DE10053485B4

DE10053485B4 - Hydraulische Antriebseinrichtung für das Neigen eines eine Last tragenden Mastelements

Info

Publication number: DE10053485B4
Application number: DE2000153485
Authority: DE
Inventors: Eckehart Schulze
Original assignee: Hartmann and Lammle GmbH and Co KG; Linde GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH; Voith Turbo H and L Hydraulic GmbH and Co KG
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: DE10053485A1

Abstract

Hydraulische Antriebseinrichtung (10) für das Neigen eines eine Last (11) tragenden Hubmasts (12), der mittels eines doppelt-wirkenden Hydrozylinders (14) um eine Achse (13) schwenkbar ist, wobei, je nach Anordnung der Last an dem Hubmast und Schwenkrichtung des Hubmastes das von der Last und dem Hubmast entfaltete Gesamtmoment die Schwenkbewegung entweder unterstützt oder dem vom Antriebszylinder zu entfaltenden Drehmoment entgegen gerichtet ist, mit einem Hauptsteuerventil (43), das eine dem Stillstand des Hubmasts zugeordnete Grundstellung (0) und alternative, den einander entgegengesetzten Schwenkrichtungen zugeordnete Funktionsstellungen (I) und (II) hat, des weiteren mit einer Volumenstrom-Regelungseinrichtung, die in den alternativen Schwenk-Bewegungsrichtungen die Einhaltung einer definierten, durch die Einstellung des Hauptsteuerventils vorgebbaren Geschwindigkeit der Zylinderkolben-Bewegung vermittelt und mit den beiden Druckräumen (32 und 31) des Hydrozylinders (14) einzeln zugeordneten, zwischen den jeweiligen Druckraum und einen der Steueranschlüsse (53 und 54) des Hauptsteuerventils (43) geschalteten Vorspannventilen (44 und 46), durch die die Funktion implementiert ist, daß der...

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebseinrichtung für das Neigen eines eine Last tragenden Hubmasts, der mittels eines doppelt wirkenden Hydrozylinders um eine Achse schwenkbar ist, wobei, je nach Anordnung der Last an dem Hubmast und Schwenkrichtung des Hubmastes, das von der Last und dem Hubmastelement entfaltete Gesamtmoment die Schwenkbewegung entweder unterstützt oder dem vom Antriebszylinder zu entfaltenden Drehmoment entgegengerichtet ist, und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen.

Eine hydraulische Antriebseinrichtung dieser Art ist aus "O + P Ölhydraulik und Pneumatik" 44 (2000) Nr. 7, Seite 431 in Verbindung mit einem Gabelstabler bekannt.

Der Antriebszylinder ist als doppelt wirkender Zylinder mit einseitig aus dem Gehäuse austretender Kolbenstange ausgebildet, die an dem Hubmast angelenkt ist, der um eine tiefliegende, horizontale, fahrzeugfeste Achse schwenkbar ist. Zur Ansteuerung des Neigungsantriebes ist ein elektrisch ansteuerbares Proportional-Magnetventil vorgesehen, das die Funktion eines 4/3-Wege-Ventiles vermittelt, das eine dem Stillstand des Hubmasts zugeordnete Sperrstellung als Grundstellung und den einander entgegengesetzten Schwenkrichtungen zugeordnete, alternative Funktionsstellungen I und II hat, in denen entweder der bodenseitige Druckraum des Antriebszylinders mit dem P-Versorgungsanschluß und der stangenseitige Druckraum des Antriebszylinders mit dem T-Rücklaufanschluß des Hauptsteuerventils oder der stangenseitige Druckraum des Antriebszylinders mit dem P-Versorgungsanschluß und der bodenseitige Druckraum mit dem T-Rücklauf anschluß des Hauptsteuerventils verbunden sind. Des weiteren hat das Hauptsteuerventil einen Last-Sensierungsanschluß, über den eine zur Volumenstrom-Regelung vorgesehene Druckwaage ansteuerbar ist. Die verbraucherseitigen Steuerausgänge des Hauptsteuerventils sind über je eine Vorspann-Ventileinheit mit dem zugeordneten boden- bzw. stangenseitigen Druckraum des Antriebshydrozylinders verbunden. Diese Vorspann-Ventileinheiten umfassen in hydraulischer Parallelschaltung ein Rückschlagventil, das im Zustrom öffnet und im Rücklauf sperrend ist und ein Druckbegrenzungsventil, das einen Rückfluß von Hydraulikmedium vom Verbraucher zum Hauptsteuerventil beziehungsweise zum Tank des Druckversorgungsaggregats nur dann ermöglicht, wenn im zugeordneten Antriebsdruckraum des Hydrozylinders ein hoher Mindestdruck aufgebaut ist. Dadurch wird erreicht, daß der Kolben des Antriebs-Hydrozylinders in jeder Phase einer Neige-Bewegung gleichsam eingespannt ist, d. h. ein durch die Last bedingtes Drehmoment um die Schwenkachse des Hubmasts nicht zu einer Beschleunigung der Schwenkbewegung führt und die Geschwindigkeit der Mastbewegung im wesentlichen nur durch den mittels des Hauptsteuerventils eingesteuerten mittels der Druckwaage auf einen im wesentlichen konstanten Wert geregelten Volumenstrom bestimmt ist.

Eine vorgegebene Einstellung der Druckbegrenzungsventile auf das Flächenverhältnis der boden- zur stangenseitigen Begrenzungsfläche des Kolbens des Antriebshydrozylinders berücksichtigende, geeignete Druck-Grenzwerte vorausgesetzt, ist die bekannte Antriebseinrichtung jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß, je kleiner die Last ist, um so größer die Verlustleistung wird, da in demjenigen Druckraum des Antriebszylinders, aus dem Hydraulikmedium verdrängt werden muß, jeweils derselbe Mindestdruck aufgebaut werden muß, bei dessen Erreichen beziehungsweise Überschreiten erst Druckmedium aus dem Druckraum austreten und zum drucklosen Tank hin abfließen kann. Von einer statistischen Verteilung der Lasten zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert ausgehend, kann daher abgeschätzt werden, daß bei der bekannten Antriebseinrichtung das Verhältnis von Nutzleistung zu Verlustleistung statistisch höchstens etwa 1/1 ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine hydraulische Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie, statistisch gesehen, mit einem signifikant geringeren Verlustleistungsanteil behaftet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Hiernach sind die Vorspannventile als druckgesteuerte 2/2-Wege-Proportionalventile ausgebildet, die bis zu einem Mindest-Steuerdruck P₀ sperrend sind und, sobald dieser Mindestdruck P₀ überschritten ist, in monotoner Relation mit dem Ansteigen des Druckes, der in jeweils einen der Antriebsdruckräume des Antriebszylinders eingekoppelt ist, zunehmend größere Überströmquerschnitte freigeben. Jedes der beiden Vorspannventile hat eine Steuerkammer, die mit demjenigen Druckraum des Antriebszylinders in kommunizierender Verbindung steht, der über das jeweils andere Vorspannventil an das Hauptsteuerventil angeschlossen ist, so daß jedes Ventil gleichsam mit dem Ausgangsdruck des anderen aufgesteuert werden kann. Auch durch den in die Anschlußkammer des jeweiligen Vorspannventils eingekoppelten Druck, die bei geöffnetem Ventil mit der Überströmkammer und dem angeschlossen Druckraum des Verbrauchers in Verbindung steht, sind die beiden Vorspannventile aufsteuerbar.

Hierdurch erzielte funktionelle Eigenschaften und Vorteile der erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebseinrichtung sind zumindest die folgenden, wobei, entsprechend einer bevorzugten Gestaltung der Antriebseinrichtung davon ausgegangen sei, daß beide Vorspannventile auf denselben Öffnungsdruck P₀ ausgelegt sind:
Wird, ausgehend von der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils dieses in eine seiner beiden alternativen Durchflußstellungen I oder II gesteuert, wobei durch den Hub der Auslenkung seines Kolbens aus der Grundstellung der Volumenstrom eingestellt wird, der die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens des Antriebszylinders bestimmt, so öffnet zunächst dasjenige Vorspannventil, über das Druckmedium vom Druckversorgungsaggregat dem angeschlossenen Druckraum des Zylinders zuführbar ist. Dieses Öffnen des "Zulauf"-Vorspannventils erfolgt durch die Wirkung des in seine Anschlußkammer eingekoppelten Versorgungsdruckes. Durch den bei geöffnetem Ventilspalt zum einen in den angeschlossenen Druckraum des Antriebszylinders und zum anderen in die Steuerkammer des anderen Vorspannventils eingekoppelten Druck gelangt unmittelbar nachdem Öffnen des zulaufseitigen Vorspannventils auch das rücklaufseitige Vorspannventil in eine hinsichtlich der Ventilspalt-Weite demjenigen des zulaufseitigen Vorspannventils entsprechende Offen-Stellung, so daß über dieses Ventil Druckmedium aus dem anderen Druckraum des Antriebshydrozylinders zum drucklosen Tank des Versorgungsaggregats hin abströmen kann. Durch die Drosselwirkung des im Rücklauf liegenden Vorspannventils wird in dem an dieses Ventil angeschlossenen Druckraum des Antriebszylinders ein Staudruck aufgebaut, der dem in den andere Druckraum über das zulaufseitige Vorspannventil eingekoppelten Druck gleichsam entgegenwirkt, so daß der Kolben des Antriebshydrozylinders gleichsam eingespannt ist. Greift die Last am Kolben des Antriebszylinders so an, daß sie dessen Bewegung zu hemmen sucht, gleichsam bremst, so führt dies zu einer Erhöhung des in die Steuerkammer des im Rücklauf liegenden Ventils eingekoppelten Steuerdruckes und entsprechend zu einer Vergrößerung der Spaltweite dieses Ventils, so daß der Strömungswiderstand des zum Tank führenden Rücklauf-Strömungspfades entsprechend erniedrigt wird. Greift die Last am Kolben des Antriebshydrozylinders so an, daß sie die Bewegung des Kolbens in der eingesteuerten Richtung unterstützt, so führt dies, nachdem das im Rücklauf befindliche Vorspannventil geöffnet hat und Druckmedium über dieses zum Tank abströmen kann, zu einem Druckabfall in dem zustromseitig angeordneten Antriebsdruckraum des Hydrozylinders und demgemäß auch in der Steuerkammer des ablaufseitig angeordneten Vorspannventils, mit der Folge, daß dieses wieder sperrend wird oder die Weite seines Ventilspaltes wenigstens so weit reduziert wird, daß sich in dem an dieses Ventil angeschlossenen Druckraum wieder ein Staudruck aufbaut, der die Kolbenbewegung hemmt und somit wieder für den eingespannten Zustand des Kolben sorgt. Durch die hieraus resultierende Abbremsung des Kolbens erhöht sich wieder der Druck in dem zulaufseitigen Antriebsdruckraum und das im Rücklauf liegende Vorspannventil gelangt wieder in einen Zustand größerer Ventilspaltweite. In einem sich nach dem erstmaligen Öffnen des im Zulauf liegenden Vorspannventils ergebenden "eingeschwungen" stationären Zustand bleiben die Spaltweiten der beiden Vorspannventile im wesentlichen konstant und die Neigebewegung erfolgt mit der durch die Einstellung des Hauptsteuerventils vorgegebenen Geschwindigkeit.

Da der zum Öffnen der Vorspannventile erforderliche Mindestdruck signifikant niedriger gewählt werden kann als der zur Einsteuerung der Mast-Neigebewegungen maximal erforderliche Druck, vermittelt die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung den Vorteil, daß der Arbeitsbereich, innerhalb dessen ein praktisch verlustleistungsfreier Betrieb der Antriebseinrichtung möglich ist, zu niedrigen Lasten hin signifikant erweitert ist und die Mehrzahl der statistisch bedeutsamen Last-Betriebssituationen umfaßt, mit der Folge, daß die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung insoweit einen besonders energiesparenden Betrieb eines mit ihr ausgerüsteten Geräts, z.B. eines Gabelstablers oder einer mobilen Betonpumpe ermöglicht.

Unter der Voraussetzung, daß der Anteil des Masts an der Gesamtlast, die vor- oder zurückgeneigt werden muß, relativ hoch ist, ist die Auslegung gemäß Anspruch 3 besonders zweckmäßig, da dann jeglicher Betrieb der An triebseinrichtung mit Nutzlast im gleichsam verlustleistungsfreien Druckbereich erfolgen kann.

Die gemäß Anspruch 4 vorgesehene Auslegung der Antriebseinrichtung ermöglicht in der überwiegenden Zahl der statistisch relevanten Betriebssituationen einen weitgehend verlustleistungsfreien Betrieb der Antriebseinrichtung.

In zweckmäßiger Gestaltung der Antriebseinrichtung sind die Vorspannventile als Sitzventile ausgebildet, deren Ventilkörper durch Federn definierter Vorspannung gegen die Ventilsitze gedrängt werden. In Kombination hiermit ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorspannung der Ventilfedern einstellbar ist, um die Antriebseinrichtung an statistisch besonders häufig auftretende Lastbereiche anpassen zu können.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn, wie gemäß Anspruch 7 vorgesehen, die Vorspannung der Ventilfedern "fern"-gesteuert einstellbar ist und dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von lastcharakteristischen Ausgangssignalen eines Lastsensors elektronisch gesteuert einstellbar ist. Ein geeigneter Sensor hierfür ist beispielsweise ein Druck-Spannungswandler mittels dessen z.B. der durch die Last bedingte Druck in einem Hubzylinder der Gesamt-Installation erfaßbar ist. Das Ausgangssignal eines solchen Drucksensors kann durch eine zweckgerechte Verarbeitung in einer elektronischen Steuereinheit auch zur bedarfsgerechten Einstellung der Vorspannungen der Ventilfedern der Vorspannventile genutzt werden.

Durch die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 sind bevorzugte mit geringem Raumbedarf realisierbare Gestaltungen der Vorspannventile angegeben, durch deren Gestaltung gemäß Anspruch 10 eine zusätzliche Schutzfunktion dahingehend erzielt wird, daß ein bei Stillstand des Antriebszylinders sich z.B. aufgrund äußerer Einflüsse aufbauender Druck auf einen Wert begrenzt bleibt, der im Höchstfall um etwa 1/3 höher ist als der maximale Systemdruck, auf den die Antriebseinrichtung ausgelegt ist.

Bei vorzugsweise identischer Ausbildung der beiden Vorspannventile, ist es besonders vorteilhaft, wenn diese als Patronenventile mit abschnittsweise zylindrisch rohrförmig gestalteten Gehäusehülsen ausgebildet sind, die in Aufnahmebohrungen eines Anschlußblocks einschraubbar und durch Ringdichtungen gegen die Aufnahmebohrungen abdichtbar sind, wobei in einem solchen Anschlußblock auch noch weitere Komponenten einer komplexeren Hydraulik-Installation untergebracht sein können. Die gemäß Anspruch 13 vorgesehene Anordnung der beiden Vorspannventile hat den Vorteil, daß Steuer- und Verbindungskanäle, die zur wechselseitigen Druck-Ansteuerung der Vorspannventile erforderlich sind, mit minimalen Längen der Strömungspfade realisierbar sind.

Die Herstellung des Anschlußblocks der Antriebseinrichtung ist dann besonders einfach, wenn dieser in der durch die Merkmale des Anspruchs 14 angegebenen Technik realisiert ist.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Antriebseinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie einiger Abwandlungen desselben anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1 ein schematisch vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung;
2a eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Schwenkvorrichtung zur Erläuterung der Funktion der Antriebseinrichtung gemäß 1,
2b eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Gabelstapler-Fahrzeugs zur Erläuterung eines speziellen Einsatzzweckes der Antriebseinrichtung gemäß 1 und
3 eine spezielle Gestaltung bei der Antriebseinrichtung gemäß 1 einsetzbarer Vorspannventile, über die der Zustrom von Druckmedium von einem Hauptsteuerventil zum Verbraucher und der Rückfluß von Druckmedium zu dem zur Funktionssteuerung des hydraulischen Verbrauchers vorgesehenen Hauptsteuerventil erfolgt, in maßstäblicher Längsschnittdarstellung.
Für die in der 1 insgesamt mit 10 bezeichnete hydraulische Antriebseinrichtung sei zum Zweck der Erläuterung, d.h. ohne Beschränkung der Allgemeinheit, angenommen, daß sie als Schwenkantrieb einsetzbar sein soll, mittels dessen ein eine Last 11 der Masse m tragender Hubmast 12, der um eine unterhalb der Last 11 angeordnete horizontale Achse 13 schwenkbar ist, innerhalb des Schwenkbereiches α, in dem ein Wechsel der Angriffsrichtung des durch die Last 11 und die Neigung des Hubmasts 12 sowie dessen effektive Länge r bedingten Drehmoments um die Schwenkachse 13 auftreten kann, mit definierter, z. B. konstanter Winkelgeschwindigkeit ω schwenkbar ist.
Der Leistungsantrieb der Antriebseinrichtung 10 ist als doppelt wirkender linearer Hydrozylinder 14 mit einseitig aus seinem Gehäuse 16 austretender Kolbenstange 17 ausgebildet, die mit dem Arm 12 gelenkig verbunden ist, wobei die Gelenkachse 18 des diesbezüglichen Verbindungsgelenkes 19 und die Gelenkachse 21 eines Basis-Schwenklagers, um die der Hydrozylinder 14 innerhalb eines relativ kleinen Schwenkbereiches β, gemäß der Darstellung der 2a auf- und abschwenkbar gelagert ist, parallel zu der Schwenkachse 13 des Sockelgelenks 23 verlaufen, was fest an einem ledig lich schematisch angedeuteten Gestell 24 angeordnet ist, das auch das Basisgelenk 22 des Hydrozylinders 14 trägt.
Die Anordnung des Hubmasts 12 und des Hydrozylinders 14 ist so getroffen, daß in den möglichen Schwenk-Positionen des Hubmasts 12 und des Hydrozylinders 14 die zentrale Achse 26 der Kolbenstange 17 nahezu rechtwinklig zu der zentralen Achse des Hubmasts 12 verläuft, die gemäß der Darstellung der 2 den Schwerpunkt 27 der durch die Last 11 und den Hubmast 12 gebildeten Massen-Anordnung mit dem Gelenkpunkt verbindet, in dem die Schwenkachse 13 des Sockelgelenks 23 die Darstellungsebene durchstößt.
Befindet sich der Schwerpunkt 27 der Last 11 nicht genau über der Schwenkachse 13, sondern gemäß der Darstellung der 2 in einem Winkelabstand α_l oder α_r von dieser neutralen "Null"-Lage, so führt dies zu einem Drehmoment T um die horizontale Schwenkachse 13, das durch die Beziehung T = m·g·r·sin αr,l (1),gegeben ist, in der mit g die Erdbeschleunigung (g = 9,81 ms^–2), mit α_r die Neigung des Hubmasts 12, wenn dieser zum Antriebszylinder 14 hin geneigt ist, und mit α_l die Neigung des Hubmasts 12 bezeichnet sind, wenn dieser vom Antriebszylinder 14 weg geneigt ist, d.h. sich, vom Antriebszylinder 14 aus gesehen jenseits der neutralen Mittelposition befindet. Auf der einen "rechten", dem Hydrozylinder 14 zugewandten Seite führt dies zu einer Kraft F_r, die die Kolbenstange 17 und den mit dieser fest verbundenen Zylinderkolben 28 in Richtung auf den Boden 29 des Zylindergehäuses 16 drängt; auf der "linken", vom Antriebszylinder 14 aus gesehen jenseits der Mittelposition liegenden Seite führt das Drehmoment gemäß der Beziehung (1) zu einer auf die Kolbenstange 17 und den Kolben 28 wirkenden Kraft, die "nach außen" gerichtet ist, d.h. den Kolben 28 im Sinne einer Verkleinerung stangen seitigen Druckraumes 31 und demgemäß im Sinne einer Vergrößerung des bodenseitigen Druckraumes 32 des Antriebs-Hydrozylinders 14 zu verschieben tendiert.
Die Antriebseinrichtung 10 ist z. B. als Neigungsantrieb für den "ersten" schwenkbaren Basisarm eines mehrarmigen Verteilermasts einer mobilen Betonpumpe einsetzbar, insbesondere auch als Neigungsantrieb für den Hubmast 12 eines in der 2b schematisch dargestelltes Gabelstapler-Fahrzeugs 33 geeignet, dessen Gabel 34 an dem Hubmast 12 mittels eines lediglich schematisch angedeuteten hydraulischen Hub-Zylinders 36 anhebbar und absenkbar ist. Dieser Hub-Zylinder 36 ist bei einem Gabelstabler üblicherweise als einfach wirkender Hydrozylinder ausgebildet, der durch ventilgesteuerte Druckbeaufschlagung seines Antriebsdruckraumes im Sinne einer Anhebung der Gabel 34 und der von dieser getragenen Last 11' arbeitet und bei Druckentlastung dieses Antriebsdruckraumes durch die Gewichtskraft der an seinem Kolben abgestützten Gesamtlast, die durch die Gabel 34 und die Transportlast 11' gebildet ist, die Absenkung derselben vermittelt. Zur Erfassung des im Antriebsdruckraum herrschenden Druckes ist ein lediglich schematisch angedeuteter Drucksensor 39 vorgesehen, dessen elektrisches Ausgangssignal ein Maß für die Gesamtlast und, da die durch die verfahrbare Gabel 34 bedingte "Grund"-Last als konstant und bekannt vorausgesetzt werden kann, auch ein Maß für die Transportlast 11' ist.
In einer zum Aufnehmen einer Last 11' vorgesehenen Schwenkposition des Hubmasts 12 verläuft dessen die Schwenkachse 13 enthaltende Mittelebene 37 senkrecht und die Arme der Gabel 34 verlaufen waagrecht, so daß die Gabel in hinreichend weit abgesenkter Position durch Verfahren des Gabelstabler-Fahrzeuges 33, in die eine Palette 38, auf der die Last 11' abgestellt ist, untergreifende Position bringbar ist. Hiernach wird durch eine kleinhubige Aufwärtsbewegung der Gabel die Palette samt der von ihr getragenen Last 11' vom Boden, auf dem die Palette 38 abgestellt war, angehoben. Die hier durch erreichte Konfiguration entspricht hinsichtlich der Drehmomententfaltung durch die Gesamtlast, die sich aus der Transportlast 11' und der durch den Hubmast 12 und die Gabel 34 gebildeten Last zusammensetzt, der Konfiguration II der 2a. Für die Transport-Fahrt von der Aufnahmestelle der Transportlast 11' zu einem nicht dargestellten Hochregal wird mittels der Schwenk-Antriebseinrichtung 10 eine zum Fahrzeug hin gerichtete Neigung des Hubmasts 12 eingestellt, und es kann schon, während das Fahrzeug 33 zu der vorgesehenen Lagerungsstelle fährt, die Gabel 34 mit der Transportlast 11' so weit angehoben werden, daß die Palette 38 mit der Transportlast 11' durch Zurückschwenken des Hubmasts in die Position mit vertikalem Verlauf seiner Mittelebene 37 in die für das Abstellen auf einem Hochregal-Boden geeignete "horizontale" Lage gebracht werden kann. Hierbei ist es, je nach der Anordnung der Transportlast 11' und der Hubhöhe derselben, möglich, daß während des Anhebens der Transportlast 11' die in der 2a mit "0" bezeichnete drehmoment-neutrale Konfiguration überschritten wird und eine Anordnung der Last 11' erreicht wird, in der, entsprechend der Konfiguration I der 2a das last-bedingte Drehmoment so gerichtet ist, daß es die zum Fahrzeug 33 hin gerichtete Neigung des Hubmasts 12 zu vergrößern tendiert. Entsprechend dem zur Erläuterung gewählten Einsatzbeispiel tritt auch beim Abstellen der Transportlast 11' auf einem hoch gelegenen Regalboden ein Wechsel der Drehmoment-Angriffsrichtung auf, wenn der Hubmast 12 aus der der Konfiguration I der 2a entsprechenden Position in die der Konfiguration II der 2a entsprechende Position zurück geschwenkt wird, in der die Palette 38 mit der Transportlast 11' – bei horizontalem Verlauf der Tragarme der Gabel 34 – auf dem Regalboden abstellbar ist.
Zur Steuerung der Schwenkbewegungen des Hubmasts 12, durch die dessen Neigung mit vorgebbarer Geschwindigkeit einstellbar ist, ist eine insgesamt mit 40 bezeichnete elektrohydraulische Steuereinheit vorgesehen, die ein über ein manuell betätigbares Sollwert-Vorgabeelement 41 einer elektronischen Steuereinheit 42 elektrisch ansteuerbares Hauptsteuerventil 43 um faßt, mittels dessen die Richtung der Schwenkbewegungen des Masts sowie deren Geschwindigkeit steuerbar sind, des weiteren zwei druckgesteuerte Vorspannventile 44 und 46, die zwischen das Hauptsteuerventil 43 und den hydraulischen Verbraucher – den Schwenkantriebs-Hydrozylinder 14, geschaltet sind, sowie eine Druckwaage 47, die zwischen des lediglich schematisch angedeutete Druckversorgungsaggregat 48 und das Hauptsteuerventil 43 geschaltet ist und eine last-unabhängige Stromregelung des vom Druckversorgungsaggregat über das Hauptsteuerventil 43 zum Verbraucher geleiteten und von diesem zurück zum drucklosen Tank 58 des Druckversorgungsaggregats 48 geleiteten Hydrauliköl-Stromes vermittelt. Das Druckversorgungsaggregat 48 ist z. B. mit einer Konstantpumpe bestückt, deren Ausgangsdruck mittels einer nicht dargestellten lastsensierender Druckwaage geregelt und mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Druckbegrenzungsventils begrenzt wird.
Das Hauptsteuerventil 43 ist, seiner Grundfunktion nach, als 5/3-Wege-Ventil ausgebildet, das eine durch Ventilfedern 49 und 51 zentrierte Grundstellung 0 hat, die dem Stillstand des Schwenk-Antriebshydrozylinders 14 zugeordnet ist, sowie alternative Durchflußstellungen I und II, die den in alternativen Richtungen erfolgenden Auslenkungen des Antriebszylinderkolbens 28 bzw. Schwenkbewegungen des Masts 12 zugeordnet sind.
In der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 43 ist sein P-Versorgungsanschluß 52 gegen die verbraucherseitigen A- und B-Steueranschlüsse 53 und 54, die über je eines der beiden Vorspannventile 44 und 46 mit dem A-Verbraucheranschluß 56 bzw. dem B-Verbraucheranschluß 57 des Hydrozylinders 14 verbunden sind, abgesperrt, die A- und B-Steueranschlüsse 53 und 54 des Hauptsteuerventils 43 jedoch beide mit dem drucklosen Tank 58 des Druckversorgungsaggregats 48 verbunden.
In der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 43 sind die beiden druckgesteuerten Vorspannventile 44 und 46, die ihrer Grundfunktion nach 2/2-Wege-Ventile sind, durch vorgespannte Ventilfedern 59 in ihre jeweilige Sperrstellung 0 gedrängt, so daß weder aus dem stangenseitigen Druckraum 31 noch aus dem bodenseitigen Druckraum 32 Hydrauliköl zum Tank 48 hin abströmen kann.
Das Hauptsteuerventil 43 ist als "lineares" Schieberventil ausgebildet, dessen durch das 5/3-Wege-Ventilsymbol repräsentierter Kolben 63 durch Auslenkungen in den einander entgegengesetzten Verschieberichtungen aus der Grundstellung in die Funktionsstellungen I und II steuerbar ist. Der hierfür erforderliche Linearantrieb 64 ist als spielfreier Spindeltrieb ausgebildet, der als rotatorischen Antriebsmotor einen digital gesteuerten Schrittmotor 66 hat und axiale Verschiebungen des Ventilkolbens 63 in Schrittweiten von 3,75 μm ermöglicht, was 1.600 Schritten pro Umdrehung der Motorwelle 67 entspricht. Der Rotor dieses Motors 66 hat eine federzentrierte Grundstellung, mit der die Grundstellung 0 des Hauptsteuerventilkolbens 63 korrespondiert. Das Hauptsteuerventil 43 ist so gestaltet, daß mit zunehmenden Auslenkungen des Ventilkolbens in der einen oder der anderen Richtung stetig zunehmende Strömungsquerschnitte der vom P-Versorgungsanschluß 52 ausgehenden Ventil-Strömungspfade 68 bzw. 69 freigegeben werden. Diese funktionelle Eigenschaft des Hauptsteuerventils 43 ist im Ventilsymbol durch Stelldrosseln 61₁ , und 61₂ veranschaulicht, deren Strömungswiderstand mit zunehmender Auslenkung des Ventilkolbens 63 aus der Grundstellung 0 abnimmt. In der Funktionsstellung I ist der P-Versorgungsanschluß 52 des Hauptsteuerventils 43 mit dem A-Steueranschluß 53 verbunden und der B-Steueranschluß 54 mit dem T-Versorgungsanschluß 70, so daß, wenn gleichzeitig die Vorspannventile 44 und 46 in ihre Durchfluß-Stellungen I gesteuert sind, unter hohem Druck stehendes Hydrauliköl in den bodenseitigen Druckraum 32 des Hydrozylinders 14 eingekoppelt ist und dessen stangenseitiger Druckraum 31 mit dem Tank 58 des Druckversorgungsaggregats 48 verbunden ist, wobei der Kolben 28 des Antriebs-Hydrozylinders 14 eine gemäß der Darstellung der 1 nach rechts gerichtete Verschiebung erfährt, deren Geschwindigkeit im wesentlichen durch den wählbar eingestellten Durchflußquerschnitt des P/A-Strömungspfades 68 des Hauptsteuerventils 43 bestimmt ist.
In der Funktionsstellung II des Hauptsteuerventils 43 ist dessen P-Versorgungsanschluß 52 mit dem B-Steueranschluß 54 verbunden und der A-Steueranschluß 53 mit dem T-Versorgungsanschluß 70 des Hauptsteuerventils 43, so daß, wenn sich die beiden Vorspannventile 44 und 46 in ihren Durchfluß-Stellungen I befinden, der hohe Versorgungsdruck in den stangenseitigen Antriebsdruckraum 31 des Hydrozylinders 14 eingekoppelt ist und der bodenseitige Druckraum des Hydrozylinders 14 mit dem Tank 58 des Druckversorgungsaggregats verbunden ist, und der Hauptzylinderkolben 28 gemäß der Darstellung der 1 nach links verschiebbar ist.
Die beiden Vorspannventile 44 und 46, zu deren Erläuterung nunmehr auch auf die 3 Bezug genommen sei, in der konstruktive Einzelheiten dieser beiden Ventile dargestellt sind, sind als druck-gesteuerte Ventile ausgebildet, die bei dem zur Erläuterung gewählten speziellen Ausführungsbeispiel baugleich als Sitzventile ausgeführt sind, die in ihrer sperrenden Grundstellung hermetisch dicht sind, wenn und solange ein zum Auf-Steuern der Ventile erforderlicher Steuerdruck unterhalb eines auslegungs-bedingten Betrages liegt.
Die Vorspannventile 44 und 46 sind als sogenannte Patronenventile ausgebildet, die in je eine insgesamt mit 72₁ bzw. 72₂ bezeichnete Aufnahmebohrung eines insgesamt mit 73 bezeichneten Anschlußblocks einschraubbar sind, innerhalb dessen durch miteinander fluchtende und/oder miteinander in Querschnittsüberlappung stehende Öffnungen von Segmentplatten 74_i (i = 1 bis n), aus denen der Anschlußblock 73 durch Hartlöten zusammengefügt ist, Steuerkanäle 76₁ und 76₂ sowie Anschlußkammern 77₁ und 77₂ , des weiteren Überströmkammern 78₁ und 78₂ sowie mit diesen in kommunizierender Verbindung stehende Anschlußkanäle 79₁ und 79₂ gebildet sind, über die die möglichen Verbindungen des A-Steueranschlusses 53 und des B-Steueranschlusses 54 des Hauptsteuerventils 43 mit den Verbraucheranschlüssen 56 und 57 des Antriebs-Hydrozylinders 14 druckgesteuert freigebbar und absperrbar sind. Eine mögliche Folge der Segmentplatten ist im unteren Teil der 3 gestrichelt angedeutet.
Die Aufnahmebohrungen 72₁ und 72₂ sind als Stufenbohrungen ausgebildet, die je eine dem Durchmesser nach größere Bohrungsstufe 81 und eine dem Durchmesser nach kleinere Bohrungsstufe 82 haben. Die Aufnahmebohrungen 72₁ und 72₂ sind von einander gegenüberliegenden parallelen Stirnflächen 83 und 84 des Anschlußblocks 73 her mit zu diesen rechtwinkligem Verlauf ihrer zentralen Längsachsen 86₁ bzw. 86₂ eingebracht, wobei die Bohrungsabschnitte 81 des jeweils größeren Durchmessers von den einander gegenüberliegenden Stirnflächen 83 bzw. 84 des Anschlußblocks 73 ausgehen und innerhalb des Anschlußblocks 73 in die Überströmkammer 78₁ bzw. 78₂ des jeweiligen Vorspannventils 44 bzw. 46 münden.
Die dem Durchmesser nach kleinere Bohrungsstufe 82 der jeweiligen Aufnahmebohrung 72₁ bzw. 72₂ erstreckt sich zwischen der Überströmkammer 78₁ bzw. 78₂ des jeweiligen Vorspannventils 44 bzw. 46 und einem Steuerraum 87 bzw. 88, der mit der Überströmkammer 78₂ bzw. 78₁ des jeweils anderen Vorspannventils 46 bzw. 44 in ständig-kommunizierender Verbindung steht und axial "gehäusefest" durch diejenigen Wandbereiche 84' bzw. 83' des Anschlußblocks 73 abgeschlossen sind, von deren Stirnflächen 84 bzw. 83 aus die Aufnahmebohrungen 72₂ bzw. 72₁ der beiden Ventile in den Block 73 angebracht sind.
In Anbetracht der Baugleichheit der beiden Patronenventile 44 und 46 sei zu deren mehr in die Einzelheiten gehenden Erläuterung zunächst nur auf dasjenige Vorspannventil 44 Bezug genommen, mittels dessen der vom Steueranschluß 53 des Hauptsteuerventils 43 zum bodenseitigen Druckraum 32 des Antriebshydrozylinders 14 führende Steuerpfad druckgesteuert freigebbar und absperrbar ist.
Das Patronenventil 44 hat als Gehäuseelement eine der Grundform nach rohrförmig-zylindrische, insgesamt mit 89 bezeichnete Hülse, die einen "äußeren" Abschnitt 91 hat, der mittels einer zentralen Ringdichtung 92 gegen die dem Durchmesser nach größere Bohrungsstufe 81 der Aufnahmebohrung 72₁ des Anschlußblocks 73 abgedichtet ist, und einen "inneren Abschnitt" 93, der mittels einer "inneren Ringdichtung" 94, gegen den sich zwischen der Überströmkammer 78₁ , die mit dem Verbraucheranschluß 56 des Antriebs-Hydrozylinders 14 kommunizierend verbunden ist und dem Steuerraum 87, der in kommunizierender Verbindung mit der Überströmkammer 78₂ des anderen Vorspannventils 46 steht, erstreckenden Abschnitt der dem Durchmesser nach kleineren Bohrungsstufe 82 der Aufnahmebohrung 72₁ des Anschlußblocks 73 abgedichtet ist. Diese innere Ringdichtung 94 vermittelt somit auch die permanente Abdichtung des Steuerraumes 87 gegenüber der Überströmkammer 78₁ des Vorspannventils 44, dem sie zugeordnet ist.
Zwischen dem äußeren Hülsenabschnitt 91, innerhalb dessen der Innendurchmesser der Hülse den Betrag D₁ hat und dem inneren Hülsenabschnitt 93, innerhalb dessen der Innendurchmesser der Hülse den kleineren Betrag D₂ hat, vermittelt eine im wesentlichen konische Ventil-Sitzfläche 96, an der mit kreislinienförmiger Berührung ein insgesamt mit 97 bezeichneter Ventilkörper axial abstützbar ist, der in der Grundstellung 0 des Vorspannventils 44 durch die Ventilfeder 59 gegen den durch die Sitzfläche 96 markierten Ventilsitz gedrängt ist.
Die kreisförmige Dichtkante 98 des Ventilkörpers 97 ist durch die Übergangskante gebildet, entlang derer ein sich zum inneren Abschnitt 93 der Patronenhülse 89 hin verjüngender kegelstumpfförmiger Mittelabschnitt 99 des Ventilkörpers 97 an einen zylindrischen Abschnitt 101 desselben anschließt, dessen Durchmesser D₃ demjenigen der Dichtkante 98 entspricht.
Der zylindrische Abschnitt 101 geht in einen äußeren Führungsflansch 102 über, der mittels eines Ringdichtungs-Pakets, das zwei konzentrisch angeordnete Ringdichtungen 103 umfaßt, die in eine Ringnut des Führungsflansches 102 eingesetzt sind, gleitfähig gegen die innere Mantelfläche 104 des äußeren Abschnitts 91 der "Patronen"-Hülse 89 abgedichtet ist.
Die Ventilfeder 59 ist zwischen dem Führungsflansch 102 des Ventilkörpers 97 und der inneren Bodenfläche 106 einer topfförmigen Abschlußhülse 107 eingespannt, die in einen äußeren, stutzenförmigen Fortsatz 108 der Patronenhülse 89 eingesteckt und durch einen Sprengring 109 gegen ein Ausrükken aus der Patronenhülse 89 gesichert ist.
Der äußere Fortsatz 108 der Ventilhülse 89 hat einen radialen Stützflansch 111, durch dessen Anlage an der einen Stirnfläche 83 des Anschlußblocks 73 die Position markiert ist, bis zu der die Patronenhülse 89 in ihre Aufnahmebohrung 72₁ einschraubbar ist. Durch den Stützflansch 111 ist ein äußerer Dichtring 112 zwischen einer konischen Dichtfläche 113 am äußeren Rand der Aufnahmebohrung 72₁ und einer mit glatter Krümmung an den Stützflansch 111 anschließenden Umfangsrille 114 der Ventilhülse 89, diese gegen den Anschlußblock 73 abdichtend, eingespannt gehalten.
Der zylindrische Abschnitt 101 des Ventilkörpers 97 durchsetzt einen einseitig beweglich durch den Führungs- und Dichtflansch 102 axial begrenzten Ringraum 116, der über radiale Bohrungen 117 mit dem Steuerkanal 76₁ in kommunizierender Verbindung steht, mit dem der A-Steueranschluß 53 des Hauptsteuerventils 43 verbunden ist. Der Steuerkanal 76₁ des Anschlußblocks 73 ist so ausgebildet, daß er die Ventilhülse 89 ringnutförmig umschließt.
Der kegelstumpfförmige Mittelabschnitt 99 des Ventilkörpers 97 ist über ein stangenförmiges Zwischenstück 115, dessen Durchmesser d dem Durchmesser der kleineren Basis-Querschnittsfläche des kegelstumpfförmigen Mittelabschnitts 99 entspricht, mit einem Führungsflansch 118 verbunden, der mittels eines Ringdichtungs-Pakets, das zwei Ringdichtungen 119 umfaßt, gegen die innere Mantelfläche 121 des inneren Hülsenabschnitts 93 gleitfähig abgedichtet ist, der den lichten Durchmesser D₂ hat. Der Durchmesser d des stangenförmigen Zwischenstücks 115 ist signifikant kleiner als der Durchmesser D₂ des inneren Führungsflansches 118, so daß zwischen diesem und dem kegelstumpfförmigen Mittelabschnitt 99 des Ventilkörpers 97 ein innerer Ventil-Ringraum 122 verbleibt. Dieser innere Ventil-Ringraum 122 steht über im wesentlichen radial verlaufende Überström-Öffnungen 123 mit der Überströmkammer 78₁ des Vorspannventils 44 in kommunizierender Verbindung, die über den Anschlußkanal 79₁ mit dem Verbraucheranschluß 56 des bodenseitigen Druckraumes 32 des Antriebs-Hydrozylinders 14 (1) verbunden ist.
Auch die Überströmkammer 78₁ ist als eine den inneren Hülsenabschnitt 93 umschließende, insgesamt ringnutförmige Aussparung des Anschlußblocks 73 ausgebildet, deren lichter Querschnitt sich mit den miteinander fluchtenden Segmentplatten-Aussparungen überlappt, die in ihrer Gesamtheit den Anschlußkanal 79₁ bilden.
In einen zu dem Steuerraum 87 hin offenen inneren Endabschnitt 124 des inneren Abschnitts 93 der Ventilhülse 89 ist hülsenfest ein topfförmiges Abschlußteil 126 eingesetzt, dessen Boden 127 die einseitige axiale Begren zung einer inneren Steuerkammer 128 des Vorspannventils 44 bildet, die durch den inneren Führungsflansch 118 des Ventilkörpers 97 axial beweglich begrenzt ist. Diese innere Steuerkammer 128 steht über eine zentrale Blenden-Öffnung 129 des Bodens 127 des topfförmigen Abschlußteils 126 in kommunizierender Verbindung mit dem Steuerraum 87, der über den Anschlußkanal 79₂ einerseits mit dem B-Verbraucheranschluß 57 des Hydrozylinders 14 und andererseits mit der Überströmkammer 78₂ des anderen Vorspannventils 46 verbunden ist.
Der Durchmesser D₁ des jeweils äußeren – größeren – Führungsflansches 102 der Ventilkörper 97 der beiden Vorspannventile 44 und 46, der Durchmesser D₂ ihres jeweils inneren – kleineren – Führungsflansches 118 und der Durchmesser D₃ des zylindrischen Abschnitts 101 der Ventilkörper 97 sind gemäß der Relation D22 = D2 1 – D2 3 (2)aufeinander abgestimmt. Demgemäß ist die Kreisfläche 131 des Betrags A₂, auf der der innere Führungsflansch 118 des Ventilkörpers 97 des jeweiligen Ventils 44 bzw. 46 einem in die innere Steuerkammer 128 eingekoppelten Steuerdruck ausgesetzt ist, gleich der Ringfläche 132 des Betrages A1, um den die Gesamt-Querschnittsfläche des äußeren Führungsflansches 102 größer ist als die Querschnittsfläche des von diesem Führungsflansch 102 ausgehenden zylindrischen Abschnitts 101 des Ventilkörpers 97.
Des weiteren ist der Durchmesser D₃ des zylindrischen Abschnitts 101 des Ventilkörpers 97 geringfügig, z. B. um 10 % größer als der Durchmesser D₂, so daß zwischen der durch die Dichtkante 98 des Ventilkörpers 97 berandeten Kreisfläche und der der Kreisfläche 131 entsprechenden effektiven Querschnittsfläche des inneren Führungsflansches 118 des Ventilkörpers 97 ein Flächenunterschied ΔA vorhanden ist, der durch die Beziehung ΔA = π(D2 3 – D2 2)/4 (3)gegeben ist.
Die Ventilfedern 59 haben dieselbe Auslegung und sind beide so weit vorgespannt, daß die Kraft, die den Ventilkörper 97 des jeweiligen Vorspannventils 44 bzw. 46 in seine in der 3 dargestellte Grundstellung drängt, einem in die innere Steuerkammer 128 eingekoppelten Druck p_S äquivalent ist, der z. B. dem halben Wert des maximalen Druckes p_max entspricht, auf den der Ausgangsdruck des Druckversorgungsaggregats 48 begrenzt ist.
Durch die insoweit anhand ihres Aufbaues und ihrer Auslegung erläuterten Vorspannventile 44 und 46 werden bei der Einrichtung 10 gemäß der 1 zumindest die folgenden Funktionen implementiert, zu deren Erläuterung davon ausgegangen sei, daß ein in dem stangenseitigen Druckraum 31 oder dem bodenseitigen Druckraum 32 des Antriebszylinders 14 lastbedingt herrschender Druck signifikant niedriger ist als der Druck, der in die Steuerkammer 128 des einen und in den inneren Ventil-Ringraum 116 des anderen Vorspannventils eingekoppelt werden müßte, um die beiden Ventile 44 und 46 gegen die Schließkraft ihrer Ventilfedern 59 zu öffnen.
Nimmt hierbei das Hauptsteuerventil 43 seine Grundstellung 0 ein, sind die Steuerkammern 128 und die Ventil-Ringräume 116 beider Vorspannventile 44 und 46 druckentlastet und die Ventilkörper 97 werden durch die Wirkung der Ventilfedern 59 in die den Sperrstellungen der Ventile entsprechende Anlageposition mit der Sitzfläche 96 gedrängt. Der Kolben 28 des Antriebshydrozylinders 14 wird in seiner Momentan-Position gehalten, gleichsam "verriegelt".
Von dieser Situation ausgehend, sei angenommen, daß der Antriebszylinder 14 gegen die Wirkung einer durch einen Pfeil 133 (1) repräsentierten, lastbedingten Kraft F_L im Sinne eines Ausfahrens der Kolbenstange 17 angesteuert werden soll.
Hierzu wird das Hauptsteuerventil 43 (1) in seine Funktionsstellung I gesteuert, in der der P-Versorgungsanschluß 52 über die Stelldrossel 61₁ , deren Strömungswiderstand durch die Auslenkung des Ventilkolbens 63 aus der Grundstellung 0 vorgebbar ist, mit dem A-Steueranschluß 53 und der T-Rücklaufanschluß 70 mit dem B-Steueranschluß 54 des Hauptsteuerventils 43 verbunden sind. Des weiteren ist der A-Steueranschluß 53 des Hauptsteuerventils 43 mit einem Last-Sensierungsanschluß 134 verbunden, an dem in der Funktionsstellung I des Hauptsteuerventils 43, abgesehen von einem über dem zwischen dem A-Steueranschluß 53 und dem Verbraucheranschluß 56 des Antriebshydrozylinders 14 geschalteten Vorspannventil 44 auftretenden Druckabfall, der über dieses Vorspannventil 44 in den bodenseitigen Druckraum 32 des Antriebshydrozylinders 14 eingekoppelte Druck p_LB ansteht, der im wesentlichen durch die Beziehung pLB = FL/AKB (4)gegeben ist, in der mit A_KB der Betrag der den bodenseitigen Druckraum 32 beweglich begrenzenden Stirnfläche 136 des Zylinderkolbens 28 bezeichnet ist.
Die eingangsseitig an das Druckversorgungsaggregat 48 und ausgangsseitig über ein Rückschlagventil 137 und eine mit diesem hydraulisch in Reihe geschaltete Festdrossel 138 mit dem P-Versorgungsanschluß 52 des Hauptsteuerventils 43 verbundene Druckwaage 47, vermittelt die Funktion eines Stromregelventils, das innerhalb des auslegungsbedingten Regelungsbereiches den in der Funktionsstellung I über die Einstelldrossel 61₁ , deren Strö mungswiderstand durch die Auslenkung des Ventilkolbens 63 aus seiner Grundstellung 0 bedingt ist, fließenden Hydrauliköl-Strom, unabhängig davon, welcher Lastdruck p_LB im bodenseitigen Druckraum 32 des Hydrozylinders 14 herrscht, zeitlich konstant hält. In einer hierfür geeigneten Ausbildung hat die Druckwaage einen in der 1 durch das 2/2-Wege-Ventilsymbol 139 repräsentierten Kolben, der unter stetiger Variation des Durchflußquerschnittes des durch die Druckwaage 47 gebildeten Ventils zwischen einer Grundstellung 0 maximalen Durchflußquerschnitts und einer Position I minimalen Durchflußquerschnittes verschiebbar ist; der Waagenkolben 139 ist auf einer ersten Steuerfläche 141 des Betrages A dem am Druckausgang 142 der Druckwaage 47 herrschenden Druck p_W ausgesetzt; die hieraus resultierende Kraft des Betrages p_W·A greift im Sinne einer Verschiebung des Ventilkolbens 139 an, die zu einer Reduzierung des Strömungsquerschnitts führt. Auf einer zweiten Steuerfläche 143 desselben Betrages A ist der Waagen-Kolben 139 dem am Last-Sensierungsausgang 134 des Hauptsteuerventils 43 herrschenden, im Regelungsbetrieb niedrigeren "Last"-Druck p_L ausgesetzt; die hieraus resultierende Kraft des Betrages p_L A, mit der gleichsinnig die vorspannungs-bedingte Kraft F_W einer Waagen-Feder 144 auf den Waagen-Kolben 139 wirkt, ist so gerichtet, daß sie den Waagen-Kolben 139 im Sinne einer Vergrößerung des Durchflußquerschnitts der Druckwaage wirkt.
Der für die Druckwaage 47 geltenden Gleichgewichtsbedingung pW·A = pL·A + FW (5) ist unmittelbar die Beziehung pW – pL = FW/A (6) entnehmbar, aus der sich die Last-Unabhängigkeit des über das Hauptsteuerventil 43 – mit eingestelltem Strömungswiderstand der Einstelldrossel 61₁ bzw. in der Funktionsstellung II der Einstelldrossel 61₂ – fließenden Hydrauliköl-Stromes und damit die zeitliche Konstanz der Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebszylinderkolbens 28 ergibt, dies natürlich unter der Voraussetzung, daß die beiden Vorspannventile 44 und 46 in ihre Durchfluß-Stellungen I gesteuert sind.
Durch die Festdrossel 138 wird als Sicherheitsfunktion eine Begrenzung des über das Hauptsteuerventil 43 fließenden Hydrauliköl-Stromes erreicht
In der Anfangsphase der zur Erläuterung angenommenen Betriebssituation öffnet, nachdem das Hauptsteuerventil 43 in seine Funktionsstellung I umgeschaltet ist, zuerst das zwischen den A-Steuerausgang 53 des Hauptsteuerventils 43 und den A-Verbraucheranschluß 56 des Hydrozylinders 14 geschaltete Vorspannventil 44. Dieses Öffnen erfolgt, sobald im Ringraum 116 der Druck des Vorspannventils 44 den Wert p_O erreicht, was schon kurz nach dem Umschalten des Hauptsteuerventils 43 der Fall ist. Der Druck P_O, unter dem der Ventilkörper 97 gegen die Wirkung der Ventilfeder 59 zur Freigabe eines "ringförmigen" Ventilspalts 147 verschoben werden kann, kann einen typischen Wert um 80 bar haben.
Mit dem Öffnen des zustromseitigen Vorspannventils 44 wird Druck zum einen in den bodenseitigen Druckraum 32 des Hydrozylinders 14 und zum anderen in die innere Steuerkammer 128 des in der Funktionsstellung I des Hauptsteuerventils 43 im Rücklauf liegenden Vorspannventils 46 eingekoppelt, so daß im bodenseitigen Druckraum 32 und in der Steuerkammer 128 derselbe Druck herrscht.
Unmittelbar nach dem Öffnen des zustromseitigen Vorspannventils 44 öffnet, hiergegen geringfügig verzögert, auch das im Rücklauf liegende Vorspann ventil 46, so daß über dessen sich öffnenden Ventilspalt Druckmedium – Hydrauliköl – aus dem stangenseitigen Druckraum 31 des Hydrozylinders 14 zum Tank 58 des Druckversorgungsaggregats 48 abströmen kann.
In einem sich nach dem Umschalten des Hauptsteuerventils 43 ergebenden stationären Zustand in dem über die Ventilspalte 147 der Vorspannventile 44 und 46 zeitlich konstante Durchflußmengen strömen, wirken die Vorspannventile 44 und 46 als Regeldrosseln, über denen ein Druckabfall auftritt, der den Betrag des Druckes P_S bestimmt, der sich im stangenseitigen Druckraum 31 des Hydrozylinders 14 aufbaut, wenn der Kolben 28 durch die Wirkung des in seinen bodenseitigen Druckraum 32 eingekoppelten Druckes verschoben wird. Dieser Druck bzw. Druckabfall hat in einer typischen Auslegung der Vorspannventile einen Wert, der bei der Nenn-Durchflußmenge 0,5 bis 2 % des Systemdruckes entspricht.
Der im stangenseitigen Druckraum 31 des Hydrozylinders 14 herrschende Druck P_S ist auch in die innere Steuerkammer 128 des zustromseitigen Vorspannventils 44 eingekoppelt und wirkt somit gleichsinnig mit dem im Ringraum 116 herrschenden Druck, d.h. im Sinne einer Vergrößerung des Ventilspaltes 147 des zustromseitigen Vorspannventils jedoch mit vernachlässigbarem Beitrag. Bedingt durch die Regelwirkung der Ventilfedern sind mit jedem Wert der Last und der Durchflußmenge definierte Mittelwerte der Weiten der Ventilspalte 147 der Vorspannventile 44 und 46 verknüpft.
Tritt im Verlauf der Vorschubbewegung des Kolbens 28 eine Lastumkehr ein, derart, daß diese ihre Angriffsrichtung umkehrt, d.h. die Vorschubbewegung des Kolbens 28 in Richtung des Pfeils 133' unterstützt, so fällt der Druck P_B im bodenseitigen Druckraum 32 des Hydrozylinders ab und demgemäß auch der Druck in der inneren Steuerkammer 128 des rücklaufseitigen Vorspannventils 46. Der Ventilkörper 97 dieses Vorspannventils 46 erfährt dadurch eine Verschiebung in Richtung auf die Sperrstellung, die auch erreicht wird, sobald der Druck in der inneren Steuerkammer 128 unter den Wert P₀ absinkt, ab dem, zu niedrigeren Werten des Druckes hin, die Schließkraft der Ventilfeder 59 des Vorspannventils 46 ausreicht, um dieses zu schließen. Der Rücklauf-Strömungspfad wird dadurch abgesperrt und wird erst wieder freigegeben, nachdem der Druck im bodenseitigen Druckraum 32 des Hydrozylinders 14 und in der inneren Steuerkammer 128 des im Rücklauf liegenden Vorspannventils 46 wieder den Mindest "Öffnungs"-Druck P₀ erreicht hat. In einem nach einem solchen ersten Einspannzyklus sich ergebenden stationären Zustand wird somit, auch wenn die Last am Kolben 28 gleichsam zieht, in dem stangenseitigen Druckraum 31 ein gegen den im bodenseitigen Druckraum 32 herrschenden Druck P_B wirkender Druck aufgebaut, d.h. der Kolben 28 des Zylinders 14 gleichsam eingespannt, und dadurch erreicht, daß auch bei Umkehrung der Last-Angriffsrichtung die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 28 des Hydrozylinders dem durch Einstellung des Hauptsteuerventils 43 vorgegebenen Wert entspricht.
Das mit Bezug auf die Funktionsstellung I des Hauptsteuerventils 43 Ausgeführte gilt, wie unmittelbar ersichtlich, sinngemäß auch für dessen Funktionsstellung II, in der die Druckeinkopplung in den stangenseitigen Druckerraum 31 des Hydrozylinders 14 erfolgt und das an den bodenseitigen Druckraum 32 angeschlossene Vorspannventil 44 im Rücklauf liegt.
Die Vorspannung der Ventilfedern 59 und die Flächendifferenz ΔA gemäß der Beziehung (3) sind so aufeinander abgestimmt, daß die Vorspannventile 44 und 46 auch die Funktion von Druckbegrenzungsventilen vermitteln, die für den Fall, daß das Hauptsteuerventil 43 in seine dem Stillstand des Hydrozylinderkolbens 28 zugeordnete Grundstellung 0 geschaltet ist und das in den Druckräumen 31 und 32 sowie in den Anschlußkanälen 79₂ und 79₁ eingesperrte Druckmedium, z.B. durch Erwärmung, unter erhöhten Druck gelangt, ab einem Mindestdruck, der z.B. um 20 % höher gewählt ist als der maximale Systemdruck, auf den das Druckversorgungsaggregat 48 ausge legt ist, selbsttätig öffnen, so daß Druckmedium aus dem stangenseitigen Druckraum 31 und/oder aus dem bodenseitigen Druckraum 32 des Hydrozylinders 14 zum Tank 58 hin abströmen kann.
In einer typischen Auslegung der Antriebseinrichtung 10 sind die Ventilfedern 59 der Vorspannventile 44 und 46 so weit vorgespannt, daß diese ab einem Mindestdruck P₀ von 80 bar "geregelt" öffnen, und daß der maximal nutzbare Systemdruck P_max einen Wert um 160 bar hat. Damit im Falle geringer Transportlasten 11' ein weitgehend verlustleistungs-freier Betrieb der Antriebseinrichtung 10 möglich ist, sind, wie in der 1 gestrichelt schematisch vereinfacht dargestellt ist, den Ventilfedern 59 einzeln zugeordnete Vorspannungs-Stellelemente 150 vorgesehen, die durch Ausgangssignale der elektronischen Steuereinheit 42 ansteuerbar sind, der als Last-Informationsangabe die Ausgangssignale des Lastsensors 39 zugeleitet sind.

Claims

Hydraulische Antriebseinrichtung (10) für das Neigen eines eine Last (11) tragenden Hubmasts (12), der mittels eines doppelt-wirkenden Hydrozylinders (14) um eine Achse (13) schwenkbar ist, wobei, je nach Anordnung der Last an dem Hubmast und Schwenkrichtung des Hubmastes das von der Last und dem Hubmast entfaltete Gesamtmoment die Schwenkbewegung entweder unterstützt oder dem vom Antriebszylinder zu entfaltenden Drehmoment entgegen gerichtet ist, mit einem Hauptsteuerventil (43), das eine dem Stillstand des Hubmasts zugeordnete Grundstellung (0) und alternative, den einander entgegengesetzten Schwenkrichtungen zugeordnete Funktionsstellungen (I) und (II) hat, des weiteren mit einer Volumenstrom-Regelungseinrichtung, die in den alternativen Schwenk-Bewegungsrichtungen die Einhaltung einer definierten, durch die Einstellung des Hauptsteuerventils vorgebbaren Geschwindigkeit der Zylinderkolben-Bewegung vermittelt und mit den beiden Druckräumen (32 und 31) des Hydrozylinders (14) einzeln zugeordneten, zwischen den jeweiligen Druckraum und einen der Steueranschlüsse (53 und 54) des Hauptsteuerventils (43) geschalteten Vorspannventilen (44 und 46), durch die die Funktion implementiert ist, daß der Zylinder (14) in jeder Schwenkrichtung einen Mindestdrehmoment entfalten muß, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Die Vorspannventile (44 und 46) sind als druckgesteuerte 2/2-Wege-Proportionalventile ausgebildet, die bis zu einem Mindest-Steuerdruck P₀, der signifikant niedriger ist als der maximale Ausgangsdruck Pmax des Druckversorgungsaggregats (48), sperrend sind und ab Überschreiten dieses Mindeststeuerdruckes in monotoner Relation mit dem Ansteigen desselben zunehmend größere Überströmquerschnitte freigeben; b) die Vorspannventile (44 und 46) haben je eine Steuerkammer (128), die mit demjenigen Druckraum (31 bzw. 32) des Antriebs-Hydrozylinders (14) in kommunizierender Verbindung steht, der über das jeweils andere Vorspannventil (46 bzw. 44) an das Hauptsteuerventil (43) angeschlossen ist; c) die beiden Vorspannventile (44 und 46) sind sowohl durch Druckeinkopplung in eine Anschlußkammer (77₁ , 77₂ ) des jeweiligen Ventils (44 bzw. 46) als auch durch den in ihre jeweilige Steuerkammer (128) eingekoppelten Druck aufsteuerbar.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorspannventile (44 und 46) auf denselben Öffnungsdruck P₀ ausgelegt sind.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ihre Auslegung dahingehend, daß der Öffnungsdruck P₀ dem Maximalwert desjenigen Druckes entspricht, der benötigt wird, um den Hubmast (12) aus einer Position heraus, die maximaler Drehmomententfaltung des Hubmasts, für sich allein gesehen, entspricht, schwenken zu können.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck P_o der Vorspannventile abgesehen von Abweichungen von ± 15 % gleich dem halben Wert eines maximalen Betriebsdruckes P_max der Antriebseinrichtung ist.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannventile (44 und 46) als Sitzventile ausgebildet sind, deren Ventilkörper durch Federn definierter Vorspannung gegen den Ventilsitz gedrängt werden.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Ventilfedern (59) der Vorspannventile (44, 46) einstellbar ist.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Ventilfedern gesteuert einstellbar ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von lastcharakteristischen Ausgangssignalen eines Lastsensors elektrisch gesteuert einstellbar ist.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Der Ventilsitz des jeweiligen Vorspannventils (44 bzw. 46) hat eine im wesentlichen konische Fläche (96), die den Übergangsbereich zwischen einer Bohrungsstufe (104) des Durchmessers D₁ und einer Bohrungsstufe (121) kleineren Durchmessers D₂ des Ventilgehäuses (89) bildet, in denen der Ventilkörper (97) mittels je eines Führungsflansches (102 und 118) druckdicht gleitend verschiebbar geführt ist; b) Der Ventilkörper (97) hat einen kegelstumpfförmigen Mittelabschnitt (99), der über eine kreisförmige Dichtkante (98), die den Basisrand größten Durchmessers D₃ des Mittelabschnitts des Ventilkörpers markiert, an einen zylindrischen Abschnitt (101) anschließt, der sich zwischen dem Führungsflansch (102) des größeren Durchmessers D₁ und dem Mittelabschnitt (99) er streckt, und ist über ein stangenförmiges Zwischenstück (115), dessen Durchmesser d kleiner ist als der Durchmesser D₂ des kleineren Führungsflansches (118) mit diesem verbunden; c) Der zylindrische Abschnitt (101) des Ventilkörpers (97) durchsetzt axial einen Ringraum (116), der über einen Steuerkanal (76₁ bzw. 76₂ ) mit einem korrespondierenden Steuerausgang (53 bzw. 54) des Hauptsteuerventils (43) verbunden und einseitig axial beweglich durch den Führungsflansch (102) des Durchmessers D₁ begrenzt ist; d) Das stangenförmige Zwischenstück (115) des Ventilkörpers (97) durchsetzt axial einen inneren Ventil- Ringraum (122), der über einen Anschlußkanal (79₁ bzw. 79₂ ) mit dem zugeordneten Verbraucheranschluß (56 bzw. 57) des Antriebs-Hydrozylinders (14) in kommunizierender Verbindung steht und axial beweglich durch den Führungsflansch des kleineren Durchmessers D₂ begrenzt ist; e) Der Führungsflansch (118) bildet mit seiner den inneren Ventilringraum (122) abgewandten Stirnfläche (131) die axial bewegliche Begrenzung der Steuerkammer (128), die dem am Verbraucheranschluß (57 bzw. 56) des jeweils anderen Vorspannventils (46 bzw. 44) herrschenden Druck ausgesetzt ist; f) Die Ventilfedern (59) greifen an den dem Ventilsitz (96) jeweils abgewandten Außenseiten des jeweiligen Führungsflansches (102) des Durchmessers D₁ des jeweiligen Ventilkörpers (97) an und sind gehäusefest axial abgestützt.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D₁ des jeweils äußeren – größeren – Führungsflansches (102) der Ventilkörper (97) der beiden Vorspannventile (44 und 46), der Durchmesser D₂ ihres jeweils inneren – kleineren Führungsflansches (118) und der Durchmesser D₃ des zylindrischen Abschnitts (101) der Ventilkörper (97) gemäß der Relation D2 2 = D1 2 – D3 2 aufeinander abgestimmt sind.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis D₃/D₂ des Durchmessers D₃ des zylindrischen Abschnitts (101) des Ventilkörpers (97) zum Durchmesser D₂ seines kleineren Führungsflansches (118) einen Wert zwischen 1,05 und 1,15, vorzugsweise einen Wert um 1,1 hat.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannventile (44 und 46) identisch ausgebildet sind.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannventile (44 und 46) als Patronenventile mit abschnittsweise zylindrisch rohrförmig gestalteten Gehäusehülsen (89) ausgebildet sind, die in Aufnahmebohrungen (72₁ und 72₂ ) eines Anschlußblocks (73) einschraubbar und durch Ringdichtungen (92, 94, 112) gegen die Aufnahmebohrungen abdichtbar sind (3).
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmebohrungen (72₁ und 72₂ ) voneinan der gegenüberliegend angeordneten Stirnflächen (83 und 84) des Anschlußblocks (73) her derart angebracht sind, daß ihre zentralen Abschnitte (86₁ und 86₂ ) in seitlichem Abstand parallel zueinander verlaufen.
Hydraulische Antriebseinrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußblock (73) aus einer Mehrzahl von Segmentplatten (74_i , i = 1 bis n) durch Hartlöten zusammengefügt ist, und daß innerhalb des Anschlußblocks (73) angeordnete Steuerkanäle (76₁ und 76₂ ), sowie Anschlußkammern (77₁ und 77₂ ), desweiteren Überströmkammern (78₁ und 78₂ ) sowie mit diesen in kommunizierender Verbindung stehende Anschlußkanäle (79₁ und 79₂ ) über die die möglichen Verbindungen des A-Steueranschlusses (53) und des B-Steueranschusses (54) des Hauptsteuerventils (43) mit den Verbraucheranschlüssen (56 und 57) des Antriebs-Hydrozylinders (14) druckgesteuert freigebbar und absperrbar sind, durch miteinander fluchtende und/oder miteinander in Querschnittüberlappung stehende Öffnungen der Segmentplatten (74_i ) gebildet sind.