DE4405472A1 - Hydraulische Steuerung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine
hydraulische Steuerung und insbesondere auf eine hydrau
lische Steuerung für einen Bagger.
Hydraulische Steuerungen beispielsweise für Bagger sind
in zahlreichen Ausgestaltungen bekannt. Als Beispiele
seien die US-Patente 4,210,061 und 4,481,770 genannt.
Obwohl diese Steuerungen im allgemeinen zufriedenstellend
arbeiten, treten doch in einigen Bereiche Probleme auf.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Probleme des Standes der Technik zu überwinden und eine
optimierte hydraulische Steuerung, insbesondere für den
Baggerbetrieb, vorzusehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die in den
unabhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen vor. Bevor
zugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Insbesondere sieht die hydraulische Steuerung gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung neben einer vorzugs
weise als LS-Pumpe ausgebildeten Arbeitspumpe eine davon
unabhängige Drehwerkspumpe vor. Die Arbeitspumpe oder LS-
Pumpe ist vorzugsweise eine Axialkolbenpumpe in Schräg
scheibenbauart im offenen Kreis. Sie wird vorzugsweise
für den Fahr- und Baggerbetrieb eingesetzt. Die Dreh
werkspumpe ist vorzugsweise eine Axialkolben-Regelpumpe
in Schrägscheibenbauart im geschlossenen Kreis.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zur opti
malen Ausnutzung der Dieselmotorleistung durch beide
Pumpensysteme (Arbeits- und Drehwerkspumpe) über den
gesamten Drehzahlbereich eine elektronische Grenzlast
regelung vorgesehen. Diese Elektronik beinhaltet außerdem
die Modes oder Betriebsarten (Fahren, Standard, Economy),
eine Kontrolle der Hydrauliköltemperaturen (Reduzierung
der Leistung bei zu kaltem oder zu heißem Hydrauliköl),
die Leerlaufautomatik und die Fahrpedalverriegelung
(Tempomat). Eine Anschlußmöglichkeit für ein Zentral
diagnosesystem ist vorhanden. Ferner ist eine mechanische
Einrichtung für Notbetrieb vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die
hydraulische Steuerung ein Ventilsteuerungssystem die
lastunabhängige Steuerung mit gleichzeitiger lastunab
hängiger Mengenverteilung auf. Dadurch sind sämtliche
Bewegungen jeglicher Verbraucher überlagerbar. Ferner ist
eine Abstimmung der Ventilcharakteristik auf jeden
Verbraucher möglich. Die Ventilsektionen werden
hydraulisch vorgesteuert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird bei Erreichen des maximalen Betriebsdruckes die
jeweilige Hydraulikpumpe zurückgestellt, d. h. die
Schrägscheibe wird zurückgeschwenkt, wodurch Verlust
leistung verhindert wird, und zwar bei gleichzeitigem
Halten des Druckes. Diese Funktion wird Druckabschneidung
genannt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird Verlustleistung durch eine Bedarfsstromregelung
verhindert. Dabei wird ohne eine eingesteuerte Arbeits
bewegung, d. h. ohne Betätigung von Bedieneinrichtungen,
die jeweilige Hydraulikpumpe auf annähernd Nullförderung
zurückgestellt. Dabei ergibt sich ferner eine Erleich
terung beim Starten des Dieselmotors, besonders in der
Winterzeit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist eine lastunabhängige Steuerung vorgesehen. Dabei
bleibt der vom Bedienungsmann vorzunehmende Betätigungs
weg an den Bedieneinrichtungen auch bei unterschiedlichen
Lastdrücken gleich. Durch zusätzliche lastunabhängige
Mengenverteilung werden die Geschwindigkeitsproportionen
bei mehreren gleichzeitigen Bewegungen unabhängig vom
Lastdruck beibehalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
liefert die Drehwerkspumpe zusammen mit der dazugehörigen
Steuerung ein einstellbares, konstantes Bremsmoment beim
Auslauf aus Oberwagenbewegung, sowie ein maximales Halte
moment aus dem Betriebsdruck im Stillstand. Dadurch läuft
der Oberwagen sanft aus einer Drehung aus, ohne daß bei
spielsweise durch ruckartiges Abbremsen der Oberwagen
bewegung Ladung aus dem Löffel des Baggers verloren wird.
Bei Belastung im Stillstand jedoch, beispielsweise an
einer Schrägen, wird der Oberwagen mit einem maximalen
haltemoment aus dem Betriebsdruck in seiner Lage
gehalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird der erforderliche Steuerdruck bzw. das Steuer
strömungsmittel für die Vorsteuereinheit von einer
getrennten Bremspumpe geliefert und über einen
Stromteiler abgezweigt.
Weitere Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen hydraulischen Schaltplan
für eine Baggersteuerung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist ein hydraulischer Schaltplan für eine
Baggersteuerung in Ausführung der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus Fig. 2 und zeigt den
Antriebsmotor sowie die Arbeitspumpeneinheit und
die Drehwerkspumpeneinheit.
Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus Fig. 2 und zeigt den
Drehwerksantrieb.
Fig. 5a und 5b sind Ausschnitte aus Fig. 2 und zeigen die
Ventilsteuereinheit. Fig. 5b setzt die Fig. 5a
auf der rechten Seite fort.
Fig. 6 ist ein Ausschnitt aus Fig. 2 und zeigt eine
Ventilanordnung zum Abzweigen des von der Brems
anordnung kommenden Druckströmungsmittels für die
hydraulische Bedienelemente-Vorsteuereinheit.
Fig. 7a und 7b sind Ausschnitte aus Fig. 2 und zeigen die
hydraulische Vorsteuereinheit. Fig. 7b setzt die
Fig. 7a auf der rechten Seite fort.
Fig. 8 ist ein hydraulischer Schaltplan einer alterna
tiven Drehwerksteuerung etwa entsprechend Fig. 3.
Fig. 9 bis 11 sind Diagramme, die Kennlinien der
Drehwerksteuerung darstellen.
Fig. 12 ist ein weiterer Hydraulikschaltplan für eine
alternative Drehwerksteuerung.
Fig. 13 zeigt ein Kennfeld der Drehwerksteuerung im p-Q-
Diagramm ähnlich wie Fig. 9.
Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Blockkurve der Pumpen
steuerung zeigt.
Fig. 15 zeigt Meßergebnisse beim Leistungsbaggern mit
mittlerem Bremsdruck, und zwar den Druck auf den
leitungen A und B sowie die Drehzahl des Dreh
werksmotors, jeweils gegen die Zeit.
Fig. 16 zeigt Meßergebnisse beim Leistungsbaggern mit
niedrigstem Bremsdruck (Freilauf), und zwar den
Hochdruck auf den Leitungen A, B sowie den
Steuerdruck Y, jeweils gegen die Zeit.
Fig. 17 zeigt Meßergebnisse beim Leistungsbaggern mit
Kontern (Gegensteuern).
Fig. 18 zeigt Meßergebnisse ähnlich wie Fig. 15, jedoch
beim Leistungsbaggern mit Leistungsbegrenzung.
Fig. 19 zeigt Meßergebnisse beim Feinsteuern,
beispielsweise beim Positionieren einer
Pendellast im Kranbetrieb.
Fig. 20 zeigt Meßergebnisse beim Drehen mit konstanter
Geschwindigkeit.
Fig. 21 zeigt Meßergebnisse beim Stehen am Hang, und
Fig. 22 zeigt Meßergebnisse beim Anfahren am Hang.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, treibt ein Antriebsmotor 1,
beispielsweise ein Dieselmotor, mehrere Pumpen an. Der
Antriebsmotor 1 ist vorzugsweise ein Dieselmotor mit einer
Nennleistung von 101 kW bei einer Nenndrehzahl von 2000
min-1.
Eine Pumpe 41 liefert Druck für eine Lenkvorrichtung des
Fahrzeugs, die hier nicht dargestellt ist. Eine weitere
Pumpe 37 liefert Druck für eine Bremsvorrichtungssteue
rung 38. Vorzugsweise besitzen die Pumpen 41 und 37 eine
Förderleistung von 19 l/min. bzw. 38 l/min. bei der Nenn
drehzahl des Antriebsmotors von 2000 Umdrehungen pro
Minute. Die Pumpe 41 für die Lenkung könnte aber eben
falls ein Fördervolumen von 38 l/min. besitzen.
Der Antriebsmotor 1 treibt ferner eine Arbeitspumpe,
vorzugsweise eine LS-Pumpe (Load-Sensing-Pumpe), in der
Arbeitspumpeneinheit 3 sowie eine Drehwerkspumpe in der
Drehwerkspumpeneinheit 4 an.
Die Arbeitspumpe oder LS-Pumpe ist vorzugsweise eine
Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart im offenen Kreis
für Fahr- und Baggerbetrieb. Die Arbeitspumpe ist
differenzdruckgeregelt, ihr maximaler Betriebsdruck ist
vorzugsweise 320 bar, ihre maximale Fördermenge vorzugs
weise 260 l/min. Die Pumpenleistung kann betriebsart-
oder mode-abhängig sein und je nach Einstellung 52, 72
oder 101 kW betragen.
Ein Load-Sensing-System der Arbeitspumpe und des Fahr
werks bzw. der Werkzeuge weist das Merkmal der lastdruck
unabhängigen Durchflußverteilung auf. Die lastdruckunab
hängige Durchflußverteilung ist eine besondere Art der
Load-Sensing-Steuerung. Sie ermöglichet eine vom momen
tanen Belastungszustand unabhängige, feinfühlige
Steuerung der Verbraucherbewegungen.
Die vom höchsten Lastdruck (LS-Signal) angesteuerte Ver
stellpumpe stellt nur das Fördervolumen zur Verfügung,
das über eine Meßblende des Steuerblocks angefordert
wird. Übersteigt der angeforderte Volumenstrom die maxi
male Pumpenfördermenge (z. B. beim Betätigen mehrerer
Verbraucher), so wird der Pumpenvolumenstrom lastdruck-
unabhängig und proportional über die Meßblendenquer
schnitte den Verbrauchern zugeteilt.
Sind alle Verbraucher in Neutralstellung, fördert die
Pumpe im Stand-By-Druck (ca. 20 bar) lediglich den
Leckagestrom. Die LS-Leitung ist über einen 2-Wege-
Stromregler zum Tank entlastet (Qmax = 0,5 l/min.). Die
Druckwaagen stehen über ihre Haltefeder in Schließ
stellung und sind ebenfalls tankentlastet. Die Pumpe ist
von den Verbrauchern getrennt. Unnötige Umlauf- und
Drosselverluste werden vermieden.
Wird ein Verbraucher, beispielsweise der lasthöchste
Verbraucher, betätigt, fließt der Ölstrom von der Pumpe
über die Meßblende, die nachgeschaltete Druckwaage und
das Lasthalteventil zum Verbraucher. Für die LS-Meldung
zum Differenzdruckregler der Pumpe wird der Druck vom
Lasthalteventil verwendet. Durch diese Maßnahme wird ein
Rückfallen der Last (durch Volumenentnahme aus der
Verbraucherleitung) in die LS-Leitung bei feinfühligen
Bewegungen verhindert. Bei Erreichen des Lastdruckes
öffnet das Lasthalteventil und der Verbraucher bewegt
sich in die gewählte Richtung mit der durch die Meßblende
vorgegebenen Geschwindigkeit.
Wenn mehrere Verbraucher mit niedrigem Druckniveau in
Parallelbetrieb betätigt werden, wird das höchste LS-
Signal auf den Differenzdruckregler und auf alle
Sektionsdruckwaagen gemeldet. Die Anordnung der Druck
waagen zwischen Meßblende und Verbraucher gewährleistet
gleichen Differenzdruck (Δp2) über alle Kolbenmeßblenden.
Der Differenzdruck (Δp3) zwischen den lasthöchsten und
lastniedrigsten Verbrauchern wird an der Steuerkante der
Druckwaage abgeregelt.
Bei Parallelbetrieb mit Untersättigung, d. h. wenn über
die Kolbenmeßblenden ein größerer Volumenstrom Q ange
fordert als die Pumpe zur Verfügung stellen kann,
reduziert sich das Regel-Δp2 (Untersättigung) und der
Differenzdruckregler geht in die Neutralstellung. Die LS-
Regelfunktion der Pumpe ist außer Kraft. Die Pumpe wird
nur noch durch den Leistungsregler entsprechend der
Leistungsvorgabe eingestellt. Die lastdruckunabhängige
Durchflußverteilung wird bis zu einem minimalen Δp von
ca. 3 bar aufrechterhalten.
Fährt ein Verbraucher auf Anschlag, d. h. in die Endlage,
spricht das LS-Druckbegrenzungsventil an und erfüllt eine
Druckabschneidefunktion. Die Pumpe schwenkt auf Minimal
schwenkwinkel und hält den Druckabschneidungswert
konstant. Dabei wird nur das Lecköl des Systems und der
LS-Ausspeisestrom von ca. 0,5 l/min. sowie der Druck
abschneidungsventilstrom bei 20 bar aufgebracht.
Sind zusätzlich ein oder mehrere Verbraucher in Funktion,
schwenkt die Pumpe aus. Das hierzu erforderliche Δp wird
durch den über das Druckabschneidungsventil fließenden
Volumenstrom erzeugt. Der restliche zur Verfügung ste
hende Volumenstrom QR, der am Regelende der Leistungs
vorgabe erreicht wird, kann lastdruckunabhängig und
proportional im Verhältnis der Meßblendenöffnungen
verteilt werden.
Somit ergibt sich die folgende Beziehung:
Pverlust = (PBmax - pV2) × Q₂ + (pBmax - pV3) × Q₃
Die Drehwerkspumpe der Drehwerkspumpeneinheit 4 ist
vorzugsweise eine Axialkolben-Regelpumpe in Schräg
scheibenbauart im geschlossenen Kreis für den Drehwerks
antrieb 18. Der maximale Betriebsdruck ist vorzugsweise
315 bar, die maximale Fördermenge ist vorzugsweise 112
l/min. Die Drehwerkspumpeneinheit 4 weist eine integ
rierte Mengen- und Momentensteuerung zusammen mit zu
sätzlicher Einflußnahme auf Leistungsbegrenzung durch
Modeschaltung auf. Dadurch ergibt sich optimale Be
dienungsqualität. Die Drehwerkspumpeneinheit 4 mit dem
Drehwerksantrieb 18 liefert erfindungsgemäß ein einstell
bares, konstantes Bremsmoment beim Auslauf aus Oberwagen
bewegung, sowie ein maximales Haltemoment aus dem
Betriebsdruck im Stillstand.
Die Arbeitspumpeneinheit 3 liefert Druckstömungsmittel an
eine Ventilsteuereinheit 50 (vgl. weiterhin insbesondere
Fig. 1), die das Druckströmungsmittel an die verschie
denen Verbraucher (schematisch bei 70 gezeigt) liefert.
Die Ventilsteuereinheit 50 wird von einer Vorsteuer
einheit 60 angesteuert. Der Betriebsdruck für die hydrau
lische Vorsteuereinheit 60 wird in einer Ventileinheit
oder Steuerölversorgung 25 von einer von der Brems
anordnung 38 kommenden Leitung abgezweigt. Eine Steuer
leitung verläuft auch von der Vorsteuereinheit 60 zu der
Drehwerkspumpeneinheit 4 zur Steuerung davon.
Fig. 2 zeigt die hydraulische Steuerung der Fig. 1 im
einzelnen. Da hier die gesamte Hydraulik z. B. eines
Baggers dargestellt ist, wird nicht im einzelnen auf alle
dargestellten Teile Bezug genommen. Die jeweiligen Bau
teile und Verbindungen sind für den Fachmann ohne
weiteres im einzelnen aus der Zeichnung zu entnehmen.
Die in Fig. 1 mit 70 bezeichneten Verbraucher sind
beispielsweise in Fig. 2 folgendermaßen bezeichnet:
Ausleger 12, Stiel 13, Löffel 14, hydraulisch
verstellbarer Ausleger (VAH/HAB) 15, Hammer 16,
Zusatzfunktion (Aux) 17, Fahrwerk 19, Unterwagen
abstützung 21 und Planierschild 22. Andere und weitere
Funktionen sind möglich.
Die besonders interessierenden Bereiche des in Fig. 2
dargestellten Hydraulikplans sind in größerer Einzelheit
in den Fig. 3 bis 7 gezeigt.
Fig. 3 zeigt den Dieselmotor 1 und die davon angetriebene
Arbeitspumpe oder LS-Pumpe 3a in der Arbeitspumpeneinheit
3. Ferner ist in der Arbeitspumpeneinheit 3 eine Load-
Sensing-Steuerung gezeigt, u. a. unter Verwendung von
zwei 3/2-Proportional-Wegeventilen.
Ebenfalls gezeigt ist die Drehwerkspumpeneinheit 4, die
auch die Steuerhydraulik für das Drehwerk 18 (Fig. 2 und
4) umfaßt. Die nunmehr mit 400 bezeichnete Drehwerkspumpe
besitzt Arbeitsanschlüsse A und B, die in Closed-Loop-
Technik, d. h. in einem geschlossenen Kreis, mit dem
Drehwerksmotor 18a (Fig. 4) verbunden sind.
Es folgt eine Funktionsbeschreibung der Drehwerks
steuerung für geschlossenen Kreislauf.
Die Steuerung ermöglicht die verlustfreie Ausnutzung des
Antriebssystems sowohl für Beschleunigungs- als auch für
Bremsvorgänge. In Abhängigkeit von dem vorgewählten
Steuerdruck (Y1, Y2) ergeben sich die Förderrichtung der
Pumpe und die P-Q-Kennlinie der Steuerung und damit die
Größe und Richtung von Drehmoment und Drehzahl des Hydro
motors (Konstantmotor 18a, vgl. Fig. 4). Die Änderung des
Steuerdruck erfolgt stufenlos (vgl. Fig. 9-11).
Die Richtung und die Größe des Volumenstroms der Pumpe
ist abhängig vom Steuerdruck (Y1, Y2) und vom Pumpendruck
(p). Steigender Steuerdruck erhöht die Pumpenmenge,
steigender Pumpendruck reduziert die Pumpenmenge. Im
Blockzustand (Vg = 0) ist die Pumpendruck proportional
zum Steuerdruck.
Der Maximaldruck der Pumpe 300 bzw. das Maximalmoment am
Hydromotor 18a wird an der Druckabschneidung der Pumpe
eingestellt. Die Druckbegrenzungsventile der Pumpe werden
20-30 bar höher als dieser Wert eingestellt.
Durch Begrenzung des maximalen Steuerdrucks (Y1, Y2) am
Leistungsventil wir die höchste p-Q-Kennlinie und damit
die angenähert maximale Leistung eingestellt. Durch
stufenlose Änderung für das Leistungsventil oder durch
Schaltung von druckstufen können mehrere Leistungsniveaus
angesteuert werden (Leistungsmodes).
Bezüglich des Bremsverhaltens ist einerseits dynamisches
Bremsen bei Neutralstellung des Steuerhebels bzw. dyna
misches Bremsen durch Kontern oder Gegensteuern des
Steuerhebels und andererseits ein statisches hydrauli
sches Haltemoment bei Neutralstellung des Steuerhebels
vorgesehen.
Bei Steuerdruck Y1 = Y2 = 0 erfolgt über den Pumpendruck
geregelte Rückschwenkung der Pumpe durch das Bremsventil.
Der gewünschte Bremsdruck kann am Bremsventil stufenlos
bis zum Maximalwert, der durch Einstellung der Druck
abschneidung erhalten wird, eingestellt werden. Vorzugs
weise ist der Bremsdruck zwischen ca. 80 bar und ca. 200
bar bei einem Maximaldruck von 315 bar. Beim dynamischen
Bremsen durch Kontern des Steuerhebels ist der Bremsdruck
ab dem oben genannten Bremsdruck bis zum Maximaldruck
proportional zu der Steuerhebelstellung, d. h. zum
Steuerdruck.
Beispielsweise bei Schräglage des Baggers kann der sich
daraus ergebende hydraulische Stützdruck die Pumpe nicht
aus der Nullage aussteuern. Bis zum Maximaldruckwert, der
durch Druckbegrenzungsventile bestimmt wird, kann sich
der Hydromotor 18a hydraulisch an der Pumpe 300
abstützen.
Zur Steuerung der Drehwerkspumpe 400 wird durch die
Vorsteuereinheit 60 an den mit Y1 () und Y2 ()
bezeichneten Steuereingängen Druck angelegt. Je nachdem,
an welchem der Anschlüsse Y1, Y2 der Druck größer ist,
schaltet ein über Leitungen 403, 405 dazwischen ange
ordnetes Wechselventil 402 und leitet den höheren Druck
an eine Drossel 404 weiter. Auch von den Steuereingängen
Y1, Y2 her läuft das Strömungsmittel über Leitungen 403,
405 zu Drosseln 406, 408, nach denen wiederum ein
Wechselventil 410 zwischen den Steuerleitungen angeordnet
ist. Das Wechselventil 410 dient zur Leistungsbegrenzung
und besitzt zwei Abströme, von denen einer über den
Anschluß Y3 zu einem Druckbegrenzungsventil zur
Leistungsbegrenzung (in Fig. 3 nicht gezeigt) geführt
ist, und wobei der andere Abstrom zu einem später noch zu
beschreibenden Bremsventil 412 führt.
Von den Drosseln 406, 408 gehen Leitungen 407 und 409 zu
einem federzentrierten 4/3-Proportional-Wegeventil 414 zu
dessen Verstellung. Ebenfalls zur Verstellung des Ventils
414 sind Steuerleitungen 416 bzw. 418 von den Arbeits
leitungen oder Anschlüssen A bzw. B über Anschlüsse MA
bzw. MB als Hochdruck-Rückführung zum Ventil 414 geführt.
Das Wegeventil 414 steuert die Verstellung der Schräg
scheibe der Drehwerkspumpe 400 über einen Verstellzylin
der 420, von dem eine mechanische Rückführung 422 zurück
zu dem Wegeventil 414 verläuft.
Zwischen den Arbeitsleitungen A und B sind zwei
Hochdruck-Einspeiseventile 424 und 426 zur Hochdruck
absicherung (vorzugsweise 380 bar) vorgesehen. Diese
Ventile 424 und 426 sind spiegelbildlich angeordnet und
bestehen jeweils aus eine Rückschlagventil und einem dazu
parallel geschalteten, direkt wirkenden Druckbegrenzungs
ventil.
Eine weitere Pumpe 401, die auch vom Antriebsmotor 1
angetrieben wird und in der Drehwerkspumpeneinheit 4
angeordnet ist, dient zum Ausgleich von Leckage im
(geschlossenen) Hydraulikkreis des Drehwerks 18. Die
Pumpe 401 pumpt Hydrauliköl über einen vorzugsweise
externen Filter 5 (Anschlüsse Fe und Fa), zu dem ein
Druckbegrenzungsventil 430 parallel geschaltet ist. Nach
dem Filter 5 wird das Strömungsmittel zu einem Speise
druckbegrenzungsventil 432 geführt, das vorzugsweise auf
25 bar eingestellt ist. Der Ausgleich von Leckage erfolgt
einerseits in die Hochdruck-Arbeitsleitungen A, B durch
Einspeisung zwischen den beiden Hochdruck-Einspeise
ventilen 424, 246 und andererseits über eine Drossel 428
zu einem Anschluß des 4/3-Wegeventils 414, der auch mit
der Drossel 404 verbunden ist.
Von der Drossel 404 ist ebenfalls eine Leitung 411 zu
einer Druckabschneidungsanordnung 434 geführt. Die Druck
abschneidungsanordnung 434 erfüllt die oben beschriebene
Funktion der Druckabschneidung, und zwar vorzugsweise bei
einem Maximaldruck von 320 bar. Die Druckabschneidungs
anordnung 434 besteht aus einem Wechselventil 436 mit
zwei Abströmen, von denen einer ein einstellbares, feder
vorgespanntes Druckbegrenzungsventil 438 steuert. Der
andere Abstrom des Wechselventils 436 ist zu dem Brems
ventil 412 geführt. Die Abströme der Wechselventile 410
und 436 wirken gegeneinander auf das als Druckbegren
zungsventil ausgebildete Bremsventil 412. Das Bremsventil
412 ist in beide Verstellrichtungen einstellbar feder
vorgespannt. Die zu steuernde Leitung 413 des Brems
ventils 412 ist von dem Pumpenverstellzylinder 420 über
das 4/3-Wegeventil 414 zum Bremsventil 412 geführt. Die
Niederdruckseite des Bremsventils 412 ist zum Tank
geführt.
Fig. 4 zeigt den Drehwerksantrieb 18. Der Drehwerksmotor
18a ist vorzugsweise ein hydraulischer Axialkolbenmotor
in Schrägscheibenbauart mit einem nachgeschalteten
Planetengetriebe. Ferner ist eine Naßscheibenbremse 18b
als Park- oder Feststellbremse vorgesehen. Die Bremse ist
federangelegt und kann durch Unterdrucksetzen der Leitung
Z gelöst werden. Es sei bemerkt, daß das obengenannte
maximale Haltemoment im Stillstand nicht durch diese
Bremse erzeugt wird, sondern durch hydraulische Steuerung
mittels des Bremsventils 412 (Fig. 3). Die Bremse 18b
dient zur Arretierung des Oberwagens, wenn der Bagger
nicht in Betrieb ist, nicht bei kurzfristigem Stillstand
des Oberwagens.
Die mit A und B gekennzeichneten Anschlüsse sind mit den
Arbeitsanschlüssen der Drehwerkspumpe 400 (Fig. 3)
verbunden, um einen geschlossenen Kreis zu bilden.
Fig. 5a und 5b zeigen die Ventilsteuereinheit 50 in
größerer Einzelheit. Vorzugsweise ist ein 5-fach-
Monoblock 6 von LS-Ventilen mit Druckabschneidung
vorgesehen. Beliebige Erweiterungsplatten können
hinzugefügt werden, wie beispielsweise die LS-Erwei
terungsplatte 7 für einen hydraulisch verstellbaren
Ausleger oder die LS-Erweiterungsplatte 8 für einen
Hammer. Die LS-Ventile oder Load-Sensing-Ventile 600 sind
6/3-Proportional-Wegeventile mit hydraulischer Steuerung.
Das von den jeweiligen Bedienelementen der Vorsteuer
einheit 60 herkommende Steuerströmungsmittel wirkt
jeweils über ein Drosselrückschlagventil 601 auf das 6/3-
Wegeventil, das federzentriert ist. Das von dem 6/3-
Wegeventil durchgelassene Druckströmungsmittel wird
jeweils über ein 3/3-Proportional-Wegeventil 602 und dann
weiter über Rückschlagventile 603 und wieder durch das
6/3-Wegeventil 600 zu dem jeweiligen Verbraucher gelei
tet. Ferner ist in Fig. 5a bei 604 eine Druckabschneidung
vorgesehen, die mittels zweier Druckbegrenzungsventile
und eines Drosselventils ausgeführt ist und für die
gesamte Ventilsteuereinheit wirkt.
Ferner sind vorzugsweise für den Stiel und/oder den
hydraulisch verstellbaren Ausleger Absinksperrventile 9
bzw. 10 vorgesehen.
In Fig. 6 ist die Steuerölversorgung dargestellt mit
einem Mengenteiler 25a für die Vorsteuerung und Pro
portionalventilen für Grenzlastregelung.
Vom Anschluß N der Bremsventilanordnung 38 (Fig. 2) wird
Druckströmungsmittel zum Anschluß P der Steuerölversor
gung 25 (Fig. 7) geleitet. Das in dem Mengenteiler 250 in
einer Menge von vorzugsweise 15 l/min abgezweigte Druck
strömungsmittel wird an einem einstellbaren Druckbegren
zungsventil 251 (vorzugsweise 30+2 bar) vorbei und durch
einen Filter 252 sowie durch ein Rückschlagventil 253
geleitet, um dann durch ein elektrisch betätigtes bzw.
federvorgespanntes 3/2-Wegeventil 255 zum Anschluß AI und
schließlich zu der Vorsteuereinheit 60 (Fig. 2) geführt
zu werden. Das Druckströmungsmittel hierfür stammt von
der Bremspumpe 37 (Fig. 2), die bei der Nenndrehzahl des
Antriebsmotors von 2000 min-1 eine Förderleistung von 38
l/min besitzt. Da nur 15 l/min für die Vorsteuereinheit
60 benötigt werden, ist eine ausreichende Versorgung
selbst bei Leerlaufdrehzahl des Motors gesichert.
Die Fig. 7a und 7b zeigen die Vorsteuereinheit 60 in
Einzelheiten. Die Vorsteuer- oder Bedienelemente sind
hier das rechte und das linke Vorsteuergerät (Joystick)
27 bzw. 28, das Fahrpedal 29, das Auslegerverstellpedal
(VA-Pedal) 30, das Vorsteuergerät 31 für den Hammer und
das Vorsteuergerät 32 für das Planierschild und/oder die
Abstützung.
Die Bedienhebel oder -pedale wirken jeweils gegenläufig
auf zwei Proportionalventile, die in Neutralstellung des
Bedienhebels bzw. der Pedale geschlossen sind und ent
sprechend deren Auslenkung geöffnet werden, um den
jeweils am Anschluß P anliegenden Druck proportional an
den jeweiligen Auslaß anzulegen.
Fig. 8 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig. 3, wobei in
Fig. 8 der Dieselmotor 1 jedoch nicht dargestellt ist.
Anders als in Fig. 3 ist auch am Druckanschluß B der
Arbeitspumpeneinheit 3 eine Meßblende vorgesehen. Ferner
ist gezeigt, daß die Steuerleitung am Steuerausgang Y3
der Drehwerkpumpeneinheit 4 zu einem Druckbegrenzungs
ventil zur Leistungsbegrenzung geführt ist.
Fig. 8 entspricht ansonsten im wesentlichen der Fig. 3
weshalb auf genauere Beschreibung hier verzichtet wird und
auf die obige Beschreibung der Fig. 3 verwiesen wird.
Fig. 9 bis 11 zeigen Diagramme, die p-Q-Kennlinien in
Abhängigkeit vom Steuerdruck darstellen.
Für eine Drehwerksteuerung ergeben sich folgende
wesentliche Betriebszustände:
- - Leistungsbaggern (hohe Umschlagleistung)
- - Beschleunigen (Großsignalbereich, Kleinsignalbereich)
- - Bremsen (Großsignalbereich, Kleinsignalbereich)
- - Kontern (Gegensteuern über den Handsteuergeber)
- - Feinsteuern (Kranbetrieb, Positionieren, Grabenziehen)
- - Drehen mit konstanter Geschwindigkeit
- - Stehen und Anfahren am Hang.
Aus diesen Betriebszuständen ergeben sich die Forderungen
an ein Baggerdrehwerk. Beim Umschlagen eines Schüttgutes
oder beim Beladen eines LKW soll möglichst viel Masse in
einer bestimmten Zeiteinheit umgeschlagen werden, d. h. es
soll eine große Umschlagsleistung erzielt werden. Dieser
Betriebszustand wird im weiteren als Leistungsbaggern
bezeichnet. Der Ablauf beim Leistungsbaggern ist folgen
dermaßen: Über den Handsteuergeber wird zunächst maximal
beschleunigt bis das Drehwerk die maximale Drehgeschwin
digkeit erreicht hat. Danach wird der Handsteuergeber
losgelassen und das Drehwerk soll hydraulisch, auto
matisch möglichst verlustfrei aber definiert gebremst
werden, damit kein verschleißbehaftete mechanische Bremse
benötigt wird. Für das Leistungsbaggern muß das Drehwerk
somit stark beschleunigt, definiert, gebremst und
gekontert werden können.
Für Rohrverlegearbeiten oder beim Grabenziehen muß das
Drehwerk feinsteuerbar sein. Feinsteuern bedeutet, daß
eine Position exakt und ruckfrei angefahren werden kann.
Für manche Aufgaben ist wünschenswert, daß das Drehwerk
mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, die kleiner
als die Maximaldrehzahl ist.
Da Bagger auf Baustellen arbeiten, die häufig starke
Bodenneigungen aufweisen, ist wesentlich, daß das Dreh
werk auch am Hang in jeder beliebigen Position stehen und
aus dem Stillstand ruckfrei anfahren kann.
Die Forderungen, die beim Leistungsbaggern gestellt
werden, sind teilweise gegenläufig zu den Forderungen,
die beim Feinsteuern an eine Steuerung gestellt werden.
Das hat zur Folge, daß sich Steuerungs- und Schaltungs
konzepte für das eine oder das andere besser eignen, oder
daß die Anforderungen, die an ein Steuerungskonzept ge
stellt werden, das alle Forderungen erfüllt, sehr hoch
sind.
Eine Drosselsteuerung bietet aufgrund der Volumenstrom
steuerung Vorteile bei der Feinsteuerung. Sie hat jedoch
beim Leistungsbaggern aufgrund der großen Volumenströme
beim Beschleunigen prinzipbedingt große Druckverluste in
den Ventilen, die zu Energieverlusten und geringerer Um
schlagsleistung führen. Beim Bremsen und Kontern fließen
große Volumenströme über die Druckbegrenzungsventile und
produzieren große Wärmemengen, die abgeführt werden
müssen.
Eine Momentensteuerung bietet Vorteile beim Leistungs
baggern, da verlustfrei mit maximalem Moment beschleunigt
und verlustfrei mit definiertem Moment gebremst werden
kann. Sie hat jedoch Nachteile beim Feinsteuern, da über
den Handsteuergeber das Drehmoment und nicht die Dreh
geschwindigkeit gesteuert wird. Es muß beim definiertem
Übergang zwischen Beschleunigen und Bremsen die Null
stellung des Handsteuergebers durchfahren werden, was zum
einen große Wege am Handsteuergeber und zum anderen je
nach Bremsdruckeinstellung ein Ansprechen des Brems
ventils bedeutet.
Die neue Drehwerksteuerung DW arbeitet wie die Momenten
steuerung im geschlossenen Kreislauf. Die spezifischen
Merkmale der neuen Drehwerksteuerung werden anhand des
Schaltplans in Fig. 12 erläutert.
Die Pumpe besitzt eine Druckabschneidung, über die der
maximale Beschleunigungs- und Bremsdruck und somit auch
das maximale Beschleunigungs- und Bremsmoment begrenzt
werden, ohne daß die Hochdruckventile ansprechen. Dadurch
ergibt sich beim Leistungsbaggern wie bei der Momenten
steuerung ein guter Wirkungsgrad und das System heizt
sich nicht zusätzlich auf.
Die Druckabschneidung besteht aus einer Vordrossel und
einem Ventil und arbeitet ähnlich wie ein Druckregler.
Beim Ansprechen der Druckabschneidung öffnet das Ventil
(1), wodurch der Versorgungsdruck des Stellsystems abge
senkt wird. Dadurch schwenkt die Pumpe soweit zurück, daß
der eingestellte Solldruck gerade gehalten wird.
Zur Regelung des Bremsdruckes bzw. Bremsmomentes beim
Leistungsbaggern besitzt die Steuerung ein Bremsventil.
Der Bremsdruck ist an diesem Ventil zwischen ca. 350 bar
und ca. 80 bar einstellbar. (Der minimale Bremsdruck ist
jedoch von der Drehmasse des Baggers und der Hydromotor
größe abhängig). Dieses Bremsventil ist nur in Funktion,
wenn der Steuerdruck null ist, d. h. wenn der Handsteuer
geber losgelassen ist.
Für die Feinsteuerung, das Drehen mit konstanter Dreh
geschwindigkeit und das Stehen am Hang ist eine hydrau
lisch ansteuerbare Volumenstromregelung verantwortlich,
die aus einem 4/3 Wegeventil mit mechanischer Lage
regelung des Stellkolbenweges besteht.
Der Volumenstromregelung ist eine Hochdruckrückführung
überlagert. Durch diese Hochdruck-Rückführung kann die
Pumpe bei blockiertem Motor den Hochdruck feinfühlig
aufbauen. Dieser feinfühlige Druckaufbau wird benötigt
zum weichen Anfahren am Hang und zur Dosierung des
Drehmoments beim Feinsteuern. Weiterhin kann durch die
Hochdruck-Rückführung in Zusammenhang mit der Volumen
stromregelung die von der Pumpe aufgenommene Leistung
begrenzt werden.
Die Steuerung besitzt einen Anschluß Y3, an den ein
Druckbegrenzungsventil (5) angeschlossen werden kann.
Über dieses Druckbegrenzungsventil kann der Steuerdruck,
und damit die von der Drehwerkspumpe maximal aufgenommene
Leistung begrenzt werden. Wenn hier ein mechanisch ein
stellbares Druckbegrenzungsventil verwendet wird, kann
über eine Einstellschraube die maximal aufgenommene
Leistung eingestellt werden. Wird ein elektrisch stetig
einstellbares Druckbegrenzungsventil verwendet, kann die
aufgenommene Drehwerkleistung, über eine Elektronik
gesteuert, entsprechend dem unterschiedlichen Leistungs
bedarf verändert werden. Zur Realisierung von Leistungs
modes kann zwischen verschiedenen Druckeinstellungen,
also verschiedenen Leistungseinstellungen hin- und
hergeschaltet werden.
Welche Betriebszustände mit einer Drehwerksteuerung
realisiert werden können, kann anschaulich in einem p-Q-
Diagramm (Hochdruck-Volumenstrom-Diagramm), wie in Fig.
13 dargestellt, erläutert werden. Auf der Abszisse ist
der auf den maximalen Volumenstrom normierte Volumenstrom
der Pumpe bei konstanter Pumpendrehzahl aufgetragen. Auf
der Ordinate ist der Lastdruck an der Pumpe aufgetragen.
Dadurch ergibt sich ein Diagramm mit 4 Quadranten, in
denen die Steuerung arbeitet. Die Quadranten sind
(1) Beschleunigen rechts, (2) Bremsen rechts,
(3) Beschleunigen links, (4) Bremsen links.
Durch die Hochdruck- und Stellkolbenwegrückführung
ergeben sich bei der neuen Drehwerksteuerung DW, wie im
ersten Quadranten dargestellt, beim Beschleunigen mit
konstantem Steuerdruck abfallende Geraden. Die Steigung
der Geraden ist konstruktiv auf ca. 45 Grad festgelegt.
Wie im zweiten Quadranten dargestellt, ergeben sich für
bestimmte Bremsdruckeinstellungen Parallelen zur Abszisse
wie bei der Momentensteuerung. Hier sind jedoch höhere
Bremsdrücke bis ca. 350 bar möglich. Im dritten Quad
ranten verhält sich die Steuerung äquivalent zum ersten
Quadranten, und im vierten Quadranten äquivalent zum
zweiten Quadranten.
Beim Beschleunigen wird die Steuerung über den Hand
steuergeber zunächst mit dem maximalen Steuerdruck
beaufschlagt.
Die Pumpe schwenkt schnell aus null aus und baut den an
der Druckabschneidung eingestellten maximalen Beschleu
nigungsdruck von 400 bar auf (s. Fig. 13, Punkt a)).
Dadurch beschleunigt das Drehwerk mit dem maximalen
Drehmoment bis die Pumpe soweit ausgeschwenkt ist, daß
die für das Drehwerk maximal zur Verfügung gestellte
Leistung erreicht (s. Fig. 13, Punkt b)). Die Steuerung
reduziert dann automatisch die Schwenkgeschwindigkeit so,
daß der Beschleunigungsdruck entsprechend der Geraden c)
(Fig. 13) abnimmt, wodurch die aufgenommene Leistung
näherungsweise konstant bleibt.
Zum Bremsen des Drehwerks nach dem Beschleunigungsvorgang
gibt es drei Möglichkeiten:
- - Bremsen durch langsames Zurücknehmen des Handsteuergebers
- - automatisches Bremsen über das Bremsventil durch Loslassen des Handsteuergebers
- - Kontern = Gegensteuern über den Handsteuergeber.
Beim Leistungsbaggern wird meist automatisch durch Los
lassen des Handsteuergebers gebremst. Die Pumpe bremst
dann über das Bremsventil verlustfrei durch gesteuertes
Rückschwenken der Pumpe. Beim Bremsvorgang arbeitet die
Pumpe im Motorbetrieb und stützt sich auf dem Dieselmotor
ab, oder sie treibt die anderen Pumpen an.
Der Bremsdruck kann am Bremsventil zwischen 350 bar und
ca. 80 bar eingestellt werden. Ist zum Beispiel ein
Bremsdruck wie in Kurve d) (Fig. 13) von 180 bar ein
gestellt, schwenkt die Pumpe vom momentanen Schwenkwinkel
entlang der Geraden d) (Fig. 13) auf null zurück und
bremst das Drehwerk mit konstantem Bremsmoment ab.
Der minimale Bremsdruck wird jedoch durch die Drehmasse
des Baggers und die Größe des eingesetzten Hydromotors
begrenzt und liegt zwischen 50 und ca. 120 bar.
Durch die Rückführung der Pumpenauslenkung und des Hoch
druckes ergeben sich für einen konstanten Steuerdruck die
im ersten und dritten Quadranten dargestellten abfallen
den Geraden (s. Fig. 13), die im weiteren als Abregel
kennlinien bezeichnet werden. Über die konstruktive
Auslegung des Ansteuergerätes ist die Steigung dieser
Abregelkennlinien auf 45 Grad festgelegt. Dadurch
entsprechen diese Abregelkennlinien bei konstanter
Pumpendrehzahl näherungsweise einer bestimmten Leistung,
die die Pumpe aufnimmt. Somit kann durch Begrenzung des
Steuerdruckes die von der Pumpe aufgenommene Leistung
begrenzt werden. Über das oben erläuterte Druckbegren
zungsventil kann so die von der Pumpe aufgenommene
Leistung auf die durch die Gerade c) angenäherte Leistung
begrenzt werden.
Das Feinsteuern, also das Positionieren und der Kran
betrieb, spielt sich hauptsächlich zwischen ± 150 bar und
± 0,25 QP/QPmax ab, wie in Fig. 13 dargestellt (geraster
ter Bereich). Zum Anfahren kann der Beschleunigungsdruck
über den Steuerdruck feinfühlig aufgebaut werden. Durch
die Volumenstromregelung der Pumpe kann die Drehgeschwin
digkeit genau gesteuert werden, wodurch das Drehwerk
genau und ruckfrei positioniert werden kann. Beim
Feinsteuern ist das Bremsventil außer Funktion. Durch
diese Charakteristik wird auch erreicht, daß über die
Verstellgeschwindigkeit des Handsteuergebers die
Beschleunigung (Beschleunigungsdruck) und Verzögerung
(Bremsdruck) fein dosiert werden können, wie bei einer
Drosselsteuerung. Beim Drehen mit konstanter Geschwindig
keit nach der Beschleunigungsphase ist der Arbeitsdruck
nahezu konstant, entsprechend der Geraden e) (Fig. 13).
In diesem Betriebszustand entspricht die Drehgeschwindig
keit einem bestimmten Steuerdruck und somit einer be
stimmten Auslenkung des Handsteuergebers. Wenn der Last
druck größer wird, muß der Handsteuergeber, damit die
Drehgeschwindigkeit konstant bleibt, entsprechend weiter
ausgesteuert werden. Wird der Lastdruck geringer, muß der
Handsteuergeber zurückgenommen werden, ähnlich wie bei
einer Drosselsteuerung.
Wie erwähnt ist ein weiterer wichtiger Punkt beim Baggern
des Stehen und Anfahren am Hang. Damit das Drehwerk eines
Baggers am Hang ohne Bremse im Stillstand gehalten werden
kann, muß auf einer Anschlußseite ein Haltedruck, der von
der Neigung des Hanges abhängig ist, aufgebaut werden. In
diesem Haltezustand ist die Pumpe nahezu in Nullstellung.
Sie muß jedoch die interne Leckage von Pumpe und Motor
decken.
Zum ruckfreien Anfahren am Hang nach oben und unten muß
der Halte- und Anfahrdruck gut dosierbar erhöht und ab
gesenkt werden können. Dies wird durch die in Fig. 14
dargestellte Blockkurve erreicht. Diese Blockkurve be
schreibt unter anderem das Anfahrverhalten des Antriebs
bei belastetem Motor. Aus dieser Meßkurve ist
ersichtlich, daß über den am Handsteuergeber aufge
brachten Steuerdruck der Hochdruck mit guter Auflösung
gesteuert werden kann. Beim Anfahren am Hang nach oben
muß durch Erhöhen des Steuerdruckes zunächst der Halte
druck überwunden werden, bevor sich das Drehwerk bewegt.
Dieses Verhalten entspricht jedoch dem einer Drossel
steuerung. Beim Anfahren am Hang nach unten muß, je nach
Steigung und gewünschter Geschwindigkeit, entweder der
Haltedruck zunächst langsam abgebaut werden, oder es kann
gleich ein Beschleunigungsdruck hangabwärts aufgegeben
werden.
Entscheidend für die gute Dosierbarkeit des Blockdrucks
und der Feinsteuerung ist, daß der Steuerdruckbereich des
Handsteuergebers auch den Steuerdruckbereich des Ansteuer
gerätes so abgestimmt ist, daß die Auflösung des Steuer
drucks am Handsteuergeber den Feinsteuerbereich des An
steuergerätes optimal ausnutzt.
Fig. 15 bis 18 zeigen Meßresultate zum Leistungsbaggern.
Wie bereits beschrieben, kann das Drehwerk auf drei
verschiedene Arten gebremst werden. Beim Leistungsbaggern
wird entweder durch das Loslassen des Handsteuergebers
automatisch über das Bremsventil oder durch Kontern
gebremst.
Fig. 13 zeigt einen Arbeitszyklus eines Baggers mit
vollem Löffel, wie er beim Beladen eines LKW auftritt.
Hier wurde das Bremsventil auf einen mittleren Bremsdruck
von ca. 160 bar eingestellt. Mit dieser Einstellung kann
mit einem voll beladenen Löffel entsprechend Fig. 15 voll
beschleunigt und automatisch gebremst werden. Beim Be
schleunigen und beim Bremsen treten bei dieser Einstel
lung keine Schläge im Zahnkranz auf und es fällt auch
kein Schüttgut vom Löffel, da keine Druckspitzen
auftreten.
Ein Drehzyklus rechts bzw. links läuft entsprechend Fig.
15 folgendermaßen ab: Durch volles Auslenken des Hand
steuergebers wird das Drehwerk mit vollem Druck, hier 375
bar, beschleunigt. Dieser Beschleunigungsvorgang dauert
ca. 3,2 sec. Am Ende des Beschleunigungsvorgangs hat das
Drehwerk konstante maximale Drehgeschwindigkeit und der
Druck fällt je nach Drehwiderstand auf einen Wert
zwischen 60 und 100 bar ab. Wird dann in entsprechendem
Abstand vor dem Ziel der Handsteuergeber losgelassen,
bremst die Steuerung über das Bremsventil automatisch mit
einem mittleren Bremsdruck von ca. 160 bar ab. Dieser
Bremsvorgang dauert ca. 5,4 sec. Das Drehen in die andere
Richtung läuft entsprechend ab.
Wie bereits erwähnt, kann der Bremsdruck stufenlos
zwischen Freilauf und ca. 350 bar eingestellt werden.
Wird das Bremsventil auf minimalen Bremsdruck einge
stellt, läuft das Drehwerk nach dem Loslassen des Hand
steuergebers entsprechend Fig. 16 mit einem Bremsdruck
von ca. 50 bar über 17,5 sec aus.
Wird das Drehwerk, wie in Fig. 17 dargestellt, nach dem
Beschleunigungsvorgang durch Kontern abgebremst und
wieder beschleunigt, so ergibt sich beim Bremsen der an
der Druckabschneidung eingestellte maximale Bremsdruck
von hier 400 bar. Wie in Fig. 17 zu entnehmen ist, dauert
der Beschleunigungsvorgang ca. 3,6 sec und der Brems
vorgang ca. 2,3 sec. Das Drehwerk kann so in relativ
kurzer Zeit ohne Ansprechen der Sicherheitsventile
verlustfrei abgebremst werden. Auch beim Kontern wird der
Bremsvorgang trotz des hohen Bremsdruckes relativ weich
ohne Schläge im Drehkranz eingeleitet, so daß möglichst
wenig Schüttgut herunterfällt.
Fig. 18 zeigt einen Arbeitszyklus des Leistungsbaggerns
mit Leistungsbegrenzung, wie oben beschrieben. Der
Bremsdruck am Bremsventil ist auf ca. 160 bar einge
stellt. Wie oben beschrieben, wird über das Ansteuergerät
die von der Pumpe aufgenommene Leistung begrenzt, was
dazu führt, daß nicht mehr wie in Fig. 15 mit konstantem
Druck beschleunigt wird. Diese Leistungsbegrenzung bzw.
Druckabsenkung führt dazu, daß der Beschleunigungsvorgang
von 3,2 sec um 2,8 sec auf 6 sec verlängert wird. Der
Bremsvorgang, der über das Bremsventil geregelt wird,
bleibt von dieser Leistungsbegrenzung unbeeinflußt.
Zur Überprüfung der Feinsteuerung wurde eine Masse von
750 kg über ein 2m langes Seil am Baggerlöffel befestigt.
Dieser Aufbau entspricht den Verhältnissen bei Rohrver
legearbeiten. Fig. 19 zeigt, daß beim Anfahren über den
Steuerdruck der Hochdruck dosiert und ohne Druckspitze
aufgebaut werden kann. Ebenso kann am Ende des Positio
niervorgangs mit niedrigem Bremsdruck ohne Druckspitze
angehalten werden. Dieses Anfahren und Bremsen ohne
Druckspitze bewirkt, daß die Pendelmasse weich beschleu
nigt und gebremst werden kann, so daß die Masse beim
Positioniervorgang nicht pendelt.
Fig. 20 zeigt, daß wie oben beschrieben, nach der
Beschleunigungsphase der Arbeitsdruck nahezu konstant
ist. Somit ist, entsprechend dem p-Q-Diagramm in Fig. 13,
einem bestimmten Steuerdruck ein Volumenstrom und eine
bestimmte Drehwerksdrehzahl zugeordnet. Aus Fig. 20 ist
ersichtlich, daß sich bei stufenweiser Erhöhung des
Steuerdruckes p γ nach einer Beschleunigungsphase ein
stabiler Hochdruck und eine stabile Drehzahl einstellen.
Dadurch kann das Drehwerk über den Handsteuergeber sehr
direkt geführt werden.
Fig. 21 zeigt das Verhalten des Drehwerks an einem Hang
mit 30 Prozent Steigung, wobei der Löffel mit einer Masse
von 1,8 t beladen, und der Ausleger voll ausgestreckt
ist. Wird das Drehwerk waagerecht zum Hang gestellt, so
baut sich gemäß Fig. 21 ein Haltedruck von ca. 230 bar
auf. Dieser Haltedruck wird aufgebaut, weil die Steuerung
die Pumpe bei Steuerdruck null in Nullstellung hält. Da
in Pumpennullstellung die interne Leckage von Pumpe und
Motor nicht ausgeglichen wird, driftet da Drehwerk mit
sehr niedriger Drehzahl hangabwärts wie aus Fig. 21 er
sichtlich ist. Soll das Drehwerk in waagerechter Stellung
in Stillstand gehalten werden, dann muß die Pumpe die
interne Leckage von Pumpe und Motor ausgleichen. Dazu muß
über den Handsteuergeber ein Steuerdruck, entsprechend
der Blockkurve in Fig. 14, aufgegeben werden, der dem
Haltedruck für Stillstand entspricht.
Das Halten im Stillstand ist jedoch auch über eine
mechanische Haltebremse möglich. Zum Anfahren am Hang
nach oben muß einfach zusätzlich zum Haltedruck der
Beschleunigungsdruck aufgebracht werden, damit das
Drehwerk nach oben beschleunigt. Dieser Beschleunigungs
vorgang ist aufgrund der Blockkurve gut dosierbar, da
entsprechend der Handsteuergeberauslenkung der Steuer
druck und somit der Beschleunigungsdruck kontinuierlich
steigt.
Fig. 22 zeigt den Anfahrvorgang am Hang aus der Halte
bremse hangabwärts. Hier wird zunächst das Drehwerk über
die Haltebremse im Stillstand gehalten. Beim Lösen der
Haltebremse wird über den Handsteuergeber gleichzeitig
der Haltedruck aufgebaut. Dann wird über den Handsteuer
geber der Steuerdruck auf null zurückgenommen, wodurch
sich das Drehwerk über die Drift hangabwärts bewegt. Dann
wird über den Handsteuergeber ein Steuerdruck in die
andere Richtung aufgegeben, wodurch das Drehwerk
zusätzlich hangabwärts beschleunigt wird.
Bei der neuen Drehwerksteuerung handelt es sich um einen
hydrostatischen Antrieb im geschlossenen Kreis mit einer
Verstellpumpe und einem Konstantmotor. Die Steuerung ist
in Form eines Ansteuergerätes auf die Pumpe aufgebaut und
wird von einem Handsteuergeber hydraulisch angesteuert.
Die Steuerung enthält hydromechanische Druck-, Volumen
strom- und Leistungsregler zur Darstellung der
geforderten Funktionen.
Die neue Drehwerksteuerung vereinigt die Vorteile der
Drosselsteuerung bei der Feinsteuerung und dem Handling
beim Drehen mit konstanter Drehgeschwindigkeit mit den
Vorteilen der Momentsteuerung bei der Energieausnutzung
und dem Leistungsbaggern.
Neu gegenüber den bisherigen Steuerungen ist, daß gegen
über der Drosselsteuerung keine Energie und Druckverluste
durch Drosselung auftreten, wodurch die zu installierende
Antriebs- und Kühlleistung geringer wird und die
Umschlagsleistung des Drehwerks größer wird.
Gegenüber der bisherigen Momentsteuerung ist eine wesent
lich bessere Steuerung der Lage und der Geschwindigkeit
des Drehwerks im Kranbetrieb möglich, da die Dreh
geschwindigkeit und nicht das Drehmoment über die
Auslenkung des Handsteuergebers vorgegeben wird. Die
Steuerung des Drehwerks beim Stehen und Anfahren am Hang
ist wesentlich einfacher, da bei Handsteuergeber-Null
stellung die Pumpe in Nullstellung steht, und das Dreh
werk nur durch die innere Leckage von Pumpe und Motor
driftet. Es sind Bremsdrücke beim Leistungsbaggern
zwischen Freilauf und 400 bar möglich.
Gegenüber beiden Steuerungen kann die vom Drehwerk aufge
nommene Leistung mechanisch, hydraulisch oder elektrisch
stufenlos begrenzt werden.
Claims (22)
1. Hydraulische Steuerung, insbesondere für einen Bagger
mit mehreren hydraulischen Verbrauchern, wie bei
spielsweise Fahrwerk (19), Drehwerk (18), Ausleger
(12), Stiel (13) und Löffel (14), dadurch gekenn
zeichnet, daß neben einer Arbeitspumpe (300) im offe
nen Kreis für Fahr- und Baggerbetrieb eine davon un
abhängige Drehwerkspumpe (400) im geschlossenen Kreis
für den Drehwerksantrieb vorgesehen ist.
2. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Arbeitspumpe (300) eine Load-
Sensing- oder LS-Pumpe ist, und zwar insbesondere ei
ne Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart.
3. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh
werkspumpe (400) eine Axialkolben-Regelpumpe in
Schrägscheibenbauart ist.
4. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb
der Arbeitspumpe (300) und der Drehwerkspumpe (400)
ein Dieselmotor (1) verwendet wird.
5. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur optimalen
Ausnutzung der Dieselmotorleistung durch beide
Pumpensysteme (Arbeits- und Drehwerkspumpe) über den
gesamten Drehzahlbereich eine elektronische Grenz
lastregelung vorgesehen ist.
6. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil
steuerungssystem (50) vorgesehen ist zur lastunabhän
gigen Steuerung mit gleichzeitiger lastunabhängiger
Mengenverteilung.
7. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen
des maximalen Betriebsdruckes die Arbeitspumpe (300)
bzw. die Drehwerkspumpe (400) zurückgestellt wird,
d. h. die Schrägscheibe wird zurückgeschwenkt, wo
durch Verlustleistung verhindert wird, und zwar bei
gleichzeitigem Halten des Druckes
(Druckabschneidung).
8. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bedarfs
stromregelung vorgesehen ist, bei der ohne eine ein
gesteuerte Arbeitsbewegung, d. h. ohne Betätigung von
Bedieneinrichtungen (60), die jeweilige Hydraulik
pumpe (300, 400) auf annähernd Nullförderung zurück
gestellt wird.
9. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine lastunab
hängige Steuerung vorgesehen ist, bei der der vorzu
nehmende Betätigungsweg an den Bedieneinrichtungen
(60) auch bei unterschiedlichen Lastdrücken gleich
bleibt.
10. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine lastunab
hängige Mengenverteilung vorgesehen ist, wodurch die
Geschwindigkeitsproportionen bei mehreren gleichzei
tigen Bewegungen unabhängig vom Lastdruck beibehalten
werden.
11. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwerks
pumpe (400) zusammen mit der dazugehörigen Steuerung (4)
ein einstellbares, konstantes Bremsmoment beim
Auslauf aus Oberwagenbewegung, sowie ein maximales
Haltemoment aus dem Betriebsdruck im Stillstand lie
fert.
12. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß das konstante Bremsmoment mittels
eines Bremsventils (412) zur Steuerung der Drehwerks
pumpe (400) erreicht ist und an dem Bremsventil (412)
eingestellt werden kann.
13. Hydraulische Steuerung gemäß einem der Ansprüche 11
und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehwerks
motor (18a) vorgesehen ist, der sich bei Stillstand
bis zum maximalen Betriebsdruck hydraulisch an der
Drehwerkspumpe abstützen kann.
14. Hydraulische Steuerung gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erforder
liche Steuerdruck bzw. das Steuerströmungsmittel für
die Vorsteuereinheit (60) von einer getrennten Brems
pumpe (37) geliefert und über einen Stromteiler (250)
abgezweigt wird.
15. Hydraulische Steuerung, insbesondere für einen Bagger
mit einem Drehwerk, wobei neben einer Arbeitspumpe
(300) für Fahr- und Baggerbetrieb eine davon unabhän
gige Drehwerkspumpe (400) für den Drehwerksantrieb
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hy
draulische Steuerung derart ausgebildet ist, daß die
Drehwerkspumpe (400) ein einstellbares, konstantem
Bremsmoment beim Auslauf aus Oberwagenbewegung, sowie
ein maximales Haltemoment aus dem Betriebsdruck im
Stillstand liefert.
16. Hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß das konstante Bremsmoment mittels
eines Bremsventils (412) zur Steuerung der Drehwerks
pumpe (400) erreicht ist und an dem Bremsventil (412)
eingestellt werden kann.
17. Hydraulische Steuerung gemäß einem der Ansprüche 15
und 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehwerks
motor (18a) vorgesehen ist, der sich bei Stillstand
bis zum maximalen Betriebsdruck hydraulisch an der
Drehwerkspumpe abstützen kann.
18. Hydraulisches System in geschlossenem Kreis mit einer
eine veränderbare Verdrängung besitzenden hydrauli
schen Pumpe, die geeignet ist einen Systemdruck vor
zusehen und die strömungsmittelmäßig mit einem hy
draulischen Motor in Verbindung steht, der geeignet
ist mit einer Last verbunden zu werden und Pumpen
steuermitteln zur Steuerung der Verdrängung der Pumpe
und ferner mit Bremssteuermitteln, die in Verbindung
mit den Pumpensteuermitteln arbeiten können, um eine
Bremskraft für den Motor vorzusehen zur Steuerung der
Verzögerungsrate oder -geschwindigkeit.
19. Hydraulisches System nach Anspruch 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bremssteuermittel auf den Druck
ansprechen, der durch den Motor während der Verzöge
rung in dem geschlossenen Kreis erzeugt wird.
20. Hydraulisches System nach Anspruch 18 oder 19, da
durch gekennzeichnet, daß die Pumpensteuermittel
Strömungssteuermittel (414) aufweisen um die Verdrän
gung der Pumpe zu steuern, und wobei die Bremssteu
ermittel Bypass-Steuermittel (412) und auf Druck an
sprechende Mittel (416, 418) aufweisen, die beide be
triebsmäßig mit den Strömungssteuermitteln assoziiert
sind um die Änderungsrate oder Änderungsgeschwindig
keit der Pumpenverdrängung zu steuern.
21. Hydraulisches System nach Anspruch 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Bypass-Steuermittel die Auslaß
strömung von den Strömungssteuermitteln (414) infolge
des Systemdrucks steuern.
22. Hydraulisches System nach Anspruch 20 oder 21, da
durch gekennzeichnet, daß die Bypass-Steuermittel
durch ein externes Signal einstellbar sind, welches
entgegengesetzt zum Systemdruck arbeitet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4405472A DE4405472A1 (de) | 1994-02-11 | 1994-02-21 | Hydraulische Steuerung |
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DE4404417 | 1994-02-11 | ||
DE4405472A DE4405472A1 (de) | 1994-02-11 | 1994-02-21 | Hydraulische Steuerung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4405472A1 true DE4405472A1 (de) | 1995-08-17 |
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ID=6510072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4405472A Withdrawn DE4405472A1 (de) | 1994-02-11 | 1994-02-21 | Hydraulische Steuerung |
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