DE3600816A1 - Schwenkwerk mit zwei separaten zylinder-kurbeltrieben als antrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwenkwerk mit zwei separaten Zylinder-Kurbeltrieben als Antrieb, insbe­ sondere für Kran- und Baggeranlagen, wobei die Totpunkte der Zylinder-Kurbeltriebe bezüglich des Schwenkwinkels zueinander versetzt und die Schwenkzylinder mittels einer hydraulischen Ansteuerung von einer Pumpe

über Steuerelemente betätigbar sind.

Schwenkwerke dieser Art sind in der Lage, einen Schwenk­ bereich von 180° und mehr zu bestreichen. Sie benötigen hierzu eine spezielle Auslegung der Geometrie und der hydraulischen Ansteuerung, wenn sie erhöhte Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Schwenkgeschwindigkeit unter allen Lasten sowie sicheren Einlauf in die Endlagen gewährleisten sollen. Bekannt sind derartige Schwenk­ werke, bei denen die Zylinder bei Durchfahren einer Schwenkrichtung jeweils nur von einer Seite aus ange­ steuert werden, beispielsweise ein Zylinder über einen bestimmten Schwenkwinkelbereich vom Stangenraum her und der weitere Zylinder über einen anderen Schwenkwinkel­ bereich vom Bodenraum her. Beide Bereiche überdecken sich teilweise.

Dabei erfolgt die Ansteuerung entweder über ein Ansteuer­ ventil für beide Zylinder mit entsprechenden Schwarz-Weiß- Verteiler-Ventilen oder ein Ansteuerventil pro Zylinder. Die jeweils nicht aktiv beaufschlagten Zylinderräume sind in der Regel durch extern ansteuerbare Ventile freigeschaltet, so daß sie Öl aus dem Ölreservoir ansaugen bzw. Öl in dieses Reservoir zurückdrücken können oder das Öl zwischen beiden Zylinderräumen austauschen. Die Saugfunktion läßt sich dabei natürlich auch durch ein einfaches Rückschlagventil zwischen Zylinder und Öltank erreichen.

Andere Schwenkwerksteuerungen wenden zusätzlich eines der bekannten Lastdruck-Sensierungs-Verfahren an, bei dem der Lastdruck jedes Zylinders zu einem Regelorgan, wie Verstellpumpe oder Druckwaage, zurück­ geführt wird, das den Pumpendruck so nachführt, daß er um einen konstanten Betrag höher liegt als der Lastdruck. Diese Steuerungen sind sehr aufwendig.

Es sind daher auch schon Steuerungen vorgeschlagen worden, bei denen für beide Zylinder ein gemeinsames Regelorgan verwendet wird, so daß beide Zylinder mit dem gleichen Systemdruck versorgt werden. Eine derartige Lösung führt zu ungleichförmigen Schwenkgeschwindigkeiten, auch wenn die Totpunktbereiche der Zylinder, wie durch Freischaltung, ausgeklammert werden.

Es hat sich gezeigt, daß der Schwenkvorgang sich mit derartigen Schwenkwerksteuerungen nicht genügend beherrschen läßt, insbesondere ist das Fesseln einer treibenden Last bei hohen Schwenkgeschwindigkeiten nicht gewährleistet. Außerdem ist das Nachsaugen von Öl in den freigeschalteten Zylindern nicht befriedigend möglich.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schwenkwerk der gattungsgemäßen Art mit einer einfachen Schwenkwerk­ steuerung zu schaffen, die die Schwenkzylinder bei allen Betriebszuständen hinreichend mit Öl versorgt und eine gleichmäßige Schwenkbewegung ermöglicht sowie das Fesseln einer treibenden Last bei hohen Schwenk­ geschwindigkeiten gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens bei einem Schwenkzylinder der Pumpendruck über ein Ventil beim Durchgang durch einen bodenseitigen Totpunkt vom Bodenraum auf den Stangenraum und der Rücklaufdruck vom Stangenraum auf den Bodenraum schaltbar ist bzw. umgekehrt, während gleichzeitig der Stangen- oder der Bodenraum des anderen Zylinders als ölaufnehmende Seite mit der Pumpe verbunden bleibt.

Hierdurch wird erreicht, daß die Schwenkzylinder bei allen Betriebszuständen mit Öl versorgt werden und der Ölstrom nicht gestoppt wird. Eine optimale Ausgestaltung wird dadurch erreicht, daß beide Schwenkzylinder in der genannten Weise umschaltbar sind.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Hydraulikversorgung durch eine mit einer nach dem Load-Sensing-Verfahren erfolgt, wobei der Druck von den Lastdrücken beider Schwenkzylinder beeinflußbar ist. Es wird damit erreicht, daß ein aktives Durchfahren von Schwenk­ zylinder-Totpunkten mit entsprechender Umschaltung nicht zu den befürchteten Lastdruckspitzen führt und damit durchführbar ist, wenn in den Totpunkten beide Zylinder mit Druck beaufschlagt bleiben.

Um zu vermeiden, daß beide Bodenseiten der Schwenk­ zylinder beim Einfahren in die Endlagen mit Drucköl beaufschlagt sind und daß dadurch auf den Stangenseiten wegen des Druck-Übersetzungsverhältnisses zwischen Boden- und Stangenseiten und der bei schnellen Schwenk­ bewegungen mitwirkenden Schwungmassen ein zu hoher Abbremsdruck erzeugt, wird vorgeschlagen, daß in einem Teil der Schwenkbereiche, in dem die Bodenflächen beider Kolben der Schwenkzylinder zusammen das Schwenkmoment erzeugen, der verfügbare Druck über Steuerelemente, wie beispielsweise durch Begrenzung des sensierten Lastdrucks, reduzierbar ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß über Steuer­ ventile nur jeweils einer der beiden Bodenräume der Schwenkzylinder gleichzeitig mit Druck beaufschlagbar ist und der andere Bodenraum jedoch selbstansaugend geschaltet ist oder mit einem Fülldruck versehen wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß jeweils derjenige Schwenkzylinder selbstansaugend schaltbar ist, dessen Kolbenstange weniger weit ausgefahren ist.

Um das Einlaufen in die Endlage auf der Stangenseite des Schwenkzylinders zu bremsen, wird vorgeschlagen, daß die Schwenkzylinder auf ihrer Stangenseite mit Anordnungen zur Endlagendämpfung versehen sind. Ferner ist hierzu vorgesehen, daß die Stangenräume der Schwenkzylinder über Senkbremsventile beaufschlagbar sind, wobei die Bremsfunktion an dem Schwenkzylinder mit dem jeweils selbstansaugenden Bodenraum einschaltbar ist.

Ferner wird das Schnellschwenkverhalten unter Last positiv dadurch beeinflußt, daß die Bodenräume der Schwenkzylinder mit Drossel-Rückschlagventilen für das ablaufende Öl versehen sind.

Günstige Verhältnisse werden bei Anwendung eines Lastdruck-Sensierungs-Verfahrens dadurch erzielt, daß jeder Schwenkzylinder über ein zugeordnetes Proportional­ ventil steuerbar ist, das Lastdruck-Sensierungsanschlüsse besitzt und daß der Mittelwert beider sensierten Lastdrücke dem Regelorgan als Steuergröße zuleitbar ist.

Ferner ist es auch vorteilhaft, daß der niedrigere der beiden sensierten Lastdrücke der Schwenkzylinder als Steuergröße des Regelorgans dient, sofern beide Schwenkzylinder aktiv geschaltet sind. Positiv wirkt sich auch aus, daß der höhere der beiden sensierten Lastdrücke der Schwenkzylinder reduziert auf einen Wert proportional der Ansteuerung des Proportionalventils als Steuergröße des Regelorgans dient.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Zwei-Zylinder- Schwenkwerk,

Fig. 2 ein hydraulisches Ansteuerschema für ein Schwenkwerk,

Fig. 3 und 4 zwei Funktionsablaufdiagramme.

Die dargestellten beiden Schwenkzylinder 1 und 2 sind bodenseitig an einem gemeinsamen Drehpunkt 3 eines Widerlagers 4 befestigt. Ihre Kolbenstangen 5 und 6 sind an um einen Winkel 7 versetzt angeordneten Punkten 9 und 10 auf einer Schwenkbühne 8 befestigt. Beide Schwenk­ zylinder 1 und 2 sind doppelt wirkend ausgeführt und können also von der Bodenraumseite wie auch von der Stangenseite mit Drucköl beaufschlagt werden. Sie besitzen auf der Stangenseite interne Endlagendämpfungen 11, die die Schwenkgeschwindigkeit bei Annäherung an die Endanschläge reduzieren sollen. Dabei bestimmt der Schwenkzylinder 1 die eine Endlage 8, der Schwenk­ zylinder 2 die andere Endlage 8′. Der Gesamtschwenk­ winkel 12 entspricht den Schwenkwinkeln 13 und 14 der Anlenkpunkte 9 und 10 der Kolbenstangen 5 und 6. Er ist somit größer als 180°. Der bodenseitige Totpunkt des Schwenkzylinders 1 ist erreicht, wenn die Schwenkbühnen­ mitte am Punkt 15 angekommen ist. Der bodenseitige Totpunkt des Schwenkzylinders 2 ist entsprechend beim Schwenkpunkt 16 der Schwenkbühne 8 gegeben.

Die Schwenkzylinder 1 und 2 werden gemäß Ansteuerschema Fig. 2 bodenseitig über die Leitungen 17 und 18 und stangenraumseitig über die Leitungen 19 und 20 mit einem Hydrauliksystem verbunden. Dieses erhält seine hydraulische Energie von einer Verstellpumpe 21, die Öl aus einem Tank 22 ansaugt und über Leitungen 23 und 24 zwei 4/3-Proportionalventilen 25 und 26 zuführt. Diese werden durch nicht näher dargestellte elektrische Stellglieder in üblicher Weise angesteuert. Jedes Proportionalventil 25, 26 betätigt einen Schwenkzylinder 1, 2. In der Mittel­ stellung sind die Ölzu- und -abflüsse gesperrt. Bei Auslenkung der Ventile nach links werden die Bodenseiten der Zylinder 1 und 2 über die Leitungen 17 und 18 mit Drucköl beaufschlagt und die Stangenseiten über die Leitungen 19 und 20 mit einer Rücklaufleitung 27 verbunden.

Bei der Auslenkung der Proportionalventile 25 und 26 nach rechts werden die Zylinder 1 und 2 in umgekehrter Richtung mit Druck beaufschlagt.

Ferner ermöglichen zugeordnete 4/2-Schwarz-Weiß-Ventile 28 und 29 eine Freischaltung der Schwenkzylinder 1, 2. So ist beispielsweise der Schwenkzylinder 1 bodenseitig wie auch stangenseitig mit der Rücklaufleitung 27 verbunden, wenn Ventil 28 elektrisch aktiviert wird.

Weiterhin wird über Lastdruck-Sensierungsleitungen 30 und 31 ermittelt, welcher Lastdruck auf der jeweiligen Druckleitung 17, 18, 19 oder 20 zylinderseitig am Propor­ tionalventil 25, 26 vorliegt. Dieser wird über ein Druckwechselventil 32 und die Leitung 33 auf die Verstellpumpe 21 übertragen. Diese wird damit in die Lage versetzt, ihre Fördermenge so nachzuregeln, daß sie unabhängig vom Lastdruck in etwa konstant bleibt. Das bedeutet, daß der Förderstrom zu den Schwenkzylindern 1 und 2 lastunabhängig ist.

Das Druckwechselventil 32 bewirkt, daß jeweils der höhere von beiden an den Ventilen 25 und 26 anstehenden Lastdrücken auf die Verstellpumpe 21 wirkt. Dieser würde bis zum Maximaldruck der Verstellpumpe 21 - durch das Ventil 34 abgesichert - ansteigen, wenn beide Schwenk­ zylinder 1 und 2 gleichzeitig einen Totpunkt erreichten bzw. wenn nur ein Zylinder mit der Druckleitung 23 bzw. 24 in Verbindung steht und den Totpunkt erreicht. In diesen Fällen würde der Volumenstrom auf Null abgebremst und der Verstellpumpe 21 über Leitung 33 eine hohe Last gemeldet werden, der sie mit Erhöhung der Fördermenge und maximalem Druckanstieg begegnete.

Dieser Druckanstieg wird bei dem Zwei-Zylinder-Schwenk­ werk mit gegeneinander versetzt arbeitendem Schwenk­ zylindern 1, 2 vermieden, wenn beide Zylinder 1 und 2 gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden und ein Zylinder durch den Totpunkt läuft sowie die Druck­ zuführung in den bodenseitigen Totpunkten von der Stangenseite auf die Bodenseite oder umgekehrt mit Hilfe der Proportionalventile 25 und 26 umschaltet. In diesem Fall wird zwar der Ölstrom zu dem durch den Totpunkt schwenkenden Zylinder 1 auf Null reduziert. Der Ölstrom zu dem jeweils anderen Schwenkzylinder 2 bleibt aber voll erhalten. Der sensierte Lastdruck am Schwenkzylinder 1 bzw. am Ventil 25 kann also nicht nennenswert über den am Ventil 26 anliegenden Lastdruck aus Schwenkzylinder 2 ansteigen, weil beide Ventile druckseitig über die Leitungen 23 und 24 mit der gleichen Druckquelle in Form der Verstellpumpe 21 verbunden sind.

Eine zusätzliche Möglichkeit, nur an einem Proportional­ ventil 25 bzw. 26 sensierte Lastdruckspitzen abzubauen, besteht darin, daß das Doppelrückschlagventil 32 durch ein Ventil ersetzt wird, welches den Mittelwert aus beiden sensierten Lastdrücken oder den kleineren von beiden Lastdrücken zur Verstellpumpe 21 weiterleitet.

Ein zeitlich steuerbarer Abbau hoher Lastdruckspitzen ist natürlich auch mit Hilfe eines Druckbegrenzungs­ ventils 36 möglich, welches durch ein 2/2-Wegeventil 35 in kritischen Fällen aktiv geschaltet werden kann.

Die Senkbremsventile 37 und 38 sollen das Einlaufen der Schwenkzylinder 1, 2 in die stangenseitigen Endlagen zusätzlich zu den internen Dämpfungen 11 abbremsen. Sie sind freigeschaltet, wenn die Bodenseiten drucklos sind. In diesem Fall kann das stangenseitige Öl nur über die Drosseln 39 und 40 abfließen.

Die bodenraumseitigen Drosseln 41 und 42 dienen der Begrenzung der Schwenkgeschwindigkeit unter äußerer Last, wenn die Kolbenstangen 5, 6 in die Schwenkzylinder 1, 2 eingeschoben werden. Die Drosseln 41, 42 werden durch die Rückschlagventile 43, 44 überbrückt, wenn diese durch gleichzeitig auf den Stangenseiten (Leitungen 19, 20) anstehenden Druck freigeschaltet werden.

Fig. 3 zeigt den Funktionsablauf für das Schwenken der Schwenkbühne 8 in die Lage 8′, Schwenkrichtung gemäß Pfeil 45. Die Linien 46 bzw. 47 kennzeichnen die bodenseitigen Totpunkte der Zylinder 1 bzw. 2. Es werden zunächst die Stangenräume Schwenkzylinder 1 (48) und Schwenkzylinder 2 (49) bis zu den Totpunkten 46 bzw. 47 mit Druck beaufschlagt, während die Bodenräume Schwenk­ zylinder 1 (50) und Schwenkzylinder 2 (51) mit der Rücklaufleitung 27 verbunden sind. In dem Totpunkt 47 wird Schwenkzylinder 2 bodenseitig mit Druck 51′ beaufschlagt und stangenraumseitig 49′ entlastet. Das zugehörige Senkbremsventil 38 ist durch den Druck 51′ entsperrt. Zur gleichen Zeit bleibt Schwenkzylinder 1 stangenseitig mit dem Pumpendruck 48 verbunden. Der Ölstrom wird nicht unterbrochen.

In der Totlage 46 des Schwenkzylinders 1 wird der Stangenraum drucklos geschaltet, während der Bodenraum Schwenkzylinder 2 weiterhin mit Druck 51′ beaufschlagt wird und den Ölstrom von der Verstellpumpe 21 aufrecht erhält. Bodenraumdruck 50 und Stangenraumdruck 48′ des Schwenkzylinders 1 bleiben ab Totpunkt 46 freigeschaltet, indem das zugehörige Proportionalventil 25 in die Mittelstellung und das Schwarz-Weiß-Ventil 28 in die Durchflußstellung geschaltet werden. Damit wird der Druck in Leitung 17 entlastet, und das Senkbremsventil 37 schaltet in die Sperrstellung. Das stangenseitig ablaufende Öl wird durch die Drossel 39 gebremst (vergleiche 52 in Fig. 3). Die Schwenkgeschwindigkeit nimmt ab und wird kurz vor Erreichen der Endlage 8′ durch die zusätzlich im Schwenkzylinder 2 wirkende Endlagendämpfung 11 (vergleiche 53 in Fig. 3) bis auf Null abgebremst.

Fig. 4 zeigt analog den Rückschwenkvorgang von der Endlage 8′ zur Endlage 8, Pfeil 59. Dabei wird von der Totlage 47 des Schwenkzylinders 2 ab dessen Bodenraum­ druck 57 nicht wie in Fig. 3 der Druck 50 auf Null gehalten, sondern mit einem reduzierten Wert 57′ auf­ geschaltet. Dies kann beispielsweise durch Aktivschalten der Ventile 35 und 36 geschehen, sofern ein Lastdruck-Sensierungs-Verfahren angewendet wird.

Diese Maßnahme bewirkt gleichzeitig auch eine Reduzierung des Bodendrucks 55 des Schwenkzylinders 1 vom hohen Wert 55′ auf den Wert 55′′, der gleich dem Wert 57′ ist. Dadurch wird erfindungsgemäß vermieden, daß der Dämpfungsdruck der internen Endlagendämpfung 58 (11 in Fig. 1 u. 2 für Schwenkzylinder 1) zu hoch ansteigt. Damit kann die Schwenkbühne 8 bis zur Endlage auf Null abgebremst werden.

Claims (11)

1. Schwenkwerk mit zwei separaten Zylinder-Kurbeltrieben als Antrieb, insbesondere für Kran- und Baggeranlagen, wobei die Totpunkte der Zylinder-Kurbeltriebe bezüg­ lich des Schwenkwinkels zueinander versetzt und die Schwenkzylinder mittels einer hydraulischen Ansteuerung von einer Pumpe über Steuerelemente betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens bei einem Schwenkzylinder (1 bzw. 2) der Pumpendruck über ein Ventil (25 bzw. 26) beim Durchgang durch einen bodenseitigen Totpunkt vom Bodenraum auf den Stangen­ raum und der Rücklaufdruck vom Stangenraum auf den Bodenraum schaltbar ist bzw. umkehrt, während gleich­ zeitig der Stangen- oder der Bodenraum des anderen Zylinders (2 bzw. 1) als ölaufnehmende Seite mit der Pumpe (21) verbunden bleibt.

2. Schwenkwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikversorgung nach dem Load-Sensing- Verfahren erfolgt, wobei der Druck von den Last­ drücken beider Schwenkzylinder (1, 2) beeinflußbar ist.

3. Schwenkwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem Teil der Schwenkbereiche, in denen die Bodenflächen beider Kolben der Schwenk­ zylinder (1, 2) zusammen das Schwenkmoment erzeugen, dieser über Steuerelemente zur Begrenzung des ver­ fügbaren Drucks, wie durch Begrenzung des sensierten Lastdrucks, reduzierbar ist.

4. Schwenkwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über Steuerventile nur jeweils einer der beiden Bodenräume der Schwenk­ zylinder (1, 2) gleichzeitig mit Druck beaufschlagbar ist und der andere Bodenraum jedoch selbstansaugend geschaltet ist oder mit einem Fülldruck versehen wird.

5. Schwenkwerk, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils derjenige Schwenkzylinder (1, 2) selbstansaugend schaltbar ist, dessen Kolben­ stange (5, 6) weniger weit ausgefahren ist.

6. Schwenkwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkzylinder (1, 2) auf ihrer Stangenseite mit Anordnungen (11) zur Endlagendämpfung versehen sind.

7. Schwenkwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangenräume der Schwenkzylinder (1, 2) über Senkbremsventile (37, 38) beaufschlagt sind, wobei die Bremsfunktion an dem Schwenkzylinder (1 bzw. 2) mit dem jeweils selbst­ ansaugenden Bodenraum einschaltbar ist.

8. Schwenkwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenräume der Schwenkzylinder (1, 2) mit Drossel-Rückschlagventilen (41, 43 und 42, 44) für das ablaufende Öl versehen sind.

9. Schwenkwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwenkzylinder (1, 2) über ein zugeordnetes Proportionalventil (25, 26) steuerbar ist, das Lastdruck-Sensierungs­ anschlüsse besitzt und daß der Mittelwert beider sensierten Lastdrücke dem Regelorgan (21) als Steuer­ größe zuleitbar ist.

10. Schwenkwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrigere der beiden sensierten Lastdrücke der Schwenkzylinder (1, 2) als Steuergröße des Regelorgans (21) dient, sofern beide Schwenkzylinder (1, 2) aktiv geschaltet sind.

11. Schwenkwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der höhere der beiden sensierten Lastdrücke der Schwenkzylinder (1, 2) reduziert auf einen Wert proportional der Ansteuerung des Proportionalventils (25 bzw. 26) als Steuergröße des Regelorgans (21) dient.