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EP1778923B1 - Hydraulische steueranordnung - Google Patents

Hydraulische steueranordnung Download PDF

Info

Publication number
EP1778923B1
EP1778923B1 EP05770225A EP05770225A EP1778923B1 EP 1778923 B1 EP1778923 B1 EP 1778923B1 EP 05770225 A EP05770225 A EP 05770225A EP 05770225 A EP05770225 A EP 05770225A EP 1778923 B1 EP1778923 B1 EP 1778923B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
hydraulic
nozzle
pressure
shuttle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP05770225A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1778923A1 (de
Inventor
Erhard Karl
Edwin Harnischfeger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Publication of EP1778923A1 publication Critical patent/EP1778923A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1778923B1 publication Critical patent/EP1778923B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2203Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
    • E02F9/2207Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing or compensating oscillations
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02Installations or systems with accumulators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02Installations or systems with accumulators
    • F15B1/021Installations or systems with accumulators used for damping

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic control arrangement for damping pitch oscillations of a mobile machine according to the preamble of claim 1.
  • Mobile machines such as forklifts, telescopic loaders, wheel loaders usually have no spring-damper system between Fahrwerg and vehicle chassis, as is the case with cars and trucks.
  • the chassis damping takes place in mobile machines essentially on the tires and is therefore relatively limited.
  • the use of spring-damper systems in mobile work machines can result in undesirable, negative characteristics in certain operating situations, such as poor positioning accuracy when picking up and taking down loads due to rebounding or as reduced tensile forces on wheel loader buckets when working in the heap, which is due to the energy absorption in the spring-damper system.
  • a disadvantage of undamped machines are the significantly poorer handling characteristics.
  • work machines with transport loads outside the wheelbase tend faster driving depending on the road condition and the load to some considerable pitching vibrations.
  • the work machine then shows a significantly deteriorated steering and braking behavior.
  • the vehicle and the driver are heavily burdened by the vibrations occurring and the positional stability of the transport load is at risk, which can lead to a loss of cargo in adverse conditions.
  • the accelerations acting on the driver can lead to significant damage to your health.
  • the increased vehicle load due to the swinging in and out causes increased wear and leads to increased maintenance.
  • a stabilizing system with hydropneumatic accumulator is installed as a spring-damper element between the control block and the lifting cylinder bottom side in the hydraulic lifting systems of the working machine.
  • a solution is for example from the DE 197 43 005-A1 known.
  • a bottom side of a hydraulic cylinder lifting equipment of the machine is connected via a pilot-operated directional control valve with a hydraulic accumulator from a predetermined driving speed.
  • the hydraulic accumulator is charged via another pilot-operated switching valve. The latter also makes it possible to adapt the accumulator pressure to the load pressure acting on the hydraulic cylinder.
  • the DE 197 54 828 A1 discloses a hydraulic control arrangement for damping Nickschwihgungen, in which the bottom side of the hydraulic cylinder with the hydraulic accumulator and the ring side with the tank can be connected while driving via a logic valve assembly.
  • This logic valve arrangement also allows the filling of the hydraulic accumulator during the working cycle.
  • the equalization of the accumulator pressure to the load pressure in this known solution via a throttle with downstream check valve. This solution is very complicated and expensive.
  • the present invention seeks to provide a hydraulic control arrangement can be reduced with the pitch oscillations of a mobile machine with minimal effort.
  • the hydraulic control arrangement has a damping valve arrangement, by means of which a first pressure chamber of a hydraulic cylinder for pitching oscillation damping effective in the support direction can be connected to a hydraulic accumulator and a pressure chamber of the hydraulic cylinder effective in the lowering direction can be connected to a tank or low pressure.
  • a damping valve arrangement of the hydraulic accumulator during a working cycle of the hydraulic cylinder for filling with a pump line and for equalizing the accumulator pressure to the load pressure to be connected to the tank or low pressure.
  • the hydraulic control arrangement has a nozzle valve arrangement with two different nozzle cross sections, of which the larger nozzle cross section during filling and the smaller nozzle cross section when adjusting the accumulator pressure to the load pressure are effective.
  • the damping valve arrangement is designed with a pilot-operated directional control valve which shuts off a connection between the first pressure chamber and the hydraulic accumulator and between the second pressure chamber and the tank / low pressure in a basic position and which opens these connections in a switching position.
  • the pilot control can take place via an electrically operated pilot valve, which acts on an effective in the opening direction control surface of the directional control valve in a switching position with tank pressure and in a second switching position with the accumulator pressure.
  • the nozzle valve assembly is connected to a bypass line through which the directional control valve is bypassed.
  • the nozzle valve assembly is designed as a shuttle valve, wherein each nozzle cross-section is associated with a check valve, which permits a pressure medium flow to the hydraulic accumulator or a pressure medium flow in the opposite direction during filling.
  • the shuttle valve is designed with a shuttle bolt, which is movably guided in a valve bore between two valve seats.
  • the shuttle bolt has an end face in each case a valve cone, on whose outer circumference in each case at least one nozzle notch is formed.
  • the effective nozzle notch cross-section on a poppet is greater than that on the other poppet, so that the larger nozzle notch cross-section is traversed during the filling of pressure medium, while the pressure medium flow is determined when adjusting by the smaller nozzle notch cross-section.
  • the nozzle In a simply constructed shuttle bolt, the nozzle notches open in a flattening on the outer circumference of the shuttle bolt.
  • the components of the pitching vibration damping are designed in a separate valve housing, wherein the axis of the directional control valve of the damping valve assembly is perpendicular to the axis of the shuttle valve.
  • the two valve seats of the shuttle valve are preferably each formed on a valve sleeve.
  • the design of the shuttle valve is chosen so that the shuttle bolt with relatively little effort is interchangeable, so that the loading and unloading speed of the hydraulic accumulator can be adapted by changing the shuttle bolt to different requirements of working machines.
  • an alternative solution can also be used to enable filling and matching.
  • the larger, effective in filling shuttle nozzle is arranged in the directional valve bypass line bypassing this and a check valve upstream, which allows a flow of pressure medium to fill and shuts off in the opposite direction.
  • the check valve and the larger shuttle nozzle branches off a branch line, in which the smaller shuttle nozzle is arranged and which leads to the input of a An Eisenberichtventils whose output is connected to the tank. This An Eisen protestil can be brought to match in an open position, so that pressure fluid can flow from the hydraulic accumulator via the two shuttle nozzles to the tank.
  • This variant is particularly simple if the switching of the An Eisen Kunststoffus done by the pressure at the input.
  • a directionally variable damping nozzle can be provided in a control line, and to protect the hydraulic accumulator from excessive pressure, the hydraulic control arrangement can be designed with a pressure limiting valve.
  • a draining of the hydraulic accumulator is possible via a preferably manually operated drain valve.
  • FIG. 1 shows a system diagram of a hydraulic control arrangement for pitch vibration damping of a smaller mobile machine, such as a wheel loader or a forklift.
  • This has a lifting equipment for lifting loads, which is actuated via two parallel hydraulic cylinders 2, 4.
  • the pressure medium supply takes place by means of a mobile control block 6, via which the two hydraulic cylinders 2, 4 with a variable displacement pump or a tank (not shown) are connectable.
  • Two working ports A, B of the mobile control block 6 are connected via a flow line 8 and a drain line 10 with a bottom-side cylinder chamber 12 and an annular space 14 of the two hydraulic cylinders 2, 4.
  • the pressure medium is conveyed into the two cylinder chambers 12 and displaced from the two annular spaces 14 via the mobile control block 6 to a tank T.
  • the two annular spaces 14 and the cylinder chambers 12 of the hydraulic cylinders 2, 4 are connected directly to each other.
  • the pitching vibration damping takes place by connecting the two cylinder chambers 12 with a hydraulic accumulator 16.
  • This acts as a hydropneumatic spring-damper element, which is practically installed between the hydraulic cylinders 2, 4 and the mobile control block 6.
  • the two annular spaces 14 are connected to the tank T during the pitching vibration damping.
  • the connection to the tank T and the hydraulic accumulator 16 via a damping valve assembly 18, with its two input terminals A, B via a storage line 20 and a discharge line. 22 are connected to the flow line 8 and the drain line 10.
  • a storage port X2 of the damping valve assembly 18 is connected to the hydraulic accumulator 16 and a tank port T to the tank.
  • the damping valve assembly 18 has a pilot-operated 4/2-way valve 24 which is biased by a spring into its illustrated blocking position, in which the two working ports A, B are shut off from the ports X2 and T.
  • the pilot-operated directional control valve 24 is actuated via an electrically operated pilot valve 26, which in its spring-biased basic position connects a control line 28 leading to a control chamber of the directional control valve 24 which opens in the opening direction via a tank control line 25 to a tank channel 30 connected to the tank connection T.
  • an electromagnet of the pilot valve 26 When an electromagnet of the pilot valve 26 is energized, it is brought into its switching position, in which the control line 28 is connected via a charge control line 27 connected to a connection P of the pilot control valve 26 to a storage channel 32 leading to the storage connection X2.
  • a direction variable damping throttle 34 is arranged, which is designed in the illustrated embodiment as a shuttle valve and two throttles 36, 38 having different diameters, which are connected in parallel to each other, wherein the throttle 36 in the direction of the control chamber to the pilot valve 26 opening
  • Check valve 40 and the throttle 38 is associated with a control oil flow to the control chamber enabling check valve 42.
  • the control of the pilot valve 26 is carried out either by hand or in response to a mobile control device when the work machine has exceeded a predetermined driving speed.
  • the damping valve assembly 18 also has a pressure limiting valve 44, which is arranged in a connecting channel 46 between the storage channel 82 and the tank channel 30. By this pressure relief valve 44, the maximum pressure of the hydraulic accumulator 16 is limited.
  • a drain valve 50 is arranged, which by hand from a blocking position can be brought into an open position to connect the hydraulic accumulator 16 with the tank channel 30.
  • This emptying of the hydraulic accumulator 16 may be required, for example, for maintenance or malfunction.
  • FIG. 1 branches in the pressure fluid flow path between the working port A and the directional control valve 24 from a bypass channel 52, in which a nozzle valve assembly 53 is arranged, which is formed in the illustrated embodiment as a shuttle valve 54, the output of which opens into the discharge channel 48, which in turn branches off from the storage channel 32.
  • the shuttle valve 54 is in FIG. 1 shown enlarged on the top left. Accordingly, the bypass passage 52 branches into two branch lines, wherein in the in FIG.
  • the solenoid of the pilot valve 26 is de-energized, so that the control chamber of the directional control valve 24 relieved and accordingly the directional control valve 24 remains in its spring-biased home position.
  • the hydraulic accumulator 16 is charged via the storage line 20, the bypass channel 52, the check valve 62 and the shuttle nozzle 60 and the storage channel 32.
  • the maximum accumulator pressure is limited via the pressure limiting valve 44. This maximum pressure is set so that the pressure limiting valve 44 does not open during a normal working cycle. Should the pressure limiting valve 44 nevertheless respond, it is ensured in cooperation with the shuttle nozzle 60 that a load pressure which is effective above this limiting pressure remains in front of it.
  • the hydraulic accumulator 16 is correspondingly discharged via the check valve 58 and the smaller shuttle nozzle 56 to the lower load pressure level.
  • the loading and unloading speed is determined essentially by the different Shuttledüsenqueritese.
  • the stabilization system After turning off the stabilization system, i. the electroless switching of the solenoid of the pilot valve 26, the latter is moved back into its spring-biased home position and connected according to the control chamber of the directional control valve 24 to the tank T; the directional control valve is moved back into its blocking position by the force of the springs and the stabilization system is switched off. Pressure fluctuations in the control channel 28 during these on and off operations of the stabilization system are damped by the variable direction damping nozzle 34.
  • FIG. 2 is a sectional view of a valve block 64 is shown, through which the damping valve assembly 18 is formed.
  • the valve block 64 is penetrated by a valve bore 66 in which a slide 68 of the directional control valve 24 is guided axially displaceably.
  • the slider 68 is acted upon by a spring 70 in its illustrated basic position in which it bears against a closure screw 72 which closes the valve bore 66.
  • the spring 70 is supported on a cap 74 screwed into the valve block 64 and engages on a spring plate 76 on the slider 68 at.
  • valve bore 66 is expanded to four annular spaces 78, 80, 82 and 84 and to a control chamber 86.
  • the latter is limited on the one hand by the end face of the screw plug 72 and on the other hand by the adjacent end portion of the valve spool 68 and is connected via the dashed lines indicated control line 28 and the variable damping throttle 34 to the pilot valve 26, from the in FIG. 2 only the switching magnet is shown, which is fixed in the valve block 64.
  • the annular space 80 is connected to the working port B, the annular space 78 to the tank port T, the annular space 82 to the working port A and the annular space 84 to the storage port X2, which is approximately perpendicular to the plane in FIG. 2 is trained.
  • the slider 68 has two cam grooves 88, 90 through which two control edges 92 and 96 are formed. Via the latter control edge 96, the connection between the annular spaces 78, 80, i. between the working port B and the tank port T on and controlled, while via the control edge 92, the connection between the annular spaces 82, 84, i. between the working port A and the storage port X2 is opened or closed.
  • the memory channel 32 connected to the memory terminal X2 and the annular space 84 extends approximately perpendicular to the plane of the drawing FIG. 2 .
  • the shuttle valve 54 is arranged in the valve block 64, whose axis therefore also perpendicular to the plane in FIG. 2 runs.
  • the axis of the slider 68 extends perpendicular thereto in the plane according to FIG. 2 ,
  • the shuttle valve 54 is disposed in the region between the annular space 82 and the memory channel 32 and connected via the indicated channels with these.
  • the annular space 82 the slide 68 and its part 98, which is radially recessed by the control groove 90, and the working port A and a channel 100, via which the working port A is connected to a bore 102 of the valve block 64.
  • the shuttle valve 54 is received in this bore 102.
  • This has two valve sleeves 104, 106, which are screwed into the bore 102, wherein the depth of engagement is limited by a shoulder 108.
  • the two valve sleeves 104, 106 are inserted from the right and the bore 102 is closed during assembly via a screw plug 110.
  • the two valve sleeves 104, 106 form a valve bore 112, in which a shuttle bolt 114 is guided axially displaceable.
  • valve cone 116, 118 which is associated with a valve seat 120 and 122 in the valve sleeve 104 and 106, respectively.
  • the distance between the two valve seats 120, 122 is selected to be slightly larger than the length of the shuttle bolt 114, so that it can only ever rest on one of the valve seats 120, 122.
  • these are both executed in their right end portion with recesses 132, 134 for applying a tool.
  • the nozzle notches 124 and 126 thus practically form the shuttle nozzles 60, 56 of the shuttle valve 54 in FIG FIG. 1 , while the poppets 116, 118 in cooperation with the valve seats 120 and 122, the two check valves 62, 58 training.
  • On the outer circumference of the shuttle bolt 114 are two diametrically opposed flattenings (see also FIG. 2 ) 128 formed in which the nozzle notches 124, 126 leak.
  • a pressure medium flow channel is formed together with the peripheral walls of the valve bore 112.
  • the pressure medium During filling, ie during the normal working cycle of the lifting equipment, the pressure medium enters the bore 102 via the working port A and the channel 100. This pressure acts on the in FIG. 3 right end face of the shuttle 114, so that it is lifted from the valve seat 122 and brought with the poppet 116 in abutment against the valve seat 120. The pressure medium can then flow via the opened valve seat 122, the space bounded by the flattening 128 and the outer circumference of the valve bore 112 and the shuttle nozzle 60 delimited by the nozzle notches 124 into the channel section 130 and from there into the storage channel 32 to the hydraulic accumulator 16, so that this is loaded.
  • a similar construction is also arranged as a directionally variable damping throttle 34 in the control line 28.
  • valve sleeve makes it possible to replace the shuttle bolt 114 very easily, so that the effective diameter of the shuttle nozzles 56, 60 can be adapted to the requirements of the vehicle.
  • FIG. 4 shows a solution in which the filling and matching can be done independently of the setting of the mobile control block 6.
  • the basic circuit corresponds to that of FIG. 1 , wherein only the nozzle valve assembly 53 is designed differently with respect to the above-described solution.
  • the remaining hydraulic components correspond to the above-described embodiment, so that to avoid repetition with respect to the matching components to the comments on FIG. 1 is referenced.
  • the nozzle valve assembly 53 also has two shuttle nozzles 60, 56, wherein the larger shuttle nozzle 60 determines the pressure medium flow during filling and the shuttle nozzle 56 with a smaller cross section determines the pressure medium flow during the adaptation.
  • the shuttle nozzle 60 is arranged in a bypass channel 52 of the damping valve arrangement 18, as in the previously described embodiment.
  • a filling check valve 62 is still provided, which allows a flow of pressure medium from the storage line 20 to the larger shuttle nozzle 60.
  • branch line 136 In the area between the filling check valve 62 and the shuttle nozzle 20 branches off a branch line 136, in which the smaller shuttle nozzle 56 is arranged.
  • the branch line 136 leads to an input connection P 'of a matching control valve 138, whose output connection A' is connected to the tank channel 30 via a compensation line 140.
  • the An Eisenêtventil 138 is in the illustrated embodiment a switching valve which is biased by means of a relatively strong spring 146 in its illustrated blocking position. The pressure in the area between the shuttle nozzle 56 and the inlet connection P 'is tapped off via a control line 142 and led to a control space effective in the opening direction of the adjustment control valve 138.
  • a control pressure acting in the closing direction is picked off by means of a further control line 144 from a section of the bypass channel 52 located upstream of the filling check valve 62.
  • the equalization with a decrease in the pressure in the cylinder chamber 12 takes place - in this embodiment, regardless of the setting of the mobile control block 6 - via the An Eisenberichtventil 138 through which the hydraulic accumulator 16 directly, ie, bypassing the mobile control block 6, with the tank T is connectable.
  • the actuation of the An Eisenberichtventils takes place by comparing the pressure of the storage line 20 which is connected to the cylinder chamber 12 with the pressure of the hydraulic accumulator 16, which rests in the storage channel 32. These two pressures are tapped via the two control lines 144 and 142, respectively.
  • the adjustment control valve 138 When the load pressure, ie the pressure in the cylinder chamber 12, drops, the adjustment control valve 138 is switched to its open position by the higher accumulator pressure so that the input port P 'is switched over. is connected to the output terminal A 'and the memory via the memory channel 32, the larger shuttle nozzle 60, the smaller shuttle nozzle 56, the controlled An Eisenêtventil 138, the equalization line 140 and the tank channel 30 is connected to the tank T, so that the accumulator pressure corresponding to the load pressure is equalized.
  • the two shuttle nozzles 60, 56 are connected in series, wherein the pressure medium flow is essentially limited by the smaller shuttle nozzle 56, so that the adjustment processes are comparatively slow, while during filling only the larger shuttle nozzle 60 is effective and thus the hydraulic accumulator 16 can be increased quickly to the respective load pressure.
  • FIG. 4 is yet another feature shown.
  • a check valve 148 is provided in the connected to the port P of the pilot valve 26 Grilltechnisch 27, which opens in the direction of the pilot valve 26 and closes in the opposite direction, so that when decreasing the pressure in Hydraulic accumulator 16 of the directional control valve 24 acting control pressure does not drop and thus this remains in its passage position. In practice, however, this will automatically switch over due to leaks after a certain time (for example 20s).
  • the circuit according to the invention makes it possible to dampen pitch oscillations with minimal device complexity, so that the mobile working machine can be moved at a higher driving speed and, accordingly, the handling performance is improved. Due to the low vibrations, the loads of the driver and the mechanical loads of the working machine are much lower than in non-damped machines Thus, the maintenance can be further reduced and improve transport safety over conventional solutions.
  • a hydraulic control arrangement for damping pitching oscillations wherein a hydraulic cylinder of a lifting equipment can be connected to a hydraulic accumulator via a damping valve arrangement during driving operation.
  • the damping valve arrangement has a nozzle valve arrangement with two different nozzle cross-sections, of which the larger in the filling of the hydraulic accumulator and the smaller in the adaptation of the hydraulic accumulator to the load pressure of the hydraulic cylinder are effective.

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Description

  • 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 Nickschwihgungen, 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.
  • Weitere hydraulische steueranordnunqen zur Dämpfung von Nickschwingungen sind in der EP-A-1 264 989 und in der DE-A-100 60 430 offenbart.
  • 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. Die hydraulische Steueranordnung hat 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.
  • Erfindungsgemäß ist Die Dämpfungsventilanordnung 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 bringens, 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 Hydrospeichers 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:
    • figur 1 ein Systemschaubild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwingungen;
    • Figur 2 eine Schnittdarstellung durch einen Ventilblock einer Dämpfungsventilanordnung der Steueranordnung aus Figur 1;
    • Figur 3 eine Detaildarstellung eines Shuttleventils des Ventilblocks aus Figur 2 und
    • Figur 4 ein Systemschaubild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steueranordnung zur Nickschwingungsdämpfung.
  • Figur 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 Mobilsteuerblocks 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 Figur 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 Entleeren des Hydrospeichers 16 kann beispielsweise für Wartungsarbeiten oder bei Störungen erforderlich sein.
  • Gemäß Figur 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 Figur 1 oben links vergrößert dargestellt. Demgemäß verzweigt der Bypasskanal 52 in zwei Zweigleitungen, wobei in dem in Figur 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 Arbeitsspieles 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 2. Etwa parallel zum Kanal 32 ist im Ventilblock 64 das Shuttleventil 54 angeordnet, dessen Achse demzufolge ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene in Figur 2 verläuft. Die Achse des Schiebers 68 verläuft senkrecht dazu in der Zeichenebene gemäß Figur 2. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das schuttleventil 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 Figur 3 erläutert, die eine Schnittdarstellung durch das Shuttleventil 54 entlang der in Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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 Abflachungen (siehe auch Figur 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 Figur 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. Figur 4 zeigt eine Lösung, bei der das Füllen und Angleichen unabhängig von der Einstellung des Mobilsteuerblocks 6 erfolgen kann. Die Grundschaltung entspricht derjenigen aus Figur 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 Figur 1 verwiesen wird.
  • Bei dem in Figur 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 Figur 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.
  • Bezugszeichenliste:
  • 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

Claims (14)

  1. Hydraulische Steueranordnung zur Dämpfung von Nickschwingungen einer mobilen Arbeitsmaschine, die einen Hydrozylinder (2, 4) zum Betätigen eines Arbeitswerkzeuges, beispielsweise einer Hubausrüstung hat, mit einer Dämpfungsventilanordnung (18), über die ein in Abstützrichtung wirksamer erster Druckraum (12) des Hydrozylinders (2, 4) zur Nickschwingungsdämpfung mit einem Hydrospeicher (16) und ein in Absenkrichtung wirksamer Druckraum (14) des Hydrozylinders (2, 4) mit einem Tank (T) oder Niederdruck verbindbar ist, und über die der Hydrospeicher (16) während eines Arbeitshubs des Hydrozylinders (2, 4) zum Füllen mit einer Speicherleitung (20) und zum Angleichen des Speicherdrucks an den Lastdruck des Hydrozylinders (2, 4) mit dem Tank (T) oder Niederdruck verbindbar ist, wobei die Dämpfungsventilanordnung (18) eine Düsenventilanordnung (54) mit zwei unterschiedlichen Shuttledüsen (56, 60) hat, von denen die größere Shuttledüse (60) beim Füllen und die kleinere Shuttledüse (56) beim Angleichen wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsventilanordnung (18) ein vorgesteuertes Wegeventil (24) hat, das in einer Grundstellung eine Verbindung zwischen dem ersten Druckraum (12) und dem Hydrospeicher (16) sowie zwischen dem zweiten Druckraum (14) und dem Tank (T) absperrt und das in einer Schaltstellung diese Verbindungen öffnet, wobei die Vorsteuerung vorzugsweise mit einem elektrisch betätigten Vorsteuerventil (26) erfolgt, das in einer Stellung eine in Öffnungsrichtung des Wegeventils (24) wirksame Steuerfläche mit dem Tank- oder Niederdruck und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Speicherdruck beaufschlagt.
  2. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Düsenventilanordnung (54) in einer Bypassleitung (52) zum Wegeventil (24) angeordnet ist.
  3. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Düsenventilanordnung ein Shuttleventil (54) ist und jeder Shuttledüse (56, 60) ein Rückschlagventil (58, 62) zugeordnet ist.
  4. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 3, wobei das Shuttleventil (54) einen Shuttlebolzen (114) hat, der in einer Ventilbohrung (112) zwischen zwei Ventilsitzen (120, 122) bewegbar geführt ist und der stirnseitig jeweils einen Ventilkegel (116, 118) hat, an dessen Außenumfang jeweils zumindest eine Düsenkerbe (124, 126) ausgebildet ist, wobei der wirksame Düsenkerbenquerschnitt an einem Ventilkegel (116) größer als am anderen Ventilkegel (118) ist.
  5. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei die Düsenkerben (124, 126) in zumindest einer achsparallel verlaufenden Abflachung (128) am Außenumfang des Shuttlebolzens (114) münden.
  6. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Shuttleachse senkrecht zur Achse des Wegeventils (24) angeordnet ist.
  7. Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei die Ventilsitze (120, 122) jeweils an einer Ventilbuchse (104, 106) ausgebildet sind.
  8. Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 4 bis 7, wobei der Shuttlebolzen (114) auswechselbar angeordnet ist.
  9. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei die größere Shuttledüse (60) in der Bypassleitung (52) angeordnet ist, in der ein in Richtung Füllen öffnendes Rückschlagventil (62) vorgesehen ist und wobei von einem Bypassleitungsabschnitt zwischen dem Rückschlagventil (62) und der größeren Shuttledüse (60) eine Zweigleitung (136) abzweigt, die zu einem Eingangsanschluss (P') eines Angleichsteuerventils (138) geführt ist, dessen Ausgangsanschluss (A') über eine Angleichsleitung (140) mit der Tankleitung (30) verbunden ist und das zum Angleichen aus einer Sperrstellung in eine Öffnungsstellung verschiebbar ist.
  10. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 9, wobei das Angleichsteuerventil (138) ein Schaltventil ist, dessen Ventilkörper über eine Feder (146) und einem dem Lastdruck entsprechenden Steuerdruck in Schließrichtung und von einem dem Speicherdruck entsprechenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist.
  11. Hydraulische Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 10, wobei in einer einen Eingangsanschluss (P) des Vorsteuerventils (26) mit dem Hydrospeicher (16) verbindenden Füllsteuerleitung (27) ein in Richtung zum Hydrospeicher (16) sperrendes Rückschlagventil (148) angeordnet ist.
  12. Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei in einer Steuerleitung (28) zwischen Vorsteuerventil (26) und einem die Steuerfläche enthaltenden Steuerraum eine richtungsvariable Dämpfungsdüse (34) vorgesehen ist.
  13. Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem in Füllrichtung des Hydrospeichers (16) gesehen stromabwärts der Düsenventilanordnung (54) angeordneten Druckbegrenzungsventil (44) zur Begrenzung des maximalen Speicherdrucks.
  14. Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem, vorzugsweise handbetätigten, Entleerungsventil (50) zur Verbindung.des Hydrospeichers (16) mit dem Tank (T).
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