WO2004055274A1 - Steuereinrichtung für ein arbeitsgerät mit einer an einem ausleger gehaltenen schaufel - Google Patents

Steuereinrichtung für ein arbeitsgerät mit einer an einem ausleger gehaltenen schaufel Download PDF

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WO2004055274A1
WO2004055274A1 PCT/EP2003/013898 EP0313898W WO2004055274A1 WO 2004055274 A1 WO2004055274 A1 WO 2004055274A1 EP 0313898 W EP0313898 W EP 0313898W WO 2004055274 A1 WO2004055274 A1 WO 2004055274A1
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pressure
control
slide
control pressure
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PCT/EP2003/013898
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Wolfgang Kauss
Frederic Lamarche
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Bosch Rexroth Ag
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    • F15B2211/505—Pressure control characterised by the type of pressure control means
    • F15B2211/50509—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means
    • F15B2211/50545—Pressure control characterised by the type of pressure control means the pressure control means controlling a pressure upstream of the pressure control means using braking valves to maintain a back pressure

Definitions

  • the invention relates to a control device for a working device with a bucket held on a boom according to the preamble of claim 1.
  • the boom is rotatably held on the frame of the implement.
  • the boom is actuated by a first hydraulic cylinder which engages the frame of the implement and the boom.
  • the angle of rotation of the boom is limited by the stroke of the first cylinder.
  • the bucket is rotatably supported on the boom.
  • a second hydraulic cylinder is provided for actuating the bucket, which acts on the boom and on the bucket.
  • the angle of rotation of the blade is limited by the stroke of the second cylinder.
  • the cylinders are actuated by supplying pressure medium to one chamber of a cylinder and simultaneously removing pressure medium from the other chamber of the cylinder.
  • the boom In order to raise the bucket of such an implement, the boom is rotated about its articulation point on the frame of the implement. If no pressure medium is supplied to the cylinder provided for the rotary movement of the blade, the blade maintains its angle with the boom, ie the blade - like a rigid connection between the boom and the blade - corresponds to the rotary movement of the Jib taken away. This leads to the blade being tilted relative to its original angular position with respect to the subsurface. There is a risk that material will fall out of the tilted bucket. Material falling out of the bucket can endanger the operator, especially if the cab of the implement is in this area. Also in order to rule out such a hazard, it is required that the bucket maintains its angular position relative to the ground when it is lifted, regardless of the rotational movement of the boom.
  • Deviation of the output signal of the position sensor from the position setpoint the cylinder provided for the rotary movement of the bucket is pressurized during the lifting of the boom in such a way that the bucket returns to its original position with respect to the horizontal. This ensures that the bucket maintains its angular position when raised.
  • Another way of ensuring that the bucket maintains its angular position when it is raised is, in addition to the valves that are attached to the cylinders. led amount of pressure medium control to provide a control block that supplies a predetermined portion of the pressure medium, which is displaced from the cylinder for the actuation of the boom when the boom is raised, to the cylinder for the rotary movement of the bucket.
  • the use of such a tax block is associated with non-negligible costs.
  • such a control block takes up additional space and requires piping of its connections with the cylinders and the valves for the actuation of the boom and the bucket.
  • the invention has for its object to provide an inexpensive control device of the type mentioned.
  • modules can be used which are usually used in
  • Disc-type control blocks can be used for load-independent flow distribution.
  • Show it 1 shows a schematic illustration of a work machine with a shovel held on a boom and a control device according to the invention for such a work machine
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the control device shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 details of the control device shown in FIGS. 1 and 2 insofar as they are necessary for a description of the upward movement of the boom,
  • FIG. 4 shows details of the pressure medium flow during the downward movement of the boom
  • Figure 6 shows an embodiment of the slide of the valve actuating the valve in a schematic representation
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the control device shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a work machine 10, on the frame 11 of which a boom 12 is held, which can be rotated about a pivot point 13.
  • a blade 14 is held, which is rotatable about a pivot point 15 relative to the boom 12.
  • the surface on which the work machine 10 stands is provided with the reference number 16.
  • a first double-acting hydraulic cylinder 18 is arranged between the frame 11 and the boom 12.
  • the corresponding articulation points are provided with the reference numbers 19 and 20, respectively.
  • the angle of rotation of the boom 12 is limited by the stroke of the cylinder 18.
  • a second double-acting hydraulic cylinder 22 is arranged between the boom 12 and the bucket 14.
  • the corresponding articulation points are marked with the reference numbers 23. 24 provided.
  • a control device 27 with six connections P, T, AI, Bl, A2, B2 for hydraulic pressure medium • controls the pressure medium flow from a pump 28 to the cylinders 18 and 22 and from the cylinders 18 and 22 back to a tank 29.
  • the pump 28 is advantageously designed as a variable displacement pump. It is connected to the tank 29 via a first hydraulic line 31 and to the connection P of the control device 27 via a further line 32.
  • Tank 29 is connected to the connection T of the control device 27 via a further hydraulic line 33.
  • the two chambers of the cylinder 18 are connected via lines 35 and 36 to the connections AI and B1 of the control device 27.
  • the chambers of the cylinder 22 are connected via lines 38 and 39 to the connections A2 and B2 of the control device 27.
  • Two schematically illustrated hydraulic valves 41 and 42 control the pressure medium quantities supplied to the cylinders 18 and 22, respectively.
  • a control signal y s t l supplied to the valve 41 determines the control signal supplied to the cylinder 18. guided pressure medium amount, which is referred to below as Qi.
  • a control signal y s t 2 supplied to the valve 42 determines the quantity of pressure medium supplied to the cylinder 22, which is referred to below as Q 2 .
  • the control signal y s t l supplied to the valve 41 is additionally supplied to a block 44. Its output signal is supplied to the valve 42 as a control signal y s t 2 .
  • the transmission behavior of the block 44 is chosen so that the ratio Q 2 / Q 1 of the pressure medium quantities Q 2 and Qi supplied to the cylinders 22 and 18, taking into account the design of the valves 41 and 42, regardless of the size of the control signal y s ti is kept at a constant value, which is referred to below as K Q.
  • the control device 27 supplies pressure medium to the cylinder 18 via the line 35.
  • the pressure medium quantity Qi supplied is determined by the control signal y s t l supplied to the valve 41.
  • the piston of the cylinder 18 extends in accordance with the quantity of pressure medium Qi supplied and rotates the boom 12 counterclockwise. Without a simultaneous supply of pressure medium to the cylinder 22, the upper edge of the blade 14 would rotate counterclockwise with respect to the base 16. So that the upper edge of the blade maintains its original angular position with respect to the base 16, the control device 27 supplies the cylinder 22 - at the same time as the pressure medium supply to the cylinder 18 - via line 38 a pressure medium quantity Q 2 determined by the control signal y s t 2 .
  • the quantity of pressure medium Q 2 supplied to the cylinder 22 is matched to the quantity Qi of pressure medium supplied to the cylinder 18 in such a way that the clockwise rotation of the blade 14 just compensates for the counterclockwise rotation of the blade 14 caused by the lifting of the boom 12.
  • the valve 42 is controlled so that the quantity of pressure medium Q 2, irrespective of the size of the control signal y s t l supplied to the valve 41, which determines the quantity of pressure medium Qi, is supplied in a fixed ratio to that of the cylinder 18 for actuating the boom 12 Pressure medium quantity Qi is.
  • the factor K Q is a constant value which is determined by the design of the work machine 10 and the dimensions of the cylinders 18 and 22.
  • the value of K Q indicates the ratio in which the cylinder 22 pressure medium supplied quantity Q 2 for the cylinder '18. In the leading pressure medium quantity Qi must be so that when lifting or lowering the boom 12, the blade 14 their Wi ⁇ kellage respect to the ground 16 essentially maintains.
  • the size of the factor K Q can be determined by calculations which include the structural design of the work machine 10 and the dimensions of the cylinders 18 and 22.
  • Another possibility of determining the size of the factor KQ is to temporarily provide a position controller for the bucket 14 in the testing phase of the working machine 10, which position controller relates to the angular position of the upper edge of the bucket 14, in particular when the boom 12 is raised and lowered - lent the underground 16 keeps constant.
  • the connection between the control signals y s ti and y s t 2 via the block 44 is interrupted.
  • the control variable of the position controller (not shown in FIG. 1) is supplied to valve 42 as control variable y s t 2 .
  • the pressure medium quantities Qi and Q 2 supplied to the cylinders 18 and 22 are recorded as a function of the control signal y s t l .
  • the factor K Q results from a comparison of the pressure medium quantity Q 2 supplied to the cylinder 22 with the pressure medium quantity Qi supplied to the cylinder 18, which is predetermined by the control signal y s t l . After the factor K Q has been determined in the manner described, the position controller is no longer required. The position controller is removed and the connection between the control signals y s ti and y s t 2 is restored via block 44. Then the transmission behavior of the
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of the control device 27 initially shown in general form in FIG. 1.
  • the valves 41 and 42 are designed as pressure-controlled directional valves.
  • control signals for the valve 41 referred to with Pst IA u nd Pst lB control pressures are used.
  • Control pressures designated p s t 2A and p s t2B serve as control signals for the valve 42.
  • the valve 41 has a slide 47 which is clamped between two springs 48 and 49.
  • the spool 47 is acted upon in one direction by the control pressure p s t lA against the force of the spring 48. In the opposite direction, the spool 47 is acted upon by the control pressure p s t lB against the force of the spring 49.
  • the springs 48 and 49 hold the slide 47 in a defined rest position when it is not subjected to a control pressure from either side. If the spool 47 is subjected to the control pressure p s t LA, it compresses the spring 48 until the product of the control pressure p s t LA and the area of the spool 47 acted upon by it is equal to the force of the spring 48.
  • the resulting position of the slide 47 is a measure of the control pressure with which the slide 47 is acted upon.
  • the slide 47 is with a first
  • the notch runs in the longitudinal direction of the slide 47 and, together with a control edge, determines the size of the passage cross section AAI of the valve 41 when there is a pressure medium flow from the connection AI of the valve 47 via the line 35 into the bottom chamber of the cylinder 18.
  • the notch is formed so that there is a linear relationship between the position of the slide 47 related to the control edge and the passage cross section A ß .
  • control pressure p st i A and the pressure medium quantity Qi supplied to the cylinder 18 is so in this exemplary embodiment chosen so that when the slide 47 is acted upon by the control pressure p s t lA, the pressure medium flows from the connection of the valve 41 designated AI in the above-described chamber of the cylinder 18 as described above. As already described with reference to FIG. 1, such a pressure medium flow leads to a lifting of the boom 12.
  • control pressure p s t lB If the control pressure p s t lB is supplied to the spool 47 from the opposite side, it compresses the spring 49 until the product of the control pressure p s t lB and the area of the spool 47 acted upon by it is equal to that
  • the slider 47 is provided with a further notch also running in the longitudinal direction of the slider 47.
  • This notch together with a further control edge, determines the size of the passage cross section A ß i of the valve 41 for a pressure medium flow from the connection Bl of the valve 41 via the line 36 to the rod-side chamber of the cylinder 18.
  • This notch is also designed so that between the there is a linear relationship to the control edge related position of the slide 47 and the passage cross section A ß i. There is therefore a linear relationship between the control pressure Pst lB and the passage cross section A ß i.
  • the valve 42 is constructed in the same way as the valve 41.
  • a slide 50 is held between two springs 51 and 52.
  • the control pressures supplied to the valve 42 are designated Pst2 A and Pst2 B.
  • the slide 50 is provided on both sides with notches which, in cooperation with a control edge of the valve 42, determine the size of the passage cross sections designated as A 2 and A ß 2 as a function of the deflection of the slide 50. In this case, there is both between the passage cross-section A 2 and the slide 50 from one side of the supplied control pressure p s t 2 A a ls between the with A ß passage cross section and 2 referred to the spool 50 supplied from the opposite side the control pressure p s t2 B a linear relationship.
  • Assemblies of control blocks constructed in disk construction can be used to implement the invention.
  • the diameters of the holes for the slide valves are generally the same size.
  • the areas of the slide acted upon by the control pressure are thus of the same size.
  • the control section, which is dependent on the control pressure therefore still has the spring constant and the configuration of the notches cooperating with a control edge. If the spring constants of the springs are also the same, only the configuration of the notches remains as a variable for the passage cross section of the valves which is dependent on the control pressure.
  • a first pilot control device 55 which is preferably designed as a joystick, supplies the control pressures p s ti A and Pst lB for the valve 41.
  • the control pressures p s t lA and p s t lB are set in accordance with the deflection of the joystick.
  • the control pressure P s t lA is supplied to the spool 47 via a line 56.
  • the control pressure P s t lB is fed to the slide 47 via a further line 57.
  • Another pilot control device 60 which is preferably also designed as a joystick, supplies control pressures designated Pst3 A and p s t 3B .
  • the control pressures p s t3 A and p s t 3B are set in accordance with the deflection of the joystick of the pilot device 60.
  • Lines 61 and 62 lead from the pilot device 60 to the slide 50 of the valve 42.
  • a shuttle valve 65 is connected upstream of the input of the valve 42 for the control pressure p ⁇ t 2A .
  • the switching valve 66 interrupts the connection between the line 56 and the shuttle valve 65.
  • the control valve p s t 3A is supplied to the other input of the shuttle valve 65 via line 61.
  • the shuttle valve 65 passes the higher of the two control pressures supplied to it as the control pressure p s t 2A to the slide 50 of the valve 42.
  • a shuttle valve 68 is connected upstream of the input of the valve 42 for the control pressure p s t 2B .
  • a further switching valve 69 is arranged between the line 57 and the one input of the shuttle valve 68.
  • the switching valve 69 acts on the one input of the change-over valve 68 with the control pressure P s t lB - in the rest position shown in FIG. 2, the switch valve 69 interrupts the connection between the line 57 and the change-over valve 68 Considered the case that the switching valve 69 is in its working position.
  • the control pressure P s t 3B is supplied to the other input of the shuttle valve 68 via line 62.
  • the shuttle valve 68 passes the higher of the two control pressures supplied to it as the control pressure p s t 2B to the slide 50 of the valve 42.
  • a further shuttle valve 71 and 72, respectively, is arranged between lines 35 and 36 and between lines 38 and 39.
  • the shuttle valve 71 passes the higher of the chamber pressures of the cylinder 18 to the one input of another shuttle valve 73.
  • the shuttle valve 72 passes the higher of the chamber pressures of the cylinder 22 to the other inlet of the shuttle valve 73.
  • the shuttle valve 73 passes on the higher of the pressures supplied to it as a command variable to a pump regulator 75 and to the connection of the valves 41 and 42 designated LS. it is the highest load pressure, which is referred to below as P L max.
  • the pump regulator 75 provides the delivery of the pump 28 a such that the p p designated pump pressure equal to the sum of the pressure P L ma and the pressure equivalent po a force acting in the same direction as the pressure P L max au f the pump regulator 75 spring 76 is.
  • the pressure p p takes on a value which is correspondingly smaller than the sum of P L max and PO.
  • This flow of pressure medium rotates the boom 12 counterclockwise around the articulation point 13 and thereby raises the bucket 14.
  • the control pressure Pst lA (5 0%) also it the valve 42 via the switching valve 66 and the shuttle valve 65 as a control pressure p s t 2A supplied.
  • control pressure p s t 3A is zero, but in any case less than the control pressure p s t 1A . If the bucket 14 is to be emptied during the lifting, the control pressure P s t 3A is increased compared to the control pressure p s ti A. In this case, the blade 14 rotates clockwise at the speed determined by the control pressure 10 P s t 3A . Since the
  • Bucket 14 now rotates clockwise at a speed greater than that for maintaining its top edge position, it is possible to tip material out of bucket 14 in this manner.
  • FIG. 3 shows further details of the control device insofar as they are required for lifting the bucket 14.
  • the pressure medium flow Q_ controlled by the valve 41 flows via a downstream pressure compensator 79, a load holding valve 80 and
  • the backflow of the pressure medium from the rod-side chamber of the cylinder 22 to the tank 29 takes place via a pressure control valve 87 in line 39 controlled by the pressure in the line 38.
  • the pressure control valve 87 allows the Bucket 14 too to control when pulling load by controlling the inlet cross section of the valve 42.
  • the pressure Pst lA / - which is supplied to the valve 41 as a control pressure is also supplied to the valve 42 as a control pressure.
  • the control pressure p s t2 A is thus equal to the control pressure Pst lA -
  • the pressure compensators 79 and 85 ensure that both the pressure designated by pi between the valve 41 and the pressure compensator 79 and the pressure designated by pv2 between the valve 42 and the Pressure compensator 85 is kept equal to the highest load pressure PLmax.
  • the pressure compensator assigned to the cylinder with the highest load pressure is fully open and the other pressure compensator is in a control position in which. is at its falling pressure equal to the difference between the highest load pressure and the load pressure of the allocated • cylinder.
  • the pressure drop ⁇ pi over the valve 41 is the same as the pressure drop ⁇ p 2 above the valve 42 equal to the pressure equivalent po of the spring 76.
  • FIG. 4 shows the pressure medium flow when the boom 12 is lowered with the blade 14 rotating simultaneously in the counterclockwise direction.
  • a counterbalance valve 91 is provided which is controlled by the pressure in the line 36 leading to the rod side chamber of the cylinder 18. It is thus possible to control the boom 12 even when the load is being pulled by controlling the inlet cross section of the valve 41.
  • FIG. 2 is used again.
  • the valve 41 is provided with a stop for the slide 47, the position of which corresponds to the maximum value Q ⁇ ma ⁇ of the pressure medium quantity Qi.
  • the spring constant of the spring 48 is selected such that the slide 47 already reaches the stop at approximately 65% of the maximum value Pstl A max of the control pressure p s t lA . In this position of the slide 47, the maximum pressure medium quantity Qimax flows.
  • the valve 42 is also provided with a stop for its slide 50.
  • the spring constant of the spring 51 is selected such that it has only covered approximately 65% of its travel at the pressure at which the slide 47 is already resting against its stop.
  • the control pressure Pstl A has a value between zero and 0.65 x Pst IA max
  • the relationship between the pressure medium quantities Q2 and Qi is ensured by a corresponding design of the notches determining the passage cross section of the valves 41 and 42. Now increase the control pressure p s tl A above the value of 0.65 x Pstl A max up to
  • FIG. 5 shows the relationship between the control pressure p s t and the pressure medium quantities Qi and Q 2 supplied to the cylinders 18 and 22 in the form of a diagram.
  • the control pressure is abbreviated to p s t in FIG. 5, since the control pressure p s t 2A supplied to the valve 42 is equal to the control pressure Pstl A.
  • the factor K Q has a value of 0.5 in the diagram for the range from 5% to 65% of Pstmax. The range from 0% to 5% of Pstmax corresponds to a positive overlap of the valves 41 and 42, in which no pressure medium yet flows to the cylinders 18 and 22, respectively.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the slide 50 of the valve 42 actuating the blade 14 in a schematic illustration.
  • the stop is designated at which the slide 50 is present when the control pressure p s t2 A / with which the slide 50 is acted upon is equal to Pst lA max.
  • FIG. 6 shows the slide 50 in the position which it assumes when no control pressure is applied to it.
  • the slider 50 is provided with a notch 95 which has two areas 96 and 97. Together with a control edge 98, the notch 95, when the slide pressure 50 is acted upon by the control pressure p s t2 A, results in a passage cross section A 2 from the connection P to the connection A, which in the first region 96 is in the ratio to that specified by the factor KQ appropriate
  • Passage cross section AAI of the valve 41 is.
  • the connection with the passage cross section AA2 of the valve 41 is selected such that, as described above, the bucket 14 can be emptied while the boom 12 is being raised.
  • FIG. 7 shows a representation corresponding to FIG. 2 of a further embodiment of the control device 27 shown in FIG. 1.
  • hydraulically controlled switching valves 66 * and 69 * are provided in FIG.
  • the switching valves 66 * and 6-9 * are controlled by the control pressure Pstl B for the rotational movement of the boom 12 in the lowering direction such that they assume the switching position shown in FIG. 7 up to an adjustable threshold value p s ts. If the control pressure Pstl B exceeds the threshold value p s ts / the switching valves 66 * and 69 * assume the other switching position, in which one input of the shuttle valve 65 or 68 is connected to the tank 29.
  • control pressure p s ti B is greater than the threshold value p s t s
  • the control pressure p s t 2A or p s t 2B supplied to the valve 42 is equal to the pressure p s t3A or p s t3B of the pilot device 60, since this pressure - unless it is equal to the tank pressure is - always larger than this.
  • the switching valves 66 * and 69 * allow the use of a
  • Valve 42 with a slide 47 which has a fourth, also referred to as "floating" position for lowering the boom 12.
  • the boom 12 drops at a speed dependent on the load. Because in this position the slide 47 the sinking speed is not controlled by the valve 41, the volume flow distribution described above in connection with Figures 1 to 3 can no longer work exactly, but in order to prevent an uncontrolled rotary movement of the blade 14, the switching valves 66 * and
  • control pressure p s t lB is increased to a value which is greater than the threshold value p s ts, which in turn is greater than the value corresponding to the maximum sink rate.
  • This control pressure causes on the one hand that the slide 47 of the valve 41 is controlled so that it assumes the floating position, and on the other hand that the position of the slide 50 of the valve 42 is influenced neither by the control pressure P s t lB nor by the control pressure Pst lA , If the pilot control device 55 is constructed such that the control pressure P s t lA is at least when the control pressure p stlB is greater than the threshold value p s t s equal to the tank pressure, the valve 66 * can be omitted. Because in this case is also without the valve 66 * ensures that the pressure p s t lA is less than or equal to the pressure p s t 3A . It is thus possible to use an electrically controlled valve 66 (as shown in FIG. 2) instead of the hydraulically controlled valve 66 *. This configuration makes it possible to arbitrarily render the volume flow distribution according to the invention ineffective while the boom 12 is being lifted.

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Abstract

An einem Arbeitsgerät ist ein Ausleger (12) drehbar gehalten, und an dem Ausleger ist eine Schaufel (14) drehbar gehalten. Die Betätigung des Auslegers (12) und der Schaufel (14) erfolget durch je einen hydraulischen Zylinder (18, 22). Jedem Zylinder (18, 22) ist ein Ventil (42, 41) zugeordnet, dass den Druckmittelfluss von einer Pumpe (28) zu dem Zylinder (18, 22) und von diesem zum Tan (29) steuert. Damit die Oberkant der Schaufel (14) beim Annheben oder Absenken des auslegers (12) ihre Winkellage beibeält, sind die Ventile (42, 41), die den Druckmittelfluss zu den Zylindern (18, 22) steurn, derart ansteuerbar, dass das Verhältnis (Q2, Q1) der den Zylinder (18, 22) zugeführten Druckmittelmengen unabhängig von der Grösse des den Drukmittelfluss zu dem Zylinder (18) für die Betätigung des Auslagers steuernden Steuersignals auf einem konstanten wert (kQ) gehalten ist.

Description

Be s ehr eibung
Steuereinrichtung für ein Arbeitsgerät mit einer an einem Ausleger gehaltenen Schaufel
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Ar- beitsgerät mit einer an einem Ausleger gehaltenen Schaufel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem derartigen Arbeitsgerät, z. B. einem Radlader, ist der Ausleger drehbar an dem Rahmen des Arbeitsgeräts gehalten. Die Betätigung des Auslegers erfolgt durch einen ersten hydraulischen Zylinder, der an dem Rahmen des Arbeitsgeräts und an dem Ausleger angreift. Der Drehwinkel des Auslegers ist durch den Hub des ersten Zylinders begrenzt. Die Schaufel ist an dem Ausleger drehbar gehalten. Für die Betätigung der Schaufel ist ein zweiter hydraulischer Zylinder vorgesehen, der an dem Ausleger und an der Schaufel angreift. Der Drehwinkel der Schaufel ist durch den Hub des zweiten Zylinders begrenzt. Die Betätigung der Zylinder erfolgt bei doppeltwirkenden Zylindern durch Zufuhr von Druckmittel zu der einen Kammer eines Zylinders und gleichzeitige Abfuhr von Druck- mittel aus der jeweils anderen Kammer des Zylinders. Um die Schaufel eines derartigen- Arbeitsgerätes anzuheben, wird der Ausleger um seinen Anlenkpunkt an dem Rahmen des Arbeitsgeräts gedreht. Erfolgt- dabei keine Druckmittelzufuhr zu dem für die Drehbewegung der Schaufel vorgesehenen Zylinder, be- hält die Schaufel ihren Winkel zu dem Ausleger bei, d. h. die Schaufel wird - wie bei einer starren Verbindung zwischen dem Ausleger und der Schaufel - entsprechend der Drehbewegung des Auslegers mitgenommen. Dies führt dazu, daß die Schaufel gegenüber ihrer ursprünglichen Winkellage bezüglich des Untergrunds gekippt wird. Dabei besteht die Gefahr, daß Material aus der gekippten Schaufel herausfällt. Aus der Schaufel fallendes Material kann den Bediener gefährden, insbesondere dann, wenn sich die Kabine des Arbeitsgeräts in diesem Bereich befindet. Auch um eine derartige Gefährdung auszuschließen, wird gefordert, daß die Schaufel beim Anheben ihre auf den Untergrund bezogene Winkellage unabhängig von der Drehbewegung des Auslegers beibehält.
Um dieser Forderung nachzukommen, sind bereits unterschiedliche Maßnahmen ergriffen worden. So wurde z. B. durch eine besondere Ausgestaltung der Kinematik des Auslegers und der Schaufel anstelle von Drehgelenken für den Ausleger und die Schaufel eine mechanische Parallelführung der Schaufel beim Anheben des Auslegers verwirklicht. Eine andere Lösung besteht darin, den Lagewinkel der Schaufel zu einer Bezugsebene, z. B. zur Horizontalen, zu regeln. Hierzu wird der Lagewinkel der Schaufel mit einem elektrischen Lagesensor gemessen und mit einem Lagesollwert verglichen. Bei einer
Abweichung des Ausgangssignals des Lagesensors von dem Lagesollwert wird der für die Drehbewegung der Schaufel vorgesehene Zylinder während des Anhebens des Auslegers derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß die Schaufel ihre ursprüngliche Lage bezüglich der Horizontalen wieder annimmt. Damit ist dafür gesorgt, daß die Schaufel beim Anheben ihre Winkellage beibehält. Eine weitere Möglichkeit, dafür zu sorgen, daß die Schaufel beim Anheben ihre Winkellage beibehält, besteht darin, zusätzlich zu den Ventilen, die die den Zylindern zuge- führte Druckmittelmenge steuern, einen Steuerblock vorzusehen, der einen vorbestimmten Teil des Druckmittels, das beim Anheben des Auslegers aus dem Zylinder für die Betätigung des Auslegers verdrängt wird, dem Zylinder für die Drehbewegung der Schaufel zuführt. Der Einsatz eines derartigen Steuerblocks ist mit nicht zu vernachlässigenden Kosten verbunden. Außerdem beansprucht ein derartiger Steuerblock zusätzlichen Platz und erfordert eine Verrohrung seiner Anschlüsse mit den Zylindern und den Ventilen für die Betätigung des Auslegers und der Schaufel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Für die Realisierung der Erfindung kann auf Baugruppen zurückgegriffen werden, die üblicherweise bei in
Scheibenbauweise aufgebauten Steuerblöcken für eine lastunabhängige DurchflußVerteilung verwendet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Sie betreffen Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung mit druckgesteuerten Ventilen für die Zufuhr von Druckmittel zu den Zylindern.
Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit einer an einem Ausleger gehaltenen Schaufel sowie einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für eine derartige Arbeitsmaschine,
Figur 2 eine erste Ausgestaltung der in der Figur 1 dargestellten Steuereinrichtung,
Figur 3 Einzelheiten der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Steuereinrichtung soweit sie für eine Beschreibung der Aufwärtsbewegung des Auslegers erforder- lieh sind,
Figur 4 Einzelheiten des Druckmittelflusses bei der Abwärtsbewegung des Auslegers,
Figur 5 den Zusammenhang zwischen den den Ventilen zugeführten Steuerdrücken und den den Zylindern zuge- führten Druckmittelmengen in Form eines Diagramms,
Figur 6 eine Ausgestaltung des Schiebers des die Schaufel betätigenden Ventils in schematischer Darstellung und
Figur 7 eine weitere Ausgestaltung der in der Figur 1 dar- gestellten Steuereinrichtung.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Arbeits- maschine 10, an deren Rahmen 11 ein Ausleger 12 gehalten ist, der um einen Anlenkpunkt 13 drehbar ist. An dem Ausleger 12 ist eine Schaufel 14 gehalten, die um einen Anlenkpunkt 15 gegenüber dem Ausleger 12 drehbar ist. Der Untergrund, auf dem die Arbeitsmaschine 10 steht, ist mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Ein erster doppeltwirkender hydraulischer Zylin- der 18 ist zwischen dem Rahmen 11 und dem Ausleger 12 angeordnet. Die entsprechenden Anlenkpunkte sind mit den Bezugszeichen 19 bzw. 20 versehen. Der Drehwinkel des Auslegers 12 ist durch den Hub des Zylinders 18 begrenzt. Ein zweiter doppeltwirkender hydraulischer Zylinder 22 ist zwischen dem Aus- leger 12 und der Schaufel 14 angeordnet. Die entsprechenden Anlenkpunkte sind mit den Bezugszeichen 23.bzw. 24 versehen. Der Drehwinkel der Schaufel 14 ist durch den Hub des Zylinders 22 begrenzt. Eine Steuereinrichtung 27 mit sechs Anschlüssen P, T, AI, Bl, A2, B2 für hydraulisches Druckmittel • steuert den Druckmittelfluß von einer Pumpe 28 zu den Zylindern 18 und 22 und von den Zylindern 18 und 22 zurück zu einem Tank 29. Die Pumpe 28 ist in vorteilhafter Weise als Verstellpumpe ausgebildet. Sie ist über eine erste hydraulische Leitung 31 mit dem Tank 29 und über eine weitere Leitung 32 mit dem Anschluß P der Steuereinrichtung 27 verbunden. Der
Tank 29 ist über eine weitere hydraulische Leitung 33 mit dem Anschluß T der Steuereinrichtung 27 verbunden. Die beiden Kammern des Zylinders 18 sind über Leitungen 35 und 36 mit den Anschlüssen AI bzw. Bl der Steuereinrichtung 27 verbun- den. In gleicher Weise sind die Kammern des Zylinders 22 über Leitungen 38 und 39 mit den Anschlüssen A2 bzw. B2 der Steuereinrichtung 27 verbunden. Zwei schematisch dargestellte hydraulische Ventile 41 und 42 steuern die den Zylindern 18 bzw. 22 zugeführten Druckmittelmengen. Ein dem Ventil 41 zu- geführtes Steuersignal ystl bestimmt die dem Zylinder 18 zu- geführte Druckmittelmenge, die im Folgenden mit Qi bezeichnet ist. In gleicher Weise bestimmt ein dem Ventil 42 zugeführtes Steuersignal yst2 die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge, die im Folgenden mit Q2 bezeichnet ist. Das dem Ventil 41 zugeführte Steuersignal ystl ist zusätzlich einem Block 44 zugeführt. Dessen Ausgangssignal ist dem Ventil 42 als Steuersignal yst2 zugeführt. Das Übertragungsverhalten des Blocks 44 ist dabei so gewählt, daß das Verhältnis Q2/Q1 der den Zylindern 22 und 18 zugeführten Druckmittelmengen Q2 bzw. Qi unter Berücksichtigung des konstruktiven Aufbaus der Ventile 41 und 42 unabhängig von der Größe des Steuersignals ysti auf einem konstanten Wert gehalten ist, der im Folgenden mit KQ bezeichnet ist. Für die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q_2 gilt somit die Beziehung Q2 = KQ x Qι_
Zum Heben der Schaufel 14 führt die Steuereinrichtung 27 dem Zylinder 18 über die Leitung 35 Druckmittel zu. Die zugeführte Druckmittelmenge Qi ist durch das dem Ventil 41 zugeführte Steuersignal ystl bestimmt. Der Kolben des Zylinders 18 fährt entsprechend der zugeführten Druckmittelmenge Qi aus und dreht den Ausleger 12 im Gegenuhrzeigersinn. Ohne eine gleichzeitige Druckmittelzufuhr zu dem Zylinder 22 würde sich die Oberkante der Schaufel 14 im Gegenuhrzeigersinn gegenüber dem Untergrund 16 drehen. Damit die Schaufeloberkante ihre ursprüngliche Winkellage zu dem Untergrund 16 beibehält, führt die Steuereinrichtung 27 dem Zylinder 22 - gleichzeitig mit der Druckmittelzufuhr zu dem Zylinder 18 - über die Leitung 38 eine durch das Steuersignal yst2 bestimmte Druckmittelmenge Q2 zu. Dadurch fährt der Kolben des Zylinders 22 aus, und die Schaufel 14 dreht sich im Uhrzeigersinn. Die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q2 ist dabei so auf die dem Zylinder 18 zugeführte Druckmittelmenge Qi abgestimmt, daß die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehbewegung der Schaufel 14 die durch das Heben des Auslegers 12 hervor- gerufene, im Gegenuhrzeigersinn erfolgende Drehbewegung der Schaufel 14 gerade ausgleicht. Hierfür ist das Ventil 42 so angesteuert, daß die Druckmittelmenge Q2 unabhängig von der Größe des dem Ventil 41 zugeführten Steuersignals ystl, das die Druckmittelmenge Qi bestimmt, in einem festen Verhältnis zu der dem Zylinder 18 für die Betätigung des Auslegers 12 zugeführten Druckmittelmenge Qi steht. Die Steuereinrichtung 27 steuert somit das Ventil 42 derart an, daß für die Druckmittelmengen Qi und Q2 die Beziehung Q2 = KQ X QI unabhängig von der Größe des Steuersignals ystl erfüllt ist. Bei dem Faktor KQ handelt es sich um einen konstanten Wert, der durch den konstruktiven Aufbau der Arbeitsmaschine 10 und die Dimensionierung der Zylinder 18 und 22 bestimmt ist. Der Wert von KQ gibt an, in welchem Verhältnis die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q2 zu der dem Zylinder' 18 zuge- führten Druckmittelmenge Qi stehen muß, damit beim Heben oder Senken des Auslegers 12 die Schaufel 14 ihre Wiήkellage bezüglich des Untergrunds 16 im Wesentlichen beibehält. Die Größe des Faktors KQ läßt sich durch Berechnungen, in die die konstruktive Ausgestaltung der Arbeitsmaschine 10 und die Dimensionierung der Zylinder 18 und 22 eingehen, bestimmen. Eine andere Möglichkeit, die Größe des- Faktors KQ zu ermitteln, besteht darin, in der Erprobungsphase der Arbeitsmaschine 10 vorübergehend einen Lageregler für die Schaufel 14 vorzusehen, der insbesondere beim Heben und Senken des Ausle- gers 12 die Winkellage der Oberkante der Schaufel 14 bezüg- lieh des Untergrunds 16 konstant hält. In dieser Zeit ist die Verbindung zwischen den Steuersignalen ysti und yst2 über den Block 44 unterbrochen. Als Steuergröße yst2 ist dem Ventil 42 stattdessen die Stellgröße des in der Figur 1 nicht darge- stellten Lagereglers zugeführt. Die den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Qi bzw. Q2 werden in Abhängigkeit von dem Steuersignal ystl aufgezeichnet. Der Faktor KQ ergibt sich durch einen Vergleich der dem Zylinder 22 zugeführten Druckmittelmenge Q2 mit der dem Zylinder 18 zugeführ- ten Druckmittelmenge Qi, die durch das Steuersignal ystl vorgegeben ist. Nachdem der Faktor KQ in der beschriebenen Weise ermittelt worden ist, wird der Lageregler nicht mehr benötigt. Der Lageregler wird entfernt und die Verbindung zwischen den Steuersignalen ysti und yst2 über den Block 44 wie- der hergestellt. Danach wird das Übertragungsverhalten des
Blocks 44 auf der Grundlage des zuvor ermittelten Wertes für den Faktor KQ SO eingestellt, daß die Beziehung Q2 = KQ X QI erfüllt ist.
Die Figur 2 zeigt eine detailliertere Darstellung der in der Figur 1 zunächst in allgemeiner Form dargestellten Steuereinrichtung 27. Aus Platzgründen sind in der Figur 2 nur die Zylinder 18 und 22 jedoch keine konstruktiven Einzelheiten der Arbeitsmaschine 10, wie der Rahmen 11, der Ausleger 12 oder die Schaufel 14, dargestellt. Die Ventile 41 und 42 sind in diesem Ausführungsbeispiel als druckgesteuerte Wegeventile ausgebildet. Als Steuersignale für das Ventil 41 dienen mit PstlA und PstlB bezeichnete Steuerdrücke. Als Steuersignale für das Ventil 42 dienen mit pst2A und pst2B bezeichnete Steuerdrücke. Das Ventil 41 weist einen Schieber 47 auf, der zwischen zwei Federn 48 und 49 eingespannt ist. Der Schieber 47 ist in der einen Richtung von dem Steuerdruck pstlA gegen die Kraft der Feder 48 beaufschlagt. In der entgegengesetzten Richtung ist der Schieber 47 von dem Steuerdruck pstlB gegen die Kraft der Feder 49 beaufschlagt. Die Federn 48 und 49 halten den Schieber 47 in einer definierten Ruhelage, wenn er weder von der einen noch von der anderen Seite mit einem Steuerdruck beaufschlagt ist. Ist der Schieber 47 mit dem Steuerdruck pstlA beaufschlagt, drückt er die Feder 48 so weit zusammen, bis das Produkt aus dem Steuerdruck pstlA und der von ihm beaufschlagten Fläche des Schiebers 47 gleich der Kraft der Feder 48 ist. Die sich dabei ergebende Stellung des Schiebers 47 ist ein Maß für den Steuerdruck, mit dem der Schieber 47 beaufschlagt ist. Der Schieber 47 ist mit einer ersten den
Druckmittelfluß zu dem Zylinder 18 steuernden Kerbe versehen. Eine derartige Kerbe ist weiter unten anhand der Figur 5 im Zusammenhang mit einer Ausgestaltung des Ventils 42 näher beschrieben. Die Kerbe verläuft in der Längsrichtung des Schie- bers 47 und bestimmt zusammen mit einer Steuerkante die Größe des Durchlaßquerschnitts AAI des Ventils 41 bei einem Druckmittelfluß von dem Anschluß AI des Ventils 47 über die Leitung 35 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 18. Die Kerbe ist so ausgebildet, daß zwischen der auf die Steuerkante bezogenen Stellung des Schiebers 47 und dem Durchlaßquerschnitt Aß ein linearer Zusammenhang besteht. Somit besteht auch zwischen dem Steuerdruck PstlA und dem Durchlaßquer- schnitt A$.ι ein linearer Zusammenhang. Die Zuordnung zwischen dem Steuerdruck pstiA und der dem Zylinder 18 zugeführten Druckmittelmenge Qi ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, daß bei Beaufschlagung des Schiebers 47 mit dem Steuerdruck pstlA das Druckmittel wie oben beschrieben von dem mit AI bezeichneten Anschluß des Ventils 41 in die boden- seitige Kammer des Zylinders 18 fließt. Wie bereits anhand der Figur 1 beschrieben, führt ein derartiger Druckmittelstrom zu einem Heben des Auslegers 12.
Wird dem Schieber 47 von der entgegengesetzten Seite der Steuerdruck pstlB zugeführt, drückt er die Feder 49 so weit zusammen, bis das Produkt aus dem Steuerdruck pstlB und der von ihm beaufschlagten Fläche des Schiebers 47 gleich der
Kraft der Feder 49 ist. Der Schieber 47 ist mit einer weiteren ebenfalls in Längsrichtung des Schiebers 47 verlaufenden Kerbe versehen. Diese Kerbe bestimmt zusammen mit einer weiteren Steuerkante die Größe des Durchlaßquerschnitts Aßi des Ventils 41 für einen Druckmittelfluß von dem Anschluß Bl des Ventils 41 über die Leitung 36 zu der stangenseitigen Kammer des Zylinders 18. Auch diese Kerbe ist so ausgebildet, daß zwischen der auf die Steuerkante bezogenen Stellung des Schiebers 47 und dem Durchlaßquerschnitt Aßi ein linearer Zu- sammenhang besteht. Damit besteht auch zwischen dem Steuerdruck PstlB und dem Durchlaßquerschnitt Aßi ein linearer Zusammenhang. Bei Beaufschlagung des Schiebers 47 mit dem Steuerdruck PstlB fließt das Druckmittel von dem mit Bl bezeichneten Anschluß in die stangenseitige Kammer des Zylinders 18. Dieser Druckmittelfluß fährt den Kolben des Zylinders 18 ein und senkt "damit den Ausleger 12.
Das Ventil 42 ist in gleicher Weise aufgebaut wie das Ventil 41. Ein Schieber 50 ist zwischen zwei Federn 51 und 52 gehal- ten. Die dem Ventil 42 zugeführten Steuerdrücke sind mit Pst2A und Pst2B bezeichnet. Der Schieber 50 ist beidseitig mit Kerben versehen, die im Zusammenwirken mit einer Steuerkante des Ventils 42 die Größe der mit A 2 und Aß2 bezeichneten Durchlaßquerschnitte in Abhängigkeit von der Auslenkung des Schiebers 50 bestimmen. Dabei besteht sowohl zwischen dem Durchlaßquerschnitt A&2 und dem dem Schieber 50 von der einen Seite zugeführten Steuerdruck pst2A als auch zwischen dem mit Aß2 bezeichneten Durchlaßquerschnitt und dem dem Schieber 50 von der entgegengesetzten Seite zugeführten Steuerdruck pst2B ein linearer Zusammenhang. Bei einer Beaufschlagung des Schiebers 50 mit dem Steuerdruck pst2A wird der Schieber 50 gegen die Feder 51 gedrückt, und es fließt Druckmittel .von -dem Anschluß A2 über die Leitung 38 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 22. Wie bereits anhand der Figur 1 beschrieben, führt ein derartiger Druckmittelstrom zu einer •Drehung der Schaufel 14 im Uhrzeigersinn. Bei einer Beaufschlagung des Schiebers 50 mit dem Steuerdruck pst2B wird der Schieber 50 gegen die Feder 52 gedrückt, und es fließt Druckmittel von dem Anschluß B2 über die Leitung 39 in die stangenseitige Kammer des Zylinders 22. Dieser Druckmittelstrom führt zu einer Drehung der Schaufel 14 im Gegenuhrzeigersinn.
Für die Realisierung der Erfindung können Baugruppen von in Scheibenbauweise aufgebauten Steuerblöcken verwendet werden. Bei derartigen Baugruppen sind die Durchmesser der Bohrungen für die Schieber der Ventile im Allgemeinen gleich groß. Damit sind auch die von dem Steuerdruck beaufschlagten Flächen der Schieber gleich groß. Als Variable für den von dem Steuerdruck abhängigen Durchlaßquerschnitt der Ventile stehen damit noch die Federkonstante und die Ausgestaltung der mit einer Steuerkante zusammenwirkenden Kerben zur Verfügung. Sind auch die Federkonstanten der Federn gleich, verbleibt als Variable für den von dem Steuerdruck abhängigen Durchlaßquerschnitt der Ventile nur noch die Ausgestaltung der Kerben.
Ein erstes Vorsteuergerät 55, das vorzugsweise als Joystick ausgebildet ist, liefert die Steuerdrücke pstiA und PstlB für das Ventil 41. Die Steuerdrücke pstlA und pstlB stellen sich entsprechend der Auslenkung des Joysticks ein. Der Steuerdruck PstlA ist dem Schieber 47 über eine Leitung 56 zugeführt. In gleicher Weise ist der Steuerdruck PstlB dem Schieber 47 über eine weitere Leitung 57 zugeführt. Ein weiteres Vorsteuergerät 60, das vorzugsweise ebenfalls als Joystick ausgebildet ist, liefert mit Pst3A und pst3B bezeichnete Steuerdrücke. Die Steuerdrücke pst3A und pst3B stellen sich entsprechend der Auslenkung des Joysticks des Vorsteuergeräts 60 ein. Von dem Vorsteuergerät 60 führen Leitungen 61 und 62 zu dem Schieber 50 des Ventils 42. Dem Eingang des Ventils 42 für den Steuerdruck pΞt2A ist ein Wechselventil 65 vorgeschaltet. Zwischen der Leitung 56 und dem einen Eingang des Wechselventils 65 ist ein Schaltventil 66 angeordnet, das in seiner Arbeitsstellung den einen Eingang des Wechselventils 65 mit dem Steuerdruck pstlA beaufschlagt. In seiner in der
Figur 2 dargestellten Ruhestellung unterbricht das Schaltventil 66 die Verbindung zwischen der Leitung 56 und dem Wechselventil 65. Im Folgenden wird jedoch der Fall betrachtet, daß sich das Schaltventil 66 in seiner Arbeitsstellung befin- det. Dem anderen Eingang des Wechselventils 65 ist über die Leitung 61 der Steuerdruck pst3A zugeführt. Das Wechselventil 65 leitet den höheren der beiden ihm zugeführten Steuerdrücke als Steuerdruck pst2A an den Schieber 50 des Ventil 42 wei- ter. In entsprechender Weise ist dem Eingang des Ventils 42 für den Steuerdruck pst2B ein Wechselventil 68 vorgeschaltet. Zwischen der Leitung 57 und dem einen Eingang des Wechselventils 68 ist ein weiteres Schaltventil 69 angeordnet. Das Schaltventil 69 beaufschlagt in seiner Arbeitsstellung den einen Eingang des Wechselventils 68 mit dem Steuerdruck PstlB- In der in der Figur 2 dargestellten Ruhestellung unterbricht das Schaltventil 69 die Verbindung zwischen der Leitung 57 und dem Wechselventil 68. Im Folgenden wird auch hier der Fall betrachtet, daß sich das Schaltventil 69 In seiner Arbeitsstellung befindet. Dem anderen Eingang des Wechselventils 68 ist über die Leitung 62 der Steuerdruck Pst3B zugeführt. Das Wechselventil 68 leitet den höheren der beiden ihm zugeführten Steuerdrücke als Steuerdruck pst2B an den Schieber 50 des Ventil 42 weiter.
Zwischen den Leitungen 35 und 36 sowie zwischen den Leitungen 38 und 39 ist jeweils ein weiteres Wechselventil 71 bzw. 72 angeordnet. Das Wechselventil 71 leitet den höheren der Kammerdrücke des Zylinders 18 an den einen Eingang eines weiteren Wechselventils 73 weiter. Das Wechselventil 72 leitet den höheren der Kammerdrücke des Zylinders 22 an den anderen Eingang des Wechselventils 73 weiter. Das Wechselventil 73 leitet den höheren der ihm zugeführten Drücke als Führungsgröße an einen Pumpenregler 75 weiter sowie an den mit LS bezeichneten Anschluß der Ventile 41 und 42. Bei diesem Druck han- delt es sich um den höchsten Lastdruck, der im Folgenden mit PLmax bezeichnet ist. Der Pumpenregler 75 stellt das Fördervolumen der Pumpe 28 derart ein, daß der mit pp bezeichnete Pumpendruck gleich der Summe aus dem Druck PLma und dem Druckäquivalent po einer in der gleichen Richtung wie der Druck PLmax auf den Pumpenregler 75 wirkenden Feder 76 ist. Bei sogenannter Mangelversorgung, d, h. wenn das maximale Fördervolumen der Pumpe 28 nicht ausreicht, das obengenannte Druckgleichgewicht zu erreichen, nimmt der Druck pp einen Wert an, der entsprechend kleiner als die Summe von PLmax und PO ist.
Für die Beschreibung der Funktion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird davon ausgegangen, daß die Schaufel 14 auf dem Untergrund 16 aufliegt und die Oberkante der Schaufel 14 parallel zu dem Untergrund 16 ausgerichtet ist. Um die Schaufel 14 aus dieser Stellung anzuheben, wird der Joystick des Vorsteuergeräts 55 aus seiner Ruhelage ausgelenkt und dem Ventil 41 ein Steuerdruck pstlA(50%) zugeführt, der z. B. 50 % des mit PstlAmax bezeichneten maximalen Werts des Steuer- drucks PstlA entspricht. Wie im Zusammenhang mit der Figur 3 noch erläutert wird, entspricht diesem Steuerdruck ein Druckmittelstrom Qi(50%)c der in die bodenseitige Kammer des Zylinders 18 fließt. Dieser Druckmittelstrom dreht den Ausleger 12 im Gegenuhrzeigersinn um den Anlenkpunkt 13 und hebt dabei die Schaufel 14 an. Der Steuerdruck PstlA(50%) i t außerdem dem Ventil 42 über das Schaltventil 66 und das Wechselventil 65 als Steuerdruck pst2A zugeführt. Der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck pst2A = PstlA (50%) führt zu einem Druckmittelstrom Q2 = KQ x Qi(50%) in die bodenseitige Kammer des Zylinders 22, der die Schaufel 14 im Uhrzeigersinn gerade so stark dreht, daß die Oberkante der Schaufel 14 beim Anheben ihre ursprüngliche Lage bezogen auf den Untergrund 16 beibehält. Bei diesen Überlegungen wurde davon ausgegangen, daß 5 der Steuerdruck pst3A gleich Null, auf alle Fälle aber kleiner als der Steuerdruck pstlA ist. Soll die Schaufel 14 während des Anhebens entleert werden, wird der Steuerdruck Pst3A gegenüber dem Steuerdruck pstiA erhöht. In diesem Fall dreht sich die Schaufel 14 mit der durch den Steuerdruck 10 Pst3A bestimmten Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn. Da die
Schaufel 14 sich jetzt mit einer Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn dreht, die größer als die für das Aufrechterhalten der Lage ihrer Oberkante ist, ist es möglich, auf diese Weise Material aus der Schaufel 14 zu kippen.
15 Ausgehend von den Figuren 1 und 2 zeigt die Figur 3 weitere Einzelheiten der Steuereinrichtung, soweit sie für das Anheben der Schaufel 14 erforderlich sind. Der von dem Ventil 41 gesteuerte Druckmittelstrom Q_ fließt über eine nachgeschaltete Druckwaage 79, ein Lasthalteventil 80 sowie die
-0 Leitung 35 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 18. Der Rückfluß des Druckmittels aus der stangenseitigen Kammer des Zylinders 18 zum Tank 29 erfolgt über die Leitung 36. Der von dem Ventil 42 gesteuerte Druckmittelstrom Q2 fließt über eine nachgeschaltete Druckwaage 85, ein Lasthalteventil 86 sowie
25 die Leitung 38 in die bodenseitige Kammer des Zylinders 22. Der Rückfluß des Druckmittels aus der stangenseitigen Kammer des Zylinders 22 zum Tank 29 erfolgt über ein vom Druck in der Leitung 38 gesteuertes Gegenhalteventil 87 in der Leitung 39. Das Gegenhalteventil 87 erlaubt es, die Schaufel 14 auch bei ziehender Last durch Steuerung des Zulaufquerschnitts des Ventils 42 zu steuern. Der Druck PstlA/- der dem Ventil 41 als Steuerdruck zugeführt ist, ist auch dem Ventil 42 als Steuerdruck zugeführt. Der Steuerdruck pst2A ist somit gleich dem Steuerdruck PstlA- Die Druckwaagen 79 und 85 sorgen dafür, daß sowohl der mit p i bezeichnete Druck zwischen dem Ventil 41 und der Druckwaage 79 als auch der mit pv2 bezeichnete Druck zwischen dem Ventil 42 und der Druckwaage 85 gleich dem höchsten Lastdruck PLmax gehalten ist. Hierzu ist die dem Zylinder mit dem höchsten Lastdruck zugeordnete Druckwaage voll geöffnet und die jeweils andere Druckwaage befindet sich in einer Regelstellung, in der. der an ihr abfallende Druck gleich der Differenz zwischen dem höchsten Lastdruck und dem Lastdruck des ihr zugeordneten • Zylinder ist. Der Druckabfall Δpi = pp - pvi über dem Ventil 41 ist dann gleich dem Druckabfall Δp2 = Pp - Pv2 über dem Ventil 42. Befindet sich der Pumpenregler 75 in seinem Regelbereich, ist der Druckabfall Δpi über dem Ventil 41 ebenso wie der Druckabfall Δp2 über dem Ventil 42 gleich dem Druckäquivalent po der Feder 76. Die den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Qi bzw. Q2 entsprechen damit den Durchlaßquerschnitten der Ventile 41 und 42. Wählt man das Verhältnis der Durchlaßquerschnitte der Ventile 41 und 42 entsprechend dem für eine parallele Bewegung der Oberkante der Schaufel 14 erforderlichen Faktor KQ, ist das Verhältnis der den' Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q_ bzw. Q2 bei gleichen Steuerdrücken (Pst2A = PstlA) unabhängig von der Größe des Steuerdrucks. Dieser Zusammenhang gilt auch im Fall der Mangelversorgung. In diesem Fall sind zwar die einzelnen Druckabfälle über den Ventilen 41 und 42 kleiner als po, da die Druckabfälle aber unter sich gleich bleiben, ändert sich nichts an dem Verhältnis zwischen den den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Qi und Q2.
Die Figur 4 zeigt den Druckmittelfluß beim Senken des Aus- legers 12 mit gleichzeitiger Drehbewegung der Schaufel 14 im Gegenuhrzeigersinn. In der von der bodenseitigen Kammer des Zylinders 18 zum Tank 29 führenden Leitung 35 ist ein Gegenhalteventil 91 vorgesehen, das von dem Druck in der zu der stangenseitigen Kammer des Zylinders 18 führenden Leitung 36 gesteuert ist. Damit ist es möglich, den Ausleger 12 auch bei ziehender Last durch Steuerung des Zulaufquerschnitts des Ventils 41 zu steuern.
Für die folgende Erläuterung wird wieder von der Figur 2 ausgegangen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ventile 41 und 42 ist es möglich, die Schaufel 14 beim Anheben des Auslegers 12 nur über den Steuerdruck PstlA zu entleeren. Hierfür ist das Ventil 41 mit einem Anschlag für den Schieber 47 versehen, dessen Lage dem maximalen Wert Qιmaχ der Druckmittelmenge Qi entspricht. Die Federkonstante der Feder 48 ist so gewählt, daß der Schieber 47 bereits bei ca. 65 % des maximalen Werts PstlAmax des Steuerdrucks pstlA den Anschlag erreicht. In dieser Lage des Schiebers 47 fließt die maximale Druckmittelmenge Qimax- Das Ventil 42 ist ebenfalls mit einem Anschlag für seinen Schieber 50 versehen. Jedoch ist die Fe- derkonstante der Feder 51 so gewählt, daß sie bei' dem Druck, bei dem der Schieber 47 bereits an seinem Anschlag anliegt, erst ca. 65 % seines Wegs zurückgelegt hat. In diesem Bereich, in dem der Steuerdruck PstlA einen Wert zwischen Null und 0,65 x PstlAmax aufweist, ist der Zusammenhang zwischen den Druckmittelmengen Q2 und Qi durch eine entsprechende Ausgestaltung der den Durchlaßquerschnitt der Ventile 41 und 42 bestimmenden Kerben gewährleistet. Erhöht man jetzt den Steu- erdruck pstlA über den Wert von 0,65 x PstlAmax bis auf
PstlAmax/ so bewegt sich der Schieber 50 in Richtung seines Anschlags während der Schieber 47 an seinem Anschlag bleibt. Hierdurch verschiebt sich das Verhältnis zwischen den Druckmittelmengen Q2 und Qi derart, daß die Drehbewegung der Schaufel 14 im Uhrzeigersinn die Drehbewegung des Auslegers 12 im Gegenuhrzeigersinn überwiegt, und die Schaufel 14 entleert sich. In diesem zweiten Bereich ist die Beziehung Q2 = KQ x Qi nicht mehr erfüllt. Dies ist aber auch nicht erforderlich, da in diesem Bereich die Schaufel 14 beim Anheben des Auslegers gezielt entleert werden soll.
Die Figur 5 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Steuerdruck pst und den den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Qi bzw. Q2 in Form eines Diagramms. Der Steuerdruck ist in der Figur 5 verkürzt mit pst bezeichnet, da der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck pst2A gleich dem Steuerdruck PstlA ist. Der Faktor KQ weist in dem Diagramm für den Bereich von 5 % bis 65 % von Pstmax einen Wert von 0,5 auf. Der Bereich von 0 % bis 5 % von Pstmax entspricht einer positiven Überdeckung der Ventile 41 und 42, in dem noch kein Druck- mittel zu den Zylindern 18 bzw. 22 fließt.
Die Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung des Schiebers 50 des die Schaufel 14 betätigenden Ventils 42 in schematischer Darstellung. Mit 94 ist der Anschlag bezeichnet, an dem der Schieber 50 anliegt, wenn der Steuerdruck pst2A/ mit dem der Schieber 50 beaufschlagt ist, gleich PstlAmax ist. In der Figur 6 ist der Schieber 50 in der Lage dargestellt, die er einnimmt, wenn er mit keinem Steuerdruck beaufschlagt ist. Der Schieber 50 ist mit einer Kerbe 95 versehen, die zwei Bereiche 96 und 97 aufweist. Zusammen mit einer Steuerkante 98 ergibt die Kerbe 95 bei Beaufschlagung des Schiebers 50 mit dem Steuerdruck pst2A einen Durchlaßquerschnitt A 2 von dem Anschluß P zu dem Anschluß A, der in dem ersten Bereich 96 in dem durch den Faktor KQ vorgegeben Verhältnis zu dem entsprechenden
Durchlaßquerschnitt AAI des Ventils 41 steht. In dem zweiten Bereich 97 ist der Zusammenhang mit dem Durchlaßquerschnitt AA2 des Ventils 41 so gewählt, daß wie oben beschrieben ein Entleeren der Schaufel 14 während des Anhebens des Auslegers 12 möglich ist.
Die Figur 7 zeigt eine der Figur 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der in der Figur 1 dargestellten Steuereinrichtung 27. Anstelle der in der Figur 2 dargestellten elektrisch gesteuerten Schaltventile 66 und 69 sind in der Figur 7 hydraulisch gesteuerte Schaltventile 66* und 69* vorgesehen. Die Schaltventile 66* und 6-9* sind durch den Steuerdruck PstlB für die Drehbewegung des Auslegers 12 in Senkrichtung derart gesteuert, daß sie bis zu einem einstellbaren Schwellenwert psts die in der Figur 7 dargestellte Schaltstellung einnehmen. Übersteigt- der Steuerdruck PstlB den Schwellenwert psts/ nehmen die Schaltventile 66* und 69* die andere Schaltstellung ein, in der der eine Eingang des Wechselventils 65 bzw. 68 mit dem Tank 29 verbunden ist. Das bedeutet, daß z. B. dann, wenn der Steuerdruck pstiB größer als der Schwellenwert psts ist, der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck pst2A oder pst2B gleich dem Druck pst3A bzw. pst3B des Vorsteuergeräts 60 ist, da dieser Druck - sofern er nicht gleich dem Tankdruck ist - immer größer als dieser ist. Die Schaltventile 66* und 69* erlauben die Verwendung eines
Ventils 42 mit einem Schieber 47, der eine vierte, auch als „Schwimmstellung" bezeichnete Stellung für das Senken des Auslegers 12 besitzt. In der Schwimmstellung des Schiebers 47 sinkt der Ausleger 12 mit einer von der Last abhängigen Geschwindigkeit. Da in dieser Stellung des Schiebers 47 keine Steuerung der Sinkgeschwindigkeit durch das Ventil 41 erfolgt, kann die oben in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebene Volumenstromaufteilung nicht mehr exakt arbeiten. Um aber trotzdem eine unkontrollierte Drehbewegung der Schaufel 14 zu verhindern, werden die Schaltventile 66* und
69* in die Schaltstellung geschaltet, in der die Drehbewegung der Schaufel 14 allein durch den Steuerdruck pst3A oder pst3B des Vorsteuergeräts 60 gesteuert ist. Um die Schwimmstellung zu aktivieren, wird der Steuerdruck pstlB auf einen Wert er- höht, der größer als der Schwellenwert psts ist, der seinerseits größer als der der maximalen Sinkgeschwindigkeit entsprechende Wert ist. Dieser Steuerdruck bewirkt einerseits, daß der Schieber 47 des Ventils 41 so angesteuert wird, daß er die Schwimmstellung einnimmt, und andererseits, daß die Lage des Schiebers 50 des Ventils 42 weder durch den Steuerdruck PstlB noch durch den Steuerdruck PstlA beeinflußt wird. Ist das Vorsteuergerät 55 so aufgebaut, daß der Steuerdruck PstlA zumindest dann, wenn der Steuerdruck pstlB größer als der Schwellenwert psts ist, gleich dem Tankdruck ist, kann das Ventil 66* entfallen. Denn in diesem Fall ist auch ohne das Ventil 66* sichergestellt, daß der Druck pstlA kleiner als der Druck pst3A oder höchstens gleich diesem ist. Somit ist es möglich, anstelle des hydraulisch gesteuerten Ventils 66* ein elektrisch gesteuertes Ventil 66 (wie in der Figur 2 dargestellt) zu verwenden. Diese Ausgestaltung erlaubt es, die erfindungsgemäße Volumenstromaufteilung während des Hebens des Auslegers 12 willkürlich unwirksam zu machen.

Claims

Patentansprüche
1. Steuereinrichtung für ein Arbeitsgerät mit einer an einem Ausleger gehaltenen Schaufel, insbesondere für einen Radlader, - mit zwei hydraulischen Zylindern, von denen der erste den Ausleger und der zweite die Schaufel betätigt,
- mit einer die Zylinder aus einem Tank mit Druckmittel versorgenden Pumpe sowie
- mit zwei Ventilen, von denen das erste Ventil die Druck- mittelzufuhr von der Pumpe zu dem ersten Zylinder steuert und das zweite Ventil die Druckmittelzufuhr von der Pumpe zu dem zweiten Zylinder steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (42, 41) derart ansteuerbar sind, daß das Verhältnis (Q2/Q1) der den beiden Zylindern (22, 18) zugeführten Druckmittelmengen (Q2, Qi) unabhängig von der Größe des dem ersten Ventil (41) zugeführten Steuersignals (ystl) auf einem konstanten Wert (KQ) gehalten ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet,
- daß jedes Ventil (41, 42) mit einem von einem einstellbaren Steuerdruck (pstlA bzw. pΞtlB/ Pst2A bzw. pst2ß)- beaufschlagten Schieber (47, 50) versehen ist,
- daß der Steuerdruck (PstlA bzw. pstlB/ Pst2A bzw. pst2ß) den Schieber (47, 50) gegen die Kraft einer Feder (48 bzw. 49,
51 bzw. 52) auslenkt, wobei die Stellung der Schieber (47, 50) ein Maß für die aus den auf den Schieber (47, 50) wirkenden Steuerdrücken (pstlA bzw. pstlB/ Pst2A bzw. pst2ß) und den jeweils druckbeaufschlagten Flächen resultierende Kraft ist, - daß jeder Schieber (47, 50) mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden, die Größe des Durchlaßquerschnitts (AAI bzw. ABI, AA2 bzw. Aß2) des Ventils (41, 42) bestimmenden
Kerbe versehen ist, die so ausgebildet ist, daß der jeweilige Durchlaßquerschnitt (AAI bzw. Aßi, AA2 bzw. Aß2) des Ventils (41, 42) durch die Stellung des Schiebers (47, 50) bestimmt ist und - daß jedem Ventil (41, 42) eine Druckwaage (79, 85) zugeordnet ist, die den Druckabfall (Δpi, Δp2) an den Ventilen (41, 42) auf dem gleichen Wert hält.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchlaßquerschnitt (AAI bzw. ABI, ΛA2 bzw. Aß2) der beiden Ventile (41, 42) linear mit dem ihnen zugeführten Steuerdruck (pstlA bzw. PstlB/ Pst2A bzw. pst2ß) ändert .
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Steuerdruck (pstlA bzw. Pstlß) beaufschlagte Fläche des Schiebers (47) des ersten Ventils (41) gleich der von dem Steuerdruck (pst2A bzw. Pst2ß) beaufschlagten Fläche des Schiebers (50) des zweiten Ventils (42) ist.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des zweiten Ventils
(42) für den Steuerdruck (pst2A bzw. pst2ß) eine Ventilanordnung (65, 66; 68, 69) vorgeschaltet ist, über die ihm der Steuerdruck (pstlA/ Pstlß) für die Drehbewegung des Auslegers (12) oder der Steuerdruck (pst3A/ Pst3ß) für die Drehbewegung der Schaufel (14) zuführbar ist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Ventilanordnung als Wechselventil (65, 68) ausgebildet ist, dessen einem Eingang der Steuerdruck (PstlA/ Pstlß) für die Drehbewegung des Auslegers (12) zuführbar ist und dessen anderem Eingang der Steuerdruck (pst3A Pst3ß) für die Drehbewegung der Schaufel (14) zugeführt ist.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu dem ersten Eingang des Wechselventils (65, 68) führenden Steuerdruckleitung (56, 57) ein Schaltventil (66, 69) angeordnet ist, das in einer Stellung die Zuführung des Steuerdrucks (PstlA/ Pstlß) für die Drehbewegung des Auslegers (12) zu dem Eingang für den Steuerdruck (pst2A/
Pst2ß) des zweiten Ventils (42) unterbricht und gleichzeitig dem ersten Eingang des Wechselventils (65, 68) einen Druck (Tankdruck) zuführt, der kleiner als der jeweilige Steuerdruck (Pst3A/ Pst3ß) für die Drehbewegung der Schaufel (14) oder gleich diesem ist.
8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (69*, 68) die Zuführung des Steuerdrucks (pstlß) für die Drehbewegung des Auslegers (12) in Senkrichtung zu dem Eingang für den Steuer- druck (Pst2ß) des zweiten Ventils (42) unterbricht, wenn dieser Druck (pstlß) einen einstellbaren Wert (psts) über¬ schreitet .
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (66*) die Zuführung des Steuerdrucks (PstlA) für die Drehbewegung des Auslegers (12) in Hebenrichtung zu dem ersten Eingang des zugeordneten Wechsel- ventils (65) unterbricht, wenn der Druck (pstlß) für die
Drehbewegung des Auslegers (12) in Senkrichtung einen einstellbaren Wert (psts) überschreitet.
10. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (95) des Schiebers (50) des zweiten Ventils (42) so ausgebildet ist, daß bei einer Beaufschlagung des Schiebers (50) des zweiten Ventils (42) mit einem Steuerdruck (Pst2A, Pst2ß) der größer als der für die maximale Druckmittelmenge (Qimax) erforderliche Steuerdruck (PstlA(65%) / Pstlß(65%)) für das erste Ventil (41) ist, der Durchlaßquerschnitt (AA2/ ß2) des zweiten Ventils (42) mit steigendem Steuerdruck (pst2A, Pst2ß) stärker ansteigt als in dem Bereich unterhalb des für die maximale Druckmittelmenge (Qi) erforderlichen Steuerdrucks (pstlA(65l)/ PstlB (65%)) für das erste Ventil (41) .
11. Steuereinrichtung einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der auf den ersten Schieber (47) wirkenden Feder (48 bzw. 49) gleich der Federkonstante der auf den zweiten Schieber (50) wirkenden Feder (50, 51) ist.
12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer von einem mit einer ziehenden Last beaufschlagten Zylinder (18, 22) zum Tank (29) führenden Leitung (35, 39) ein vom Zulaufdruck gesteuertes Gegenhalteventil (91, 87) angeordnet ist.
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