DE102005003065A1

DE102005003065A1 - Leistungsstarke Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen

Info

Publication number: DE102005003065A1
Application number: DE200510003065
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Minge; Wolfgang B.J. Georgi
Original assignee: Guenter Till & Co KG GmbH
Current assignee: Guenter Till & Co KG GmbH
Priority date: 2005-01-22
Filing date: 2005-01-22
Publication date: 2006-08-03

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung für Rüttelsteuerungen an Land- und Baumaschinen so auszubilden, dass sie folgenden Anforderungen gerecht wird: DOLLAR A È einfacher, kostengünstiger Aufbau DOLLAR A È starke Rüttelwirkung bei geringem Aufwand DOLLAR A È hohe Zuverlässigkeit DOLLAR A È Möglichkeit der elektronischen Steuerung des Rüttelvorgangs. DOLLAR A Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst, indem ein elektronisch angesteuertes Hydraulikventil, insbesondere ein Wegeventil, die zu rüttelnde Baugruppe durch wiederholtes Umschalten des Ölstroms, der den oder die Antriebszylinder der Baugruppe steuert, in eine Rüttelbewegung infolge der Pulsation der Ölsäule in dem oder den Arbeitszylindern versetzt. DOLLAR A Insbesondere wird die Frequenz der Umschaltung des elektronisch angesteuerten Hydraulikventils mit der oder den Schwingungseigenfrequenzen der Baugruppe so abgestimmt, dass an der Baugruppe Schwingungen mit anfangs ansteigender Amplitude, insbesondere Resonanzschwingungen, auftreten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen.
Bei Land- und Baumaschinen, beispielsweise einem Frontlader in der Landwirtschaft, hat man, nicht immer, aber häufig das Problem anhaftenden Transportguts, beispielsweise das Haften bleiben von Silage bei einem Frontlader. Hier wünscht sich der Bediener, dass das anhaftende Gut möglichst rasch abgelöst wird. Mechanische Einrichtungen hierzu sind bekannt und werden in der Beschreibung des technischen Standes angegeben.
Selbsttätig wirkende Rüttelsteuerungen für Land- und Baumaschinen oder Bergwerksmaschinen sind aus der Patentliteratur bekannt.

So wird in der Patentschrift DE 3631079 eine Rüttelsteuerung für eine Bergwerksmaschine angegeben. Hier wird der Hydraulikzylinder einer Schiebekappe durch eine selbsttätig wirkende Hydrauliksteuerung mit einem schwellenden Druck bzw. regelmäßigen Druckstößen beaufschlagt. Die Beaufschlagung mit dem schwellenden Druck bzw. den regelmäßigen Druckstößen erfolgt dadurch, dass bei Erreichen eines voreingestellten Drucks im Kolbenraum des Zylinders der mit gleichem Druck beaufschlagte Steuerschieber eines Wegeventil gegen eine Feder öffnet und die Zuleitung zum Kolbenraum des Zylinders mit einer zweiten, bisher drucklosen Zuleitung verknüpft.

Durch den nun in die zweite Zuleitung einschießenden Druck aus der ersten Zuleitung findet ein Druckabfall im Kolbenraum des Zylinders statt infolge des Druckabbaus in der ersten Zuleitung, verbunden mit einem sich erneut aufbauenden, aus der Pumpe gespeisten Druck in beiden Zuleitungen.

Der nun wieder vergrößerte Druck wirkt auf den Zylinder und gleichzeitig auf eine zweite Fläche des Wegeventils, wodurch das Wegeventil wieder schließt und die zweite Zuleitung zum Kolbenraum wieder entlastet. Die volle Funktion des Systems wird sichergestellt durch zusätzliche Rückschlagventile, einer Drossel vor der zweiten Steuerfläche des Wegeventils, unterschiedlich großer Steuerflächen des Wegeventils sowie einer Schließfeder am Wegeventil.

Der Rüttelvorgang wird also selbsttätig bei Erreichen eines bestimmten Drucks im Kolbenraum eingeleitet. Die Aufgabe eines vom Maschinenbediener vorgebbaren Rüttelns bei Land- und Baumaschinen, um beispielsweise anklebendes Transportgut vollständig von der Schaufel eines Vorderladers zu lösen, lässt sich mit einer derartigen Einrichtung nicht realisieren, da hier das Rütteln völlig unabhängig vom Druck in den Hydraulikzylindern zur Abstreifung anhaftenden Restguts stattfinden muss.

In der Patentschrift DD 286 999 wird eine Rütteleinrichtung beschrieben, wie sie beispielsweise bei Kippaufsätzen auf LKW eingesetzt werden kann. Hier wird ähnlich wie in der bereits aufgeführten Patentschrift DE 3631079 ein Hydraulikventil angesteuert, das seinerseits über wechselnde Drücke im Zylinder für eine Rüttelbewegung sorgt. Im Unterschied zur Patentschrift DE 3631079 erfolgt die Ansteuerung hier über ein Seil, das sich bei Erreichen der Endlage des Kippaufsatzes spannt, ein Ventil betätigt das seinerseits die Ölsäule im Zylinder entspannt, wodurch der Kippaufsatz leicht absinkt und das ventilbetätigende Seil sich wieder entspannt.

Die Aufgabe eines vom Maschinenbediener vorgebbaren Rüttelns bei Land- und Baumaschinen ist auch mit einer derartigen Rütteleinrichtung nur begrenzt lösbar. Dazu müsste erstens die Rütteleinrichtung so verändert werden, dass das Rütteln, das hier in der Endlage selbsttätig und vom Bediener nicht steuerbar ausgelöst wird, sich über das Einfügen einer zusätzlichen technischen Einrichtung abschalten lässt, denn nicht in jedem Falle wird Restgut haften bleiben. Zweitens müsste die Lage, bei der das Rütteln einsetzen soll, flexibel vorgegeben werden können, da das Rütteln nicht in jedem Falle in der Endlage stattfinden muss. Dazu müsste erheblicher technischer Aufwand betrieben werden.

Ein Vorteil der beschriebenen Einrichtungen, insbesondere der Lösung nach Patentschrift DD 286 999 besteht darin, dass das Rütteln sich selbsttätig mit der Eigenfrequenz des Systems einstellt. Allerdings ist das hier lediglich als ein sich zufällig einstellender Nebeneffekt der selbsttätigen Auslösung des Wiederholvorgangs bei Erreichen einer Schwingungsendlage zu betrachten. Ziel und Aufgabe der dargestellten Erfindungen war die selbsttätige Auslösung der Rüttelwiederholung, während die Erreichung einer bestimmten Frequenz nicht explizit als Zielstellung oder auch nur als Heraushebung eines technischen Vorteils angegeben wurde.

Die Aufgabe der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung besteht nun darin, eine Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen so auszuführen, dass sie folgende Anforderungen erfüllt:

• Einfachste, kostengünstige Steuerung
• Zuverlässiger Aufbau mit möglichst wenigen, mechanisch bewegten Teilen
• Hoher Bedienkomfort durch vielfältige Möglichkeiten der Einflussnahme seitens des Bedieners

Die Verknüpfung des Vorteils des Schwingens mit Eigenfrequenz mechanischer Rütteleinrichtungen aus der aufgeführten Patentliteratur mit den Möglichkeiten einer komfortablen Beeinflussung des Rüttelvorgangs über elektronische Steuerungsmöglichkeiten wird realisiert mittels eines elektrisch steuerbaren Ventils, das über eine geeignete elektronische Steuerung das zu rüttelnde Bauteil in Schwingungen, insbesondere Resonanzschwingungen, versetzt gemäß der Patentansprüche.

Aus der Schwingungslehre ist bekannt, dass die Amplitude fremderregter Schwingungen bei Resonanz an größten wird. Mithin sind bei gleichbleibender Frequenz die Beschleunigungen am größten, wenn die Amplitude maximal wird. Die Beschleunigung anhaftenden Schüttguts und damit die Ablösekraft für das Schüttgut wird damit maximal, wenn die Schwingungsbewegung am intensivsten ist.

Ziel ist es daher, die Schwingungsbewegung möglichst intensiv zu gestalten, aber gleichzeitig den Aufwand hierfür geringstmöglich zu halten. Die Lösung des technischen Problems erfolgt gemäß den in den Patentansprüchen angegebenen Lösungen.

Unterstützend zur Umsetzung eines optimalen Rüttelvorgangs wird die zu rüttelnde Baugruppe so gestaltet, dass ihre schwingungsrelevanten Parameter, insbesondere die Steife der Aufhängung, optimal mit dem erregenden Ventil zusammenwirken. Insbesondere kann die relativ hohe Steife der Ölsäule auf der Stangenseite in Endlagennähe vermindert werden durch Verbinden der Stangenseite mit zusätzlicher Speicherkapazität für komprimiertes Öl, insbesondere bekannten hydraulischen Speichen wie beispielsweise Blasenspeichern. Es kann jedoch auch der Zylinder so ausgeführt werden, dass die zusätzliche Speichermöglichkeit für komprimiertes Öl im Zylinder integriert ist, beispielsweise mittels einem verlängerten Zylinderrohr mit Anschlag für die Endlage auf der Stangenseite.

1 zeigt eine hydraulische Schaltung mit der das Rütteln, gemäß den in den Ansprüchen formulierten Lösungsmöglichkeiten, realisiert werden kann. Die Zylinder 1 betätigen hier eine nicht näher dargestellte Baugruppe, beispielsweise das Werkzeug 9 eines Frontladers. Das Steuerventil 2 betätigt mittels seiner Wege-Funktion das Ein- und Ausfahren des Zylinders 1. Das Lasthalteventil 3 stellt sicher, dass bei Auftreten einer Zugkraft an den Kolbenstangen 8, beispielsweise durch eine größere Last, keine Verschiebung der Kolbenstangen 8 möglich ist. Erst bei einer gezielten Druckbeaufschlagung der Kolbenräume der Zylinder 1 durch den Bediener wird das Lasthalteventil 3 über die Steuerleitung 3a geöffnet und eine Bewegung der Kolbenstangen 8 wird so möglich. Die Sicherheitsventile 4a und 4b sichern die Zylinder 1 gegen Maximaldruck ab. Bei Überschreiten eines maximalen Drucks öffnen die Sicherheitsventile 4a und 4b und verhindern Beschädigungen an den Zylindern oder dem Werkzeug 9. Die Eilgangsteuerventile 5a und 5b dienen der Umschaltung zwischen einer Eilgangbewegung und langsamer Bewegung des Werkzeugs durch gemeinsame bzw. getrennte Druckbeaufschlagung von Kolben- und Ringräumen der Zylinder 1. Mit dem Umschaltventil 6 kann eine weitere, nicht dargestellte Baugruppe betätigt werden und das Einschaltventil 7 dient als Einschalter für die gesamte Steuerbaugruppe.
Stellt nun der Bediener fest, dass Transportgut am Werkzeug 9 haftet, initiiert er die elektronische Rüttelsteuerung gemäß der in den Ansprüchen angegebenen technischen Lösungen. Dabei werden zunächst die Kolbenstangen 8, falls sie sich in Endlage befinden, etwas eingefahren durch Betätigung des Steuerventils 2. Alsdann werden mit Hilfe des Steuerventils 2 Schwingungen in den Ölsäulen der Zylinder 1 erzeugt. Die elektronische Ansteuerung des Steuerventils 2 erfolgt dabei so, dass die in den Ansprüchen dargestellten Lösungen realisiert werden. Insbesondere erfolgt die Ansteuerung so, dass die Schwingungsfrequenzen des Werkzeugs 9, die sich wesentlich aus der Steife der Ölsäulen in den Zylindern 1, der Steife der mechanischen Aufhängung des Werkzeugs 9 sowie der Masse von Werkzeug 9 und Kolbenstangen 8 ergeben, in Resonanz zur Ansteuerfrequenz des Steuerventils 2 ergeben.
2 zeigt den Schwingungsverlauf bei harmonischer Erregung eines schwingungsfähigen Systems mit verschiedenen Frequenzen. (Darstellung mit der Kreisfrequenz) Es wird der bekannte Zusammenhang deutlich, dass bei Erregung mit Frequenzen, die in der Nähe der Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems liegen, die Amplituden und damit auch die maximalen Beschleunigungen der erregten Schwingung maximal werden.

1: Zylinder
2: Steuerventil
3: Lasthalteventil mit Steuerleitung 3a
4: Sicherheitsventile
5: Eilgangsteuerventile 5a und 5b
6: Umschaltventil mit weiteren leitungen 6a
7: Einschaltventil
8: Kolbenstange
9: Werkzeug

Claims

Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisch angesteuertes Hydraulikventil, insbesondere ein Wegeventil, die zu rüttelnde Baugruppe durch wiederholtes Umschalten des Ölstroms, der den oder die Antriebszylinder der Baugruppe steuert, in eine Rüttelbewegung infolge der Pulsation der Ölsäule in dem oder den Antriebszylindern versetzt.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Umschaltung des elektronisch angesteuerten Hydraulikventils mit der oder den Schwingungseigenfrequenzen der Baugruppe so abgestimmt ist, dass an der Baugruppe Schwingungen mit anfangs ansteigender Amplitude, insbesondere Resonanzschwingungen auftreten.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Umschaltung des elektronisch angesteuerten Hydraulikventils vom Maschinenbediener eingestellt werden kann.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Sensorik und elektronischer Signalverarbeitung, insbesondere Drucksensoren, die Amplitudenmaxima ermittelt werden und davon ausgehend das Rüttelventil umgesteuert wird und auf diese Weise Resonanzschwingungen erzeugt werden.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter von Antriebszylinder und Baugruppe so abgestimmt sind, dass die Baugruppe mit den bei Wegeventilen üblicherweise erreichbaren Frequenzen leicht in Schwingungen zu versetzten ist.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum der Antriebszylinder mit zusätzlicher Speicherkapazität für komprimiertes Öl verbunden ist, insbesondere bekannten hydraulischen Speichen wie beispielsweise Blasenspeichern.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zylinder der Baugruppe auf Federn abstützen, die so dimensioniert sind, dass optimale Schwingungsverhältnisse im Zusammenwirken mit der Masse der Baugruppe und der Frequenz des Rüttelventils erreicht wird.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer während der ein wiederholtes Umschalten des Hydraulikventils stattfindet, so begrenzt wird, dass an der zu rüttelnden Baugruppe keine Schäden auftreten können.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Rüttelns ein Frequenzbereich in der Nähe der erforderlichen Frequenzen mit steigender bzw. fallender Frequenz durchfahren wird.
Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet dass während des Rüttelvorgangs die Antriebszylinder der Baugruppe etwas ein- bzw. ausgefahren werden um ein freies Schwingen der Ölsäulen zu ermöglichen.