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Diese bekannte Steuerung geht jedoch nicht auf die Probleme ein die
bei mittels Hydraulikzylinder angetriebenen Schwenkwerken in den Hubtotpunkten der
Hydraulikzylinder und bei Annäherung an die Endlagen entstehen. Diese Probleme sind
im wesentlichen auf die sich verändernden Hebelarme zurückzuführen, mit denen die
Hydraulikzylinder am Schwenkwerk angreifen, auf die unterschiedlichen Kräfte bei
stangenseitiger bzw. bodenseitiger Druckbeaufschlagung sowie auf das
Trägheitsmoment
der mit dem Schwenkwerk verbundenen Teile.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches
Erdbaufahrzeug, insbesondere Räumpanzer, mit einem um eine mittels eines Schwenkwerks
der eingangs genannten Art um eine vertikale Achse schwenkbaren Ausleger anzugeben,
welches bei einem über 1800 hinausgehenden Schwenkbereich einen gleichmäßigen Verlauf
des Schwenkmoments über den gesammten Schwenkbereich ermöglicht und keinerlei zusätzliche
Komponenten zur Endlagendämpfung erfordert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch
1.
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Damit ergeben sich die Vorteile, daß durch die Steuerung der variablen
Drosselventile über die direkt mit dem Schwenkwerk gekoppelten Steuerscheiben in
den beiden Schwenkbereichsendlagen die Bewegungsgeschwindigkeit der Zylinder kontinuierlich
auf die zulässige Anschlaggeschwindigkeit reduziert wird und daß das individuelle
Zu- und Abschalten der einzelnen Zylinder in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel mit
höchster Genauigkeit justiert und gesteuert werden kann, wobei insbesondere der
Wegfall der bei der eingangs beschriebenen Steuerung unvermeidlichen Schaltüberdeckung
sich positiv bemerkbar macht.
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Eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine
lastunabhängige Durchflußregelung in allen Arbeitsstellungen des Gerätes, d. h.
beim Schwenken mit und ohne Last, beim Schwenken mit oder gegen eine Steigung sowie
beim Schwenken in der Ebene. In allen Fällen wird jeweils ein optimaler Verzögerungsablauf
erreicht.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 stehen die
größeren, bodenseitigen Kolbenflächen zur Erzeugung der größeren Arbeits- und Bremskräfte
zur Verfügung.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 lassen sich
die Dämpfung der Drehbewegung in den Endlagen und die Vergleichmäßigung des Schwenkmomenten-
und Schwenkgeschwindigkeitsverlaufes besonders einfach erreichen. In den Endbereichen
bremsen die Stangenflächen beider Zylinder gegen den Arbeitsdruck der Bodenfläche
nur eines Zylinders und gegen das Lastmoment. Dadurch ist es möglich, auf besondere,
zusätzliche Stoßdämpfer usw. zu verzichten.
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Zur Unterstützung des Verzögerungsvorgangs im Bereich der Schwenkbereichsendlagen
dient eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5. Durch eine solche Reduzierung
des vom Bediener vorgegebenen Sollwert-Signals auf beispielsweise 40010 wird erreicht,
daß auch im ungünstigsten Betriebsfall das zulässige Anschlagmoment in den Schwenkbereichsendlagen
nicht überschritten wird.
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Bei Anwendung der Merkmale der Ansprüche 6 und insbesondere 11 läßt
sich ein platzsparender Aufbau erreichen.
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Durch weitere Ausbildungen der Erfindung gemäß den Merkmalen der
Ansprüche 7 bis 10 kann die Zahl der steuerbaren Ventile gering gehalten werden,
gehen beispielsweise in Notfällen durch Abschalten des Hauptschalters alle Ventile
gleichzeitig in Sperrstellung, wodurch jede weitere Bewegung des Schwenkwerks sofort
gestoppt wird, und wird eine Redundanz erreicht, so daß bei Ausfall eines Zylinders
bzw. seiner Leitungen der andere Zylinder die Absicherung allein übernimmt.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden. Es
zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf ein militärisches Kettenfahrzeug
zur Bearbeitung der Uferbereiche von Gewässern, F i g. 2 eine schematische Darstellung
des Schwenkwerks des Fahrzeuges der F i g. 1, und Fig.3 einen Schaltplan der Hydraulik-Anlage
und -Steuerung zu F i g. 2.
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F i g. 1 zeigt ein Kettenfahrzeug, beispielsweise einen Pionierpanzer,
mit einer einzigen, seitlich angeordneten Baggereinrichtung. Hierzu befindet sich
auf der Oberseite des Fahrzeugchassis 22 eine Schwenkbühne 21, die über zwei Hydraulik-Zylinder
1,2 geschwenkt wird. An der Oberseite der Schwenkbühne 21 erkennt man einen weiteren
Hydraulik-Zylinder 19 zum Heben und Senken eines teleskopierbaren Baggerarmes 20,
27, an dessen vorderem Ende die Baggerschaufel 28 angeordnet ist.
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Ein Räumschild 29 dient ebenfalls zur Bodenbearbeitung und gegebenenfalls
zur Abstützung des Fahrzeuges während des Baggerbetriebes.
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F i g. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung das hier interessierende
Schwenkwerk des Fahrzeuges. Auf dem Fahrzeugchassis 22 erkennt man die Schwenkbühne
21 und den Hydraulik-Zylinder 19 zum Heben und Senken des Baggerarmes 20, 21. Ferner
erkennt man die beiden für das Schwenken der Schwenkbühne 21 verantwortlichen Hydraulik-Zylinder
1, 2, deren Anlenkpunkte am Fahrzeugchassis 22 unmittelbar übereinander angeordnet
sind und die einen gegenseitigen Winkelversatz -bezogen auf ihre jeweiligen Hubtotpunkte
T1, T2 -von ca. 52" haben.
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Die Darstellung zeigt den Baggerarm 20, 27 in seiner hinteren Schwenkbereichsendlage
El. Zwischen hinterer Schwenkbereichsendlage El und vorderer Schwenkbereichsendlage
E2 erstreckt sich der eigentliche Arbeitsbereich von über 1950.
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Die horizontale Winkelstellung der Schwenkbühne 21 wird durch einen
Winkelgeber 23 sowie zwei Steuerscheiben 16, 17 erfaßt, die zentrisch unter der
Schwenkbühne 21 angeordnet und über eine Wellrohrkupplung verdrehsteif mit der Bühne
21 verbunden sind.
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Die beiden Steuerscheiben 16, 17 wirken auf variable Drosselventile
12, 13, insbesondere mit integrierter Druckwaage, die in die stangenseitigen Hydraulikleitungen
10, 11 der Schwenkzylinder 1,2 eingesetzt sind. Die wesentlichen Komponenten der
Hydraulik-Anlage und -Steuerung sind in einem Umschaltventilblock 18 enthalten,
der anhand der F i g. 3 noch näher erläutert werden soll.
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Der Winkelgeber 23, der beispielsweise als Potentiometer ausgebildet
ist, liefert ein zur Winkelstellung der Schwenkbühne 21 analoges Signal an eine
Grenzwertelektronik 24. Dieses Ausgangssignal wird dort mit den voreingestellten
Festwerten der Zylinderumschaltpunkte, der Schwenkbereichsendpunkte usw. verglichen
und mittels einer Komparatorschaltung zu Schaltstufen verarbeitet. Diese schalten
die verschiedenen hydraulischen Steuerfunktionen des Umschaltventilblocks 18.
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Außerdem führt eine Leitung von der Grenzwertelektronik 24 zu einem
Proportionalventil 3 der Hydraulik-Anlage.
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F i g. 3 zeigt einen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel der eigentlichen
Hydraulik-Anlage und -Steuerung. Man erkennt die beiden Hydraulik-Zylinder 1, 2
und die schematisch dargestellte Schwenkbühne 21. An der Schwenkbühne 21 sind die
vordere und hintere Schwenkbereichsendlage El, E2, die Hubtotpunkte T1, T2 der beiden
Zylinder 1, 2 sowie zwei weitere
Umschaltpunkte Ul, U2angedeutet.
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Man erkennt ferner die stangenseitigen Hydraulik-Leitungen 10, 11,
in die die über die Steuerscheiben 16, 17 veränderbaren Drosselventile 12, 13 eingesetzt
sind.
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Rückschlagventile parallel zu den Drosselventilen 12, 13 sorgen dafür,
daß die Drosselventile 12, 13 unwirksam sind, wenn sich die Schwenkbühne 21 von
den jeweiligen Schwenkbereichsendpunkten El, E2 wegbewegt.
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Die eigentliche Hydraulik-Anlage und -Steuerung besteht aus dem Umschaltventilblock
18, dem Proportionalventil 3, der Hydraulikpumpe P und dem Hydrauliktank 7: Das
Proportionalventil 3 besitzt eine Sperrstellung 3.0 sowie zwei Arbeitsstellungen
3.1, 3.2. Er ist federbelastet und geht deshalb bei fehlender Ansteuerung in die
mittlere Sperrstellung 3.0 zurück. Außerdem ist der Sperrschieber 3 als Proportionalventil
ausgelegt, so daß die den Schwenkzylindern 1,2 zugeführte Menge an Hydraulik-Fluid
vom Bediener der Anlage individuell vorgegeben werden kann.
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Im Umschaltventilblock 18 erkennt man zunächst ein jedem Zylinder
1, 2 zugeordnetes Sperrventil 4, 5, welches jeweils die Vor- und die Rücklaufleitung
sperrt, bzw. durchschaltet. Die Ansteuerung der Sperrventile 4, 5 erfolgt über je
ein Magnetventil 14, 15 von der Grenzwertelektronik 24.
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Weiter erkennt man im Umschaltventilblock 18 zwei entlastbare Druckbegrenzungsventile
6, 7, die parallel zu der Kombination aus Proportionalventil 3 und Sperrventil 4
bzw. 5 geschaltet sind. Die Entkopplung der Ventile 4, 5, 6, 7 untereinander erfolgt
über eine Reihe von Rückschlagventilen 8, 9. Die Entlastung der Druckbegrenzungsventile
6, 7 erfolgt wieder mit Hilfe von Magnetventilen 6.1, 7.1, die von der Grenzwertelektronik
24 angesteuert werden.
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Schließlich erkennt man weitere Druckbegrenzungsventile 25, 26 zwischen
den stangenseitigen Hydraulikleitungen 10, 11 und dem Tank 71 Diese begrenzen den
Druck vor den Drosselventilen 12, 13 auf die maximal zulässigen Werte.
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Im folgenden soll der Funktionsablauf der in der Fig.3 dargestellten
Hydraulik-Anlage und -Steuerung beim Schwenken der Schwenkbühne 21 von der hinteren
Endlage E 1 in die vordere Endlage E2 erläutert werden.
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Durch Verschieben des Porportionalventiles 3 aus der Sperrstellung
3.0 in die Arbeitsstellung 3.1 wird der Schwenkvorgang eingeleitet. Das Sperrventil
5 befindet sich zunächst in Sperrstellung 5.1; das Sperrventil 4 ist in Durchgangsstellung
4.2 geschaltet. Damit bekommt der obere Zylinder 1 stangenseitig Arbeitsdruck und
fährt ein.
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Gleichzeitig ist das Druckbegrenzungsventil 7 über das zugehörige
Magnetventil 7.1 entlastet und gibt den Durchfluß zum Tank T frei. Der untere Zylinder
2 hat dadurch über das Rückschlagventil 8.1 freien Abfluß auf der Bodenseite. Die
Nachsaugung auf der Stangenseite des unteren Zylinders 2 erfolgt über das Rückschlagventil
8.2. Der untere Zylinder 2 wird infolgedessen einfahrend drucklos mitgeschleppt.
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Bei Erreichen des Hubtotpunktes T2 des unteren Zylinders 2 wird über
die Schaltstufen der Grenzwertelektronik 24 die Entlastung des Druckbegrenzungsventils
7 über das Magnetventil 7.1 aufgehoben und das Sperrventil 5 durch Zuschalten des
Steuerdrucks in Durchgangsstellung 5.2 gebracht. Damit bekommt der untere Zylinder
2 bodenseitigen Arbeitsdruck und wirkt ausfahrend aktiv mit. Der obere Zylinder
1 bleibt weiterhin einfahrend aktiv.
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Bei Erreichen des Hubtotpunktes T1 des oberen Zylinders 1 wird über
die Schaltstufen der Grenzwertelektronik 24 der Steuerdruck zum Sperrventil 4 abgeschaltet,
so daß dieses durch die Federkraft in eine Sperrstellung 4.1 geht. Gleichzeitig
wird das Druckbegrenzungsventil 6 über sein Magnetventil 6.1 entlastet. Der obere
Zylinder 1 hat über das Rückschlagventil 9.1 freien Abfluß auf der Stangenseite.
Die Nachsaugung auf der Bodenseite erfolgt über das Rückschlagventil 9.2. Der untere
Zylinder 2 bleibt bis zum Erreichen der vorderen Schwenkbereichsendlage E2 ausfahrend
aktiv. Der obere Zylinder 1 wird ausfahrend drucklos mitgeschleppt.
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Beim Zurückschwenken aus der vorderen Schwenkbereichsendlage E2 läuft
der gesamte Vorgang in umgekehrte Reihenfolge und mit entgegengesetzten Zylinder-Bewegungsrichtungen
ab. Das Proportionalventil 3 wird dazu in seine zweite Arbeitsstellung 3.2 gebracht.
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In den beiden Schwenkbereichsendlagen El, E2 der Schwenkbühne 21
wird über die variable Drosselung des abfließenden Hydraulik-Fluids die Bewegungsgeschwindigkeit
der Zylinder 1, 2 kontinuierlich auf die zulässige Anschlagsgeschwindigkeit reduziert.
Hierzu werden die in den stangenseitigen Hydraulikleitungen 10, 11 der Zylinder
1, 2 eingesetzten Drosselventile 12, 13 mit integrierter Druckwaage über die Steuerscheiben
16, 17 mit einer entsprechend den Erfordernissen vorgeformten Steigung verstellt.
Die Funktionsweise der Drosselventile 12, 13 mit Druckwaage erlaubt eine lastunabhängige
Durchflußregelung. Dadurch wird in allen Arbeitsstellungen des Gerätes, wie Schwenken
mit und ohne Last, Schwenken mit und gegen eine Steigung und Schwenken in der Ebene
ein optimaler Verzögerungsablauf erreicht.
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Zur Unterstützung des Verzögerungsvorganges wird über zwei weitere
Schaltstufen U 1, U2 der Grenzwertelektronik 24 vor der hinteren, bzw. vorderen
Endlage El, E2 der Zufluß an Hydraulik-Fluid zu den Zylindern 1, 2 reduziert. Hierzu
wird das elektrische Signal von der Bedieneinheit zum Proportionalteil 3.3 des Proportionalventiles
3 beispielsweise auf 40% reduziert.
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Aufgrund der geschilderten Steuerung der Zylinder 1, 2 werden die
maximalen Schwenkmomente im Bereich großer Zylinderhebelarme abgebaut, ohne die
minimalen Schwenkmomente in den Hubtotpunkten T1, T2 zu reduzieren. In den Endlagen
El, E2 bremsen beide Stangenflächen der Zylinder 1, 2 gegen den Arbeitsdruck von
nur einer Bodenfläche und gegen das Lastmoment; die so erreichten Kräfteverhältnisse
reichen aus, die Schwenkbewegung ohne zusätzliche Komponenten zur Endlagendämpfung,
wie hydraulische Stoßdämpfer, oder ähnliches, anzuhalten. Das Ein- und Abschalten
der Hydraulik-Anlage und -Steuerung über den Hauptschalter kann gefahrlos in jeder
Winkelstellung erfolgen. Bei Not-Aus-Betätigung gehen alle Ventile durch Abschalten
der Versorgungsspannung in die Ausgangsstellung bzw. Sperrstellung zurück. Der Schwenkvorgang
wird sofort gestoppt. Die erforderlichen Sicherheitsbedingungen werden jederzeit
eingehalten.