacken der Last beim Zuschalten des jeweiligen hydraulischen Dämpfungsspeichers vermieden. Treten jedoch an dem hydraulischen Arbeitszylinder dynamische Belastungen auf, beispiels­ weise in Form von Druckspitzen, die unter anderem dadurch entstehen können, daß die Arbeitsmaschine in Form eines Radladers zum Beladen der Ladeschaufel in aufzunehmendes Gut, wie Schotter, Erdreich od. dgl., ein­ fährt, werden diese den Dämpfungsspeicher schädigenden Druckspitzen unmittelbar an diesen weitergegeben.

Zwar ist, um dem zu begegnen, bei einer bekannten Hydraulikanlage für Baumaschinen, insbesondere Radlader, Schlepper od. dgl., nach der DE 39 09 205 C1 bereits vorgeschlagen worden, innerhalb einer zu den hydraulischen Arbeitszylindern führenden Hauptleitung eine Verbindungs­ leitung abzuzweigen, die mit einem Absperrventil versehen ist, das dann von der Fülleitung überbrückt ist, die wiederum ein Druckminderventil aufweist. Durch die dahingehend bekannte Anordnung ist es dann zwar möglich, den jeweiligen hydraulischen Speicher beim Heben der Last mit­ tels des jeweiligen Hydraulikzylinders zu laden, und zwar mit einem durch das Druckminderventil vorgebbaren höheren Druck; allein beim Zuschalten der Dämpfungsspeicher über das Absperrventil auf die Kolbenseite des je­ weiligen Arbeitszylinders entspricht der Druck auf der Kolbenseite nicht zwingend dem höheren Dämpfungsdruck auf seiten der Speicher, so daß es auch ungewollt zu einer Ausfahrbewegung an den Arbeitszylindern und mithin an der Ladeschaufel kommen kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen dahingehend weiter zu verbessern, daß eine Steuervorrichtung geschaffen ist, die eine auf dem Gebiet der Arbeits­ maschinen, wie Radlader, Bagger od. dgl., erhöhte Sicherheit bietet und die eine Überlastung der Speicher aufgrund von auftretenden Druckspitzen, insbesondere im Beladebetrieb der Arbeitsmaschine, vermeiden hilft. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ein vom Steuerblock ansteuerbares Schaltventil in die Fülleitung geschaltet ist, das im unbetätigten Zustand die Fülleitung sperrt, und daß in einer an die Fülleitung angeschlossenen Nebenzweigleitung das Absperrventil ge­ schaltet ist, das in Öffnungsrichtung vom Speicherdruck beaufschlagt ist und in Fließrichtung druckentlastet ist, kann über die Fülleitung der jeweili­ ge hydraulische Speicher beim Heben der Last mittels des jeweiligen Ar­ beitszylinders aufgeladen werden, so daß der Speicherdruck dann dem He­ bedruck unter Last entspricht. Wird die Fülleitung über das vom Steuer­ block ansteuerbare Schaltventil dann abgesperrt und verbleibt das in der Nebenzweigleitung angeschlossene Absperrventil gleichfalls in Sperrstel­ lung, ist der Dämpfungsspeicher vom Arbeitszylinder getrennt und Druck­ spitzen, die beispielsweise beim Arbeiten mit dem Arbeitswerkzeug, wie Ausleger, Ladeschaufel od. dgl., entstehen, wirken sich nicht schädlich auf den hydraulischen Speicher aus. Für die Aktivierung der Federung wird dann das Absperrventil in seine Durchlaßstellung geschaltet, bei gleichzei­ tig abgesperrtem Schaltventil in der Fülleitung, und da die abzufedernde Last dem früheren Hebe- und Fülldruck des Speichers angepaßt ist, kann es zu einer Ausfahrbewegung des Arbeitszylinders nach oben kommen. Mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist also nicht nur der jeweilige hydraulische Dämpfungsspeicher vor schädlichen Druckspitzen bewahrt, sondern auch die Sicherheit beim Betrieb der Arbeitsmaschine erhöht.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Un­ teransprüche.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Steuervorrichtung anhand einer Ausführungsform nach der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur in prinzipieller und nicht maßstäblicher Dar­ stellung in der Art eines Schaltplanes die wesentlichen Hauptkomponenten der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist insbesondere für den Einsatz bei Arbeitsmaschinen, wie Radlader, Bagger od. dgl., vorgesehen. Zum Be­ tätigen und Ansteuern einer Lade- oder Baggerschaufel dient mindestens ein hydraulischer Arbeitszylinder 10, der zum Heben und Senken einer vor­ gebbaren Last 12 mit einer Kolbenstangeneinheit 14 versehen ist. Der ei­ gentliche Kolben dieser Einheit 14 unterteilt dabei den Arbeitszylinder 10 in einen Kolbenraum 16 und einen Stangenraum 18. In Abhängigkeit der Aus­ bildung der Arbeitsmaschine können mehrere, insbesondere parallel zuein­ ander geschaltete Arbeitszylinder 10 (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Zum Ansteuern des Arbeitszylinders 10 dient ein für diese Aufgaben vorge­ sehener üblicher Steuerblock 20. Der genannte Steuerblock 20 dient der Ansteuerung der Druckmittelwege zwischen dem Arbeitszylinder 10, einer Druckmittelversorgung P und einem Tank T. Des weiteren weist die Steuer­ vorrichtung einen hydraulischen Speicher 22 auf, der als Dämpfungsspei­ cher dient, wobei hier ebenfalls in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung auch mehrere Speicher eingesetzt werden können. Bei dem Speicher 22 handelt es sich um einen solchen üblicher Bauart, die auch unter der Be­ zeichnung "Hydrospeicher" bekannt sind. Zwischen Arbeitszylinder 10 und Speicher 22 verläuft eine Fülleitung 24, an die der Steuerblock 20 mit sei­ ner Druckversorgung P angeschlossen ist. Des weiteren ist in die Fülleitung 24 ein erstes Schaltventil 26 geschaltet sowie ein Rückschlagventil 28, das in Richtung des Speichers 22 federbelastet öffnet.

In der gezeigten Schaltdarstellung befindet sich das erste Schaltventil 26 in seiner, die Fülleitung 24 sperrenden Stellung. Des weiteren ist an die Füllei­ tung 24 eine Nebenzweigleitung 30 angeschlossen, die mit einem Absperr­ ventil 32 versehen ist. Das Absperrventil 32 weist ein ansteuerbares Ventil­ glied 34 auf, das dem Zuschalten des Speichers 22 zwecks Dämpfen der Bewegung (Federung) des Arbeitszylinders 10 dient und das hierfür in seine Durchlaßstellung schaltbar ist. Gemäß der Darstellung nach dem Schaltplan nimmt das Absperrventil 32 in seiner Ausgangslage jedoch seine, die Ne­ benzweigleitung 30 sperrende Stellung ein.

Das Schaltventil 26 und das Absperrventil 32 sind also parallel zueinander an die Fülleitung 24 bzw. die Nebenzweigleitung 30 angeschlossen, d. h. die Nebenzweigleitung 30 mündet mit ihren beiden freien Enden in der jeweiligen Fluidrichtung vor und hinter dem Schaltventil 26 in die Füllei­ tung 24, und zwar an den Anschlußstellen 36,38.

Wie sich des weiteren aus dem Schaltplan ergibt, ist zwischen Speicher 22 und dem Absperrventil 32 in die Nebenzweigleitung 30 ein weiteres Schaltventil 40 angeschlossen, das im nicht betätigten Zustand dargestellt ist und im betätigten Zustand das Ventilglied 34 des Absperrventils 32 in seine Öffnungsstellung bringt. Im nicht betätigten Zustand ist das weitere Schalt­ ventil 40 an eine Leckölleitung L angeschlossen. Das genannte zweite Schaltventil 40 läßt sich insbesondere von der Bedienperson der Arbeitsma­ schine ansteuern und betätigen. Ist das Schaltventil 40 in seine Betätigungs­ stellung durchgeschaltet, wird über den Teil der Nebenzweigleitung 30, die an den Speicher 22 angeschlossen ist, der Speicherdruck an das Absperr­ ventil 32 geleitet und dieses in seine Durchlaßstellung geschaltet. Das wei­ tere Schaltventil 40 ist hierzu über die Anschlußstelle 42 in die Neben­ zweigleitung 30 geschaltet, und zwar zwischen der Anschlußstelle 38 und dem Absperrventil 32.

Der Stangenraum 18 des Arbeitszylinders 10 ist über eine Anschlußleitung 43 mit dem Steuerblock 20 verbunden und über eine weitere Anschlußlei­ tung 44 mit einem dritten Schaltventil 46. Des weiteren ist das dritte Schalt­ ventil 46 an den Tank T angeschlossen und läßt sich, wie der Schaltplan zeigt, gleichfalls über eine Steuerleitung 48 ansteuern und mithin über das zweite Schaltventil 40. Durch Betätigen des dritten Schaltventils 46 wird dieses über die Steuerleitung 48 von seiner gesperrten Stellung in seine Durchlaßstellung gebracht und der Stangenraum 18 kann sich zum Tank T hin entspannen. Des weiteren ist an die Leckölleitung L ein Druckbegren­ zungsventil 50 angeschlossen, das ansonsten an die Anschlußstelle 38 mit dem Speicher 22 angeschlossen ist. Parallel zum Druckbegrenzungsventil verlaufend ist des weiteren eine von Hand betätigbare Absperreinrichtung 52 vorgesehen.

Die genannte Ventilanordnung kann in einem Ventilblock 54 zusammenge­ faßt sein, wobei an diesen Ventilblock 54 der Arbeitszylinder 10 mit An­ schlüssen A, B anschließbar ist. Der Speicher 22 ist über den Anschluß Sp an den Ventilblock 54 anschließbar und zum Ansteuern des ersten Schalt­ ventils 26 mündet eine Steuerleitung des Steuerblocks 20 über den An­ schluß VStö in den Ventilblock 54. Ferner sind Anschlüsse T und L für den Anschluß der Tank- bzw. Leckölleitung vorgesehen. Das erste Schaltventil 26 sowie das dritte Schaltventil 46 und das Absperrventil 32 sind als 2/2-Wege-Ventile ausgebildet und in ihrer Grundstellung allesamt sperrend geschaltet. Das zweite Schaltventil 40 besteht aus einem 3/2-Wege-Ventil, das im nicht betätigten Zustand eine fluidführende Verbindung zwischen der Steuerleitung 48 und der Leckölleitung L herstellt. Sowohl das Absperr­ ventil 32 als auch das dritte Schaltventil 56 müssen große Volumenströme beherrschen, wobei der Volumenstrom, der durch das dritte Schaltventil 46 geht, kleiner ist als derjenige, der das Absperrventil 32 passiert. Dies hängt damit zusammen, daß das dritte Schaltventil 46 dem Stangenraum 18 zuge­ ordnet ist und das Absperrventil 32 dem Kolbenraum 16, die bei ihrer Vo­ lumenänderung zu unterschiedlichen Volumenströmen führen. Beim Ein­ fahren des Arbeitszylinders 10 steht jedenfalls im dritten Schaltventil 46 nur eine sehr kleine Druckdifferenz zur Verfügung, die kleiner als 1 bar sein kann.

Zum besseren Verständnis der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird diese im folgenden anhand einer Funktionsbe­ schreibung näher erläutert. Dabei ist vorgesehen, daß zum Befüllen der La­ deschaufel sowie bei ihrem Entladen oder, sofern ein Ausleger zu heben oder zu senken ist, die Federung an sich blockiert bleibt. Zum Bewegen der Last 12 über den hydraulischen Arbeitszylinder 10 wird der Steuerblock 20 betätigt und das Steueröl oder der Strom des Pilotventils (VStö) öffnet das erste Schaltventil 26, so daß dergestalt eine fluidführende Verbindung über das sich öffnende Rückschlagventil 28 gegeben ist. Beim Heben der Last 12 wird dabei der Speicher 22 über das genannte Rückschlagventil 28 mit dem maximal im jeweiligen Arbeitstakt auftretenden Druck geladen, so daß der Hebedruck für die Last 12 dem Fülldruck des Speichers 22 entspricht.

Zum Fahren mit der Arbeitsmaschine kann nun die Federung aktiviert wer­ den, wobei der Steuerblock 20 auf seine Neutralstellung geschaltet (ge­ schlossen) ist. Nun wird das zweite Schaltventil 40 betätigt, wobei die bei­ den über die Steuerleitung 48 vorgesteuerten Ventile 32 und 46 mit dem Speicherdruck beaufschlagt werden und dabei öffnen. Das dritte Schaltven­ til 46 wird dabei geschaltet und verbindet den Stangenraum 18 mit dem Tank T und das weiter geschaltete Absperrventil 32 verbindet den Kolben­ raum 16 des Arbeitszylinders 10 mit dem Speicher 22, so daß dergestalt die beschriebene Federung aktiviert ist.

Zur Deaktivierung der beschriebenen Federung wird wiederum das zweite Schaltventil 40 betätigt, so daß die Vorsteuerleitungen 48 der Ventile 32 und 46 mit der Tankleitung verbunden sind. Mithin schließen sich die ge­ nannten Ventile 32 und 46, wobei der Speicher 22 geladen bleibt und die Federung blockiert ist. Bei blockierter Federung kann nun die Ladeschaufel in das Ladegut, beispielsweise in Form von Schotter, hineinfahren, wobei die in den Hubzylindern 10 möglicherweise entstehenden hohen Drücke nicht in schädigender Weise an den Speicher 22 weitergegeben werden, da das als Schieberventil ausgebildete erste Schaltventil 26 in diesem Moment geschlossen bleibt und somit die fluidführende Verbindung über die Füllei­ tung 24 unterbricht. Da die Federung an sich nur im Fahrbetrieb sinnvoll ist, wird sie im wesentlichen auch nur für den Fahrbetrieb aktiviert und über die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist sichergestellt, daß die Federung dann blockiert ist, wenn durch Druckspitzen bei der La­ steinleitung der Speicher 22 überlastet werden könnte oder wenn das mit­ tels des Arbeitszylinders 10 betätigbare Arbeitswerkzeug (Ladeschaufel) mit oder ohne Last einen Arbeitszustand einnimmt, bei dem eine möglicher­ weise durch Zuschalten des Speichers 22 entstehender ungewollter Bewe­ gungsvorgang (Anheben eines Auslegers od. dgl.) gefährlich werden könnte.

Claims (8)

1. Steuervorrichtung, insbesondere für Arbeitsmaschinen, wie Radlader, Bagger od. dgl., mit mindestens einem, über mindestens einen hydrauli­ schen Arbeitszylinder (10) betätigbaren Arbeitswerkzeug (12), insbeson­ dere Ladeschaufel, mit einem Steuerblock (20) zur Ansteuerung der Druckmittelwege zwischen dem Arbeitszylinder (10), einer Druckmit­ telversorgung (P) und einem Tank (T), mit mindestens einem hydrauli­ schen Speicher (22) und mit einem zwischen dem Arbeitszylinder (10) und dem Speicher (22) angeordneten Absperrventil (32), das ein ansteu­ erbares Ventilglied (34) aufweist, das zum Zuschalten des Speichers (22) zwecks Dämpfen der Bewegung des Arbeitszylinders (10) in seine Durchlaßstellung geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Steuerblock (20) ansteuerbares Schaltventil (26) in die Fülleitung (24) geschaltet ist, das im unbetätigten Zustand die Fülleitung (24) sperrt, und daß in einer an die Fülleitung (24) angeschlossenen Neben­ zweigleitung (30) das Absperrventil (32) geschaltet ist, das in Öffnungs­ richtung vom Speicherdruck beaufschlagt und in Schließrichtung druc­ kentlastet ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (26) und das Absperrventil (32) parallel zueinander in Füll(24)- bzw. Nebenzweigleitung (30) angeschlossen sind und daß die Nebenzweigleitung (30) mit ihren beiden freien Enden in der jeweiligen Fluidrichtung vor und hinter dem Schaltventil (26) in die Fülleitung (24) münden.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fülleitung (24) zwischen Schaltventil (26) und Speicher (22) ein in Richtung des Speichers (22) öffnendes Rückschlagventil (28) an­ geordnet ist.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Speicher (22) und dem Absperrventil (32) an die Nebenzweigleitung (30) ein weiteres Schaltventil (40) angeschlossen ist, das im betätigten Zustand das Ventilglied (34) des Absperrventils (32) in seine Öffnungsstellung bringt.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolbenraum (16) und der Stangenraum (18) des Ar­ beitszylinders (10) fluidführend an den Steuerblock (20) angeschlossen sind und der Kolbenraum (16) fluidführend mit der Fülleitung (24) in Verbindung steht.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit­ tels eines dritten Schaltventils (46), das fluidführend an den Stangen­ raum (18) des Arbeitszylinders (10) angeschlossen ist, sich der Stangen­ raum (18) mit dem Tank (T) verbinden läßt.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schaltventil (46) ebenso wie das Absperrventil (32) gleichzeitig vom zweiten Schaltventil (40) angesteuert in seine Durchlaßstellung schaltbar ist.

8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die an den Speicher (10) angeschlossene Fülleitung (24) . über ein Druckbegrenzungsventil (50) abgesichert ist, das an eine Tank­ leitung (T) angeschlossen ist.