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Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für mindestens einen fluidisch ansteuerbaren Aktuator, der mindestens zwei voneinander separierte Arbeitsräume aufweist, die abhängig von einer am Aktuator angreifenden und von ihm zu bewegenden Last unterschiedliche Druckniveaus einnehmen und die zumindest für einen Umsteuervorgang des Aktuators zeitweise mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbindbar sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Arbeitsmaschine mit einer solchen Steuerungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben.
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Vergleichbare gattungsgemäße Lösungen wie vorstehend aufgezeigt sind auf dem Markt frei erhältlich. So zeigt die 1 des vorliegenden Schutzrechts eine gattungsgemäße Steuerungsvorrichtung nach dem Stand der Technik auf. Die bekannte Steuerungsvorrichtung weist einen als hydraulischen Arbeitszylinder ausgeführten Aktuator auf, der als sogenannter Differentialzylinder mit seiner Kolben-Stangen-Einheit einen Kolbenraum als dem einen Arbeitsraum von einem Stangenraum als dem anderen Arbeitsraum separiert. Die dahingehend voneinander separierten Arbeitsräume nehmen abhängig von einer am Aktuator angreifenden und von ihm zu bewegenden Last unterschiedliche Druckniveaus ein. Wird beispielsweise unter einer von außen wirkenden Last die Kolben-Stangen-Einheit in Richtung des Kolbenraumes bewegt, liegt also an der Kolben-Stangen-Einheit eine drückende Last an, erhöht sich das Druckniveau im Kolbenraum, und das Druckniveau im Stangenraum verringert sich entsprechend in gradueller Weise. Umgekehrt führen ziehende Lasten auf der Stangenseite zu einer Erhöhung des Druckniveaus im Stangenraum und zu einer korrespondierenden graduellen Erniedrigung des Druckniveaus im Kolbenraum.
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Ferner ist in eine fluidführende Verbindungsleitung zwischen Kolben- und Stangenraum des Aktuators als Teil eines hydraulischen Versorgungskreislaufes eine Verbindungseinrichtung geschaltet in Form eines elektromagnetisch betätigbaren 2/2-Wege-Schaltventiles.
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Um bei einem Bewegen der Kolben-Stangen-Einheit des Aktuators, die zwischen den Arbeitsräumen des Aktuators umzusteuernden Fluidmengen von der eigentlichen Versorgungsseite her gering zu halten, wird die Verbindungseinrichtung in ihre durchgängige fluidführende Schaltstellung gebracht, was in der Art eines On-Off-Schalters unmittelbar in druckausgleichender Weise zwischen den Arbeitsräumen geschieht mit der unmittelbaren Folge, dass bei unterschiedlichen Druckniveaus in den Arbeitsräumen, was regelmäßig unter Last der Fall ist, es zu einem Druckstoß in der Verbindungsleitung nebst dem angeschlossenen hydraulischen Versorgungskreislauf kommt. Dies führt wiederum zu einer erhöhten Bauteilbelastung bei den Komponenten des Hydraulikkreises und der Druckstoß wird auch von einer Bedienperson der Steuerungsvorrichtung als ausgesprochen nachteilig empfunden, da dieser die ergonomische Bedienung der Steuerungsvorrichtung beispielsweise mittels eines Joy-Sticks, beeinträchtigt.
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Trotz dieser Nachteile wird bei den bekannten Lösungen die Verbindungseinrichtung, insbesondere unter Einsatz der genannten 2/2-Wege-Schaltventile realisiert, da dies zeitnahe und schnelle Umsteuervorgänge zwischen den Arbeitsräumen des Aktuators bei einem Lastwechsel oder bei sonstigen Ein- und Ausfahrvorgängen der Kolben-Stangen-Einheit des hydraulischen Arbeitszylinders ermöglicht, ohne dass auf der Versorgungsseite größere Fluidmengen in den Aktuator einzubringen oder abzuholen wären, was insoweit die auf der Versorgungsseite vorgeschalteten Ansteuerventile von ihrer Dimensionierung her im Sinne eines „Down-Sizing” reduzieren hilft. Auch lassen sich die Fördervolumina der eingesetzten Versorgungspumpen reduzieren nebst deren Antriebsleistung. Unabhängig von der dahingehenden Betätigung der Verbindungseinrichtung wird aber jedenfalls das Ein- und Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit auch im Lastfall über den hydraulischen Versorgungskreislauf mit angesteuert und unterstützt.
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Das vorstehend beschriebene Herstellen einer fluidführenden Verbindung zwischen den Arbeitsräumen des Aktuators mittels der Verbindungseinrichtung wird fachsprachlich auch mit Regenerierung bezeichnet und die im Stand der Technik häufig als Verbindungseinrichtung verwendeten elektromagnetisch betätigbaren 2/2-Wege-Schaltventile als Regenerierungsventile benannt.
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Die bekannte Steuerungsvorrichtung kommt regelmäßig im Bereich verfahrbarer Arbeitsmaschinen zum Einsatz und durch die bekannte Lösung ist jedenfalls auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Steuerungsvorrichtung, wie vorstehend beschrieben, bei Arbeitsmaschinen aufgezeigt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, demgegenüber verbesserte Lösungen zu schaffen, die es ermöglichen, in funktionssicherer und kostengünstiger Weise mindestens einen fluidbetätigbaren Aktuator derart anzusteuern, dass dieser dabei auch in verschiedenen Lastzuständen einen druckstoßfreien Betrieb des an den Aktuator angeschlossenen hydraulischen Versorgungskreislaufes nebst seiner Steuerungs- und Versorgungskomponenten ermöglicht.
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Eine solche Aufgabe löst eine Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer dahingehenden Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 12.
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Bei einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung, welche die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist, ist gemäß dem kennzeichnenden Teil vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung von mindestens einem der Druckniveaus des jeweiligen Aktuators angesteuert einen proportionalen Druckniveauausgleich zwischen den jeweils zuordenbaren Arbeitsräumen derart vornimmt, dass während des Umsteuervorgangs und im Wesentlichen lastunabhängig der Aktuator seine jeweils angesteuerte Position beibehält oder in definiert vorgebbare Positionen verfährt. Der angesprochene Druckniveauausgleich, respektive die Regenerierung, erfolgt aufgrund der eingesetzten Proportionaltechnik kontinuierlich und erlaubt insoweit einen harmonischen und kontinuierlichen verlaufenden Ausgleich der Druckniveaus zwischen den Arbeitsräumen des jeweiligen Aktuators.
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Mithin kommt es aufgrund der erfindungsgemäßen proportionalen Ansteuerung zu einem druckstoßfreien Druckniveauausgleich, was aufgrund der sonst üblichen On-Off-Schaltercharakteristik der bekannten Regenerierungslösungen so keine Entsprechung im Stand der Technik hat. Durch den angesprochenen kontinuierlich verlaufenden druckstoßfreien Niveauausgleich ist für die Bedienperson ein angenehmer ergonomisch vorteilhafter Arbeitsbetrieb, ohne schlagartig verlaufende Bedien-Rückkopplung erreicht, was der Funktionssicherheit insgesamt zugutekommt. Da die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung mit wenigen standardisierbaren Ventilbaukomponenten auskommt, ist darüber hinaus die erfindungsgemäße Lösung kostengünstig in der Realisierung. Ferner werden aufgrund des druckstoßfreien Betriebes der Steuerungsvorrichtung nebst deren Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere bei verfahrbaren Arbeitsmaschinen, die Baukomponenten des hydraulischen Versorgungskreislaufes entlastet und insoweit geschont, was die mögliche Einsatzdauer der Steuerungsvorrichtung erhöht.
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Eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine, die mit einer solchen Steuerungsvorrichtung ausgestattet ist, ermöglicht gleichfalls einen störungsfreien und mithin funktionssicheren Betrieb, was auch für den Einsatz entsprechender Steuerungsverfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung gilt.
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In besonders vorteilhafter Weise ist für den proportionalen Druckausgleich die Verbindungseinrichtung zumindest teilweise mit Mitteln der proportionalen Ventiltechnik unter Einsatz mindestens eines Proportionalventils realisiert oder es können auch vorzugsweise schnellschaltende Logikventile, besonders bevorzugt in Kaskadenschaltung, für die Proportionalansteuerung zum Einsatz kommen. Die Proportionalventiltechnik nebst den einzusetzenden Proportionalventilen ist dem Fachmann aus anderem Zusammenhang bekannt und hat sich in der Praxis hinreichend bewährt. Sofern zur Realisierung der angesprochenen Proportionalventiltechnik Logikventile zum Einsatz kommen, sind diese zwar konstruktiv einfach konzipiert, dennoch aber von der Steuerungsseite her aufwendiger auszulegen als die übliche Proportionalventiltechnik. Im Übrigen lassen sich aber mittels den Logikventilen sehr dosiergenau und mithin „gequantelt” Fluidmengen für die Ansteuerung des jeweils eingesetzten Aktuators zur Verfügung stellen, was die Steuergenauigkeit im Rahmen der Regenerierung deutlich verbessern kann.
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Mit besonderem Vorteil ist das jeweilige Proportionalventil Bestandteil einer Gesamt-Ventilsteuereinrichtung mit mindestens einem weiteren Proportionalventil, wobei das eine Proportionalventil dem jeweils einen Arbeitsraum und das andere Proportionalventil dem jeweils anderen Arbeitsraum des Aktuators zugeordnet ist. Damit können bei einem Umschaltvorgang die Ansteuerungen der angesprochenen Ventile sinnvoll aneinander angepasst werden, wobei für einen kontinuierlichen Übergang während der Umsteuerung das eine Proportionalventil sukzessive geschlossen wird, während ein anderes Proportionalventil zeitlich oder über den Druckverlauf angepasst, beispielsweise unter Einsatz einer Rampenfunktion, sukzessive geöffnet wird. Ein besonders funktionssicherer Betrieb bei der Regenerierung ist erreicht, sofern ein drittes Proportionalventil zum Einsatz kommt. Alle eingesetzten Proportionalventile lassen sich als Gleichbauteile in der Art von 2/2-Proportional-Wegeventilen ausbilden, was neben kostenmäßigen Vorteilen auch das Nachrüsten bereits bestehender, im Markt befindlicher Steuerungsvorrichtungen erleichtern hilft. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung mit einem Aktuator in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders, wie einem Differentialzylinder, auszugestalten. Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung kann aber auch für Gleichgangzylinder Anwendung finden sowie für Hydromotoren und übliche Hybrideinrichtungen. Grundsätzlich kann immer dort, wo fluidisch ansteuerbare Aktuatoren unterschiedliche Druckniveaus in voneinander separierten Arbeitsräumen ausbilden, die erfindungsgemäße Regenerierung unter Einsatz der Proportionalsteuertechnik zum Einsatz kommen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung ist vorgesehen, dass für die Ansteuerung des jeweiligen Ventils eine Rechnereinheit (CPU) vorgesehen ist, die auf ihrer Eingangsseite mit Druckwertaufnehmern verbunden ist, die den jeweiligen Wert des Druckniveaus in den Aktuator-Arbeitsräumen erfassen und die auf ihrer Ausgangsseite Steuerimpulse zu den Steuermagneten der Ventile weiterleitet. Auf diese Art und Weise lässt sich zeitnah durch direkte Ansteuerung die Regenerierungsfunktion auslösen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuerungsvorrichtung mit ihrem hydraulischen Versorgungskreislauf nebst den zuordenbaren Ventil- und Versorgungskomponenten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung bei verfahrbaren Arbeitsmaschinen erwiesen, wie Lastkraftwagen, die mit einem Lasthebe- und -absetzsystem in der Art eines „Haken-Lift-Systems” ausgestattet sind. Solch ein Haken-Lift-System ist dadurch charakterisiert, dass beim Absetzen der jeweiligen Last deren Schwerpunkt weit außerhalb des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine, respektive des Lastkraftwagens zu liegen kommt, was insbesondere zu hohen drückenden und ziehenden Last- oder Kraftbeanspruchungen am jeweils eingesetzten Aktuator der eingesetzten Steuerungsvorrichtung führt. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung braucht aber nicht auf solche Haken-Lift-Systeme eingeschränkt zu sein, sondern kann vielmehr auch dort Anwendung finden, wo Lasten zu heben und/oder umzusetzen sind, beispielsweise bei teleskopierbaren Lastarmsystemen oder bei Gabelstapler- sowie sonstigen Hubsystemen.
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Bedienpersonen oder sonstige Insassen eines solchen Transportmittels nehmen die druckstoßfreien Lastwechsel beim Verlagern und Um- oder Aufsetzen der Last mithin kaum oder zumindest wenig wahr und die hydraulischen Komponenten des Versorgungskreislaufes, wozu auch Dichtungen, Anschlüsse und Steuerkanten der Ventile gehören, werden weniger belastet, was deren Lebensdauer deutlich verlängert.
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Als weiteren Gegenstand betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung, wobei bei einem wechselnden Angriff von ziehenden und drückenden Lasten die voneinander separierten Arbeitsräume des jeweiligen Aktuators über eine proportional wirkende Verbindungseinrichtung im Regenerierungsbetrieb druckstoßfrei miteinander verbindbar sind. In den Betriebszuständen, in denen zwischen einer ziehenden Last und einer drückenden Last gewechselt wird, können Verlagerungen der Last mit einer geringen Einsatzkraft bewirkt werden. Somit kann die einzusetzende Arbeit, die zur Verlagerung der Last notwendig ist, beim Betrieb des Aktuators im Bereich des Wechselns von einer ziehenden Last auf eine drückende Last und umgekehrt gering gehalten werden. Das wirkt sich insgesamt positiv auf die Energiebilanz beim Verlagern der Last unter Einsatz der jeweiligen Arbeitsmaschine aus und die notwendigen Antriebseinheiten, regelmäßig gebildet aus üblichen Motoren-Pumpen-Kombinationen lassen sich leistungs- und bauraumsparend ausbilden.
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Im Folgenden wird die jeweilige erfindungsgemäße Lösung anhand von Ausführungsbeispielen nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 in der Art eines üblichen hydraulischen Schaltplans den Aufbau einer an sich bekannten Steuerungsvorrichtung mit den wesentlichen Komponenten, wie eine solche eingangs bereits teilweise erläutert wurde;
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2 bis 6 einen Lastkraftwagen als Beispiel einer verfahrbaren Arbeitsmaschine mit einem „Haken-Lift-System” als Lasthebe- und -absetzsystem in verschiedenen Verfahr- oder Betriebsschritten;
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7 eine Steuerungsvorrichtung mit einem einzelnen fluidisch betreibbaren Aktuator, beispielsweise zum Betreiben eines Haken-Lift-Systems gemäß den 2 bis 6; und
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8 eine der 7 entsprechenden Steuerungsvorrichtung, wobei jedoch zwei fluidisch betreibbare Aktuatoren Anwendung finden.
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Die 1 zeigt in Form eines hydraulischen Schaltplans mit üblichen Schaltsymbolen eine Steuerungsvorrichtung auf, wie sie im Stand der Technik nachweisbar ist. Die in 1 gezeigte Steuerungsvorrichtung dient dem Ansteuern eines Aktuators 10 in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders, der fachsprachlich auch als Differentialzylinder bezeichnet wird, da dessen Kolben-Stangen-Einheit 12 zwei Arbeitsräume 14, 16 mit voneinander unterschiedlichen Flächenverhältnissen und/oder Volumina voneinander separiert. Dabei wird der eine, erste Arbeitsraum 14 auch als Kolbenraum bezeichnet und der andere, zweite Arbeitsraum 16 als Stangenraum. Insbesondere abhängig von einer an der Kolben-Stangen-Einheit 12 angreifenden, insbesondere drückenden oder ziehenden Last nehmen die beiden Arbeitsräume 14, 16 unterschiedliche Druckniveaus zueinander ein. Über eine Verbindungsleitung 18 nebst Verbindungseinrichtung 20 in Form eines elektromagnetisch betätigbaren 2/2-Wegeschaltventiles lassen sich die beiden Arbeitsräume 14, 16 bei Betätigung des Ventiles fluidführend miteinander verbinden. Die dahingehende Anordnung wird fachsprachlich auch mit Regenerierungseinrichtung bezeichnet.
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Die dahingehende Regenerierungseinrichtung 18, 20 ist an einen hydraulischen Versorgungskreislauf 22 angeschlossen, der von einer Druckversorgungsquelle 24, beispielsweise in Form einer Konstantpumpe mit Hydraulikfluid aus einem Vorratstank 26 mit Fluid vorgebbaren Druckes versorgbar ist. Zum Ansteuern der Ein- und Ausfahrbewegung für den Aktuator 10 dient in üblicher Weise ein 4/3-Proportional-Wegeventil 28. Das Wegeventil 28 ist in der 1 in seiner gesperrten Mittellage gezeigt und bei einem Betätigen des Ventils 28 in Blickrichtung auf die 1 gesehen in seine rechte Schaltstellung fährt die Kolben-Stangen-Einheit 12 aus und nimmt beispielsweise die in der 1 gezeigte rechte Ausfahrstellung ein. Bei einer Ansteuerung des Ventils 28 in seine linke Ventilstellung fährt bei betätigtem Sicherheitsventil 30 die Kolben-Stangen-Einheit 12 in Richtung einer linken Verfahrstellung ein. Etwaig überschüssiges verdrängtes Fluid aus dem jeweils vom Volumen her kleiner werdenden Arbeitsraum 14, 16 wird über das Ventil 28 zur Tankseite T gebracht. Des Weiteren ist der jeweilige Arbeitsraum 14, 16 des Aktuators 10 auf der Zu- oder Ablaufseite mit jeweils einem Ausgleichs- oder Vorspannventil 32 versehen, die fachsprachlich auch als „counter balance valves” bezeichnet werden. Die aufgezeigten Ventile 20, 30 und 32 sind Bestandteil einer als Ganzes mit 34 bezeichneten Ventilsteuereinrichtung.
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Je nach Lastsituation am Aktuator 10 stellen sich in den Arbeitsräumen 14, 16 unterschiedliche Druckniveaus ein, die nach Betätigen der Verbindungseinrichtung 20 bei der Regenerierung unter Ausgleich des Pendelvolumens zwischen den Arbeitsräumen 14, 16 sich schlagartig ausgleichen, was einen Druckstoß im angeschlossenen hydraulischen Kreislauf 22 mit seinen Komponenten herbeiführt. Auch wenn die Ausgleichs- oder Vorspannventile 32 einen Schutz gegen Überlast für die Kolben-Stangen-Einheit 12 darstellen und ansonsten für einen hemmnisfreien Betrieb einen Nachlauf mit Versorgungsfluid ermöglichen, ändert dies nichts an dem druckstoßartigen Pendelvolumenausgleich bei Betätigen der Verbindungseinrichtung 20 in die fluiddurchlässige Stellung. Das 2/2-Wegeschaltventil der Verbindungseinrichtung 20 funktioniert dabei dem Grunde nach wie ein An- und Ausschalter (On-Off-Schalter). Bei der Betätigung dieser Verbindungseinrichtung 20 wird eine Entlastung der Arbeitsräume 14, 16 zum Vorratstank verhindert, indem das Sicherheitsventil 30 in die fluidblockierende Schaltstellung überführt wird. Sobald die Verbindungseinrichtung 20 betätigt ist und es zu einem Druckniveau- und Volumenausgleich zwischen den Arbeitsräumen 14 und 16 des jeweiligen Aktuators 10 kommt, nimmt der in 1 gezeigte hydraulische Arbeitszylinder die Funktion eines üblichen Plungerzylinders ein. Neben dem Ausgleich des Pendelvolumens über die Verbindungseinrichtung 20 kann die eigentliche Ein- und Ausfahrbewegung der Kolben-Stangen-Einheit 12 des Aktuators 10 mittels der Druckversorgungseinrichtung erfolgen unter Einbezug der Druckversorgungsquelle 24, des Vorratstanks 26 sowie des Ventils 28 und der Ventilsteuereinrichtung 34.
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Insbesondere beim ziehenden oder drückenden Lastangriff an der Kolben-Stangen-Einheit 12 des Aktuators 10 kommt es mit der bekannten Lösung nach der 1 zu dem Druckstoßverhalten im hydraulischen Versorgungskreislauf 22 bei betätigter Verbindungseinrichtung 20. Wie es zu solchen, auch sprungartig sich ändernden Lastsituationen am Arbeitszylinder oder Aktuator 10 kommen kann, sei anhand einer Arbeitsmaschine beispielhaft unter Einbezug der 2 bis 6 beschrieben, die einen Lastkraftwagen 36 zeigen, der mit einem Lasthebe- und -absetzsystem in der Art eines Haken-Lift-Systems 38 ausgestattet ist. Das dahingehende System 38 erlaubt auf dem Lastkraftwagen 36 aufgeladene Lasten, beispielsweise in Form von Containern 40, diese auf einer Straße oder dergleichen abzusetzen, wobei der dahingehende Vorgang für den Beladefall auch umgekehrt, also in umgekehrter Bildreihenfolge von der 6 nach der 2 ausgehend, stattfinden kann.
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Zur Ansteuerung des Haken-Lift-Systems 38 dient die Steuerungsvorrichtung nach der 1, von der jedoch nur der Aktuator 10 mit seiner Kolben-Stangen-Einheit 12 dargestellt ist. Es ist selbstredend, dass zwei solche Aktuatoren 10 auf gegenüberliegenden Seiten des Lastkraftwagens 36 angeordnet an dem Haken-Lift-System 38 mit der jeweiligen Containerlast 40 angreifen können. Für die nachfolgende Erläuterung sei noch erwähnt, dass der Schwerpunkt des Containers 40 mit COG (Center Of Gravity) und die punktförmig dargestellte Schwenkachse, um die das Haken-Lift-System 38 schwenkbar an dem Lastkraftwagen 36 angelenkt ist, mit PP (Pivot Point) bezeichnet ist.
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Ein Absetzvorgang der Containerlast 40 wird im Folgenden anhand verschiedener Verfahr- oder Betriebschritte näher erläutert.
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Wird zunächst der Container 40 ausgehend von der 2 mittels des Haken-Lift-Systems 38 in die Stellung nach der 3 in einem ersten Verfahr- oder Betriebsschritt angehoben, fährt die Kolben-Stangen-Einheit 12 des Aktuators oder Arbeitszylinders 10 aus und muss dabei die volle drückende Ausfahrkraft aufbringen, um den Container 40 anzuheben, respektive mittels des Haken-Lift-Systems 38 gemäß der Darstellung nach der 3 um die Schwenkachse PP im Uhrzeigersinn zu verschwenken. In der Grundtransportstellung nach der 2 ist dabei der Hebelarm zwischen dem Schwerpunkt COG des Containers 40 und der Schwenkachse PP des Haken-Lift-Systems 38 maximal. Der Hebelarm zwischen der Kolben-Stangen-Einheit 12 des jeweiligen Aktuators 10 und der Schwenkachse PP ist im Gegensatz hierzu aber minimal ausgeführt.
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In einem zweiten Verfahr- oder Betriebsschritt, wie er in der 4 exemplarisch wiedergegeben ist, werden zum einen die am Haken-Lift-System 38 wirksamen Hebelverhältnisse zur Verringerung der am Aktuator 10 für ein weiteres Ausfahren der Kolben-Stangen-Einheit 12 notwendigen Kraft verändert, indem der Container 40 mit seinem Schwerpunkte COG mittels eines nicht näher dargestellten weiteren Arbeitszylinders über die Schwenkachse PP hinaus in Richtung auf das hintere Fahrzeugende verschoben wird. Dazu zeitlich parallel wird zum anderen in dem zweiten Verfahr- oder Betriebsschritt der Aktuator 10 mit seiner Kolben-Stangen-Einheit 12 weiter ausgefahren und die hierfür benötigte, weiter drückende Kraft geht gegen Null und wird von einer zunehmend ziehenden Last am Aktuator 10 abgelöst, sobald der Schwerpunkt COG des Containers 40 die Schwenkachse PP des Haken-Lift-Systems 38 rückwärtig überfährt. Der Hebelarm zwischen Schwerpunkt COG und Schwenkachse PP wird dabei reduziert, und der Hebelarm zwischen Aktuator 10 und der Schwenkachse PP wird automatisch entsprechend länger.
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Beim dritten Verfahr- oder Betriebsschritt bezogen auf den Lastkraftwagen 36 gemäß der Darstellung nach der 5 wird der Container 40 auf dem Boden oder einem sonstigen Untergrund abgesetzt und unter der Lasteinwirkung, insbesondere des Schwerpunktes COG des Containers 40 erfährt der jeweilige Aktuator 10 die größte ziehende Kraft an ihm, die zu einer Erhöhung der Belastung im Stangenraum 16 bei gleichzeitiger Entlastung des Druckniveaus im Kolben- oder Arbeitsraum 14 führt. Der Hebelarm zwischen Schwerpunkt COG und Schwenkachse PP erhöht sich, und der Hebelarm zwischen Aktuator 10 und der dahingehenden Schwenkachse PP erhöht sich zwar zunächst gleichfalls, um sich dann anschließend wieder zu verringern.
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Beim abschließenden vierten Verfahr- oder Betriebschritt gemäß der Darstellung nach der 6 wird dann im Bedarfsfall eine zusätzliche Druckkraft benötigt, aufgebracht durch den jeweiligen Aktuator 10, um den Container 40 in seine abschließende Absetzposition zurückzuschieben. Beginnend mit der Rückstoßbewegung ist die drückende Kraft zwar zunächst niedriger als die benötigte Druckkraft am Ende des vorstehend genannten ersten Verfahr- oder Arbeitsschrittes, nimmt aber während der Rückstoßbewegung permanent zu, und am Ende derselben ist die drückende Kraft des Aktuators 10 auf einen Maximalwert angelangt. Dabei verlängert sich der Hebelarm zwischen Schwerpunkt COG und Schwenkachse PP, wohingegen der Hebelarm des Aktuators 10 zur Schwenkachse PP sich in der Länge wiederum reduziert.
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Für das Aufladen eines Containers 40 auf den Lastkraftwagen 36, also ausgehend vom Verfahrschritt nach der 6 zum Verfahrschritt nach der 2 kehren sich die vorstehend beschriebenen Verhältnisse entsprechend um, was nicht mehr näher erläutert ist.
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Sofern eine Steuerungsvorrichtung nach der 1 mithin bei einem Lasthebe- und -absetzsystem zum Einsatz kommt gemäß der beispielhaften Darstellung nach den 2 bis 6, kommt es zu den beschriebenen Druckschlägen im hydraulischen Versorgungskreislauf 22. Demgegenüber wird für den Betrieb einer Arbeitsmaschine vergleichbar der Lösung nach den 2 bis 6 gemäß dem hydraulischen Schaltplan nach der 7 nunmehr eine verbesserte erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung vorgestellt, wobei die bisher eingeführten hydraulischen Komponenten mit ihren Bezugszeichen für die bekannte Steuerungsvorrichtung nach der 1 auch entsprechend für die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung nach der 7 verwendet sind, wobei die soweit bisher getroffenen Ausführungen dann auch für die jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtungslösung gelten. Insoweit werden diese im Folgenden nur noch beschrieben und erläutert, als sie sich wesentlich von der Lösung nach der 1 unterscheiden.
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Für den erfindungsgemäßen proportionalen Druckausgleich weist die als Ganzes mit 20 bezeichnete Verbindungseinrichtung nach der 7 drei Proportionalventile 201, 202 und 203 auf. Es handelt sich dabei jeweils um elektromagnetisch ansteuerbare 2/2-Proportional-Wegeventile, die in ihrer in der 7 gezeigten Schaltdarstellung eine federbelastete Rückschlagventilfunktion beinhalten. Die Rückstellbewegung der gezeigten Ventile 201, 202 und 203 in ihre in der 7 gezeigten Neutralstellung erfolgt mittels einer Rückstellfeder. Die elektromagnetische Ansteuerung der Ventile 201, 202 und 203 erfolgt über eine zentrale Rechnereinheit CPU, die auf ihrer verarbeitenden Steuereingangsseite die Spannungswerte der Druckwertaufnehmer MA und MB erhält, die einmal in den hydraulischen Versorgungskreislauf 22 auf der Kolbenseite und einmal auf Seiten der Kolbenstange fluidführend mit dem jeweiligen zuordenbaren Arbeitsraum 14 bzw. 16 verbunden sind.
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Das in der 7 darstellte erste Ventil 202 ist eingangsseitig an die Kolbenseite, respektive den Kolben- oder Arbeitsraum 14 des Aktuators 10 angeschlossen und ausgangsseitig an die Verbindungsleitung 18. Das zweite Ventil 203 wiederum ist eingangsseitig an die Stangenseite, respektive den Stangen- oder Arbeitsraum 16 des Aktuators 10 und ausgangsseitig an die Verbindungsleitung 18 angeschlossen. Das dritte Ventil 201 ist eingangsseitig an die Verbindungsleitung 18 und ausgangsseitig an eine Entlastungsleitung 42 angeschlossen, die zum Vorratstank 26 führt. Des Weiteren ist in Abkehr zu der Lösung nach der 1 in die beiden Versorgungsleitungen des hydraulischen Versorgungskreislaufes 22 zwischen dem Wegeventil 28 und dem Aktuator 10 jeweils ein federbelastetes Rückschlagventil 44 geschaltet, das in Richtung des Wegeventiles 28 in seiner Sperrstellung gemäß der Darstellung nach der 7 gehalten ist.
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Der Verfahrensablauf zur Ansteuerung der Steuerungsvorrichtung nach der 7 soll nun anhand des vorstehend beschriebenen Arbeitsablaufes für einen Lasthebe- und -absetzvorgang gemäß den Darstellungen nach den 2 bis 6 näher erläutert werden. Im ersten Verfahrens- oder Betriebsschritt, bei dem das Haken-Lift-System 38 betätigt wird, fährt der Aktuator 10 in einem langsamen Verfahrmodus aus und die Regenerierungsfunktion ist abgeschaltet, d. h. die Ventile 201, 202 und 203 sind in ihrer in der 7 gezeigten Grundstellung. Die Druckwertaufnehmer MA und MB messen dabei den aktuellen Druck auf der Kolben- sowie der Stangenseite des Aktuators 10. Für die langsame Ausfahrbewegung ist die Druckversorgungsquelle 24 über die entsprechende Schaltung des Proportionalwegeventiles 28 mit der Kolbenseite in Form des Arbeitsraumes 14 mit dem Aktuator 10 fluidführend verbunden. Die Stangenseite des Aktuators 10, respektive der Stangen- oder Arbeitsraum 16 wird dann durch Öffnen bzw. Betätigen der Proportionalventile 203 und 201 über die Entlastungsleitung 42 zum Vorratstank 26 und mithin auf die Niederdruckseite des Systems geschaltet. Das Proportionalventil 203 bleibt dabei teilweise geschlossen, um dergestalt zumindest eine minimale Bremsfunktion auf die Stangenseite der Kolben-Stangen-Einheit 12 ausüben zu können. Aufgrund der daraus resultierenden Vorspannung sind Kavitätserscheinungen ausgeschlossen, und ein hemmnisfreier Betrieb ist sichergestellt.
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Beim sich anschließenden zweiten Verfahrens- oder Betriebsschritt wird der Container 40 durch Schwenken des Haken-Lift-Systems um die Schwenkachse PP weiter mit langsamer Geschwindigkeit angehoben. Sobald der Lastangriff am Aktuator 10 unter einen vorgebbaren Schwellenwert absinkt, wird die Regenerierungsfunktion ausgelöst, indem das Proportionalventil 201 geschlossen wird. Dies entspricht einem Hochgeschwindigkeits-Modus des Systems, wobei die Zylinderbelastung sich aus den gemessenen Druckwerten an den Druckwertaufnehmern MA, MB ergibt, die zur Kraftermittlung mit der Kolbenfläche auf der Kolbenseite und der verbleibenden Kolbenfläche abzüglich der Stangenfläche auf der Stangenseite jeweils zu multiplizieren sind. Der Kraftdifferenzwert zwischen der genannten Kolben- und der Stangenseite wird dann mit dem vorgebbaren Grenzwert des Systems verglichen. Um auf jeden Fall einen hydraulischen Druckschlag im Regenerierungsmodus zu verhindern, erfolgt das Schließen des Proportionalventiles 201 bevorzugt mit einer vorgegebenen Rampenfunktion, beispielsweise in Form einer vorgebbaren Rampenzeit, ermittelt über die Rechnereinheit CPU.
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Es wird nun, um die Kolben-Stangen-Einheit 12 mit erhöhter Verfahrgeschwindigkeit auszufahren, der Pumpendruck wiederum über das 4/3-Proportional-Wege-Ventil 28 auf die Kolbenseite 14 des Aktuators 10 gebracht. Der Stangen- oder Arbeitsraum 16 auf der Stangenseite des Aktuators 10 wird zum Verschieben des Pendelvolumens auf die Kolbenseite des Aktuators geschaltet durch Öffnen des Proportionalventiles 203 bei gleichzeitigem Schließen der Proportionalventile 201 und 202, wobei das Ventil 201 auch durch bereits vorangegangenes Schalten in seiner geschlossenen oder gesperrten Schaltstellung sein kann. Aufgrund der Rückschlagventilfunktion des Proportionalventiles 202 kann insoweit der beschriebene Volumenstromausgleich zwischen den beiden Arbeitsräumen 16, 14 erfolgen. Das Proportionalventil 203 wird wiederum nur teilweise geschlossen, um dergestalt eine minimale Bremsfunktion, respektive einen minimalen Bremsdruck auf der Stangenseite aufrechtzuerhalten, um die Kavitation im hydraulischen System zu vermeiden.
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Wenn nun bezogen auf den dritten Verfahrens- oder Betriebsschritt die Containerlast 40 beginnt, am Aktuator zu ziehen, wird die Ventilsteuereinrichtung 34 sowie die angesprochene Verbindungseinrichtung 20 derart seitens der Rechnereinheit CPU gesteuert, dass der Druck auf der Kolbenseite des Aktuators 10 zwischen zwei vorgebbaren Druckschwellenwerten (min und max) betrieben wird. Bei einer ziehenden Last über die Kolben-Stangen-Einheit 12 am Aktuator 10 im Hochgeschwindigkeitsbereich (High Speed-Modus) wird wiederum eine Druckversorgung zwischen der Pumpendruckseite P und dem Kolben- oder Arbeitsraum 14 des Aktuators 10 über das Ventil 28 hergestellt. Die Stangenseite ist wiederum mit der Kolbenseite fluidführend verbunden durch entsprechendes Ansteuern des zweiten Proportionalventils 203 bei gleichzeitigem Schließen der Proportionalventile 202 und 201. Das Fluid kann das erste Proportionalventil 202 aufgrund dessen Ventilrückschlagfunktion passieren. Das Proportionalventil 201 hält dabei am Druckwertaufnehmer MA einen Druck aufrecht, der zwischen zwei vorgebbaren Druckschwellenwerten (min/max) liegt. Sobald am Druckwertaufnehmer MA der obere Druckschwellwert (max) überschritten ist, wird das Porportionalventil 201 proportional geöffnet. Wird hingegen am Druckwertaufnehmer MA der untere Druckschwellwert (min) unterschritten, so wird das Porportionalventil 201 proportional geschlossen. Sollte das Porportionalventil 201 bereits gänzlich geschlossen sein und der Druck am Druckwertaufnehmer MA dennoch unter den unteren Druckschwellwert (min) fallen, so wird das Proportionalventil 203 proportional in Schließrichtung betätigt, da ansonsten die Kolben-Stangen-Einheit 12 zu schnell ausfährt. Mithin wird mit zunehmendem proportionalen Drosseln am Proportionalventil 203 die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolben-Stangen-Einheit 12 abgebremst.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann das Proportionalventil 203 die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolben-Stangen-Einheit 12 regeln, während das Proportionalventil 201 gänzlich geschlossen wird, so dass der Fluidstrom vom Stangenraum 16 über die Proportionalventile 203 und 202 zum Kolbenraum 14 fließt. Um den am Druckwertaufnehmer MA anliegenden Druck zwischen den beiden vorgebbaren Druckschwellenwerten (min/max) zu halten, regelt die Rechnereinheit CPU über zeichnerisch nicht näher dargestellte elektrische Leitungen das Proportionalwegeventil 28 entsprechend, so dass dieses den von der Druckversorgunsquelle 24 kommenden Versorgungsdruck P veränderlich drosselt. Die Druckversorgunsquelle 24 muss somit nur einen Teil des Fluids einspeisen, so dass auch der Energieverbrauch in einer solchen alternativen Ausgestaltung reduziert werden kann.
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Bei dem vierten Verfahrens- oder Betriebsschritt, bei dem die ziehenden Lasten am Aktuator ansteigen und einen vorgebbaren Schwellenwert der Rechnereinheit CPU überschreiten, wird das Gesamtsystem auf einen langsamen Geschwindigkeitsmodus geschaltet, indem das Proportionalventil 203 etwas geschlossen wird und somid den Fluidstrom drosselt. Bei entsprechender ziehender Beanspruchung am Aktuator 10 wird der Pumpendruck P über das Ventil 28 auf die Kolbenseite des Aktuators 10 geleitet, und die Stangenseite wird auf die Tankseite T geschaltet durch Ansteuern des zweiten Proportionalventiles 203 und Öffnen des dritten Ventiles 201 nebst Schließen des ersten Ventils 202. Aufgrund der sich hieraus ergebenden Druckdifferenz durchfließt kein Fluid das erste Proportionalventil 202.
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Bezogen auf den Betriebs- oder Verfahrensablauf nach den 2 bis 6 kann die Steuerungsfunktion der Steuerungsvorrichtung nach der 7 wie folgt zusammengefasst werden. Wird der Aktuator 10 ausgefahren und erhöht sich dadurch die drückende Last auf der Kolbenseite des Aktuators 10 kann die Regenerierungsfunktion geschaltet werden, um die Stangenseite (Arbeitsraum 16) mit der Kolbenseite (Arbeitsraum 14) zu verbinden, ohne dass sich die notwendige Fluidversorgung auf der Pumpenseite P erhöht. Der Aktuator 10 lässt sich dabei im Nicht-Regenerierungsmodus mit geringen Verfahrgeschwindigkeiten betätigen und im Regenerierungsmodus mit hohen Geschwindigkeiten oder abgestuft in einem vorgebbaren minimalen und maximalen Geschwindigkeitsbereich.
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Wenn in einem anderen Lastfall an dem Aktuator 10 eine ziehende Last an der Kolben-Stangen-Einheit 12 anliegt, lässt sich die Aktuatorgeschwindigkeit über das Proportionalventil 203 stangenseitig einstellen.
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Wenn im letztgenannten Lastfall bei einfahrendem Aktuator 10 eine entgegengesetzt wirkende Last angreift, kann über das Proportionalventil 202 die Verfahrgeschwindigkeit des Aktuators 10 vorgegeben werden. Das Gesamtsystem arbeitet dabei im Regenerierungsmodus mit einem Arbeitsdruck auf der Kolbenseite des Aktuators 10, die nahezu gleich ist zu dem Arbeitsdruck, wenn der Aktuator 10 in einer Grundverfahrgeschwindigkeit verfährt.
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Die Steuerungsvorrichtung nach der 8 wird nun nur noch insofern beschrieben, als sie sich wesentlich von der vorangegangenen Ausführungsform nach der 7 unterscheidet. Dabei werden für dieselben Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, und die insofern bisher getroffenen Ausführungen gelten dann auch insoweit für die Ausführungsform nach der 8.
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Der wesentliche Unterschied besteht bei der Lösung nach der 8 nur darin, dass anstelle eines Aktuators 10 zwei Aktuatoren 10 zum Einsatz kommen, die jeweils kolben- und stangenseitig voneinander separiert an die Verbindungseinrichtung 20 und mithin an die Ventilsteuereinrichtung 34 als Ganzes angeschlossen sind.
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Anstelle der angesprochenen Arbeitszylinder können auch sonstige Aktuatoren (nicht dargestellt) eingesetzt werden, beispielsweise in Form von Hydromotoren oder Hybridsystemen, bei denen jeweils Arbeitsräume unterschiedlichen Druckniveaus zumindest während des Arbeitsbetriebes gegeben sind.
