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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Planiermaschinen und insbesondere auf Hydrauliksysteme für Motorgrader.
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Stand der Technik
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Planiermaschinen, wie beispielsweise Motorgrader, werden normalerweise zum Schneiden, Verteilen oder Nivellieren von Materialien verwendet, das eine Bodenfläche bilden. Zum Durchführen derartiger Erdreichformungsaufgaben beinhalten Planiermaschinen ein Arbeitsgerät, auch als Schild oder Schar bezeichnet. Das Arbeitsgerät kann relativ kleine Mengen an Erde von Seite zu Seite bewegen, im Vergleich zu einem Bulldozer oder einer anderen Maschine, die größere Mengen an Erde bewegt. Planiermaschinen werden häufig zur Bildung einer Vielzahl von Erdreichanordnungen verwendet, die es häufig erfordern, dass das Arbeitsgerät je nach Formungsaufgabe und/oder dem zu formenden Material in verschiedene Positionen und/oder Ausrichtungen positioniert wird. Die verschiedenen Arbeitsgerätpositionen können einen Schildschnittwinkel beinhalten.
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Planiermaschinen nutzen häufig Hydrauliksysteme, um die Funktionalität und Steuerung verschiedener Aspekte der Maschinen zu gewährleisten. Beispielsweise können einige Planiermaschinen mit hydraulischen Bremssystemen, Arbeitsgerätsystemen und/oder Lenksystemen ausgestattet sein.
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Ein Kreisantrieb kann eine Position eines mit dem Arbeitsgerät gekoppelten Kreises steuern und somit beispielsweise den Schildschnittwinkel einstellen. Unterschiedliche Arbeitsgerätpositionen können unterschiedliche Mengen an Drehmomente erfordern, um das Arbeitsgerät anzupassen, insbesondere wenn das Arbeitsgerät mit Material in Eingriff steht. Bei Beginn und/oder Freigabe eines Befehls zur Steuerung des Kreisantriebs können auf das Arbeitsgerät und/oder die Planiermaschine große Bodenkräfte wirken, die die Bewegung des Kreises zurücktreiben könnten. Ferner kann das Drehen des Kreises und des Arbeitsgeräts bei übermäßiger Belastung des Arbeitsgeräts zu Schlupf im Kreisantrieb, übermäßiger Wärmeentwicklung und Verschleiß von Kupplungs- und/oder anderen Räderwerkkomponenten führen. In einigen Fällen kann das Arbeitsgerät (z. B. Schild, Schar) während des Betriebs der Planiermaschine auf ein schweres und/oder unbewegliches Objekt treffen, beispielsweise auf einen Felsen, der zumindest teilweise im Erdreich eingebettet ist und aus diesem hervorsteht. Das Arbeitsgerät kann folglich die bei solchen Aufprallsituationen auftretenden Kräfte auf eine Antriebsanordnung der Maschine übertragen, beispielsweise auf eine Abtriebswelle eines Hydraulikmotors, die zum Drehantrieb eines Kreisantriebsrad der Planiermaschine ausgelegt ist.
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In Anbetracht der Geschwindigkeit der Maschine und ihrer Schwungkraft beim Fahren auf der Bodenfläche könnten diese Kräfte zum Versagen eines oder mehrerer mit der Antriebsanordnung der Maschine verbundener Komponenten führen. Daher wäre es vorteilhaft, ein System vorzusehen, das die Anfälligkeit der Komponenten in der Antriebsanordnung gegenüber solchen Kräften mindert, wenn das Arbeitsgerät und/oder die Planiermaschine auf einen Widerstand (z. B. durch den Boden aufgezwängte, schwere und/oder unbewegliche Gegenstände) in seinem Fahrweg trifft.
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Figurenliste
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Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Spezifikation einbezogen sind und einen Teil dieser Spezifikation darstellen, veranschaulichen verschiedene exemplarische Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Offenbarung.
- 1 ist eine Darstellung einer Seitenansicht einer Planiermaschine, die ein Kreisantriebssystem zur Steuerung eines Arbeitsgeräts gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweist;
- 2 ist eine Darstellung des Kreisantriebssystems innerhalb der Planiermaschine von 1, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreislaufs für ein Planiermaschinen-Kreisantriebssystem mit einem Hydraulikmotor gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 4 ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreislaufs für ein Planiermaschinen-Kreisantriebssystem mit zwei Hydraulikmotoren gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 5 ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreislaufs für ein Planiermaschinen-Kreisantriebssystem mit gebremstem Hydraulikmotor gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
- 6 ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreislaufs für ein Planiermaschinen-Kreisantriebssystem mit zwei gebremsten Hydraulikmotoren gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt eine Planiermaschine 100 mit einem Kreisantriebssystem 200. In einigen Ausführungsformen kann die Planiermaschine 100 ein Motorgrader sein. Die Planiermaschine 100 kann einen vorderen Rahmen 104 und einen hinteren Rahmen 106 beinhalten, die von Rädern getragen werden. Eine Bedienperson kann den vorderen Rahmen 104 relativ zum hinteren Rahmen 106 um einen Schwenkpunkt von einer Bedienerkabine 116 aus steuern, die beispielsweise auf dem vorderen Rahmen 104 angeordnet ist. Die Bedienerkabine 116 kann zur Aufnahme eines Lenkrads, von Hebeln, Steuerhebeln, Drucktasten und/oder anderen Arten von Benutzerschnittstellen zur Steuerung verschiedener Systeme der Planiermaschine 100 ausgelegt sein.
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In einigen Ausführungsformen kann eine Steuerung 118 mit einer oder mehreren Funktionen der Planiermaschine 100 in Verbindung stehen. Die Steuerung 118 kann beispielsweise Eingaben von Benutzeroberflächen in der Bedienerkabine 116 und/oder einer von der Planiermaschine 100 entfernten Schnittstelle empfangen und Ausgaben an diese senden. Beispielsweise kann die Planiermaschine 100 elektrohydraulische und/oder hydromechanische Hydrauliksysteme beinhalten, und die Steuerung 118 kann elektrische Schalter und/oder Ventile steuern, um Hydraulikzylinder, Motoren, Aktoren und/oder elektrische Elemente zu betreiben. Die Steuerung 118 kann eine oder mehrere Steuerungen beinhalten, die jeweils mit einer oder mehreren Komponenten oder Systemen der Planiermaschine 100 verbunden sind. Die Steuerung 118 kann zum Beispiel mit einer Pumpe und/oder Wegeventilen in Verbindung stehen, wie hierin näher beschrieben.
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Die Planiermaschine 100 kann einem Antriebsmotor 120 (z. B. einen Motor) beinhalten, die beispielsweise auf dem hinteren Rahmen 106 gelagert ist. Der Antriebsmotor 120 kann Antriebsenergie für angetriebene Komponenten der Planiermaschine 100 bereitstellen. Des Weiteren kann der Antriebsmotor 120 mit einer Pumpe oder einem Generator gekoppelt sein, um die Planiermaschine 100 mit hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Energie zu versorgen.
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Die Planiermaschine 100 kann ein Arbeitsgerät 110 beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann das Arbeitsgerät 110 ein Schild und/oder eine Schar für die Bodenplanierung sein. Das Arbeitsgerät 110 kann zum Schneiden, Verteilen, Nivellieren und/oder anderweitigen Bearbeiten von Erde oder anderem Material verwendet werden, das von der Planiermaschine 100 überquert wird. Das Arbeitsgerät 110 kann an einer Gestängeanordnung montiert sein, die eine Bewegung des Arbeitsgeräts 110 in eine Vielzahl von verschiedenen Positionen und Ausrichtungen relativ zum vorderen Rahmen 104 ermöglicht.
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Die Planiermaschine 100 kann eine Zugstange 130 beinhalten, die beispielsweise über eine Kugelgelenkanordnung am vorderen Rahmen 104 montiert ist. Wie in 1-2 gezeigt, kann die Zugstange 130 mit einer großen, flachen Jochplatte 132 gekoppelt sein. Die Position der Zugstange 130 kann durch Hydraulikzylinder gesteuert werden, einschließlich beispielsweise einen rechten Hubzylinder 134, einen linken Hubzylinder 136, einen Mittelschubzylinder 138 und eine Verbindungsstange 140. Eine Höhe (z. B. Schildhöhe) des Arbeitsgeräts 110 in Bezug auf die Fläche, die unter der Planiermaschine 100 gequert wird, kann hauptsächlich mit dem rechten Hubzylinder 134 und dem linken Hubzylinder 136 gesteuert und/oder angepasst werden. Der rechte Hubzylinder 134 und der linke Hubzylinder 136 können unabhängig voneinander gesteuert und somit zum Kippen des Arbeitsgeräts 110 verwendet werden. Basierend auf den Positionen des rechten Hubzylinders 134 und des linken Hubzylinders 136 kann das Arbeitsgerät 110 relativ zum gequerten Material gekippt werden, sodass der rechte Hubzylinder 134 und der linke Hubzylinder 136 das Kippen des Arbeitsgeräts 110 steuern können. Der rechte Hubzylinder 134 und der linke Hubzylinder 136 können auch zur Steuerung der Höhe des Arbeitsgeräts 110 relativ zur Planiermaschine 100 verwendet werden (z. B. gleichzeitiges Ausfahren/Einfahren), um die Tiefe des Schnitts in die Bodenfläche oder eine Höhe des Arbeitsgeräts 110 über der Bodenfläche zu steuern. Beispielsweise können der rechte Hubzylinder 134 und der linke Hubzylinder 136 für einen aggressiven Schnitt oder einen Formgebungsvorgang ausgefahren werden, sodass das Arbeitsgerät 110 von der Planiermaschine 100 weg auf eine geringere Tiefe ausgefahren wird. In einigen Ausführungsformen kann der rechte Hubzylinder 134 und der linke Hubzylinder 136 eingefahren werden, wenn die Planiermaschine 100 einen leichten Formgebungsvorgang durchführt, eine Bodenfläche zwischen Formgebungsvorgängen überquert und/oder es anderweitig wünschenswert ist, dass das Arbeitsgerät 110 die Bodenfläche nicht berührt, sodass die Zugstange 130 und das Arbeitsgerät 110 in Richtung der Planiermaschine 100 angehoben werden.
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Der Mittelschubzylinder 138 und die Verbindungsstange 140 können zur Verschiebung einer seitlichen Position der Zugstange 130 und aller an der Zugstange 130 befestigten Komponenten relativ zum vorderen Rahmen 104 verwendet werden (z. B. Zugstangen-Mittelschub). Der Mittelschubzylinder 138 kann ein mit der Zugstange 130 gekoppeltes Ende beinhalten und ein anderes Ende, das schwenkbar mit der Verbindungsstange 140 gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsstange 140 eine Vielzahl von Positionslöchern 142 beinhalten, um die Verbindungsstange 140 selektiv nach links oder rechts zu positionieren, damit der Mittelschubzylinder 138 die Zugstange 130 ferner auf die linke oder rechte Seite der Planiermaschine 100 verschieben kann.
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2 zeigt das Kreisantriebssystem 200 der Planiermaschine 100 von 1. In einigen Ausführungsformen kann das Kreisantriebssystem 200 eine Getriebeanordnung (nicht abgebildet) beinhalten, um mit einem Kreiszahnrad oder Kreis 210 in Eingriff zu kommen und zu drehen, das/der die Ausrichtung des Arbeitsgeräts 110 anpasst. Der Kreis 210 kann unter der Jochplatte 132 positioniert oder anderweitig direkt und/oder indirekt mit der Zugstange 130 gekoppelt sein. Der Kreis 210 kann eine Vielzahl von Zähnen (nicht abgebildet) beinhalten, die sich entlang einer gesamten Innenfläche des Kreises 210 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann der Kreis 210 über einen Tragarm 112 mit dem Arbeitsgerät 110 gekoppelt sein.
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Der Kreis 210 kann durch das Kreisantriebssystem 200 gedreht werden. In einigen Ausführungsformen kann das Kreisantriebssystem 200 einen Motor 250 und ein Getriebe 260 beinhalten. Der Motor 250 kann ein Hydraulikmotor (z. B. bidirektional) sein, der mit einer oder mehreren Hydraulikleitungen 252 gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 250 mit der Steuerung 118 in Verbindung stehen. Bei dem Motor 250 kann es sich um jeden Motor handeln, der eine rotierende Abtriebswelle beinhaltet oder mit dieser gekoppelt ist (z. B. Hydraulikmotor vom Typ Gerotor, Getriebemotor, Flügelradmotor, Axialkolbenmotor, Radialkolbenmotor). Obwohl nicht abgebildet, kann das Kreisantriebssystem 200 in einigen Ausführungsformen mehr als einen Motor und ein zugehöriges Getriebe beinhalten (z. B. ein vorderes Kreisantriebssystem und ein hinteres Kreisantriebssystem).
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Die sich drehende Abtriebswelle des Motors 250 kann das Getriebe 260 antreiben und damit den Kreis 210 in Drehung versetzen. Obwohl nicht abgebildet, kann das Getriebe 260 eine Abtriebswelle beinhalten, die mit den Zähnen des inneren Abschnitts des Kreises 210 in Eingriff kommt, um den Kreis 210 zu drehen. Das Getriebe 260 kann direkt mit dem Motor 250 gekoppelt sein oder über eine Zahnkupplung (nicht abgebildet) mit dem Motor 250 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann das Getriebe 260 seitlich neben dem Motor 250 liegen. Darüber hinaus kann das Getriebe 260 eine beliebige Zahnradanordnung beinhalten (z. B. ein oder mehrere epizyklische oder Planetenradanordnungen, Stirnräder, Schneckenräder), um die Drehung des Kreises 210 anzutreiben. In einigen Ausführungsformen kann das Getriebe 260 ein oder mehrere Planetenräder (nicht abgebildet) beinhalten, und eine Zahnkupplung kann den Motor 250 mit dem Getriebe 260 und der inneren Planetenradanordnung koppeln.
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In einigen Ausführungsformen kann das Getriebe 260 auch eine oder mehrere Rutschkupplungen und/oder Bremsen beinhalten, die dazu beitragen können, den Motor 250 und die Getriebeanordnung in Situationen zu schützen, in denen das Arbeitsgerät 110 und/oder der Kreis 210 beim Überqueren der Bodenfläche auf eine schwere oder starke äußere Belastung trifft. In einigen Ausführungsformen kann das Getriebe 260 eine Kombinationsschnittstelle beinhalten, über die Zahnkupplungen mit den anderen Teilen des Getriebes 260 verbunden werden können. So kann beispielsweise die Kombinationsschnittstelle ein Äußeres mit Gewindelöchern oder anderen Kupplungsmechanismen beinhalten, um äußere Komponenten der Zahnkupplung mit anderen Teilen des Getriebes 260 zu koppeln. Das Getriebe 260 kann ein Gehäuse zur Aufnahme des Getriebes beinhalten sowie eine auf der Jochplatte 132 montierte Stützplatte zur Kopplung des Kreisantriebssystems 200 mit der Gestängeanordnung.
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Die Drehung des Kreises 210 durch das Kreisantriebssystem 200 kann einen Kreiswinkel einstellen und das Arbeitsgerät 110 relativ zur Zugstange 130 schwenken. In einigen Ausführungsformen kann ein Schnittwinkel als der Winkel des Arbeitsgeräts 110 relativ zum Frontrahmen 104 definiert werden, und der Schnittwinkel kann durch eine Kombination aus der Position des Kreises 210 und der Position der Zugstange 130 gesteuert werden. Basierend auf der Wirkung des Kreisantriebssystems 200 können der Kreis 210 und das Arbeitsgerät 110 relativ zum vorderen Rahmen 104 im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. In einigen Ausführungsformen können der Kreis 210 und das Arbeitsgerät 110 bis zu etwa 75° im Uhrzeigersinn und/oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. In anderen Ausführungsformen können der Kreis 210 und das Arbeitsgerät 110 360° im Uhrzeigersinn und/oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Ein Schnittwinkel von 0° kann entstehen, wenn das Arbeitsgerät 110 im rechten Winkel zum Frontrahmen 104 angeordnet ist.
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In einigen Ausführungsformen kann ein Kreiswinkelsensor 212 (z. B. Drehsensor, Trägheitsmesseinheit) auf dem Kreis 210 positioniert sein, um eine Winkeldrehung des Kreises 210 und somit einen Winkel des Arbeitsgeräts 110 zu messen. Beispielsweise kann der Kreiswinkelsensor 212 in einer zentrierten Position am Kreis 210 montiert sein. In einem anderen Beispiel kann der Kreiswinkelsensor 212 in einer außermittigen Position am Kreis 210 montiert sein, und der Kreiswinkelsensor 212 und/oder andere interne Komponenten der Planiermaschine 100 können verwendet werden, um die Position des Kreises 210 und des Arbeitsgeräts 110 basierend auf einer Kompensation oder Korrektur zu berechnen, um die außermittige Position des Kreiswinkelsensors 212 zu berücksichtigen. Der Kreiswinkelsensor 212 kann auch dabei helfen, zu verhindern, dass das Arbeitsgerät 110 in einem solchen Winkel positioniert wird, in dem das Arbeitsgerät 110 die Räder berühren oder anderweitig stören kann. Der Kreiswinkelsensor 212 kann beispielsweise mit der Steuerung 118 in Verbindung stehen und die Bedienperson warnen und/oder die Drehung des Kreises 210 begrenzen, wenn eine ausgewählte Position das Arbeitsgerät 110 in einem Winkel positionieren würde, in dem das Arbeitsgerät 110 Räder und/oder andere Abschnitte der Planiermaschine 100 berühren könnte.
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Die Planiermaschine 100 kann eine Vielzahl von Hydraulikleitungen 252 zur Steuerung von Hydraulikzylindern und/oder Hydraulikmotoren beinhalten. Die Planiermaschine 100 kann eine Hydraulikpumpe (z. B. die Pumpe 330) beinhalten. Die Hydraulikpumpe kann Hochdruckhydraulikflüssigkeit über eine oder mehrere Hydraulikleitungen 252 einem oder mehreren Hydraulikzylindern und/oder Hydraulikmotoren (z. B. Motor 250, bidirektionalem Hydraulikmotor 350) zuführen. In einigen Ausführungsformen kann ein geringer Vorsteuerdruck durch ein hydraulisches Druckreduzierungsventil bereitgestellt werden, das Hochdruckhydraulikflüssigkeit aufnehmen und jedem Hydraulikzylinder und/oder Hydraulikmotor einen niedrigen Vorsteuerdruck liefern kann. Zusätzlich kann jeder Hydraulikzylinder und/oder Hydraulikmotor eine elektrische Magnetspule und ein oder mehrere Hydraulikventile beinhalten. Die Magnetspule kann ein oder mehrere Signale von der Steuerung 118 empfangen, um jeden Hydraulikzylinder/Motor zu steuern und zu positionieren/drehen, indem die Strömung der Hydraulikflüssigkeit durch die Ventile konfiguriert wird.
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Die Zuführung der Hydraulikflüssigkeit kann von der Steuerung 118 gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 118 die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit durch die Hydraulikleitungen 252 zu dem Motor 250 steuern, um die Position und/oder Ausrichtung des Kreises 210 und des Arbeitsgeräts 110 zu steuern.
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In einigen Ausführungsformen kann eine Bedienperson einen Befehl (z. B. mithilfe eines Steuerhebels) an ein Steuerventil (z. B., Wegeventil 310, Wegeventil 410, Wegeventil 412) über die Steuerung 118 senden, um den Kreis 210 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. In Reaktion auf den Befehl von der Steuerung 118 kann das Steuerventil den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikpumpe zu dem Motor 250 über die Hydraulikleitungen 252 lenken. In Reaktion auf den druckbeaufschlagten Strom von Hydraulikflüssigkeit aus dem Steuerventil durch die Hydraulikleitungen 252 kann die Abtriebswelle des Motors 250 in Drehung versetzt werden, wodurch der Ausgang des
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Getriebes 260 in die Innenverzahnung des Kreises 210 eingreift und den Kreis 210 entsprechend dem Befehl der Bedienperson gegen den Uhrzeigersinn dreht.
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3-6 zeigen verschiedene Hydraulikkreise für ein Kreisantriebssystems einer Planiermaschine.
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Wie aus 3 ersichtlich, kann in einigen Ausführungsformen ein Hydrauliksystem 300 zum Steuern des Arbeitsgeräts 110 der Planiermaschine 100 eine Pumpe 330 umfassen. Die Pumpe 330 kann zur Ausgabe von druckbeaufschlagter Flüssigkeit (z. B. Hydrauliköl) ausgelegt sein und sorgt so für einen Strom von druckbeaufschlagter Flüssigkeit innerhalb des Hydrauliksystems 300. Bei der Pumpe 330 kann es sich um eine beliebige Komponente handeln, die funktionell mit der druckbeaufschlagten Flüssigkeit interagiert, um mechanische Energie in hydraulische Energie und/oder umgekehrt umzuwandeln. Somit ist der Begriff „Pumpe“, wie er in Verbindung mit der Pumpe 330 verwendet wird, einschließlich einer oder mehrerer Hydraulikpumpen, eines Hydraulikmotors sowie einer Kombination aus Hydraulikpumpe und - motor zu verstehen und wird als solche definiert. Bei der Pumpe 330 kann es sich je nach Anwendungsanforderungen um eine beliebige Flüssigkeitsförderpumpe, wie beispielsweise eine Kolbenpumpe, eine Zahnradpumpe, eine Gerotorpumpe, eine Schraubenspindelpumpe, eine Kreiselpumpe usw. handeln. Als nicht einschränkendes Beispiel könnte die Pumpe 330 eine Zahnradpumpe oder ein Gerotor sein, der zwei ineinander greifende Zahnräder beinhaltet, wobei eines der Zahnräder ein Innenzahnrad und das andere ein Außenzahnrad ist, das innerhalb des Innenzahnrads und relativ zu diesem exzentrisch montiert ist. Wie in 3 dargestellt, kann die Pumpe 330 eine Konstantpumpe sein. In anderen Ausführungsformen kann die Pumpe 330 jedoch auch eine Pumpe mit variablem Fördervolumen sein.
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Zusätzlich kann die Pumpe 330 in einigen Ausführungsformen elektronisch und/oder steuerbar mit der Steuerung 118 verbunden sein, sodass der Betrieb und die Betätigung der Pumpe 330 in Reaktion auf ein oder mehrere Signale gesteuert werden kann, die von der Steuerung 118 erzeugt und elektronisch an die Pumpe 330 übertragen und von dieser empfangen werden.
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Ferner kann das Hydrauliksystem 300, wie in 3 dargestellt, ein Wegeventil 310 beinhalten, das über eine Versorgungsleitung mit der Pumpe 330 fluidisch gekoppelt ist. Bei dem Wegeventil 310 kann es sich um jede Art von Steuerventil handeln, wie beispielsweise ein mechanisch betriebenes, hydraulisch betriebenes, elektrohydraulisches, pneumatisches oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das Wegeventil 310 ein hydraulisch betriebenes Ventil sein. In anderen Ausführungsformen kann das Wegeventil 310 ein elektromechanisch betriebenes Ventil oder ein anderer Typ oder eine andere Konfiguration sein, die zur Ausführung von Funktionen entsprechend der vorliegenden Offenbarung geeignet ist. Das Wegeventil 310 kann zum Empfang von Steuersignalen (z. B. Kreisdrehbefehlen) mit der Steuerung 118 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann das Wegeventil 310 ein Proportionalventilelement beinhalten, das durch eine Feder vorgespannt und magnetisch betätigt werden kann (z. B. über ein Steuersignal von der Steuerung 118), um das Ventilelement zwischen mehreren Positionen zwischen einer im Wesentlichen durchfluss sperrenden Position (oder einer im Wesentlichen geschlossenen Position) und einer vollständig geöffneten Position zu bewegen. Die Menge der von der Pumpe 330 gelenkten druckbeaufschlagten Flüssigkeit kann von der Position des Wegeventils 310 und damit von der entsprechenden Menge des Strömungsbereichs abhängen. Daher kann das Wegeventil 310 zur Regelung des Hydraulikdrucks in den mit der Pumpe 330 verbundenen Hydraulikleitungen 252 ausgelegt sein. In einigen Ausführungsformen kann das Wegeventil 310 ferner eine erste und eine zweite Vorsteuerleitung stromaufwärtig bzw. stromabwärtig des Wegeventils 310 beinhalten, um Referenzlastdrücke an das Wegeventil 310 zu übermitteln.
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Wie in 3 dargestellt, kann das Hydrauliksystem 300 auch einen bidirektionalen Hydraulikmotor 350 (z. B. mit festem Hubvolumen) beinhalten. Der bidirektionale Hydraulikmotor 350 kann stromabwärtig des Wegeventils 310 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der bidirektionale Hydraulikmotor 350 über eine erste Förderleitung und eine zweite Förderleitung (z. B. Hydraulikleitungen 252) mit dem Wegeventil 310 fluidisch gekoppelt sein. Wie in 3 dargestellt, kann der bidirektionale Hydraulikmotor 350 eine Abtriebswelle aufweisen, die zum Drehantrieb durch die von der Pumpe 330 über die erste und zweite Förderleitung ausgegebene druckbeaufschlagte Flüssigkeit ausgelegt ist.
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Das Wegeventil 310 kann zum Starten, Stoppen oder Ändern des Flusses der druckbeaufschlagten Flüssigkeit ausgelegt sein und somit die Drehung des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 steuern. Beispielsweise kann das Wegeventil 310 ein elektromagnetisch betätigtes Vierwege-Dreipunktventil mit variabler Position sein, das zwischen einer ersten Arbeitsstellung, einer zweiten Stellung und einer Neutralstellung positioniert werden kann. In der ersten Arbeitsstellung kann ein erster Anschluss des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 in Fluidverbindung mit der Pumpe 330 und ein zweiter Anschluss des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 in Fluidverbindung mit einem Tank stehen. In der zweiten Arbeitsstellung kann der erste Anschluss in Fluidverbindung mit dem Tank und der zweite Anschluss in Fluidverbindung mit der Pumpe 330 stehen. In der Neutralstellung kann der Durchfluss von der Pumpe 330 zum bidirektionalen Hydraulikmotor 350 blockiert sein. Als weiteres Beispiel kann das Wegeventil 310 ein unabhängiges Dosierventilsystem (Independent Metering Valve, IMV) beinhalten, das mehrere unabhängig betriebene Ventile umfasst.
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Die Abtriebswelle des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 kann ein Getriebe (z. B. über ein Getriebe 260) oder eine andere Getriebeanordnung zum Drehen des Kreises 210 der Planiermaschine 100 beinhalten, mit ihr gekoppelt sein (z. B. über eine Zahnkupplung) und/oder anderweitig mit ihr in Eingriff stehen. Beispielsweise kann das Getriebe 260 eine oder mehrere Komponenten einer Planetenradanordnung beinhalten, und das Hydrauliksystem 300 kann ein Kegelrad, eine Zahnkupplung oder eine andere geeignete Getriebeanordnung beinhalten, um mit einer oder mehreren Komponenten der Planetenradanordnung in Eingriff zu kommen und/oder diese anzutreiben.
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In einigen Ausführungsformen kann die Abtriebswelle des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 ein Sonnenrad der Planetenradanordnung beinhalten oder an diesem befestigt sein. Das Sonnenrad kann in eine Vielzahl von Planetenrädern eingreifen, die ihrerseits in ein Hohlrad eingreifen. Jedes der Planetenräder kann über einen Träger gekoppelt sein. Das Hohlrad kann mit einer Antriebswelle, die ein Kreiseingriffsrad beinhaltet, gekoppelt sein oder eine solche beinhalten. Die Drehung des Hohlrades über die Planetenräder treibt die Drehung der Antriebswelle und des Kreiseingriffsrades an. Das Kreiseingriffsrad kann mit den Zähnen auf der Innenfläche des Kreises 210 in Eingriff kommen, sodass die Drehung des Kreiseingriffsrades den Kreis 210 dreht und somit einen Winkel des Arbeitsgeräts 110 steuert. Es sind viele andere Konfigurationen von Planetenrädern denkbar, bei denen die drehangetriebene Abtriebswelle des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 als Eingabe für die Planetenradanordnung ausgelegt ist.
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In anderen Ausführungsformen kann das Hydrauliksystem 300 eine Schnecke (z. B. eine Schneckenschraube) beinhalten, die an einem freien Ende der Abtriebswelle des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 befestigt ist, und ein Ritzel (z. B. ein Schneckenrad) kann direkt mit einem oder mehreren Innenabschnitten des Getriebes 260 gekoppelt sein und kann seitlich an der Schnecke angeordnet sein. Beispielsweise kann sich eine Welle vom Ritzel aus erstrecken und mit dem Sonnenrad gekoppelt sein. Alternativ kann das Ritzel direkt oder indirekt mit einem Träger des Sonnenrads gekoppelt sein. Dementsprechend kann in beiden Aspekten die Drehung des Ritzels das Sonnenrad der Planetenradanordnung drehen. In einigen Ausführungsformen kann ein erstes Zahnrad an einem ersten Ende des Ritzels angeordnet sein und mit Hilfe einer Kupplung in selektiven Eingriff mit der Schnecke gebracht werden. Darüber hinaus kann ein zweites Ende des Ritzels zum Lagern eines zweiten Zahnrads ausgelegt sein, das zum operativen Antrieb des Kreises 210 angepasst sein kann.
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Wie in 3 dargestellt, kann das Hydrauliksystem 300 ferner Doppelausgleichsventile 340 beinhalten, die zwischen dem Wegeventil 310 und dem bidirektionalen Hydraulikmotor 350 angeordnet sind. Dementsprechend können mechanische Federn in den Doppelausgleichsventilen 340 einen Schwellenwert festlegen, den der Hydraulikflüssigkeitsdruck überschreiten muss, bevor das Hydrauliksystem 300 eine weitere Hydraulikflüssigkeitsströmung zulässt. Vorteilhafterweise kann der von den Doppelausgleichsventilen 340 festgelegte Schwellenwert des Hydraulikflüssigkeitsdrucks den bidirektionalen Hydraulikmotor 350 davor bewahren, durch das auf das Arbeitsgerät 110 ausgeübte Drehmoment oder andere Gegenkräfte, die die beabsichtigte Drehung des Kreises 210 umkehren könnten, zurückgetrieben zu werden. Auf diese Weise können die Doppelausgleichsventile 340 den Durchfluss durch den bidirektionalen Hydraulikmotor 350 hydraulisch sperren, damit er zu Beginn oder bei Freigabe eines Kreisdrehbefehls durch die Bedienperson in die befohlene Drehrichtung fließt, wenn der Druck im Hydraulikkreis unterhalb des Schwellenwerts liegt. Wenn sich das Wegeventil 310 in einer Neutralstellung befindet, können die Doppelausgleichsventile 340 darüber hinaus den Durchfluss durch den bidirektionalen Hydraulikmotor 350 in beide Richtungen hydraulisch sperren. Ferner können die Doppelausgleichsventile 340 eine moduliertere oder sanftere Steuerung der Drehung des Kreises 210 ermöglichen, da der Schwellenwert für den Hydraulikflüssigkeitsdruck die dynamische Öffnung (und damit den Abfluss oder die Druckentlastung des Kreises) eines Ausgleichsventils basierend auf dem kontinuierlichen Druckaufbau über die Queranschlussleitung regelt, während die Flüssigkeit frei durch die Rückschlagventilleitung des anderen (geschlossenen) Ausgleichsventils in eine Seite des bidirektionalen Hydraulikmotors 350 fließt.
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In einigen Ausführungsformen können die Doppelausgleichsventile 340 so ausgelegt sein, dass der Schwellenwert für den Hydraulikflüssigkeitsdruck oder die Ventileinstellung (z. B. die Federsteifigkeit oder -wicklung) je nach Größe der Planiermaschine 100 und/oder der Anwendung variiert werden kann. Beispielsweise kann der Ventileinstellbereich der Doppelausgleichsventile 340 zwischen etwa 25.000 kPa (3.625 psi) und etwa 35.000 kPa (5.077 psi) liegen. In einigen Ausführungsformen kann die tatsächliche Ventileinstellung etwa 27.500 kPa (3.989 psi) betragen. Auf diese Weise kann durch Variation der Ventilstellung der Schwellenwert für den Hydraulikflüssigkeitsdruck für das Hydrauliksystem variiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Schwellenwert für den Hydraulikflüssigkeitsdruck einer Schwellenlast oder einem Schwellendrehmoment für den Motor 250, eine oder mehrere Rutschkupplungen innerhalb des Getriebes 260 und/oder der Verbindung zwischen dem Motor 250 oder dem Getriebe 260 und dem Kreis 210 entsprechen. Die Schwellenlast kann einem maximalen Drehmoment entsprechen (z. B. gleich oder kleiner sein), dem eine Komponente des Kreisantriebssystems 200 standhalten kann. Der Hydraulikflüssigkeitsdruck kann, basierend auf dem Typ der Planiermaschine 100, der Art und/oder der Temperatur des zu überquerenden und/oder zu planierenden Materials oder anderen Faktoren, manuell oder automatisch angepasst werden. Beispielsweise kann eine Benutzeroberfläche der Bedienperson ermöglichen, eine schwere Planieranwendung auszuwählen, die von der Steuerung 118 implementiert werden soll, indem sie das zu planierende Material, den Schweregrad der Planieranwendung (z. B. hartes Felsmaterial oder gefrorener Boden, weicher Kies oder Schnee) und/oder die Schwellenlast am Arbeitsgerät 110 eingibt. In Reaktion auf die Eingaben der Bedienperson kann die Benutzeroberfläche einen empfohlenen Schwellenwert und/oder -bereich für den Hydraulikflüssigkeitsdruck anzeigen. Zusätzlich oder alternativ kann die Planiermaschine 100 den Schwellenwert für den Hydraulikflüssigkeitsdruck basierend auf den Eingaben der Bedienperson automatisch einstellen. Alternativ kann die Doppelausgleichsventilanordnung eine Variation des Hydraulikflüssigkeitsdrucks über die mechanische Feder nicht ohne weiteres zulassen, um Manipulationen nach der Einstellung zu verhindern.
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In einigen Ausführungsformen können die Doppelausgleichsventile 340 in einer Doppelausgleichsventilanordnung untergebracht sein. Ferner können eine oder mehrere Komponenten des Hydrauliksystems 300 in einem Gehäuse kombiniert oder in mehrere Gehäuse aufgeteilt werden.
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Wie in 4 dargestellt, kann in einigen Ausführungsformen ein Hydrauliksystem 400 zur Steuerung des Arbeitsgeräts 110 der Planiermaschine 100 zwei Wegeventile 410, 412, eine Doppelausgleichsventilanordnung 440 und zwei bidirektionale Hydraulikmotoren 450, 452 beinhalten. Das in 4 dargestellte Hydrauliksystem 400 kann in ähnlicher Weise wie das Hydrauliksystem 300 von 3 arbeiten, wobei zusätzlich zu dem bidirektionalen Hydraulikmotor 450 ein bidirektionaler Hydraulikmotor 452 mit einem zusätzlichen Wegeventil 412 eingesetzt wird, um parallel zu dem Wegeventil 410 Hydraulikflüssigkeit durch eine erste Förderleitung und eine zweite Förderleitung (z. B. die Hydraulikleitungen 252) zu leiten. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform von 4 zwei bidirektionale Hydraulikmotoren 450, 452 abgebildet sind, sei darauf hingewiesen, dass eine solche Tandem-Konfiguration von Hydraulikmotoren beispielhaft und daher nicht einschränkend für diese Offenbarung ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Kreisantriebssystem 200, je nach den spezifischen Anforderungen einer Anwendung, weniger oder mehr Hydraulikmotoren als die hierin offenbarten beinhalten. Beispielsweise kann das Kreisantriebssystem 200 einen Hydraulikmotor anstelle der hierin offenbarten zwei Hydraulikmotoren beinhalten. Zu diesem Zweck wird die vorstehende Offenbarung in Verbindung mit einem der Hydraulikmotoren erläutert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass eine ähnliche Erklärung für jeden der in 4 dargestellten bidirektionalen Hydraulikmotoren 450, 452 gilt.
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Wie in 5 dargestellt, kann in einigen Ausführungsformen ein Hydrauliksystem 500 zur Steuerung des Arbeitsgeräts 110 der Planiermaschine 100 ein Wegeventil 510, eine Doppelausgleichsventilanordnung 540 und einen bidirektionalen Hydraulikmotor 550 beinhalten. Das in 5 dargestellte Hydrauliksystem 500 kann in ähnlicher Weise wie das Hydrauliksystem 300 von 3 arbeiten.
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Wie in 6 dargestellt, kann in einigen Ausführungsformen ein Hydrauliksystem 600 zur Steuerung des Arbeitsgeräts 110 der Planiermaschine 100 zwei Wegeventile 610, 612, eine Doppelausgleichsventilanordnung 640 und zwei bidirektionale Hydraulikmotoren 650, 652 beinhalten. Das in 6 dargestellte Hydrauliksystem 600 kann in ähnlicher Weise wie das Hydrauliksystem 400 von 4 arbeiten.
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Wie in 5-6 dargestellt, ist auf der Abtriebswelle des Hydraulikmotors (z. B. bidirektionaler Hydraulikmotor 550, bidirektionale Hydraulikmotoren 650, 652) eine Bremse (z. B.
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Bremse 560, 660, 662) angeordnet, die mit Hilfe einer Federkraft zur Reduzierung der Drehdrehzahl der Abtriebswelle in einem Bremseingriffszustand in die Abtriebswelle eingreift. In einem Bremsfreigabezustand löst sich die Bremse mit Hilfe von Fluiddruck in wenigstens einer von einer ersten Förderleitung und einer zweiten Förderleitung (z. B.
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Hydraulikleitungen 252) betrieblich von der Abtriebswelle. Die Hydrauliksysteme 500, 600 können ferner eine Druckreduzierventilanordnung 570, 670 beinhalten, die stromabwärtig der ersten und zweiten Förderleitung der Wegeventile 510, 610, 612 angeordnet und mit diesen fluidisch gekoppelt sind. Die Druckreduzierventilanordnung 570, 670 kann stromaufwärtig vor dem Einlass des Druckreduzierventils Einweg-Rückschlagventile beinhalten. Die Druckreduzierventilanordnung 570, 670 kann stromaufwärtig eines Tanks 580, 680 angeordnet sein. Die Druckreduzierventilanordnung 570, 670 kann über eine oder mehrere Bremssteuerleitungen mit der einen oder den mehreren Bremsen 560, 660, 662 fluidisch gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Rücklaufleitung der Druckreduzierventilanordnung 570, 670 eine Öffnung beinhalten, die so bemessen ist, dass sie einen Druck in der Bremssteuerleitung innerhalb eines vorbestimmten Differenzbereichs in Bezug auf den Hydraulikflüssigkeitsdruck in der Rücklaufleitung stromabwärtig von der Öffnung hält.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die verschiedenen Aspekte der Hydrauliksysteme der vorliegenden Offenbarung können in jeder Planier-/Formungsmaschine oder anderen Maschine mit einem oder mehreren bidirektionalen Hydraulikmotoren (z. B. Motor 250) verwendet werden, um eine Bedienperson bei der Positionierung und Ausrichtung des Arbeitsgeräts 110 und des Kreises 210 zu unterstützen. Zusätzlich kann das offenbarte Verfahren zur Verwendung einer Doppelausgleichsventilanordnung (z. B. Doppelausgleichsventile 340) innerhalb des Hydraulikkreislaufs dazu beitragen, Schäden am Arbeitsgerät 110, dem Kreis 210, dem Motor 250 und dem Getriebe 260 während der Drehung und Positionierung des Arbeitsgeräts 110 und des Kreises 210 zu verhindern.
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Die Planiermaschine 100 kann einen Befehl zur Drehung des Kreises erhalten, um die Drehung des Kreises 210 während eines Planierbetriebs zu steuern. Eine Bedienperson kann zum Beispiel einen Kreisdrehbefehl über einen Steuerhebel oder über die Benutzeroberfläche eingeben und der Befehl kann zu der Steuerung 118 übertragen werden. Alternativ kann der Kreisdrehbefehl von der Steuerung 118 durch einen automatischen Planiervorgang automatisch initiiert oder empfangen werden, zum Beispiel wenn sich die Planiermaschine 100 vorwärts bewegt und/oder einen programmierten Vorgang ausführt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Planiermaschine 100 eine beliebige Anzahl von Kreisantriebssystemen 200 beinhalten kann. Das/die Kreisantriebssystem(e) 200 kann/können an verschiedene Teile des Kreises 210 gekoppelt werden, und jedes Kreisantriebssystem 200 und dessen Komponenten können unterschiedliche Größen aufweisen. Weiterhin kann die Steuerung 118 mit einem oder mehreren Kreisantriebssystem(en) 200 gekoppelt sein. Das Einbeziehen von mehr als einem Kreisantriebssystem 200 kann die Gesamtgröße und/oder die Gesamthöhe jedes Kreisantriebssystems reduzieren. Beispielsweise kann die Planiermaschine 100 zwei Kreisantriebssysteme beinhalten und ein ebenso großes oder größeres Drehmoment auf den Kreis 210 übertragen, wobei jeder Kreisantriebsmotor kleiner ist als der Kreisantriebsmotor (z. B. Motor 250) einer Planiermaschine 100 mit einem einzigen Kreisantriebsmotor. Zusätzlich oder alternativ kann jedes Getriebe kleiner sein oder weniger Planetenradanordnungen beinhalten und ein gleiches oder größeres Drehmoment auf den Kreis 210 ausüben als ein einzelnes Kreisantriebssystem. In einem Aspekt kann jedes Getriebe eine Begrenzung des Drehmoments beinhalten, das durch das Getriebe und/oder die Getriebeuntersetzung des Getriebes abgegeben werden kann. In diesem Aspekt kann das Einbeziehen von mehr als einem Kreisantriebssystem und dem entsprechenden mehr als einem Getriebe ein größeres Drehmoment und/oder eine größere Getriebeuntersetzung bei der Steuerung der Positionierung des Kreises 210 und des Arbeitsgeräts 110 ermöglichen. Zusätzlich kann die Position des einen oder der mehreren Kreisantriebssysteme 200 die Kopplung zusätzlicher oder größerer Stützelemente an eine oder mehrere der Zugstange 130, des Kreises 210 und des Arbeitsgeräts 110 relativ zum vorderen Rahmen 104 ermöglichen.
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Die Verwendung einer oder mehrerer Planetenradanordnungen innerhalb des Kreisantriebssystems 200 kann dazu beitragen, ein größeres Drehmoment auf die Zähne an der Innenfläche des Kreises 210 oder andere Komponenten des Arbeitsgeräts 110 und den Kreis 210 zu übertragen. Eine solche Drehmomenterhöhung kann bei der Einstellung einer Position eines Arbeitsgeräts 110 und des Kreises 210 vorteilhaft sein, wenn das Arbeitsgerät 110 mit Material auf einer Bodenfläche in Eingriff steht oder anderweitig unter der Wirkung äußerer Kräfte steht. Bei Verwendung einer oder mehrerer Planetenradanordnungen innerhalb des Kreisantriebssystems 200 (z. B. anstelle von Schnecke und Ritzel) kann der Einbau von Doppelausgleichsventilen in das Hydrauliksystem (z. B. das Hydrauliksystem 300) dazu beitragen, dass der Motor 250 nicht durch äußere Kräfte, die auf das Arbeitsgerät 110 wirken, rückwärts angetrieben wird. Die Planiermaschine 100 kann mehrere Hydraulikkreise und eine oder mehrere Doppelausgleichsventilanordnungen beinhalten, um Schäden an dem/den Kreisantriebssystem(en) 200 und der Planiermaschine 100 zu verhindern. Verschleiß oder Beschädigung des Arbeitsgeräts 110, des Kreises 210, des Motors 250 und des Getriebes 260 oder einer anderen Komponente der Planiermaschine 100 können teure oder zeitaufwändige Reparaturen erforderlich machen oder die Leistung der Planiermaschine 100 anderweitig beeinträchtigen.
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Durch die Verwendung von Doppelausgleichsventilen 340 im Hydraulikkreislauf eines Kreisantriebssystems wird ein mechanischer Druckschwellenwert festgelegt, der dazu beiträgt, Schäden an verschiedenen Komponenten der Planiermaschine 100 zu verhindern, beispielsweise um Schlupf im Kreisantriebssystem 200, übermäßige Wärmeentwicklung, Verschleiß einer Kupplung oder anderer Komponenten des Räderwerks usw. zu verhindern. Diese mechanische Schwelle kann somit ohne Verwendung von Sensoren implementiert werden und erfordert keine zusätzliche Überwachung oder Verarbeitung durch die Steuerung 118. Vorteilhaft ist, dass diese Lösung für das Doppelausgleichsventil nicht anfällig für Software- oder andere Rechenfehler ist und bei der Benutzung keine Zeitverzögerungen auftreten können. Ferner können die Doppelausgleichsventile 340 die Bewegung des Kreises 210 blockieren, ohne dass eine Komponente (z. B. die Bremse) aktiv physisch betätigt oder eine Getriebeverbindung zwischen dem Kreisantriebsmotor (z. B. Motor 250) und dem Getriebe 260 unterbrochen werden muss.
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Auf diese Weise kann die Doppelausgleichsventilanordnung (z. B. die Doppelausgleichsventile 340) als passive Komponente innerhalb des Hydraulikkreislaufs existieren.
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Für Fachleute auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass an der offenbarten Maschine verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Maschine werden für Fachleute auf dem Gebiet unter Berücksichtigung der Spezifikation und einem Praktizieren der Hydrauliksysteme für hierin offenbarte Planiermaschinen offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele als nur beispielhaft angesehen werden, wobei ein tatsächlicher Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben ist.