DE2500863A1

DE2500863A1 - Hydraulische servoanlage fuer mobile arbeitsmaschinen, insbesondere hublader

Info

Publication number: DE2500863A1
Application number: DE19752500863
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Griesenbrock
Original assignee: Eaton GmbH
Current assignee: Eaton GmbH
Priority date: 1975-01-10
Filing date: 1975-01-10
Publication date: 1976-07-15
Also published as: FR2297339B1; GB1498304A; FR2297339A1

Description

Fa. EATON GmbH, 562 Velbert/Rhld., Heidestraße 71

"Hydraulische Servoanlage für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere Hublader"

Die Erfindung richtet sich auf eine hydraulische Servoanlage für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere Hublader, deren Brennkraftmaschine sowohl auf die Servoanlage als auch auf ein Pahrgetriebe wirkt, wobei der Nutzstrommengenbereich eines Verbrauchers der Servoanlage zur Vermeidung einer überlastung der Brennkraftmaschine auf einen vorbestimmten Wert verringer- bzw. begrenzbar ist.

Bei einer bekannten hydraulischen Servoanlage (DT-PS 2 158 870) mit zwei Pumpen und mehreren, über Wegeventile gesteuerten Hydromotoren als Verbraucher für die Verstellung des Hubmastes eines Hubladers, wobei der Förderstrom der ersten Pumpe über einen Ringkanal am Steuerschieber eines Schaltventils, da» in einer von der zweiten Pumpe kommenden Verbraucherleitung angeordnet ist, bis zu einer vorbestimmten Durchflußmenge der zweiten Pumpe zum Hydraulikbehälter zurückfließt und wobei der vom Förderstrom der zweiten Pumpe im Verstell-

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sinn zur Vereinigung der beiden Pumpenströme beaufschlagte Steuerschieber des Schaltventils bei überschreiten der vorbestimmten Durchflußmenge den Rückfluß der ersten Pumpe zum Hydraulikbehälter unterbricht^ bleibt die Fahrantriebsbelastung der Brennkraftmaschine unberücksichtigt. Dies führt in gewissen Betriebssituationen zur überlastung oder gar zum Stillstand der Brennkraftmaschine, die im Regelfall für die zusammengefaßte maximale Leistungsaufnahme von Servoanlage und Fahrgetriebe aus wirtschaftlichen Gründen nicht ausreichend ausgelegt ist.

Daher weist eine weiterhin bekannte hydraulische Servoanlage für einen Hublader ("A SUMMARY OF THE VARDIS PUMP AND BANKABLE CONTROL VALVE SYSTEM¹¹, 12. OCTOBER 1973, DOWTY HYDRAULIC UNITS LIMITED), deren Nutzstrommengenbereich für einen Verbraucher mittels eines von einem Wegeventilschieber vorgesteuerten Relaisventils schaltbar ist, eine die Brennkraftmaschine schonende, auf kleinere Fördermenge einstellbare Pumpe auf. Der dieser aufwendigen Einrichtung anhaftende Nachteil ist der, daß eine Rückstellung der Pumpe auch dann erfolgt, wenn während der Hubbetätigung der Fahrantrieb nur geringer oder keiner Leistung bedarf.

Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausgestaltung einer hydraulischen Servoanlage der betreffenden Art zu schaffen, die, bei im wesentlichen beibehaltener maschineller Ausstattung, eine überlastung der Brennkraftmaschine unter möglichst weit-

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gehender Aufrechterhaltung der Leistungsbereitschaft für Servoanlage und Fahrgetriebe vermeidet.

Bei,einer hydraulischen.Servoanlage der eingangs bezeichneten Art wird diese,Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein von der Brennkraftmaschine_i direkt oder indirekt über das Fahrgetriebe beeinflußtes.Steuerglied gelöst, mittels dessen beim Unterschreiten einer vorbestimmten Leistungsgröße der Brennkraftmaschine der Nutzstrommengenbereich des betreffenden Verbrauchers der Servoanlage auf den vorbestimmten Wert verringert wird, wobei das Leistungsvermögen der Brennkraftmaschine den Fahrantriebsanforderungen und den Anforderungen der leistungsbegrenzten Servoanlage entspricht.

Diese Ausbildung vermeidet eine überlastung der Brennkraftmaschine und schafft eine Steigerung der Betriebssicherheit, da durch diese die Gefahr eines unbeabsichtigten Stillstandes eines von dem betreffenden Verbraucher betätigten Gerätes verringert ist.

In Verbindung mit einem hydrostatischen Fahrgetriebe und einem zwei Pumpen durchflußmengenabhängig schaltenden Schaltventil, mittels dessen einem Hubzylinder die Fördermenge einer oder beider Pumpen zuführbar ist entsprechend der eingangs erwähnten DT-PS 2 158 870, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform durch ein von dem Arbeitsdruck des hydrostatischen Fahrgetriebes mittels eines Stellmotors

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beeinflußtes, in Richtung auf den einfach wirkenden Hubzylinder wirksames, einstellbares Drosselrückschlagventil, das ab einem vorbestimmten Arbeitsdruck des hydrostatischen Fahrgetriebes die Durchflußmenge zu dem Hubzylinder kleiner als für die Zuschaltung bzw. Aufrechterhaltung der Fördermenge beider Pumpen erforderlich hält, und das, unabhängig von der anstehenden Belastungsgröße des Fahrgetriebes, eine willkürliche Regulierung des Rückilußes vom Hubzylinder ermöglicht.

Bei einer im Prinzip gleichen Servoanlage, d.h. mit zwei Pumpen und einem Hubzylinder, dem die Fördermenge einer oder beider Pumpen zuführbar ist, jedoch mit beliebiger Fahr- . getriebeart erhält man eine weitere vorteilhafte Ausführung durch Verwendung eines von der Drehzahl der Brennkraftmaschine beeinflußten Wegeventils, das beim Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine eine mit der zweiten zuschaltbaren Pumpe in Verbindung stehende und zum Hydraulikbehälter führende Entlastungsleitung unterbricht.

Diese Ausfuhrungsform schließt eine unzulässige Drehzahldrückung der Brennkraftmaschine durch eine zu große Leistungsaufnahme der Arbeitshydraulik weitgehend aus, da unterhalb einer bestimmten Mindestdrehzahl der Förderstrom der zweiten Pumpe nicht genutzt werden kann.

In Weiterbildung der zuletzt erwähnten Ausführungsform kann man dem Hubzylinder ein willkürlich betätigbares Drosselven-

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til vorschalten, mittels dessen der Rückfluß vom Hubzylinder drosselbar ist.

Dieses Drosselventil kann weiterhin gesondert willkürlich derart betätigbar ausgestaltet sein, daß im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine dem Verbraucher nur die Fördermenge der ersten Pumpe zuführbar ist.

Damit ergibt sich unter Ausnutzung der im wesentlichen vorhandenen Einrichtung der Vorteil, daß die Handhabung empfindlicher oder gefahrbringender Lasten, wie z.B. Glas, Flüssigeisen u.s.w., bei geringerem Risiko mit limitierten Hub- und Senkgeschwindigkeiten erfolgen kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung⁵ beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Schema einer hydraulischen Servoanlage gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem hydrostatischen Fahrgetriebe und in

Fig. 2 ein Fig. 1 ähnliches Schema einer abgeänderten, getriebeartunabhängigen Ausfuhrungsform der Erfindung.

Die in den Fig. 1 und 2 wiedergegebene Servoanlage besteht zunächst aus von einer Brennkraftmaschine 1 getriebenen Pumpen 2 und 3, die ihren Druckmittelbedarf über Saugleitungen 4 und 5 aus einem Hydraulikbehälter 6 decken. Eine Verbindungsleitung 7 weist zwischen den Pumpen 2 und 3 ein in Nutzstrom-

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richtung öffnendes Rückschlagventil 8 auf. Diese Verbinduhgsleitung setzt sich einerseits zu einem Zulaufanschluß 9 eines Ventilblocks 10 fort und führt andererseits zu einem Zulaufanschluß 11 eines Schaltventils 12. Ein AblaufanSchluß 13 des Schaltventils 12 ist über eine Leitung 14 mit einem Rücklaufanschluß 15 des Ventilblocks 10 verbunden, dessen Rücklaufleitung 16 wieder in den Hydraulikbehälter 6 mündet. Der Ventilblock 10 enthält u.a. ein Wegeventil 17, dessen Einfacharbeitsanschluß 18 über eine Leitung 19 unter Zwischenschaltung des Schaltventils 12 mit einem als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildeten Verbraucher 20 zum Heben und Senken eines Hubmastes eines Hubliders in Verbindung steht. Der Ventilblock 10 enthält ferner ein Wegeventil 21 mit Zweifacharbeitsanschlüß 22 für die Betätigung nicht weiter dargestellter Hydromotoren zum Neigen des Hubmastes. Das Wegeventil 21 steht vertretend da für gegebenenfalls mehrere gleichartige, anderen Verbrauchern zugeordnete Wegeventile. Das Schaltventil 12 weist im wesentlichen einen in einem Gehäuse 23 flüssigkeitsdicht geführten, federbelasteten Steuerschieber 24, der außen mit einem Ringkanal 25 und innen mit einem Durchtrittsraum 26 versehen ist und der in seiner Innenbohrung einen federbelasteten Drosselschieber 27 mit Drosselblende 28 und Durchtrittsöffnungen 29 enthält, auf.

Nach Fig. 1 steht die vorbeschriebene Servoanlage mit einem hydrostatischen Pahrgetriebe 30» das ebenfalls von der Brennkraftmaschine 1 getrieben ist, in Verbindung. Von einem hy-

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draulisch betätigten Wegeventil 31 dieses Fahrgetriebes führt eine Leitung 32 zu einem Stellmotor 33 eines Drosselrückschlagventils 34, dessen gegen Federkraft verstellbare Drossel 35 und dessen in Rückstromrichtung öffnendes Rückschlagventil 36 zwischen dem Schaltventil 12 und dem Verbraucher 20 in die Leitung 19 eingefügt ist.

Nach Fig. 2 steht dagegen ein ebenfalls von der Brennkraftmaschine 1 getriebenes Fahrgetriebe 37 irgendeiner Bauart nicht mit der Servoanlage in unmittelbarem Zusammenhang. Unter Zwischenschaltung eines gegen Federkraft elektromagnetbetätigten Wegeventils 38 führt eine zwischen dem Rückschlagventil 8 und dem Zulaufanschluß 11 an die Verbindungsleitung 7 angeschlossene Entlastungsleitung 39 zu der Rücklaufleitung 16. Weiterhin ist hier zwischen dem Schaltventil 12 und dem Verbraucher 20 ein gegen Federkraft elektromagnetbetätigtes, einstellbares Drosselventil 40 in die Leitung 19 eingefügt. Das Wegeventil 38 ist mit einem minusseitig an Masse gelegten Elektromagneten 41 bestückt, dessen Husanschluß über eine mit einem Öffner 42 versehene elektrische Leitung 43 zu einem Schließer 44 geführt ist, der einer Gleichstromspannungsquelle 45 vorgesetzt ist. Der mit einem Sprungwerk 46 ausgestattete Schließer 44 steht mit einer von der Brennkraftmaschine 1 getriebenen Fliehkraftbetätigung 47 in Verbindung. Das Drosselventil 40 weist einen minusseitig an Masse gelegten Elektromagneten 48 auf, dessen Plusanschluß über eine mit einem Öffner 49 versehene elektrische Leitung 50 ebenfalls zu der Gleichstromspannungsquelle 45 führt.

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Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Einrichtung ist wie folgt : Nach Fig. 1 und 2 fördert bei laufender Brennkraftmaschine 1 und noch nicht erfolgter Betätigung des Wegeventils

17 bzw. des Wegeventils 21 die Pumpe 2 Druckmittel aus dem Hydraulikbehälter 6 über die Saugleitung 4 und über den ihr durch das Rückschlagventil 8 zugeordneten Teil der Verbindungsleitung 7 über den Zulaufanschluß 9 zum Ventilblock 10, über dessen Neutralumlaufwege das Druckmittel über die Rücklaufleitung l6 wieder dem Hydraulikbehälter 6 zufließt, während zugleich die Pumpe 3 über die Saugleitung 5 Druckmittel aus dem Hydraulikbehälter 6 fördert, das über den anderen Teil der Verbindungsleitung 7 das Schaltventil 12 über den Zulaufanschluß 11, über den Ringkanal 25 und über den Ablaufanschluß 13 passiert und gleichfalls dem Hydraulikbehälter .6 über die Leitung 14 und über den Rücklaufanschluß 15 des Ventilblocks 10 durch Vereinigung der Rücklaufströme zugeführt wird. Die für eine geringe Leistungsaufnahme der Arbeitshydraulik sorgende Abzweigstellung des Schaltventils 12 und damit die Abschaltung der Pumpe 3 bleiben erhalten, wenn das Wegeventil 21 oder weitere für andere Versorgungsstellen in gleicher Weise angeschlossene Wegeventile betätigt werden, da hierbei kein die Stellung des Steuerschiebers 24 beeinflussendes Druckmittel das Schaltventil^ in Längsrichtung durchfließt. Das gleiche gilt auch dann, wenn bei betätigtem Wegeventil 17 vom Einfacharbeitsanschluß

18 her dem Verbraucher 20 über die Leitung 19 Druckmittel in gering gehaltener Menge zugeführt wird, da der dabei im Steuerschieber 24 auftretende Durchflußwiderstand noch keine aus-

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reichende Verstellkraft für denselben erzeugt. Eine aus der Pumpe 2 resultierende, gesteigerte Durchflußmenge in Richtung auf den Verbraucher 20 bei noch in seiner Ausgangslage verharrendem Drosselschieber 27 bewirkt, daß die damit einhergehende größere Verstellkraft den Steuerschieber 24 in die obere

Grenzlage verschiebt. Die hiermit am Zulaufanschluß 11 gegenüber dem Hydraulikbehälter 6 erzielte Absperrung der Pumpe 3 hat jetzt deren Nutzförderung über das Rückschlagventil 8*ei höherer Leistungsaufnahme der Arb ei ts hydraulik zui/Polge, wonach auch der federbelastete Drosselschieber 27 ausweicht und ein Teil der Fördermenge nunmehr über den Durchtrittsraum 26 und über die Durchtrittsöffnungen 29 geleitet wird, wodurch eine unzulässige Zunahme des Drosselwiderstandes ausgeschlossen ist. Bei einer nachfolgenden bestimmten Mengenreduzierung, bei dem gesperrten Zu- bzw. Rücklauf oder bei dem Rücklauf des Druckmittels gleiten sowohl der Steuerschieber 24 als auch der Drosselschieber 27 wieder in ihre Ausgangslagen zurück. Der bei dem Absenken des Kolbens des Verbrauchers 20 entstehende Rückstrom des Druckmittels ist bei zweckentsprechender Ausbildung der Drosselblende 28 in nur geringem Maße durch das Schaltventil 12 gedrosselt.

In einer Ausgestaltung nach Fig. 1 wird bei Beanspruchung des hydrostatischen Fahrgetriebes 30 das Wegeventil 31 von der jeweiligen Arbeitsdruckseite des Getriebes so geschaltet, daß das beaufschlagte Getriebedruckmittel über die Leitung 32 den gegen Federkraft wirkenden Stellmotor 33 der Drossel 35 ab »eimer vorbestimmten Druckhöhe, diese Drossel auf ein kleines Blenden-

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maß einstellend,beeinflußt. Die so eingestellte Drossel 35 begrenzt die in Richtung auf den Verbraucher 20 das Schaltventil 12 durchfließende Menge des Druckmittels, wodurch die auf den Steuerschieber 24 einwirkende Verstellkraft kleiner als für dessen Verstellposition erforderlich gehalten ist. Bei kleingestellter Drossel 35 ist die unbeeinträchtigte willkürliche Regulierbarkeit des Rückstromes durch Öffnen des Rückschlagventils 36 ermöglicht.

Für den Fall, daß auch der Rückstrom angedrosselt werden kann bzw. werden soll, entfällt das Rückschlagventil 36» wie dies in einer anderen Ausgestaltung nach Fig. 2 gezeigt ist, deren mittels des Elektromagneten 48 gegen Federkraft betätigbare Drossel 40 an sich das Schaltventil 12 ebenso beeinflussen könnte wie zuvor die Drossel 35.

Innerhalb der Gesamtgestaltung gemäß Fig. 2 erfüllt die Drossel 40 aber auch die Aufgabe der willkürlich zu- oder abschaltbaren Ruckstromandrosselung, da hier eine größere, d.h. ölviskosxtätsunabhängige Entlastungsschaltgenauigkeit des Schaltventils 12 dadurch erreicht wird, daß die mittels des Wegeventils 38 durch den Elektromagneten 4l gegen Federkraft schaltbare Entlastungsleitung 39 den Förderstrom der Pumpe 3 zum Hydraulikbehälter 6 bei abgesperrtem Zulaufanschluß 11 ableiten bzw. bei nicht abgesperrtem Zulaufanschlußll einen entlastenden Beipaß darstellen kann. Durch die Zuschaltung der Entlastungsleitung 39 verbleibt entweder der Steuerschieber in seiner Ausgangsstellung oder er kehrt nach seiner zuvor erfolgten Verstellung in seine Ausgangslage zurück.

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Die selbsttätige Zuschaltung bzw. die Erhaltung der Ausgangsschaltung der Entlastungsleitung 39 geschieht bei geschlossenem Öffner 42 und zugleich geschlossenem Öffner 49 und folglich mittels des Elektromagneten 48 groß gestellter Drossel 40 durch die fliehkraftbedingte Offenhaltung des Schließers 44 bis zu einer solchen Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, die mit einem gewissen Sicherheitsabstand über der Drückungsgrenzdrehzahl liegt. Oberhalb dieser Drehzahl schaltet die Fliehkraftbetätigung 47 den Schließer 44 ein, wodurch der Elektromagnet 41 bei geschlossenem Öffner 42 Spannung erhält und die Entlastungsleitung 39 mittels des Wegeventils 38 abgeschaltet wird.

Nach willkürlicher Betätigung des Öffners 42 und damit des Öffners 49 werden sowohl der Elektromagnet 41 als auch der Elektromagnet 48 spannungslos, was für den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine 1 ausschließlich die Arbeitsmöglichkeit mit reduzierter Geschwindigkeit für Heben und Senken zur Folge hat. In nicht weiter dargestellter Weise kann die Betätigung der Öffner 42 und 49 mit der Aufnahme eines Anbaugerätes, z.B. einer Gießpfannenvorrichtung, gekoppelt sein.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in vielfacher Weise abgewandelt werden, ohne das System und den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So könnte beispielsweise ein andere?, zwei Geschwindigkeitsbereiche vorgebendes Schaltventil bzw. Relaisventil direkt oder indirekt durch unterschiedliche Be-

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lastungsgrößen einer Brennkraft- oder Elektroantriebsmaschine beeinflußt werden, anstelle einer Fliehkraft-Schalteinrichtung könnten elektrische oder hydraulische Steuerelemente Verwendung finden und ähnliches mehr.

Ansprüche :

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Claims

1. Hydraulische Servoanlage für mobile Arbeitsmaschinen, insbesondere Hublader, deren Brennkraftmaschine sowohl auf die Servoanlage als auch auf ein Fahrgetriebe wirkt, wobei der Nutzstrommengenbereich eines Verbrauchers der Servoanlage zur Vermeidung einer überlastung der Brennkraftmaschine auf einen vorbestimmten Wert verringer- bzw. begrenzbar ist, gekennzeichnet durch ein von der Brennkraftmaschine (1) direkt oder indirekt über das Fahrgetriebe (30) beeinflußtes Steuerglied (31;47), mittels dessen beim Unterschreiten einer vorbestimmten Leistungsgröße der Brennkraftmaschine (1) der Nutzstrommengenbereich des betreffenden Verbrauchers (20) der Servoanlage auf den vorbestimmten Wert verringerbar ist.

2. Servoanlage nach Anspruch 1, mit einem hydrostatischen Fahrgetriebe und einem zwei Pumpen durchflußmengenabhängig schaltenden Schaltventil, mittels dessen einem Hubzylinder die Fördermenge einer oder beider Pumpen zuführbar ist, gekennzeichnet durch ein von dem Arbeitsdruck des hydrostatischen Fahrgetriebes (30) mittels eines Stellmotors (33) beeinflußtes, in Richtung auf den einfach wirkenden Hubzylinder (20) wirksames, einstellbares Drosselrückschlagventil (34), das ab einem vorbestimmten Arbeitsdruck des hydrostatischen Fahrgetriebes (30) die Durchflußmenge zu dem Hubzylinder kleiner als für die Zuschaltung bzw. Aufrechterhaltung der Fördermenge beider Pumpen erforderlich

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hält und das, unabhängig von der anstehenden Belastungsgröße des Fahrgetriebes, eine willkürliche Regulierung des Rückflußes vom Hubzylinder (20) ermöglicht.

3. Servoanlage nach Anspruch 1 mit zwei Pumpen und einem Hubzylinder, dem die Fördermenge einer oder beider Pumpen zuführbar ist und mit einem beliebigen Fahrgetriebe, gekennzeichnet durch ein von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) beeinflußtes Wegeventil (38), das beim Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) eine mit der zweiten zuschaltbaren Pumpe (3) in Verbindung stehende und zum Hydraulikbehälter (6) führende Entlastungsleitung (39) unterbricht.

4. Servoanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hubzylinder (20) ein willkürlich betätigbares Drosselventil (40) vorgeschaltet ist, mittels dessen der Rückfluß vom Hubzylinder (1) drosselbar ist.

5. Servoanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (40) gesondert willkürlich derart betätigbar ist, daß im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine (I_-), dem Verbraucher (20) nur die Fördermenge der ersten Pumpe (2) zuführbar ist.

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