-
Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von
Nickschwingungen einer mobilen Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
-
Mobile
Arbeitsmaschinen, beispielsweise Gabelstapler, Teleskoplader, Radlader
haben üblicherweise
kein Feder-Dämpfer-System
zwischen Fahrwerg und Fahrzeugchassis, wie dies bei PKW und LKW
der Fall ist. Die Fahrwerksdämpfung
erfolgt bei mobilen Arbeitsmaschinen im Wesentlichen über die
Bereifung und ist daher relativ begrenzt. Die Verwendung von Feder-Dämpfer-Systemen
bei mobilen Arbeitsmaschinen kann in bestimmten Betriebssituationen
unerwünschte,
negative Eigenschaften nach sich ziehen, wie beispielsweise eine
schlechte Positioniergenauigkeit beim Aufnehmen und Ablegen der Lasten
durch Ein- bzw. Ausfedern oder wie verminderte Reißkräfte an Radlader-Schaufeln
beim Arbeiten im Haufwerk, die durch die Energieaufnahme im Feder-Dämpfer-System
bedingt ist.
-
Ein
Nachteil ungedämpfter
Arbeitsmaschinen sind die deutlich schlechteren Fahreigenschaften.
Insbesondere Arbeitsmaschinen mit Transportlasten außerhalb
des Radstandes neigen bei schnellerem Fahren in Abhängigkeit
vom Fahrbahnzustand und von der Beladung zu teils erheblichen Nickschwingungen.
Die Arbeitsmaschine zeigt dann ein wesentlich verschlechtertes Lenk-
und Bremsverhalten. Zudem werden das Fahrzeug und der Fahrer durch
die auftretenden Schwingungen stark belastet und die Lagestabilität der Transportlast
ist gefährdet, was
bei ungünstigen
Bedingungen zu einem Verlust des Transportgutes führen kann.
Die auf den Fahrer einwirkenden Beschleunigungen können zu
erheblichen gesundheitlichen Schäden
führen.
Die erhöhte Fahrzeugbelastung
durch das Ein- und Ausschwingen bewirkt einen erhöhten Verschleiß und führt zu einem
vermehrten Wartungsaufwand.
-
Diese
Nachteile lassen sich zwar verringern, wenn die Fahrgeschwindigkeit
reduziert wird, dies hat jedoch den Nachteil, dass die Umschlagleistung der
Arbeitsmaschine entsprechend absinkt.
-
Zur
Reduzierung der Nickschwingungen und zur Beseitigung der oben beschriebenen
Nachteile wird in die hydraulischen Hubsysteme der Arbeitsmaschine
ein Stabilisierungssystem mit hydropneumatischem Speicher als Feder-Dämpfer-Element zwischen Steuerblock
und Hubzylinder-Bodenseite
eingebaut. Eine derartige Lösung
ist beispielsweise aus der
DE
197 43 005 A1 bekannt. Bei diesem Stabilisierungssystem
wird ab einer vorbestimmten Fahrgeschwindigkeit eine Bodenseite
eines Hydrozylinders einer Hubausrüstung der Arbeitsmaschine über ein vorgesteuertes
Wegeventil mit einem Hydrospeicher verbunden. Während des Arbeitsspiels des
Hydrozylinders wird der Hydrospeicher über ein weiteres vorgesteuertes
Schaltventil aufgeladen. Letzteres ermöglicht es auch, den Speicherdruck
an den am Hydrozylinder wirksamen Lastdruck anzupassen.
-
Nachteilig
bei dieser Lösung
ist, dass die Schaltung mit dem vorgesteuerten Wegeventil sowie dem
vorgesteuertem Schaltventil sehr aufwendig ist.
-
In
der
DE 39 09 205 C1 wird
ein System zur Nickschwingungsdämpfung
beschrieben, bei dem während
der Fahrt der Arbeitsmaschine über
ein elektrisch betätigtes
Wegeventil die Bodenseite des Hydrozylinders der Hubausrüstung mit
einem Hydrospeicher und die Ringseite mit einem Tank verbunden wird.
Das Füllen
des Hydrospeichers während des
Arbeitsspiels erfolgt über
ein Füllventil
mit nachgeschaltetem Rückschlagventil.
Eine Angleichung des Speicherdrucks an den Lastdruck des Hydrozylinders
ist bei dieser bekannten Lösung
nicht vorgesehen.
-
Die
DE 197 54 828 A1 der
Anmelderin offenbart eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von
Nickschwingungen, bei der während
der Fahrt über
eine Logikventilanordnung die Bodenseite des Hydrozylinders mit
dem Hydrospeicher und die Ringseite mit dem Tank verbindbar ist.
Diese Logikventilanordnung ermöglicht
auch das Füllen
des Hydrospeichers während
des Arbeitsspiels. Das Angleichen des Speicherdrucks an den Lastdruck
erfolgt bei dieser bekannten Lösung über eine
Drossel mit nachgeschaltetem Rückschlagventil.
Auch diese Lösung
ist sehr aufwendig und entsprechend teuer.
-
Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung zu
schaffen, mit der Nickschwingungen einer mobilen Arbeitsmaschine
mit minimalem Aufwand reduzierbar sind.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße hydraulische
Steueranordnung hat eine Dämpfungsventilanordnung, über die
ein in Abstützrichtung
wirksamer erster Druckraum eines Hydrozylinders zur Nickschwingungsdämpfung mit
einem Hydrospeicher und ein in Absenkrichtung wirksamer Druckraum
des Hydrozylinders mit einem Tank oder Niederdruck verbindbar ist. Über die
Dämpfungsventilanordnung
kann der Hydrospeicher während
eines Arbeitsspiels des Hydrozylinders zum Füllen mit einer Pumpenleitung
und zum Angleichen des Speicherdrucks an den Lastdruck mit dem Tank
oder Niederdruck verbunden werden. Erfindungsgemäß hat die hydraulische Steueranordnung
eine Düsenventilanordnung
mit zwei unterschiedlichen Düsenquerschnitten,
von denen der größere Düsenquerschnitt
beim Füllen
und der kleinere Düsenquerschnitt
beim Anpassen des Speicherdrucks an den Lastdruck wirksam sind.
Durch die vergleichsweise große,
während
des Füllens
des Hydrospeichers wirksame Düse
ist das schnelle Aufladen des Hydrospeichers gewährleistet, so dass beim Einschalten
der Dämpfung
der Speicherdruck hoch genug ist, damit die Hubausrüstung abgestützt wird und
nicht absinken kann. Während
des Angleichens des Speicherdrucks an den aktuellen Lastdruck ist die
kleinere Düse
wirksam, so dass die Ausgleichsvorgänge relativ langsam erfolgen
und der Hydrospeicher entsprechend geschont wird.
-
Die
Dämpfungsventilanordnung
ist vorzugsweise mit einem vorgesteuerten Wegeventil ausgeführt, das
in einer Grundstellung eine Verbindung zwischen dem ersten Druckraum
und dem Hydrospeicher sowie zwischen dem zweiten Druckraum und dem
Tank/Niederdruck absperrt und das in einer Schaltstellung diese
Verbindungen aufsteuert.
-
Die
Vorsteuerung kann über
ein elektrisch betätigtes
Vorsteuerventil erfolgen, das eine in Öffnungsrichtung wirksame Steuerfläche des
Wegeventils in einer Schaltstellung mit Tankdruck und in einer zweiten
Schaltstellung mit dem Speicherdruck beaufschlagt.
-
Bei
einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel ist die Düsenventilanordnung mit
einer Bypassleitung verbunden, über
die das Wegeventil umgehbar ist.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Düsenventilanordnung
als Shuttleventil ausgeführt,
wobei jedem Düsenquerschnitt
ein Rückschlagventil
zugeordnet ist, das beim Füllen
eine Druckmittelströmung
zum Hydrospeicher bzw. beim Angleichen eine Druckmittelströmung in
Gegenrichtung zulässt.
-
Bevorzugterweise
wird das Shuttleventil mit einem Shuttlebolzen ausgeführt, der
in einer Ventilbohrung zwischen zwei Ventilsitzen bewegbar geführt ist.
Der Shuttlebolzen hat stirnseitig jeweils einen Ventilkegel, an
dessen Außenumfang
jeweils zumindest eine Düsenkerbe
ausgebildet ist. Der wirksame Düsenkerbenquerschnitt
an einem Ventilkegel ist größer als
derjenige am anderen Ventilkegel, so dass der größere Düsenkerbenquerschnitt beim Füllen von
Druckmittel durchströmt
wird, während
die Druckmittelströmung
beim Angleichen durch den kleineren Düsenkerbenquerschnitt bestimmt
ist.
-
Bei
einem einfach aufgebauten Shuttlebolzen münden die Düsenkerben in einer Abflachung am
Außenumfang
des Shuttlebolzens.
-
Gemäß einem
kompakten Ausführungsbeispiel
sind die Komponenten der Nickschwingungsdämpfung in einem eigenen Ventilgehäuse ausgeführt, wobei
die Achse des Wegeventils der Dämpfungsventilanordnung
senkrecht zur Achse des Shuttleventils verläuft.
-
Die
beiden Ventilsitze des Shuttleventils werden vorzugsweise jeweils
an einer Ventilbuchse ausgebildet.
-
Die
Konstruktion des Shuttleventils ist so gewählt, dass der Shuttlebolzen
mit vergleichsweise geringem Aufwand auswechselbar ist, so dass
die Lade- und Entladegeschwindigkeit des Hydrospeichers durch Auswechseln
des Shuttlebolzens an unterschiedliche Anforderungen von Arbeitsmaschinen angepasst
werden kann.
-
An
Stelle des vorbeschriebenen Shuttleventils mit den beiden Shuttledüsen und
den jeweils zugeordneten Rückschlagventilen
kann auch eine alternative Lösung
eingesetzt werden, um das Füllen
und Angleichen zu ermöglichen.
Dabei ist die größere, beim
Füllen
wirksame Shuttledüse
in der das Wegeventil umgehenden Bypassleitung angeordnet und dieser
ein Rückschlagventil
vorgeschaltet, das eine Druckmittelströmung zum Füllen zulässt und in Gegenrichtung absperrt.
Im Bereich zwischen dem Rückschlagventil
und der größeren Shuttledüse zweigt
eine Zweigleitung ab, in der die kleinere Shuttledüse angeordnet
ist und die zum Eingang eines Angleichsteuerventils führt, dessen
Ausgang mit Tank verbunden ist. Dieses Angleichsteuerventil lässt sich
zum Angleichen in eine Öffnungsstellung
bringen, so dass Druckmittel vom Hydrospeicher über die beiden Shuttledüsen zum
Tank abströmen
kann.
-
Diese
Variante ist besonders einfach aufgebaut, wenn das Umschalten des
Angleichsteuerventils durch den Druck an dessen Eingang erfolgt.
-
Ein
unerwünschtes
Umschalten des Wegeventils in seine Sperrstellung lässt sich
verhindern, wenn in einer den Hydrospeicher mit dem Eingang des
Vorsteuerventils verbindenden Füllsteuerleitung ein
Rückschlagventil
angeordnet ist, das in Richtung zum Vorsteuerventil öffnet und
in Gegenrichtung schließt,
so dass bei ungeschaltetem Vorsteuerventil ein Absinken des Drucks
des Hydrospeichers nicht zu einem Absinken des Steuerdrucks in dem
in Öffnungsrichtung
wirksamen Steuerraum des Wegeventils führt.
-
Zur
Dämpfung
des Steuerdrucks in der Vorsteuerung des Wegeventils kann in einer
Steuerleitung eine richtungsvariable Dämpfungsdüse vorgesehen und zum Schutz
des Hydro speichers vor zu hohen Drücken kann die hydraulische
Steueranordnung mit einem Druckbegrenzungsventil ausgeführt werden.
-
Eine
Entleerung des Hydrospeichers ist über ein vorzugsweise handbetätigtes Entleerungsventil möglich.
-
Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein
Systemschaubild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Steueranordnung zur Dämpfung
von Nickschwingungen;
-
2 eine
Schnittdarstellung durch einen Ventilblock einer Dämpfungsventilanordnung
der Steueranordnung aus 1;
-
3 eine
Detaildarstellung eines Shuttleventils des Ventilblocks aus 2 und
-
4 ein
Systemschaubild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steueranordnung
zur Nickschwingungsdämpfung.
-
1 zeigt
ein Systemschaubild einer hydraulischen Steueranordnung zur Nickschwingungsdämpfung einer
kleineren mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Radladers
oder eines Gabelstaplers. Dieser hat eine Hubausrüstung zum
Anheben von Lasten, die über
zwei parallel angeordnete Hydrozylinder 2, 4 betätigt ist.
Die Druckmittelversorgung erfolgt mittels eines Mobilsteuerblocks 6, über den
die beiden Hydrozylinder 2, 4 mit einer Verstellpumpe
oder einem Tank (nicht dargestellt) verbindbar sind. Zwei Arbeitsanschlüsse A, B
des Mobilsteu erblocks 6 sind über eine Vorlaufleitung 8 und
einer Ablaufleitung 10 mit einem bodenseitigen Zylinderraum 12 bzw.
einem Ringraum 14 der beiden Hydrozylinder 2, 4 verbunden.
Zum Ausfahren der Zylinder wird das Druckmittel in die beiden Zylinderräume 12 gefördert und
aus den beiden Ringräumen 14 über den
Mobilsteuerblock 6 zu einem Tank T hin verdrängt. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die beiden Ringräume 14 und
die Zylinderräume 12 der
Hydrozylinder 2, 4 direkt miteinander verbunden.
-
Im
Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine erfolgt die Nickschwingungsdämpfung durch
Verbinden der beiden Zylinderräume 12 mit
einem Hydrospeicher 16. Dieser wirkt als hydropneumatisches
Feder-Dämpfer-Element,
das praktisch zwischen die Hydrozylinder 2, 4 und
den Mobilsteuerblock 6 eingebaut ist. Die beiden Ringräume 14 sind
während
der Nickschwingungsdämpfung
mit dem Tank T verbunden. Die Verbindung mit dem Tank T und dem
Hydrospeicher 16 erfolgt über eine Dämpfungsventilanordnung 18,
die mit ihren beiden Eingangsanschlüssen A, B über eine Speicherleitung 20 und
eine Entlastungsleitung 22 mit der Vorlaufleitung 8 bzw.
der Ablaufleitung 10 verbunden sind. Ein Speicheranschluss
X2 der Dämpfungsventilanordnung 18 ist
mit dem Hydrospeicher 16 und ein Tankanschluss T mit dem
Tank verbunden.
-
Gemäß 1 hat
die Dämpfungsventilanordnung 18 ein
vorgesteuertes 4/2-Wegeventil 24, das mittels einer Feder
in seine dargestellte Sperrposition vorgespannt ist, in der die
beiden Arbeitsanschlüsse
A, B gegenüber
den Anschlüssen
X2 und T abgesperrt sind.
-
Die
Ansteuerung des vorgesteuerten Wegeventils 24 erfolgt über ein
elektrisch betätigtes
Vorsteuerventil 26, das in seiner federvorgespannten Grundposition
eine zu einem in Öffnungsrichtung wirksamen
Steuerraum des Wegeventils 24 führende Steuerleitung 28 über eine
Tanksteuerleitung 25 mit einem mit dem Tankanschluss T
verbundenen Tankkanal 30 verbindet. Bei Bestromung eines
Elektromagneten des Vorsteuerventils 26 wird dieses in
seine Schaltposition gebracht, in der die Steuerleitung 28 über eine
an einen Anschluss P des Vorsteuerventils 26 angeschlossene
Füllsteuerleitung 27 mit
einem zum Speicheranschluss X2 führenden
Speicherkanal 32 verbunden ist.
-
In
der Steuerleitung 28 ist eine richtungsvariable Dämpfungsdrossel 34 angeordnet,
die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Shuttleventil ausgeführt
ist und zwei Drosseln 36, 38 mit unterschiedlichen
Durchmessern hat, die parallel zueinander geschaltet sind, wobei
der Drossel 36 ein in Richtung vom Steuerraum zum Vorsteuerventil 26 öffnendes
Rückschlagventil 40 und
der Drossel 38 ein eine Steuerölströmung zum Steuerraum ermöglichendes Rückschlagventil 42 zugeordnet
ist. Die Ansteuerung des Vorsteuerventils 26 erfolgt entweder
von Hand oder in Abhängigkeit
von einem Mobilsteuergerät dann,
wenn die Arbeitsmaschine eine vorbestimmte Fahrgeschwindigkeit überschritten
hat.
-
Die
Dämpfungsventilanordnung 18 hat
darüber
hinaus ein Druckbegrenzungsventil 44, das in einem Verbindungskanal 46 zwischen
dem Speicherkanal 82 und dem Tankkanal 30 angeordnet
ist. Durch dieses Druckbegrenzungsventil 44 ist der Maximaldruck
des Hydrospeichers 16 begrenzt.
-
In
einem Entleerungskanal 48 ist ein Entleerungsventil 50 angeordnet,
das von Hand aus einer Sperrstellung in eine Öffnungsstellung bringbar ist, um
den Hydrospeicher 16 mit dem Tankkanal 30 zu verbinden.
Dieses Entlee ren des Hydrospeichers 16 kann beispielsweise
für Wartungsarbeiten
oder bei Störungen
erforderlich sein.
-
Gemäß 1 zweigt
im Druckmittelströmungspfad
zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Wegeventil 24 ein
Bypasskanal 52 ab, in dem eine Düsenventilanordnung 53 angeordnet
ist, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als Shuttleventil 54 ausgebildet ist, dessen Ausgang in
den Entleerungskanal 48 einmündet, der seinerseits vom Speicherkanal 32 abzweigt.
Das Shuttleventil 54 ist in 1 oben links
vergrößert dargestellt.
Demgemäß verzweigt
der Bypasskanal 52 in zwei Zweigleitungen, wobei in dem
in 1 rechten Zweig eine Shuttledüse 56 mit vergleichsweise
geringem Querschnitt und ein Shuttle-Rückschlagventil 58,
das in Richtung zum Anschluss A hin öffnet, angeordnet ist, während in
dem linken Zweig eine Shuttledüse 60 mit
größerem Querschnitt
und ein in Richtung zum Hydrospeicher 16 hin öffnendes
Shuttle-Rückschlagventil 62 vorgesehen
ist. D.h. bei einer Druckmittelströmung vom Hydrospeicher 16 zum
Arbeitsanschluss A (Angleichen) öffnet
das Rückschlagventil 58 und
die kleinere Shuttledüse 56 wird
durchströmt,
während
bei einer Druckmittelströmung
vom Arbeitsanschluss A zum Hydrospeicher 16 (Füllen) die
Shuttledüse 60 mit
größerem Querschnitt
wirksam ist.
-
Zum
Anheben der Hubausrüstung,
d.h. beim normalen Arbeitsspiel wird der Vorlauf 8 über den Mobilsteuerblock 6 mit
einer nicht dargestellten Pumpenleitung verbunden, so dass die beiden
Hydrozylinder 2, 4 ausfahren und das Druckmittel
aus dem Ringraum über
die Ablaufleitung 10 und den Mobilsteuerblock 6 zum
Tank T zurückgeführt wird.
Der Lastdruck an den Hydrozylindern wird über eine nicht dargestellte
Lastmeldeleitung abgegriffen und die Verstellpumpe in Abhängigkeit
vom höchsten
Lastdruck der Verbraucher der Arbeitsmaschine eingestellt.
-
Während des
normalen Betriebs der Arbeitsmaschine ist der Elektromagnet des
Vorsteuerventils 26 unbestromt, so dass der Steuerraum
des Wegeventils 24 entlastet und entsprechend das Wegeventil 24 in
seiner federvorgespannten Grundposition verbleibt. Der Hydrospeicher 16 wird über die
Speicherleitung 20, den Bypasskanal 52, das Rückschlagventil 62 und
die Shuttledüse 60 und
den Speicherkanal 32 aufgeladen. Der maximale Speicherdruck
ist dabei über
das Druckbegrenzungsventil 44 begrenzt. Dieser Maximaldruck
ist so eingestellt, dass das Druckbegrenzungsventil 44 während eines
normalen Arbeitsspiels nicht öffnet.
Sollte das Druckbegrenzungsventil 44 doch ansprechen, so
wird im Zusammenwirken mit der Shuttledüse 60 dafür gesorgt, dass
vor dieser ein über
diesem Begrenzungsdruck wirksamer Lastdruck verbleibt.
-
Beim
Absinken des Lastdrucks an den Hydrozylindern 2, 4 wird
der Hydrospeicher 16 entsprechend über das Rückschlagventil 58 und
die kleinere Shuttledüse 56 auf
das niedrigere Lastdruckniveau entladen. Die Lade- und Entladegeschwindigkeit
ist dabei im Wesentlichen durch die unterschiedlichen Shuttledüsenquerschnitte
bestimmt.
-
Im
Fahrbetrieb wird entweder vom Fahrer oder von der Steuereinheit
der Arbeitsmaschine ein Signal an das Vorsteuerventil 26 abgegeben
und dessen Elektromagnet bestromt, so dass es gegen die Kraft der
Federn in seine Schaltposition verschoben wird, in der der Steuerraum
des Wegeventils 24 mit dem Druck im Speicherkanal 32,
d.h. dem Druck des Hydrospeichers 16 beaufschlagt ist.
Das Wegeventil 24 wird in seine Durchgangsstellung gebracht, so
dass die Ringräume 14 der
Hydrozylinder 2, 4 mit dem Tank und die Zylinderräume 12 mit
dem Hydrospeicher 16 verbunden sind – die Hubausrüstung kann
relativ zum Fahrzeug schwingen, wobei der Hydrospeicher 16 als
Feder-Dämpfer-Element
dient.
-
Nach
dem Ausschalten des Stabilisierungssystems, d.h. dem Stromlosschalten
des Elektromagneten des Vorsteuerventils 26 wird Letzteres
in seine federvorgespannte Grundposition zurück verschoben und entsprechend
der Steuerraum des Wegeventils 24 mit dem Tank T verbunden;
das Wegeventil wird durch die Kraft der Federn in seine Sperrstellung
zurückverstellt
und das Stabilisierungssystem ist ausgeschaltet. Druckschwankungen
im Steuerkanal 28 während
dieser Ein- und Ausschaltvorgänge
des Stabilisierungssystems werden durch die richtungsvariable Dämpfungsdüse 34 gedämpft.
-
In 2 ist
eine Schnittdarstellung eines Ventilblocks 64 dargestellt,
durch den die Dämpfungsventilanordnung 18 ausgebildet
ist. Der Ventilblock 64 ist von einer Ventilbohrung 66 durchsetzt,
in der ein Schieber 68 des Wegeventils 24 axial
verschiebbar geführt
ist. Der Schieber 68 wird von einer Feder 70 in
seine dargestellte Grundposition beaufschlagt, in der er an einer
Verschlussschraube 72 anliegt, die die Ventilbohrung 66 verschließt. Die
Feder 70 ist an einer in den Ventilblock 64 eingeschraubten Kappe 74 abgestützt und
greift über
einen Federteller 76 am Schieber 68 an.
-
Die
Ventilbohrung 66 ist zu vier Ringräumen 78, 80, 82 und 84 sowie
zu einem Steuerraum 86 erweitert. Letzterer wird einerseits
von der Stirnfläche der
Verschlussschraube 72 und andererseits vom benachbarten
Endabschnitt des Ventilschiebers 68 begrenzt und ist über die
gestrichelt angedeutete Steuerleitung 28 sowie die variable
Dämpfungsdrossel 34 mit
dem Vorsteuerventil 26 verbunden, von dem in 2 lediglich
der Schaltmagnet dargestellt ist, der im Ventilblock 64 befestigt
ist.
-
Der
Ringraum 80 ist mit dem Arbeitsanschluss B, der Ringraum 78 mit
dem Tankanschluss T, der Ringraum 82 mit dem Arbeitsanschluss
A sowie der Ringraum 84 mit dem Speicheranschluss X2 verbunden,
der etwa senkrecht zur Zeichenebene in 2 ausgebildet
ist.
-
Der
Schieber 68 hat zwei Steuernuten 88, 90,
durch die zwei Steuerkanten 92 und 96 ausgebildet
werden. Über
die letztgenannte Steuerkante 96 wird die Verbindung zwischen
den Ringräumen 78, 80,
d.h. zwischen dem Arbeitsanschluss B und dem Tankanschluss T auf-
bzw. zugesteuert, während über die
Steuerkante 92 die Verbindung zwischen den Ringräumen 82, 84,
d.h. zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Speicheranschluss X2
auf- bzw. zugesteuert wird.
-
Der
mit dem Speicheranschluss X2 und dem Ringraum 84 verbundene
Speicherkanal 32 erstreckt sich etwa senkrecht zur Zeichenebene
in 2. Etwa parallel zum Kanal 32 ist im
Ventilblock 64 das Shuttleventil 54 angeordnet,
dessen Achse demzufolge ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene in 2 verläuft. Die
Achse des Schiebers 68 verläuft senkrecht dazu in der Zeichenebene
gemäß 2.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Shuttleventil 54 im Bereich zwischen dem Ringraum 82 und dem
Speicherkanal 32 angeordnet und über die angedeuteten Kanäle mit diesen
verbunden.
-
Einzelheiten
des Shuttleventils 54 werden anhand 3 erläutert, die
eine Schnittdarstellung durch das Shuttleventil 54 entlang
der in 2 angedeuteten Schnittlinie A-A zeigt.
-
In
dieser Schnittdarstellung sichtbar sind der Ringraum 82,
der Schieber 68 und dessen durch die Steuernut 90 radial
zurückgesetzter
Teil 98 sowie der Arbeitsanschluss A und ein Kanal 100, über den
der Arbeitsanschluss A mit einer Bohrung 102 des Ventilblocks 64 verbunden
ist. In dieser Bohrung 102 ist das Shuttleventil 54 aufgenommen.
Dieses hat zwei Ventilbuchsen 104, 106, die in
die Bohrung 102 eingeschraubt sind, wobei die Einschraubtiefe
durch eine Schulter 108 begrenzt ist. In der Darstellung
gemäß 3 werden
die beiden Ventilbuchsen 104, 106 von rechts her
eingesetzt und die Bohrung 102 bei der Montage über eine
Verschlussschraube 110 verschlossen. Die beiden Ventilbuchsen 104, 106 bilden
eine Ventilbohrung 112, in der ein Shuttlebolzen 114 axial
verschiebbar geführt
ist. Dieser hat an seinen beiden Endabschnitten jeweils einen Ventilkegel 116, 118,
denen ein Ventilsitz 120 und 122 in der Ventilbuchse 104 bzw. 106 zugeordnet
ist. Der Abstand der beiden Ventilsitze 120, 122 ist
etwas größer als die
Länge des
Shuttlebolzens 114 gewählt,
so dass dieser immer nur auf einem der Ventilsitze 120, 122 aufsitzen
kann. Zum einfacheren Einsetzen der beiden Ventilbuchsen 104, 106 sind
diese beide in ihrem rechten Endabschnitt mit Ausnehmungen 132, 134 zum
Ansetzen eines Werkzeugs ausgeführt.
-
Im
Bereich der beiden Ventilkegel 116, 118 sind sich
axial erstreckende Düsenkerben 124 bzw. 126 ausgebildet,
wobei an dem in 3 linken Ventilkegel 116 eine
oder zwei Düsenkerben 124 mit
größerem Querschnitt
und an dem Ventilkegel 118 eine einzige Düsenkerbe 126 mit
vergleichsweise geringem Durchmesser ausgebildet ist.
-
Die
Düsenkerben 124 und 126 bilden
somit praktisch die Shuttledüsen 60, 56 des
Shuttleventils 54 in 1, während die
Ventilkegel 116, 118 im Zusammenwirken mit den
Ventilsitzen 120 bzw. 122 die beiden Rückschlagventile 62, 58 ausbilden.
Am Außenumfang
des Shuttlebolzens 114 sind zwei diametral zueinander angeordnete
Abflachun gen (siehe auch 2) 128 ausgebildet,
in denen die Düsenkerben 124, 126 auslaufen.
Durch diese Abflachungen 128 wird gemeinsam mit den Umfangswandungen der
Ventilbohrung 112 ein Druckmittelströmungskanal gebildet.
-
Beim
Füllen,
d.h. während
des normalen Arbeitsspiels der Hubausrüstung tritt das Druckmittel über den
Arbeitsanschluss A und den Kanal 100 in die Bohrung 102 ein.
Dieser Druck beaufschlagt die in 3 rechte
Stirnfläche
des Shuttlebolzens 114, so dass er vom Ventilsitz 122 abgehoben
und mit dem Ventilkegel 116 in Anlage an den Ventilsitz 120 gebracht
wird. Das Druckmittel kann dann über
den geöffneten
Ventilsitz 122, den von der Abflachung 128 und
dem Außenumfang
der Ventilbohrung 112 begrenzten Raum und die durch die
Düsenkerben 124 begrenzte
Shuttledüse 60 in
den Kanalabschnitt 130 und von dort in den Speicherkanal 32 zum
Hydrospeicher 16 strömen,
so dass dieser geladen wird. Beim vorbeschriebenen Angleichen des
Hydrospeichers 16 an den niedrigeren Lastdruck liegt der
höhere
Speicherdruck im Kanalabschnitt 130 an, so dass der Shuttlebolzen 114 vom
Ventilsitz 120 abgehoben und nach rechts auf den Ventilsitz 122 verschoben wird.
Beim Angleichen ist dann die von der kleineren Düsenkerbe 126 bestimmte
Shuttledüse 56 wirksam.
-
Eine ähnliche
Konstruktion wird auch als richtungsvariable Dämpfungsdrossel 34 in
der Steuerleitung 28 angeordnet.
-
Die
zweiteilige Ausgestaltung der Ventilbuchse ermöglicht es, den Shuttlebolzen 114 sehr einfach
auszuwechseln, so dass die wirksamen Durchmesser der Shuttledüsen 56, 60 an
die Anforderungen des Fahrzeuges angepasst werden können.
-
Bei
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
ist ein Angleichen des Drucks des Hydrospeichers 16 nur
möglich,
wenn der Mobilsteuerblock 6 entsprechend umgeschaltet ist,
so dass die Speicherleitung 20 mit dem Tank verbunden ist. 4 zeigt
eine Lösung,
bei der das Füllen
und Angleichen unabhängig
von der Einstellung des Mobilsteuerblocks 6 erfolgen kann.
Die Grundschaltung entspricht derjenigen aus 1, wobei
lediglich die Düsenventilanordnung 53 gegenüber der
vorbeschriebenen Lösung
unterschiedlich gestaltet ist. Die übrigen Hydraulikkomponenten
entsprechen dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass zur
Vermeidung von Wiederholungen bezüglich der übereinstimmenden Komponenten
auf die Ausführungen
zu 1 verwiesen wird.
-
Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Düsenventilanordnung 53 ebenfalls zwei
Shuttledüsen 60, 56,
wobei die größere Shuttledüse 60 die
Druckmittelströmung
beim Füllen
und die Shuttledüse 56 mit
kleinerem Querschnitt die Druckmittelströmung beim Angleichen bestimmt.
Die Shuttledüse 60 ist
wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
in einem Bypasskanal 52 der Dämpfungsventilanordnung 18 angeordnet.
Im Bypasskanal 52 ist noch ein Füllrückschlagventil 62 vorgesehen,
das eine Druckmittelströmung
von der Speicherleitung 20 zur größeren Shuttledüse 60 zulässt. Im Bereich
zwischen dem Füllrückschlagventil 62 und der
Shuttledüse 20 zweigt
eine Zweigleitung 136 ab, in der die kleinere Shuttledüse 56 angeordnet
ist. Die Zweigleitung 136 führt zu einem Eingangsanschluss P' eines Angleichsteuerventils 138,
dessen Ausgangsanschluss A' über eine
Ausgleichsleitung 140 mit dem Tankkanal 30 verbunden
ist. Das Angleichsteuerventil 138 ist beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
ein Schaltventil, das mittels einer relativ starken Feder 146 in
seine dargestellte Sperrstellung vorgespannt ist. Der Druck im Bereich
zwischen der Shuttledüse 56 und
dem Eingangsanschluss P' wird Über eine
Steuerleitung 142 abgegriffen und zu einem in Öffnungsrichtung
des Angleichsteuerventils 138 wirksamen Steuerraum geführt.
-
Ein
in Schließrichtung
wirksamer Steuerdruck wird mittels einer weiteren Steuerleitung 144 von
einem stromaufwärts
des Füllrückschlagventils 62 gelegenen
Abschnitt des Bypasskanals 52 abgegriffen.
-
Des
Füllen
des Hydrospeichers 16 während eines
Arbeitsspiels erfolgt – wie
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel – über den
Bypasskanal 52, das Füllrückschlagventil 62,
die größere Shuttledüse 60 und
den Speicherkanal 32. Während
des Füllens ist
das Angleichsteuerventil 138 durch den höheren Druck
in der weiteren Steuerleitung 144 und die Kraft der Feder
in seine Schließstellung
vorgespannt.
-
Das
Angleichen bei einem Absinken des Drucks im Zylinderraum 12 erfolgt – bei diesem
Ausführungsbeispiel
unabhängig
von der Einstellung des Mobilsteuerblocks 6- über das Angleichsteuerventil 138,
durch das der Hydrospeicher 16 direkt, d.h. unter Umgehung
des Mobilsteuerblocks 6, mit dem Tank T verbindbar ist.
Die Betätigung
des Angleichsteuerventils erfolgt durch Vergleich des Drucks der Speicherleitung 20,
die an den Zylinderraum 12 angeschlossen ist mit dem Druck
des Hydrospeichers 16, der in dem Speicherkanal 32 anliegt.
Diese beiden Drücke
werden über
die beiden Steuerleitungen 144 bzw. 142 abgegriffen.
Bei einem Absinken des Lastdrucks, d.h. des Drucks im Zylinderraum 12 wird das
Angleichsteuerventil 138 durch den höheren Speicherdruck in seine Öffnungsstellung
umgeschaltet, so dass der Eingangsanschluss P' mit dem Ausgangsanschluss A' verbunden ist und
der Speicher über
den Speicherkanal 32, die größere Shuttledüse 60,
die kleinere Shuttledüse 56,
das aufgesteuerte Angleichsteuerventil 138, die Ausgleichsleitung 140 und
den Tankkanal 30 mit dem Tank T verbunden ist, so dass
der Speicherdruck entsprechend an den Lastdruck angeglichen wird.
-
Während dieses
Angleichens sind die beiden Shuttledüsen 60, 56 in
Reihe geschaltet, wobei die Druckmittelströmung im Wesentlichen durch
die kleinere Shuttledüse 56 begrenzt
ist, so dass die Angleichvorgänge
vergleichsweise langsam erfolgen, während beim Füllen nur
die größere Shuttledüse 60 wirksam
ist und somit der Hydrospeicher 16 schnell auf den jeweiligen
Lastdruck erhöht
werden kann.
-
In 4 ist
noch eine weitere Besonderheit dargestellt.
-
Es
sei angenommen, dass eine Schaufel eines Radladers auf dem Boden
aufliegt und die Nickschwingungsdämpfung eingeschaltet ist, so
dass das Wegeventil 24 in seine Durchgangsstellung umgeschaltet
ist. Auf Grund der aufliegenden Schaufel ist der Lastdruck minimal,
so dass der Druck im Hydrospeicher 16 entsprechend durch Öffnen des
Angleichsteuerventils 138 angeglichen wird. Der Druck im
Hydrospeicher 16 verbleibt auf Grund der starken Feder 146 jedoch
so hoch, dass das Wegeventil 24 in seiner Öffnungsstellung
verbleibt. Wird die Schaufel nun – beispielsweise bei Überfahren
einer Anhebung – angehoben,
so wird entsprechend Druckmittel aus dem Hydrospeicher 16 in
den sich vergrößernden
Zylinderraum 12 nachgefördert.
Der Druck im Hydrospeicher 16 sinkt weiter ab und das Wegeventil 24 könnte in
seine Sperrstellung zurückgeschaltet
werden – die
quasi eingestellte Schwimmposition wäre dann aufgehoben. Um dieses
unerwünschte
Zurückschalten
des Wegeventils 24 in die Sperrstellung zu verhindern,
ist in der mit dem Anschluss P des Vorsteuerventils 26 verbundene
Füllsteuerleitung 27 ein Rückschlagventil 148 vorgesehen,
das in Richtung zum Vorsteuerventil 26 öffnet und in Gegenrichtung schließt, so dass
beim Absinken des Drucks im Hydrospeicher 16 der auf das
Wegeventil 24 wirkende Steuerdruck nicht absinkt und somit
dieses in seiner Durchgangsstellung verbleibt. In der Praxis wird
dieses jedoch auf Grund von Leckagen nach einer gewissen Zeit (beispielsweise
20s) von selbst umschalten.
-
Die
erfindungsgemäße Schaltung
ermöglicht es,
mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand Nickschwingungen zu
dämpfen,
so dass die mobile Arbeitsmaschine mit höherer Fahrgeschwindigkeit bewegt
werden kann und entsprechend die Umschlagsleistung verbessert ist.
Aufgrund der geringen Schwingungen sind die Belastungen des Fahrers und
die mechanischen Belastungen der Arbeitsmaschine wesentlich geringer
als bei nicht gedämpften Maschinen.
Dadurch lässt
sich der Wartungsaufwand weiter verringern und die Transportsicherheit
gegenüber
herkömmlichen
Lösungen
verbessern.
-
Offenbart
ist eine hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwingungen,
wobei im Fahrbetrieb ein Hydrozylinder einer Hubausrüstung über eine
Dämpfungsventilanordnung
mit einem Hydrospeicher verbindbar ist. Die Dämpfungsventilanordnung hat
eine Düsenventilanordnung
mit zwei unterschiedlichen Düsenquerschnitten,
von denen der Größere beim
Füllen
des Hydrospeichers und der Kleinere beim Angleichen des Hydrospeichers
an den Lastdruck des Hydrozylinders wirksam sind.
-
- 2
- Hydrozylinder
- 4
- Hydrozylinder
- 6
- Mobilsteuerblock
- 8
- Vorlauf
- 10
- Ablauf
- 12
- Zylinderraum
- 14
- Ringraum
- 16
- Hydrospeicher
- 18
- Dämpfungsventilanordnung
- 20
- Speicherleitung
- 22
- Entlastungsleitung
- 24
- Wegeventil
- 25
- Tanksteuerleitung
- 26
- Vorsteuerventil
- 27
- Füllsteuerleitung
- 28
- Steuerleitung
- 30
- Tankkanal
- 32
- Speicherkanal
- 34
- Dämpfungsdrossel
- 36
- Drossel
- 38
- Drossel
- 40
- Rückschlagventil
- 42
- Rückschlagventil
- 44
- Druckbegrenzungsventil
- 46
- Verbindungskanal
- 48
- Entleerungskanal
- 50
- Entleerungsventil
- 52
- Bypasskanal
- 53
- Düsenventilanordnung
- 54
- Shuttleventil
- 56
- Shuttledüse
- 58
- Rückschlagventil
- 60
- Shuttledüse
- 62
- Rückschlagventil
- 64
- Ventilblock
- 66
- Ventilbohrung
- 68
- Schieber
- 70
- Feder
- 72
- Verschlussschraube
- 74
- Verschlusskappe
- 76
- Federteller
- 78
- Ringraum
- 80
- Ringraum
- 82
- Ringraum
- 84
- Ringraum
- 86
- Steuerraum
- 88
- Steuernut
- 90
- Steuernut
- 92
- Steuerkante
- 96
- Steuerkante
- 98
- Teil
- 100
- Kanal
- 102
- Bohrung
- 104
- Ventilbuchse
- 106
- Ventilbuchse
- 108
- Schulter
- 110
- Verschlussschraube
- 112
- Ventilbohrung
- 114
- Shuttlebolzen
- 116
- Ventilkegel
- 118
- Ventilkegel
- 120
- Ventilsitz
- 122
- Ventilsitz
- 124
- Düsenkerben
- 126
- Düsenkerben
- 128
- Abflachung
- 130
- Kanalabschnitt
- 132
- Ausnehmung
- 134
- Ausnehmung
- 136
- Zweigleitung
- 138
- Angleichsteuerventil
- 140
- Ausgleichsleitung
- 142
- Steuerleitung
- 144
- weitere
Steuerleitung
- 146
- Feder
- 148
- Rückschlagventil