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WO2005052265A1 - Hydraulische steueranordnung für ein mobiles arbeitsgerät - Google Patents

Hydraulische steueranordnung für ein mobiles arbeitsgerät Download PDF

Info

Publication number
WO2005052265A1
WO2005052265A1 PCT/DE2004/002575 DE2004002575W WO2005052265A1 WO 2005052265 A1 WO2005052265 A1 WO 2005052265A1 DE 2004002575 W DE2004002575 W DE 2004002575W WO 2005052265 A1 WO2005052265 A1 WO 2005052265A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
blade
lever
boom
pilot
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.)
Ceased
Application number
PCT/DE2004/002575
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Kauss
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
Priority to EP04802786A priority Critical patent/EP1709255A1/de
Priority to US10/580,410 priority patent/US7621711B2/en
Publication of WO2005052265A1 publication Critical patent/WO2005052265A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/431—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like
    • E02F3/432—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like for keeping the bucket in a predetermined position or attitude
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
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    • E02F3/431—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like
    • E02F3/432—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like for keeping the bucket in a predetermined position or attitude
    • E02F3/433—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like for keeping the bucket in a predetermined position or attitude horizontal, e.g. self-levelling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
    • E02F9/2285—Pilot-operated systems

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic control arrangement for a mobile working device, for example a wheel loader or a backhoe loader, according to the preamble of patent claim 1.
  • a boom is pivotally connected to a frame.
  • a bucket is mounted on the end section of the boom remote from the frame of the wheel / backhoe loader and can be pivoted with respect to the delivery x by means of a bucket cylinder.
  • the boom is pivoted by means of a boom cylinder articulated on the frame of the wheel / backhoe loader.
  • the two aforementioned cylinders are each designed as differential cylinders, the pressure chambers of which are connected via a pilot control unit with an associated proportional valve to a variable displacement pump or a tank in order to extend or retract the respective differential cylinder.
  • the relative position of the bucket should be kept constant with respect to the wheel / backhoe loader during the raising or lowering of the boom in order to prevent the material accommodated in the bucket from accidentally tipping over.
  • the maintenance of this relative position is realized by an alignment control device, in which the pivoting movement of the bucket with respect to the boom via a push rod on a rotatably mounted Link body is transmitted, against the control link a plunger of a control valve is biased.
  • This control valve can be used to generate a control pressure which is present in a control chamber of the proportional valve assigned to the chute cylinder.
  • the path of the control link is selected such that the bucket cylinder is actuated during the pivoting movement of the boom in such a way that the bucket maintains the desired relative position with respect to the ground or to the wheel / backhoe loader.
  • the alignment control device of the known solution is designed such that only a desired relative position can be set. Furthermore, with this known solution, "self-leveling" is only possible in one direction, ie in the direction "pivoting upward" of the blade.
  • the "self-leveling" can also be achieved by special design of the loading geometry of the boom and the bucket.
  • the shovel can be articulated to the boom via a parallel guide.
  • parallel kinematics are very complex and correspondingly expensive.
  • the object of the invention is to create a hydraulic control arrangement for a mobile working device, in particular a wheel loader or a backhoe loader, in which the "self-leveling" is carried out with minimal expenditure on device technology.
  • a hydraulic control arrangement for a mobile implement in particular for a backhoe loader or a wheel loader with the features of claim 1.
  • the bucket articulated on a boom is held in a predetermined position relative to the ground or the axes of the excavator / wheel loader by means of an alignment control device.
  • the alignment control device has a transmission element which transmits the pivoting movement of the blade to an actuating head, the basic position of which is adjustable.
  • This basic position of the actuating head of the alignment control device corresponds to a relative position of the bucket to be kept constant with respect to the implement. As long as the bucket maintains its preset angular position while the boom is being pivoted, the actuating head remains in its set basic position.
  • the actuating head When the angular position changes, the actuating head is displaced and, depending on this displacement, a control signal is generated which is fed to a vane control unit in order to adjust a vane cylinder such that the vane returns to its preset angular position and the actuating head is returned accordingly.
  • a target angular position of the blade is set with the aid of the adjustable actuating head and the control of the blade is intervened when it moves out of the preset angular position.
  • Such a control arrangement makes it possible to set practically any desired angular position as the desired value and to keep it constant during the pivoting of the boom, the outlay in terms of device technology being extremely low.
  • the target angular position of the bucket cannot be set, nor could the bucket be adjusted (tilted) while the boom was swiveling, so that this movement required Target position cannot be approached with the known solution.
  • the actuating head of the alignment control device is designed as an actuating lever of a pilot control device, the electrical or hydraulic control signals for which
  • This pilot control device is preferably designed with two hydraulic pilot control elements, the control connections of which are connected to the control connections of the blade control unit via signal lines.
  • This blade control unit can in turn be designed with a hydraulic blade pilot control device, the control connections of which are connected via control lines to control spaces of a proportional valve for controlling the blade cylinder.
  • the control line of the bucket pilot control device and the signal lines leading to the pilot control device of the alignment control device are connected to one another via shuttle valves, so that in the control rooms of the proportional valve there is the greater control pressure, which is specified either by the pilot control device or by the bucket pilot control device, in order to set an angular position of the bucket.
  • the movement of the transmission member is fed back to the control lever via a spring arrangement which is acted upon in the opposite direction to the spring arrangement by a tension spring arrangement which in turn acts on an adjusting lever, so that a set position of the control lever can be adjusted by adjusting this adjusting lever is.
  • a suitable lever mechanism can be used, which on the one hand enables a setpoint to be set and on the other hand converts a relative movement of the transmission element into a pivoting movement of the actuating lever.
  • the alignment control device is particularly easy to manufacture if the transmission link is designed as a push rod which acts on the bucket parallel to the boom, the end section of the push rod remote from the shovel being mounted on a frame of the implement via a floating bearing and via the aforementioned springs or the lever mechanism or similarly acting devices is connected to the actuating lever.
  • the alignment control device can be switched off very easily if a pressure connection of the control device can be connected to a control oil pump or a tank via a switching valve. When switching to tank pressure, no signal can be sent via the pilot control unit to superimpose the control pressures emitted by the bucket pilot control unit - there is no self-leveling.
  • FIG. 1 shows a diagram of a control arrangement according to the invention for keeping a preset angular position of a blade constant; 2 shows a variant of an alignment control device of the control arrangement from FIG. 2 and FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an alignment control device.
  • FIG. 1 shows a diagram of a control arrangement of a mobile working device, for example a wheel loader or a backhoe loader.
  • a mobile working device for example a wheel loader or a backhoe loader.
  • This has a boom 2, on the free end portion of which a blade 4 is mounted by means of a swivel joint ⁇ .
  • the other end section of the boom 2 is articulated to a frame 10 of the backhoe loader via a linkage 8.
  • the boom 2 is pivoted by means of a double-acting boom cylinder 12, which can be supplied with pressure medium via a cylinder control unit 14.
  • the boom cylinder 12 is articulated on the frame 10 and engages with its piston rod on the boom
  • Housing is hinged to the boom 2 and its
  • Bucket cylinder 14 is designed as a double-acting cylinder and is supplied with pressure medium via a bucket control unit 18.
  • a push rod 20 is also mounted on the blade 16 via a push rod joint 22, which extends parallel to the boom 2 in the angular position shown.
  • the end section of the push rod 20 which is removed from the blade 4 is supported on a frame-side floating bearing 24 which can shift with respect to the boom 2 when the angular position of the blade 4 changes.
  • the push rod 20 supported on the floating bearing 24 is connected via a spring or spring arrangement 26 to an actuating lever 28 of a hydraulic pilot control device 30.
  • the control lever 28 is acted upon in the opposite direction to the spring arrangement 26 by a tension spring arrangement 32, the end section of which is remote from the control lever 28 is fastened to an actuating device 34, which in the exemplary embodiment shown consists of an actuating lever 36 and a sliding joint 38 connected directly or via signal lines, the position of which is changeable and on which the tension spring arrangement 32 engages.
  • the sliding joint 38 can be displaced indirectly or directly and thus the pretension of the tension spring arrangement 32 can be adjusted, so that the pretensioning of the spring arrangement 26 can be adjusted accordingly and the control lever 28 can be moved into a desired basic position.
  • the hydraulic pilot control device 30 is designed in a known manner with pressure reducing valves which can be moved into a control position as a function of the pivoting movement of the actuating lever 28. These pressure reducing valves can be used to reduce the pressure at a control oil connection P of the pilot device 30 to a desired control pressure, which is then present at control ports X, Y of the pilot device 30.
  • a control oil line 40 connected to the control oil port P is an electrically actuated switching valve 42, which connects the control oil line 40 to a tank T in its spring-biased basic position and, when energized by its switching magnet, connects the control oil line 40 to a pump line which is connected to a control oil pump.
  • the pilot control device 30 has no effect in the spring-preloaded basic position, since tank pressure is present at its control oil connection P.
  • the control oil connection P is connected to the control oil pump, so that 30 control signals can be generated via the pilot control device.
  • the two control connections X, Y are connected to the blade control unit 18 via signal lines 44, 46.
  • This has a blade pilot control unit 48, via the control lever 50 of which the control oil pressure provided by the control oil pump mentioned can be reduced to a desired control pressure.
  • This scoop pilot control device 48 is provided, for example, with four pressure reducing valves, via which, for example, the angular position of the scoop with respect to the boom 2 and the angular speed of the pivoting movement can be adjusted.
  • the two control connections X, Y of the blade pilot control device 48 are each connected via control lines 52, 54 to the input of a shuttle valve 56 or 58, to the other input of which the signal line 46 or 44 is connected.
  • the output of the shuttle valves 56, 58 is connected to control chambers 60, 62 of a blade proportional valve 64.
  • the boom control unit 14 has a structure similar to that of the bucket control unit 18.
  • the pressure medium supply to the boom cylinder 12 takes place via a cylinder proportional valve 66, the control spaces 68, 70 of which can be acted upon by a control pressure device 72 via a cylinder pilot control device 72 in order to move the cylinder into the right-hand side (view according to FIG. 1) Retract positions (LOW) so that the boom 2 is lowered and in the left positions (LIFT) extend the cylinder for lifting the boom.
  • LOW Retract positions
  • the control lever 28 is shown in its Basic position which corresponds to the said angular position of the blade 4. In this basic position, the control lever 28 is clamped between the tension spring arrangement 32 and the spring arrangement 26, and the adjusting lever 36 is also in its basic position.
  • the boom proportional valve 66 is shifted to one of its left positions (LIFT) via the boom pilot device 72, so that the boom cylinder 12 extends at a corresponding speed and pivots the boom 2 upwards about the articulation 8. If the angular position of the blade 4 with respect to the ground remains constant during this pivoting, the position of the control lever 28 also remains unchanged; no control signal is emitted by the pilot control device 30.
  • LIFT left positions
  • the position of the sliding joint 38 remains unchanged and the adjusting lever 28 is shifted to the left until a balance is established between the tension spring arrangement 32 and the spring arrangement 26.
  • a hydraulic control signal is generated by the pilot control unit 30, so that the control chambers 60, 62 of the blade proportional valve 64 are acted upon by a corresponding control pressure difference.
  • This control pressure difference brings the vane proportional valve 64 into one of its right positions (DUMP), so that the vane 4 is pivoted clockwise until the basic position preselected on the actuating lever 28 is restored.
  • the control pressure in the signal lines 44, 46 is selected such that it is greater than a control pressure in control lines 52, 54, so that this self-leveling is carried out even when a control pressure is generated in the control lines 52, 54 via the vane pilot control device 48, which pressure is present at the assigned inputs of the shuttle valves 56 and 58, respectively.
  • the self-leveling described above is only possible if the switching valve 42 is brought into its switching position by means of the switching magnet, in which a control oil pressure is present at the pressure port P of the pilot device 30.
  • the blade position 4 can be set manually via the pilot control device 48.
  • the control lever 28 By actuating the setting lever 36, the control lever 28 can be pivoted out of the basic position shown in order to change the preset angular position of the blade 4 when self-leveling is switched on. This new angular position can be set independently of the setting of the blade pilot control device 48 since its control pressures are overridden.
  • this changed angular position of the bucket 4 is then kept constant by a feedback of a displacement of the push rod 20 on the pilot control unit 30 and the resultant loading of the bucket proportional valve 64 with a control pressure difference.
  • the above-described regulation of the angular position can be implemented with minimal effort, it being possible to set practically any angular position of the blade 4 made possible by the loading geometry.
  • an electrical pilot control device can in principle also be used, the electrical signals being used for Control of the correspondingly designed blade proportional valve 64 can be used.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which the floating bearing 24 (sliding joint) of the push rod 20 is connected to the control lever 28 via a lever arrangement 74 in order to feed back a change in the angular position of the blade 4 to the pilot control device 30.
  • the lever arrangement shown in FIG. 2 has two slide levers 76, 78, which are placed with one end section on the floating bearing 24 or on the actuating lever 36, while the other two end sections are connected to one another in an articulated manner via a transverse lever 80.
  • a connecting arm 82 is articulated approximately in the central region of the cross lever 80 and is articulated to the control lever 28.
  • the sliding lever 76 With constant adjustment of the adjusting lever 36 and a displacement of the push rod 20 along the path of movement of the floating bearing 24, the sliding lever 76 is displaced accordingly, so that the transverse lever 80 is tilted out of its vertical position shown and the adjusting lever 28 is displaced accordingly.
  • the actual position can be set by pivoting the adjusting lever 36 and correspondingly shifting the lower sliding lever 78, which in turn leads to a pivoting of the transverse lever 80 and to an actuation of the control lever 28 into its new basic position.
  • an approximately is used instead of the U-shaped lever arrangement 74
  • Z-shaped lever arrangement 84 is used, in which the sliding levers 76, 78 act in opposite directions on the transverse lever 80.
  • the control lever 28 is articulated on the cross lever 80.
  • the slide lever 76 is taken along accordingly and the transverse lever 80 is pivoted, and the control lever 28 is actuated accordingly.
  • the set pivot position is set via the adjusting lever 36, by means of which the sliding lever 78 can be displaced and, accordingly, the transverse lever 80 can be pivoted.
  • Blade proportional valve 64 is released in order to shift this into a control position in which the blade 4 can be moved back into the preset angular position.
  • a hydraulic control arrangement for a mobile working device in particular for a wheel or backhoe loader, in which a bucket is articulated on a boom.
  • the angular position of the bucket can be kept constant by means of an alignment control device during a pivoting of the boom with respect to the axes of the implement.
  • the alignment control device is designed such that when a preset angular position changes, a control signal is generated via a pilot control device, via which a vane control unit can be controlled such that the vane is returned to its predetermined angular position.
  • Boom bucket joint, pivot bearing, linkage, frame, boom cylinder, boom control unit, bucket cylinder, bucket control unit, push rod, push rod bearing, floating bearing, spring arrangement, control lever, pilot control unit, tension spring assembly, actuating device, control lever, sliding joint, control oil line, switching valve, signal line, signal line, bucket pilot unit, control lever, control line, control line, shuttle valve, shuttle valve, control chamber, control chamber, bucket proportional valve, boom valve Control room Control room Boom pre-control device Lever arrangement Slide lever Slide lever Cross lever Link arm

Landscapes

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Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung für ein mobiles Arbeitsgerät, inbesondere für einen Rad- oder Baggerlader, bei dem eine Schaufel (4) an einen Ausleger (2) angelenkt ist. Die Winkellage der Schaufel lässt sich über eine Ausrichtsteuereinrichtung während einer Verschwenkung des Auslegers mit Bezug zu den Achsen des Arbeitsgerätes konstant halten. Erfindungsgemäss ist die Ausrichtsteuereinrichtung derart ausgebildet, dass bei einer Änderung einer voreingestellten Winkellage über ein Vorsteuergerät (30) ein Steuersignal (X, Y) generiert wird, über das eine Schaufelsteuereinheit (18) derart ansteuerbar ist, dass die Schaufel wieder in ihre vorbestimmte Winkellage zurückgefahren wird.

Description

Beschreibung
Hydraulische Steueranordnung für ein mobiles Arbeitsgerät
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung für ein mobiles Arbeitsgerät, beispielsweise einen Radlader oder einen Baggerlader, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Baggerladern oder Radladern ist ein Ausleger schwenkbar an einem Rahmen angelenkt. An dem vom Rahmen des Rad-/Baggerladers entfernten Endabschnitt des Auslegers ist eine Schaufel gelagert, die mittels eines Schaufeizylinders gegenüber dem Auslegex verschwenkbar ist. Die Verschwenkung des Auslegers erfolgt mittels eines am Rahmen des Rad-/Baggerladers angelenkten Auslegerzylinders. Die beiden vorgenannten Zylinder sind jeweils als Differentialzylinder ausgeführt, deren Druckräume über ein Vorsteuergerät mit einem zugeordneten Proportionalventil mit einer Verstellpumpe oder einem Tank verbunden werden, um den jeweiligen Differentialzylinder aus- oder einzufahren.
Eine Anforderung an derartige Konstruktionen besteht darin, dass die Relativposition der Schaufel während des Anhebens oder Absenken des Auslegers mit Bezug zum Rad- /Baggerlader konstant gehalten werden soll um ein unbeabsichtigtes Auskippen des in der Schaufel aufgenommenen Materials zu vermeiden. Be der aus der WO 02/081828 AI bekannten Lösung wird die Beibehaltung dieser Relativposition ("self-levelling") durch eine Ausrichtsteuereinrichtung realisiert, bei der die Schwenkbewegung der Schaufel mit Bezug zum Ausleger über eine Schubstange auf einen drehbar gelagerten Kulissenkörper übertragen wird, gegen dessen Steuerkulisse ein Stößel eines Steuerventils vorgespannt ist. Über dieses Steuerventil kann ein Steuerdruck generiert werden, der in einem Steuerraum des dem Schaufeizylinder zugeordneten Proportionalventils anliegt. Die Bahn der Steuerkulisse ist derart gewählt, dass der Schaufeizylinder während der Schwenkbewegung des Auslegers so angesteuert wird, dass die Schaufel die gewünschte Relativposition mit Bezug zum Boden bzw. zum Rad-/Baggerlader beibehält. Die Ausrichtsteuereinrichtung der bekannten Lösung ist allerdings so ausgeführt, dass lediglich eine gewünschte Relativposition einstellbar ist. Des Weiteren ist das "self-levelling" bei dieser bekannten Lösung nur in einer Richtung, d. h. in Richtung "Nachobenschwenken" der Schaufel möglich.
Das "self-levelling" ist auch durch besondere Ausgestaltung der Ladegeometrie des Auslegers und der Schaufel zu verwirklichen. So kann beispielsweise die Anlenkung der Schaufel an den Ausleger über eine Parallelführung erfolgen. Eine derartige Parallelkinematik ist jedoch sehr aufwendig und entsprechend teuer. Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung für ein mobiles Arbeitsgerät, insbesondere einen Radlader oder einen Baggerlader zu schaffen, bei der das "self- levelling" mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand verwirklicht ist.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung für ein mobiles Arbeitsgerät, insbesondere für einen Baggerlader oder einen Radlader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird die an einem Ausleger angelenkte Schaufel über eine Ausrichtsteuereinrichtung in einer vorbestimmten Relativlage zum Boden oder den Achsen des Bagger-/Radladers gehalten. Die Ausrichtsteuereinrichtung hat ein Übertragungsglied, das die Schwenkbewegung der Schaufel auf einen Betätigungskopf überträgt, dessen Grundposition einstellbar ist. Diese Grundposition des Betätigungskopfs der Ausrichtsteuereinrichtung entspricht einer konstant zu haltenden Relativposition der Schaufel mit Bezug zum Arbeitsgerät. Solange während der Verschwenkung des Auslegers die Schaufel ihre voreingestellte Winkellage beibehält, verbleibt der Betätigungskopf in seiner eingestellten Grundposition. Bei einer Veränderung der Winkellage wird der Betätigungskopf verschoben und in Abhängigkeit von dieser Verschiebung ein Steuersignal generiert, das zu einer Schaufelsteuereinheit geführt wird, um einen Schaufeizylinder derart zu verstellen, dass die Schaufel wieder ihre voreingestellte Winkellage einnimmt und entsprechend der Betätigungskopf zurückgeführt wird.
D. h., erfindungsgemäß wird eine Soll-Winkellage der Schaufel mit Hilfe des verstellbaren Betätigungskopfes eingestellt und in die Ansteuerung der Schaufel eingegriffen, wenn diese sich aus der voreingestellten Winkellage herausbewegt. Eine derartige Steueranordnung erlaubt es, praktisch jede beliebige Winkellage als Sollwert einzustellen und während des Verschwenken des Auslegers konstant zu halten, wobei der vorrichtungstechnische Aufwand äußerst gering ist.
Beim Gegenstand der eingangs diskutierten WO
02/081828 AI kann weder die Soll-Winkellage der Schaufel eingestellt werden noch konnte die Schaufel während der Verschwenkung des Auslegers nach unten (kippen) verstellt werden, so dass eine diese Bewegung voraussetzende Sollposition mit der bekannten Lösung nicht anfahrbar ist .
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Betätigungskopf der Ausrichtsteuereinrichtung als ein Stellhebel eines Vorsteuergerätes ausgeführt, dessen elektrische oder hydraulische Steuersignale zur
Schaufelsteuereinheit geführt sind. Dieses Vorsteuergerät wird vorzugsweise mit zwei hydraulischen Vorsteuerelementen ausgeführt, deren Steueranschlüsse über Signalleitungen mit dem Steuernschlüssen der Schaufelsteuereinheit verbunden sind.
Diese Schaufelsteuereinheit kann ihrerseits wieder mit einem hydraulischen Schaufelvorsteuergerät ausgeführt sein, dessen Steueranschlüsse über Steuerleitungen mit Steuerräumen eines Proportionalventils zur Ansteuerung des Schaufeizylinders verbunden sind. Die Steuerleitung des Schaufelvorsteuergerätes und die zum Vorsteuergerät der Ausrichtsteuereinrichtung führenden Signalleitungen sind über Wechselventile miteinander verbunden, so dass in den Steuerräumen des Proportionalventils jeweils der größere Steuerdruck anliegt, der entweder vom Vorsteuergerät oder vom Schaufelvorsteuergerät vorgegeben ist, um eine Winkellage der Schaufel einzustellen.
Bei einer Variante der Erfindung erfolgt die Rückkopplung der Bewegung des Übertragungsglieds auf den Steuerhebel über eine Federanordnung, der in entgegengesetzt zur Federanordnung wirkender Richtung von einer Zugfederanordnung beaufschlagt ist, die ihrerseits an einem Stellhebel angreift, so dass durch Verstellen dieses Stellhebels eine Sollposition des Steuerhebels einstellbar ist. Bei einer alternativen Variante kann anstelle der beidseitig am Steuerhebel angreifenden Federn ein geeigneter Hebelmechanismus verwendet werden, der einerseits die Einstellung eines Sollwerts ermöglicht und andererseits eine Relativbewegung des Übertragungsglieds in eine Schwenkbewegung des Stellhebels umsetzt.
Die Herstellung der Ausrichtsteuereinrichtung ist besonders einfach, wenn das Übertragungsglied als Schubstange ausgeführt ist, die parallel zum Ausleger an der Schaufel angreift, wobei der von der Schaufel entfernte Endabschnitt der Schubstange über ein Loslager an einem Rahmen des Arbeitsgerätes gelagert ist und über die vorgenannten Federn bzw. den Hebelmechanismus oder ähnlich wirkende Einrichtungen mit dem Stellhebel verbunden ist.
Die Ausrichtsteuereinrichtung lässt sich sehr einfach abschalten, wenn ein Druckanschluss des Steuergerätes über ein Schaltventil mit einer Steuerölpumpe oder einem Tank verbindbar ist. Beim Umschalten auf Tankdruck kann, über das Vorsteuergerät kein Signal zur Überlagerung der vom Schaufelvorsteuergerät abgegebenen Steuerdrücke abgegeben werden - es erfolgt kein self-levelling.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Schaubild einer erfindungsgemäßen Steueranordnung zur Konstanthaltung einer voreingestellten Winkellage einer Schaufel; Figur 2 eine Variante einer Ausrichtsteuereinrichtung der Steueranordnung aus Figur 2 und Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ausrichtsteuereinrichtung .
Figur 1 zeigt ein Schaubild einer Steueranordnung eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Radladers oder eines Baggerladers. Dieser hat einen Ausleger 2, an dessen freiem Endabschnitt eine Schaufel 4 mittels eines Schwenkgelenks β gelagert ist. Der andere Endabschnitt des Auslegers 2 ist über eine Anlenkung 8 an einem Rahmen 10 des Baggerladers angelenkt.
Die Verschwenkung des Auslegers 2 erfolgt mittels eines doppeltwirkenden Auslegerzylinders 12, der über eine Zylindersteuereinheit 14 mit Druckmittel versorgbar ist. Der Auslegerzylinder 12 ist gelenkig am Rahmen 10 abgestützt und greift mit seiner Kolbenstange am Ausleger
2 an. Die Verschwenkung der Schaufel 4 mit Bezug zum Ausleger 2 erfolgt über einen Schaufeizylinder 14, dessen
Gehäuse am Ausleger 2 angelenkt ist und dessen
Kolbenstange an der Schaufel 4 angreift. Auch dieser
Schaufeizylinder 14 ist als doppeltwirkender Zylinder ausgeführt und wird über eine Schaufelsteuereinheit 18 mit Druckmittel versorgt.
Gemäß Figur 1 ist an der Schaufel 16 des Weiteren noch eine Schubstange 20 über ein Schubstangengelenk 22 gelagert, die sich in der dargestellten Winkellage parallel zum Ausleger 2 erstreckt. Der von der Schaufel 4 entfernte Endabschnitt der Schubstange 20 ist an einem rahmenseitigem Loslager 24 abgestützt, das sich bei einer Änderung der Winkellage der Schaufel 4 mit Bezug zum Ausleger 2 verschieben kann. Bei konstanter Winkellage der Schaufel 4 mit Bezug zum Arbeitsgerät bilden der Ausleger und die Schubstange 20 sowie das Schwenkgelenk 6 und das Schubstangenlager 22 einerseits und die Anlenkung 8 und das Loslager 24 andererseits ein Prallelogramm, das während der Verschwenkung des Auslegers 2 seine Geometrie ändert, im Wesentlichen jedoch ein Parallelogramm bleibt (solange die Winkellage der Schaufel 4 mit Bezug zu den Achsen des Baggerladers unverändert bleibt) .
Die am Loslager 24 abgestützte Schubstange 20 ist bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Feder oder Federanordnung 26 mit einem Stellhebel 28 eines hydraulischen Vorsteuergerätes 30 verbunden. Der Steuerhebel 28 ist in entgegengesetzter Richtung zur Federanordnung 26 von einer Zugfederanordnung 32 beaufschlagt, deren vom Steuerhebel 28 entfernter Endabschnitt an einer Stelleinrichtung 34 befestigt, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Stellhebel 36 sowie einem damit direkt oder über Signalleitungen verbundenem Schiebegelenk 38 besteht, dessen Position veränderbar ist und an dem die Zugfederanordnung 32 angreift.
Durch Verschwenken des Stellhebels 36 kann das Schiebegelenk 38 mittelbar oder unmittelbar verschoben und somit die Vorspannung der Zugfederanordnung 32 verstellt werden, so dass entsprechend die Vorspannung der Federanordnung 26 verstellt und der Steuerhebel 28 in eine gewünschte Grundposition bewegbar ist.
Das hydraulische Vorsteuergerät 30 ist in bekannter Weise mit Druckreduzierventilen ausgeführt, die in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung des Stellhebels 28 in eine Regelposition verschiebbar sind. Über diese Druckreduzierventile kann der Druck an einen Steuerölanschluss P des Vorsteuergeräts 30 auf einen gewünschten Steuerdruck reduziert werden, der dann an Steueranschlüssen X, Y des Vorsteuergeräts 30 anliegt. In einer an den Steuerölanschluss P angeschlossenen Steuerölleitung 40 ist ein elektrisch betätigbares Schaltventil 42 angeordnet, das in seiner federvorgespannten Grundposition die Steuerölleitung 40 mit einem Tank T verbindet und bei Bestromen seines Schaltmagneten die Steuerölleitung 40 mit einer Pumpenleitung verbindet, die an eine Steuerölpumpe angeschlossen ist. D. h., in der federvorgespannten Grundposition hat das Vorsteuergerät 30 keine Wirkung, da an seinem Steuerölanschluss P Tankdruck anliegt. In der Schaltposition ist der Steuerölanschluss P mit der Steuerölpumpe verbunden, so dass über das Vorsteuergerät 30 Steuersignale generierbar sind. Die beiden Steueranschlüsse X, Y sind über Signalleitungen 44, 46 mit der Schaufelsteuereinheit 18 verbunden. Diese hat ein Schaufelvorsteuergerät 48, über dessen Stellhebel 50 der von der genannten Steuerölpumpe bereitgestellte Steueröldruck auf einen gewünschten Steuerdruck reduzierbar ist. Dieses Schaufelvorsteuergerät 48 ist beispielsweise mit vier Druckreduzierventilen versehen, über die beipielsweise die Winkellage der Schaufel mit Bezug zum Ausleger 2 und die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung einstellbar ist.
Die beiden Steueranschlüsse X, Y des Schaufelvorsteuergeräts 48 sind über Steuerleitungen 52, 54 jeweils mit dem Eingang eines Wechselventils 56 bzw. 58 verbunden, an dessen anderem Eingang die Signalleitung 46 bzw. 44 angeschlossen ist. Der Ausgang der Wechselventile 56, 58 ist jeweils mit Steuerräumen 60, 62 eines Schaufelproportionalventils 64 verbunden. Über dieses wird in bekannter Weise die Druckmittelströmungsgeschwindigkeit und
Druckmittelströmungsrichtung zwischen den Druckräumen des Schaufeizylinder 16 und einer Verstellpumpe bzw. einem Tank T der Zentraleinheit gesteuert. In seiner mittleren Stellung sind ein mit der Verstellpumpe verbundener Druckanschluss P sowie ein mit dem Tank verbundener Tankanschluss T mit Bezug zu zwei zu den Druckräumen des Schaufeizylinders 16 führenden Arbeitsanschlüssen A, B abgesperrt. In den rechten (Figur 1) Positionen (Ventilschieber nach links, "DUMP") des Schaufelproportionalventils 64 wird die Schaufel 4 aus der dargestellten Winkellage zum Auskippen von Material nach unten verschwenkt in den linken Positionen (CROWD) wird die Schaufel 4 aus der dargestellten Winkellage nach oben verschwenkt, um beispielsweise Material aufzunehmen und in der Schaufel zu halten.
Die Auslegersteuereinheit 14 hat einen ähnlichen Aufbau wie die Schaufelsteuereinheit 18. Die Druckmittelversorung des Auslegerzylinders 12 erfolgt über ein Zylinderproportionalventil 66, dessen Steuerräume 68, 70 über ein Zylindervorsteuergerät 72 mit einem Steuerdruck beaufschlagbar sind, um den Zylinder in den rechten (Ansicht nach Figur 1) Positionen (LOW) einzufahren, so dass der Ausleger 2 abgesenkt wird und in den linken Positionen (LIFT) den Zylinder zum Anheben des Auslegers auszufahren.
Es sei nun angenommen, dass der Ausleger 2 aus der dargestellten angehobenen Position nach unten verschwenkt ist und die Schaufel 4 in der dargestellten Winkellage auf dem Boden aufliegt. Die Schaufel 4 ist mit Material gefüllt und dieses soll beim folgenden Anheben des Auslegers 2 nicht aus dieser herausfallen. Es wird daher angestrebt, die Schaufel 4 in der dargestellten Winkellage oder noch mehr nach oben verschwenkt, mit Bezug zum Boden oder zu den Achsen des Fahrzeugs zu halten. Der Steuerhebel 28 ist in seiner dargestellten Grundposition die der genannten Winkellage der Schaufel 4 entspricht. In dieser Grundpositon ist der Steuerhebel 28 zwischen der Zugfederanordnung 32 und der Federanordnung 26 eingespannt, der Stellhebel 36 befindet sich ebenfalls in seiner Grundposition. Zum Anheben des Auslegers 2 wird das Auslegerproportionalventil 66 über das Auslegervorsteuergerät 72 in eine seiner linken Positionen (LIFT) verschoben, so dass der Auslegerzylinder 12 mit einer entsprechenden Geschwindigkeit ausfährt und den Ausleger 2 um die rahmenfeste Anlenkung 8 nach oben verschwenkt. Bleibt während dieser Verschwenkung die Winkellage der Schaufel 4 mit Bezug zum Boden konstant, so bleibt auch die Position des Steuerhebels 28 unverändert, es wird vom Vorsteuergerät 30 kein Steuersignal abgegeben. Bei einer
Änderung der Winkellage der Schaufel 4, beispielsweise bei einem Verschwenken um das Schwenklager 6 nach links (gegen den Uhrzeigersinn) wird entsprechend die
Schubstange 20 verschoben und das Loslager 24 nach links versetzt, so dass entsprechend die Spannung der Federanordnung 26 verringert wird. Die Position des Schiebegelenks 38 bleibt unverändert und der Stellhebel 28 wird nach links verschoben, bis sich ein Gleichgewicht zwischen der Zugfederanordnung 32 und der Federanordnung 26 einstellt. Entsprechend dieser Verschwenkung des Steuerhebels 28 wird vom Vorsteuergerät 30 ein hydraulisches Steuersignal generiert, so dass die Steuerräume 60, 62 des Schaufelproportionalventils 64 mit einer entsprechenden Steuerdruckdifferenz beaufschlagt werden. Durch diese Steuerdruckdifferenz wird das Schaufelproportionalventil 64 in eine seiner rechten Positionen (DUMP) gebracht, so dass die Schaufel 4 in Uhrzeigerrichtung verschwenkt wird, bis sich wieder die am Stellhebel 28 vorgewählte Grundposition einstellt. Der Steuerdruck in den Signalleitungen 44, 46 ist so gewählt, dass er größer ist als ein Steuerdruck in Steuerleitungen 52, 54, so dass dieses self-levelling selbst dann durchgeführt wird, wenn über das Schaufelvorsteuergerät 48 ein Steuerdruck in den Steuerleitungen 52, 54 generiert wird, der an den zugeordneten Eingängen der Wechselventile 56 bzw. 58 anliegt.
Das vorbeschriebene self-levelling ist jedoch nur möglich, wenn das Schaltventil 42 mittels des Schaltmagneten in seine Schaltstellung gebracht wird, in der ein Steueröldruck am Druckanschluss P des Vorsteuergeräts 30 anliegt. Bei Stromlosschalten des Schaltventils 42 kann die Schaufellage 4 von Hand über das Vorsteuergerät 48 eingestellt werden. Durch Betätigen des Stellhebels 36 lässt sich der Steuerhebel 28 aus der dargestellten Grundposition verschwenken, um die voreingestellte Winkellage der Schaufel 4 bei eingeschaltetem self-levelling zu verändern. Diese neue Winkellage kann unabhängig von der Einstellung des Schaufelvorsteuergeräts 48 eingestellt werden, da dessen Steuerdrücke übersteuert werden. Beim Anheben oder Absenken des Auslegers 2 wird dann diese veränderte Winkellage der Schaufel 4 durch die Rückkopplung einer Verschiebung der Schubstange 20 auf das Vorsteuergerät 30 und die daraus resultierende Beaufschlagung des Schaufelproportionalventils 64 mit einer Steuerdruckdifferenz konstant gehalten. Die vorbeschriebene Regelung der Winkellage lässt sich mit minimalem Aufwand realisieren, wobei sich praktisch jedwede von der Ladegeometrie ermöglichte Winkelposition der Schaufel 4 einstellen lässt.
Anstelle des hydraulischen Vorsteuergeräts 30 kann prinzipiell auch ein elektrisches Vorsteuergerät verwendet werden, wobei die elektrischen Signale zur Ansteuerung des entsprechend ausgebildeten Schaufelproportionalventils 64 verwendet werden.
Anstelle der Federanordnung zur Rückkopplung einer Veränderung der Winkellage der Schaufel 4 auf das Vorstellgerät 30 können selbstverständlich auch andere Konstruktionen verwendet werden.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Loslager 24 (Schiebegelenk) der Schubstange 20 über eine Hebelanordnung 74 mit dem Steuerhebel 28 verbunden ist, um eine Veränderung der Winkellage der Schaufel 4 auf das Vorsteuergerät 30 zurückzukoppeln. Die in Figur 2 dargestellte Hebelanordnung hat zwei Schiebehebel 76, 78, die mit einem Endabschnitt am Loslager 24 bzw. am Stellhebel 36 angelegt sind, während die beiden anderen Endabschnitte über einen Querhebel 80 gelenkig miteinander verbunden sind. Etwa im Mittelbereich des Querhebels 80 ist ein Verbindungsarm 82 angelenkt, der mit dem Steuerhebel 28 gelenkig verbunden ist. Bei konstanter Einstellung des Stellhebels 36 und einer Verschiebung der Schubstange 20 entlang der Bewegungsbahn des Loslagers 24 wird der Schiebehebel 76 entsprechend verschoben, so dass der Querhebel 80 aus seiner dargestellten Vertikalposition herausgekippt wird und entsprechend der Stellhebel 28 verschoben wird. Die Istposition ist durch Verschwenken des Stellhebels 36 und entsprechendes Verschieben des unteren Schiebehebels 78 einzustellen, was wiederum zu einem Verschwenken des Querhebels 80 und zu einer Betätigung des Steuerhebels 28 in seine neue Grundposition führt. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird anstelle der U-förmigen Hebelanordnung 74 eine etwa Z-förmige Hebelanordnung 84 verwendet, bei der die Schiebehebel 76, 78 gegenläufig am Querhebel 80 angreifen. Der Steuerhebel 28 ist am Querhebel 80 angelenkt. Bei einer Bewegung der Schubstange 20 wird der Schiebehebel 76 entsprechend mitgenommen und der Querhebel 80 verschwenkt, und entsprechend der Steuerhebel 28 betätigt. Die Einstellung der Soll- Schwenklage erfolgt über den Stellhebel 36, über den der Schiebehebel 78 verschiebbar und entsprechend der Querhebel 80 verschwenkbar ist.
Wesentlich bei der Kinematik dieser Einrichtungen ist, das eine Veränderung der Schwenklage der Schaufelposition 4 in eine Einstellung des Vorsteuergeräts 30 umsetzbar ist, in der von diesem ein Steuersignal zur Ansteuerung des
Schaufelproportionalventils 64 abgegeben wird, um dieses in eine Regelposition zu verschieben, in der die Schaufel 4 wieder in die voreingestellte Winkellage zurückbewegbar ist.
Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung für ein mobiles Arbeitsgerät, inbesondere für einen Rad- oder Baggerlader, bei dem eine Schaufel an einen Ausleger angelenkt ist. Die Winkellage der Schaufel läßt sich über eine Ausrichtsteuereinrichtung während einer Verschwenkung des Auslegers mit Bezug zu den Achsen des Arbeitsgerätes konstant halten. Erfindungsgemäß ist die Ausrichtsteuereinrichtung derart ausgebildet, dass bei einer Änderung einer voreingestellten Winkellage über ein Vorsteuergerät ein Steuersignal generiert wird, über das eine Schaufelsteuereinheit derart ansteuerbar ist, dass die Schaufel wieder in ihre vorbestimmte Winkellage zurückgefahren wird. Bezugszeichenliste
Ausleger Schaufelgelenk Schwenklager Anlenkung Rahmen Auslegerzylinder Auslegersteuereinheit Schaufeizylinder Schaufelsteuereinheit Schubstange Schubstangenlager Loslager Federanordnung Steuerhebel Vorsteuergerät Zugfederanordnung Stelleinrichtung Stellhebel Schiebegelenk Steuerölleitung Schaltventil Signalleitung Signalleitung Schaufelvorsteuergerät Steuerhebel Steuerleitung Steuerleitung Wechselventil Wechselventil Steuerraum Steuerraum Schaufelproportionalventil Auslegerproportionalventil Steuerraum Steuerraum Auslegervorsteuergerät Hebelanordnung Schiebehebel Schiebehebel Querhebel Verbindungsarm

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulische Steueranordnung für ein mobiles Arbeitsgerät, mit einer an einem mittels eines
Auslegerzylinders (12) verschwenkbaren Ausleger (2) gehaltenen Schaufel (4) , die mittels eines über eine Schaufelsteuereinheit (18) ansteuerbaren
Schaufeizylinders (16) verschwenkbar ist, wobei die Schaufellage über ein Übertragungsglied (20) auf eine
Ausrichtsteuereinrichtung zurückkoppelbar ist, über die der Schaufelzylinder (16) ansteuerbar ist, und wobei die
Ausrichtsteuereinrichtung ein mit dem Übertragungsglied (20) in Wirkverbindung stehenden Betätigungskopf (28) hat, dessen Positions eränderung bei einer Verschwenkung der Schaufel (4) über ein Steuergerät (30) in ein Steuersignal umsetzbar ist, um die Schaufel (4) in einer Soll-Winkellage zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundposition des Betätigungskopfes (28) veränderbar ist und dass das Übertragungsglied (20) derart mit dem
Betätigungskopf (28) verbunden ist, dass sowohl ein Verschwenken der Schaufel (4) nach unten als auch ein Verschwenken der Schaufel (4) nach oben aus seiner Soll- Winkellage in einer Lageänderung des Betätigungskopfes (28) resultiert, so dass in Abhängigkeit von dieser Lageänderung ein Steuersignal zur Rückführung der Schaufel (4) in ihre Soll-Winkellage an den Schaufeizylinder (16) abgebbar und auch der Betätigungskopf (28) in Richtung seiner voreingestellten Grundposition zurückverstellbar ist.
2. Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei der Betätigungskopf ein Steuerhebel (28) eines Vorsteuergerätes (30) ist, dessen elektrische oder hydraulische Steuersignale zur Schaufelsteuereinheit (18) geführt sind.
3. Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei das Vorsteuergerät (30) zwei hydraulische Vorsteuerelemente hat, deren Steueranschlüsse (X, Y) über Signalleitungen (44, 46) mit Steueranschlüssen der Schaufelsteuereinheit (18) verbunden sind. . Steueranordnung nach Patentanspruch 3 , wobei die Schaufelsteuereinheit (18) ein Schaufelvorsteuergerät (48) hat, dessen Steueranschlüsse (X, Y) über Steuerleitungen (52, 54) mit Steuerräumen (60, 62) eines Schaufelproportionalventils (64) verbunden sind, wobei die Signalleitungen (44, 46) über Wechselventile (56, 58) mit den Steuerleitungen (52, 54) verbunden sind, so dass der höhere der Steuerdrücke in den Steuerräumen (60, 62) anliegt .
5. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 2 bis 4, wobei der Steuerhebel (28) über eine Federanordnung (26) mit dem Übertragungsglied (20) und über eine weitere, entgegengesetzt wirkende Zugfederanordnung (32) mit einem Stellhebel (36) verbunden ist, über den die Sollposition des Steuerhebels (28) einstellbar ist.
6. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, wobei der Steuerhebel (28) über einen Hebelmechanismus (74, 84) mit dem Übertragungsglied (20) und einem Stellhebel (36) zur Einstellung der Sollposition verbunden ist, wobei der Hebelmechanismus (74, 84) derart ausgebildet ist, dass über den Stellhebel (36) eine Sollschwenklage des Steuerhebels (28) einstellbar ist und der Steuerhebel (28) verstellbar ist, wenn die Schaufel (4) aus ihrer Soll-Winkellage herausbewegt ist.
7. Steueranordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei der an die Federanordnung (26) bzw. den Hebelmechanimus (74, 84) angelenkte Endabschnitt des Übertragungsglieds (20) über ein Loslager (24) an einem Rahmen (lO) des Arbeitsgerätes gelagert ist .
8. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, wobei ein Druckanschluß (P) des Vorsteuergerätes (30) über ein Schaltventil (42) mit einer Steuerölpumpe oder einem Tank (T) verbindbar ist.
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