WO2015106777A1 - Vorrichtung zum sperren und zum druckanpassen - Google Patents

Vorrichtung zum sperren und zum druckanpassen Download PDF

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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/85—Control during special operating conditions

Definitions

  • Such devices are used in construction machines, especially in wheel loaders. These machines include, inter alia, an actuator for a hoist with at least one piston-cylinder unit for raising and lowering a bucket of this hoist.
  • this loading shovel is exposed to different static and dynamic loads which have to be controlled by the actuator device.
  • the piston-cylinder unit which then functions as a lifting cylinder is generally locked in order to be able to use the full force of the working machine to pick up the payload.
  • the actuator should take the function of a spring-damper unit, to prevent the floating suspended in a constant position payload unintentionally swings up.
  • this working space of the actuator device is connected to the storage device at a higher working pressure than the accumulator pressure.
  • the valve device has a first logic element that compares the working pressure with the accumulator pressure for driving a control line of a second logic element of the valve device, which controls a possible fluid connection between the one working chamber and the storage device. In this way, the higher pressure of working pressure and accumulator pressure is applied to the second logic element in the reverse direction.
  • the second logic element closes particularly reliable and is kept closed even with particularly high loads of the actuator, for example, when retracting by means of the bucket of the hoist in a male payload with a wheel loader of the machine.
  • the actuator is formed from at least one hydraulic working cylinder whose piston side delimits one working space and whose rod side delimits another working space.
  • Alternative concepts use hydromotors at least partially instead of hydraulic working cylinders.
  • a third logic element of the valve device may be present, which is connected to the control line and which controls a fluid connection between the rod side and the discharge side. By the third logic element and the rod side is secured against leakage of fluid in the blocking mode of the device. In the spring-damper mode, fluid can be brought out of the further working space via the third logic element and, with a corresponding design of the discharge side, also be sucked into it.
  • a shutter or a flow control valve connected in the control line between the second logic element and the control valve.
  • the orifice or the flow control valve causes the fluid pressure upstream of the orifice or the flow control valve to be maintained at a high level until the accumulator has deflated so far that the accumulator pressure has dropped to the level of the working pressure. In this way, the second logic element - and possibly also the third logic element - held longer locked.
  • the storage device for a pressure supply of the same by means of a second control valve of the valve device, which is controlled by the pressure in the control line, connectable to the Druckmakerssein- direction.
  • This circuit allows charging of the memory device in lock-up mode and thus a significant increase in memory pressure.
  • the memory pressure can then be used extremely advantageous for blocking the second logic element and possibly also the third logic element. This allows a blocking of the actuator even at maximum load.
  • an additional supply device for additional supply of the actuator and other components of a working hydraulics, in particular for driving the hoist of the working machine.
  • This supply device can in particular Have directional control valves to selectively feed working fluid into one of the working spaces of the actuator or to discharge from this.
  • the supply device thus enables the control of the actuator device or of any further components of the working hydraulics.
  • the logic elements are formed from 2/2-way valves. The logic elements are characterized in that the fluid pressures applied to the fluid connections act in the opening direction of the valve and acts on the opposite control side of the fluid pressure from the control line, optionally reinforced by an energy storage in the closing direction.
  • the first control valve may be an electrically controllable 3/2-way valve and the second control valve may be a 2/2 way valve of a different type than the logic elements.
  • the 3/2-way valve makes it possible to connect the control line in a simple manner to the one working chamber of the actuator device or to the discharge side with full opening cross-section.
  • the 3/2-way valve is designed so that it can withstand any occurring working pressure of the actuator.
  • the storage device can advantageously be reloaded by a hydraulic pump (constant or control pump) of the pressure supply device with fluid presettable pressure.
  • Fig. 1 at least partially in the manner of a hydraulic block diagram, the application of a device according to the invention for locking and for pressure adjustment in a Hubtechnikaktua- gate device of a blade wheel loader; 2 is an enlarged view of the valve device of the device according to FIG. 1.
  • a device 10 for locking and for pressure adjustment for a hydraulically controllable actuator 12 in the form of a working cylinder 14 or generally a piston-cylinder unit of a hoist 16 a working machine 18, in the form of a blade wheel loader shown.
  • the actuator device could be designed as a hydraulic motor (not shown).
  • the piston-cylinder unit 14 has a first working chamber 20 on a piston side 19 and a second working chamber 22 on a rod side 21.
  • a supply device 28 is provided for a further, unspecified work hydraulics 30.
  • independently hydraulic fluid can be alternately brought into each of the working spaces 20, 22 and released from this again to move the components of the wheel loader 18 during operation, for example, to lift the bucket 26 or for dumping a payload 32 from the loading shovel 26.
  • the device 10 for locking and for pressure adjustment is connected to the actuator device 12.
  • This device 10 produces a fluid connection from the first working space 20 to a storage device 34 in a spring / damper mode or interrupts it in the blocking mode.
  • the second working space 22 of the actuator 12 can be connected to the discharge side 66, in particular a tank side, or in a blocking mode, this fluid connection can be blocked.
  • the device 10 has a valve device 38 shown enlarged in FIG. 2 with terminals 40, 46 for the working spaces 20 and 22, respectively.
  • the first working chamber 20 of the actuator device 12 is connected to a first fluid port 40 of the valve device 38.
  • the respectively prevailing at the first fluid port 40 fluid pressure is referred to as the working pressure.
  • the first fluid port 40 is further connectable via a second logic element 42 in the form of a 2/2-way valve to a storage port 44, to which the storage device 34 is connected.
  • the respectively prevailing at the storage port 44 fluid pressure is referred to as storage pressure.
  • the storage device 34 comprises three hydraulic accumulator of conventional design, such as piston accumulator.
  • the second working chamber 22 of the actuator device 12 is connected to a second fluid connection 46 of the valve device 38.
  • This second fluid connection 46 can be connected via a third logic element 48 in the form of a 2/2-way valve to an outlet connection 50 leading to the discharge side (tank) 66.
  • a first control valve 52 is connected to the first fluid connection 40.
  • the first control valve 52 is preferably designed as a 3/2-way valve.
  • a control line 60 is connected to the first fluid port 40.
  • an electrical actuating device (solenoid coil) 62 the first control valve 52 is switchable into a second control position counter to the action of a return spring 63, in which the control line 60 is connected to a further control unit.
  • Lassan gleich 64 is connected, in turn, the tank or discharge side 66 is connected.
  • the third logic element 48 is safely locked.
  • the fluid can flow out of the control line 60 to the discharge side 66 via the then switched valve 52 (left-hand switching representation) and the outlet connection 64 toward the tank.
  • the corresponding control sides 68, 70 of the second logic element 42 and of the third logic element 48 are relieved, so that these logic elements 42, 48 can move into the open position (not shown).
  • a first logic element 76 is provided in addition to the first check valve 56 in the connecting line 54 from the first fluid port 40 and the first control valve 52 in parallel.
  • the first logic element 76 has a fluid inlet 78, which is connected to the storage port 44.
  • a fluid outlet 80 of the first logic element 76 is connected to the control line 60.
  • the fluid pressures at the fluid inlet 78 and at the fluid outlet 80 of the first logic element 76 act on a valve piston 82 of this valve in the opening direction.
  • On the opposite control side 84 of the fluid iddruck act on the first fluid port 40 and an energy storage (compression spring) 86 in the reverse direction on the valve piston 82 of the first logic element 76 a.
  • a shutter 88 or a flow control valve (not shown) is connected.
  • the pressure at the first fluid connection 40 ie the working pressure in the working chamber 20 of the actuator device 12
  • the pressure prevailing at the reservoir connection 44 ie the accumulator pressure. If the accumulator pressure is higher than the working pressure, the first logic element 76 opens and fluid from the accumulator 34 flows into the control line 60.
  • the orifice 88 or the flow control valve in the control line 60 prevents the built-up Pressure on the control sides 68, 70 of the second logic element 42 and the third logic element 48 may drop as long as fluid flows from the memory device 34 via the first logic element 76 with higher pressure. Consequently, in the spring-damper mode, the fluid connections via the second logic element 42 and the third logic element 48 are kept locked until the storage device 34 has emptied so far that the accumulator pressure has approached the working pressure in the working space 20. When this pressure is reached, the first logic element 76 is then closed by its energy store 86.
  • a pressure regulating or limiting valve 98 as pressure closing valve, a second control valve 100 and a second, preferably spring-loaded check valve 102 is provided. Said valve 98 ensures that the storage device 34 can only be recharged up to a predefinable maximum storage pressure.
  • the second control valve 100 is, as shown, formed as a 2/2-way valve of a different type than the logic valves and is driven by the control line 60 with.
  • the second control valve 100 When the control line 60 is depressurized in the spring-damper mode, the second control valve 100 is locked due to the action of a return spring as shown, and the connection line 96 between the pressure supply port 90 and the storage port 44 is interrupted, so that in this mode Recharge the memory device 34 takes place.
  • the lock mode at least the working pressure, which may be higher than the accumulator pressure, is present in the control line 60, so that the second control valve 100 opens the connection line 96 in this mode and allows the accumulator 34 to be reloaded to a higher pressure level.
  • the second check valve 102 opens in the direction of the storage port 34 and thus prevents a possible, unwanted reflux of hydraulic fluid in the direction of the pressure supply port 90.
  • the second logic element 42 can be the piston side in the form of the first working space 20 of the lifting or working cylinder 14 with the individual Hyd- ro townn the memory device 34 and the third logic element 48, the ring side in the form of the second working space 22 of the working cylinder 14 with the tank, respectively the discharge side 66 connect.
  • the individual logic elements are controlled. If the 3/2-way or way switching valve in its in the figures shown, energized default position, the pressure in the first working chamber 20 via the check valve 56 and again via the 3/2-way valve 52 with the control surfaces 68 and 70 of the two logic elements 42 and 48 fluidly connected.
  • the said logic elements then block the connections to the accumulators of the storage device 34 or to the discharge side 66 without leakage oil.
  • the 2/2-way valve is switched to the open position (not shown) via this control pressure in the control line 60.
  • the memories of the memory device 34 are then from the working hydraulic (pressure supply means 94) via said 2/2-way valve 100 and the second check valve
  • the first logic element 76 compares the accumulator pressure of the accumulator 34 with the cylinder or working pressure prevailing in the first working space 20 of the working cylinder 14. If the accumulator pressure is above the cylinder or working pressure, then the first logic element 76 moves to an open position and to this extent directs the accumulator pressure to the control surfaces 68 and 70 of the second logic element 42 and the third logic element 48.
  • the aforementioned control surfaces 68, 70 are always included the highest pressure from the first working space 20 or the storage device 34 connected.
  • the first check valve 56 prevents a connection between the memory device 34 to the first working space 20 via the control line 60.
  • the second and third logic elements 42 and 48 are so far securely closed (lock mode).
  • the 3/2-way valve is then electrically switched via the actuator 62, with the result that the control line 60 is relieved to the tank or discharge side 66 out. Due to the discharge of the control line 60 is then under the action of the return spring
  • the inventive device 10 for locking and for pressure adjustment has the advantage that when switching the device 10 in a spring-damper mode, the accumulator pressure is first reduced to the pressure level of the first working chamber 20, which is to be connected to the memory device 34, and that the fluid connection between the working space 20 and the storage device 34 is produced only when this pressure level is reached.
  • the pressure level in the storage device 34 in the blocking mode can advantageously be substantially higher and be used for the hydraulic blocking of the actuator device 12.
  • the storage pressure in the storage device 34 can be further increased by recharging to a predefinable maximum storage pressure. In that regard, there is a jerk and inhibition-free operation with the device.
  • a device 10 is shown in this way, which withstands the highest loads in the blocking mode on the part of the actuator 12 and the loading bucket 26 loading them and with the same storage device 34 at a same, but also substantially lower pressure level in a spring-damper mode Suspension and damping of the hoist 16 and thus the loading shovel 26 provides for safe operation of the working machine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Sperren und zum Druckanpassen für eine hydraulisch ansteuerbare Aktuatoreinrichtung (12), insbesondere in Form eines Hubwerkes (16) einer Arbeitsmaschine (18), von der mindestens ein Arbeitsraum (20, 22) mittels einer Ventileinrichtung (38) wahlweise an eine Druckversorgungseinrichtung (94), die eine Speichereinrichtung (34) umfasst, oder an eine Ablassseite (66), insbesondere eine Tankseite, anschließbar ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer Steuerstellung der Ventileinrichtung (38) bei höherem Speicherdruck der Speichereinrichtung (34) als dem Arbeitsdruck in dem einen Arbeitsraum (20) der Aktuatoreinrichtung (12) dieser Speicherdruck zu der Ablassseite (66) hin bis zum Erreichen dieses Arbeitsdruckes entlastet ist.

Description

Vorrichtung zum Sperren und zum Druckanpassen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sperren und zum Druckanpassen für eine hydraulisch ansteuerbare Aktuatoreinrichtung, insbesondere in Form eines Hubwerkes einer Arbeitsmaschine, von der mindestens ein Arbeitsraum mittels einer Ventileinrichtung wahlweise an eine Druckversor- gungseinrichtung, die eine Speichereinrichtung umfasst, oder an eine Ablassseite, insbesondere eine Tankseite, anschließbar ist.
Derartige Vorrichtungen werden bei Baumaschinen, insbesondere bei Radladern, eingesetzt. Diese Arbeitsmaschinen umfassen unter anderem eine Aktuatoreinrichtung für ein Hubwerk mit mindestens einer Kolben-Zylinder- Einheit zum Anheben und Absenken einer Ladeschaufel dieses Hubwerkes. Diese Ladeschaufel ist im laufenden Betrieb der Arbeitsmaschine unterschiedlichen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt, die von der Aktuatoreinrichtung beherrscht werden müssen. So wird zum Beispiel zum Aufnehmen einer Nutzlast die dann als Hubzylinder fungierende Kol- ben-Zylinder-Einheit in der Regel gesperrt, um die volle Kraft der Arbeitsmaschine zum Aufnehmen der Nutzlast einsetzen zu können. Während der Fahrt mit angehobener Nutzlast soll jedoch die Aktuatoreinrichtung die Funktion einer Feder-Dämpfer-Einheit einnehmen, um zu verhindern, dass sich die schwebend nach Möglichkeit in einer konstanten Lage zu haltende Nutzlast ungewollt aufschwingt. Darüber hinaus ist Vorsorge für den Fall zu treffen, dass Überlastungen des Hubwerkes im Betrieb auftreten könnten. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Sperren und zum Druckanpassen für eine hydraulisch ansteuerbare Aktua- toreinrichtung aufzuzeigen, die in einer Steuerstellung zur Aufnahme der Nutzlast sicher sperrbar ist und in dieser oder einer weiteren Steuerstellung eine wirksame Feder-Dämpfer-Charakteristik aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Sperren und zum Druckanpassen mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 10 hervor. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ist vorgesehen, dass in einer Steuerstellung der Ventileinrichtung bei höherem Speicherdruck in der Speichereinrichtung als dem Arbeitsdruck in dem einen Arbeitsraum der Aktuatoreinrichtung dieser Speicherdruck zu der Ablassseite hin bis zum Erreichen des Arbeitsdruckes entlastet ist. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass beim Umschalten der Vorrichtung aus ihrer Sperrstellung in einen Feder-Dämpfer-Modus der Speicherdruck zunächst auf das Druckniveau des Arbeitsraumes reduziert wird, der mit der Speichereinrichtung verbunden werden soll, und dass bei Erreichen dieses Druckniveaus die Fluidverbindung zwischen dem Arbeitsraum und der Speichereinrichtung hergestellt wird. Auf diese Weise kann das Druckniveau in der Speichereinrichtung im Sperrmodus vorteilhaft wesentlich höher gewählt sein und zur hydraulischen Sperrung der Aktuatoreinrichtung ausschließlich herangezogen werden.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass anschließend, respektive zeitlich zu diesem Vorgang nachfolgend, in dieser Steuerstellung dieser Arbeitsraum der Aktuatoreinrichtung, bei einem höheren Arbeitsdruck als dem Speicherdruck, mit der Speichereinrichtung fluidführend verbunden ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung ein erstes Logikelement aufweist, das den Arbeitsdruck mit dem Speicherdruck zum Ansteuern einer Steuerleitung eines zweiten Logikelements der Ventileinrichtung vergleicht, das eine mögliche Fluidverbin- dung zwischen dem einen Arbeitsraum und der Speichereinrichtung ansteuert. Auf diese Weise steht am zweiten Logikelement in Sperrrichtung jeweils der höhere Druck von Arbeitsdruck und Speicherdruck an. Somit schließt das zweite Logikelement besonders verlässlich und wird auch bei besonders hohen Belastungen der Aktuatoreinrichtung zum Beispiel beim Einfahren mittels der Schaufel des Hubwerkes in eine aufzunehmende Nutzlast mit einem Radlader der Arbeitsmaschine geschlossen gehalten.
Vorteilhaft ist in die Steuerleitung ein erstes Steuerventil der Ventileinrichtung geschaltet, das in einer ersten Steuerstellung, im sogenannten Feder- Dämpfer-Modus, eine fluidführende Verbindung zur Ablassseite herstellt und das in einer zweiten Steuerstellung, im sogenannten Sperrmodus, die Steuerleitung an den Arbeitsdruck des einen Arbeitsraums der Aktuatoreinrichtung anschließt. Mithin wird im Feder-Dämpfer-Modus die Steuerleitung druckentlastet, so dass das zweite Logikelement nach dem Druckabbau geöffnet und der eine Arbeitsraum mit der Speichereinrichtung verbunden wird. In der Sperrstellung steht in Schließrichtung des zweiten Logikelements zumindest der Arbeitsdruck an, der in Verbindung mit einem Energiespeicher für eine sichere Sperrung der Fluidverbindung über das zweite Logikelement sorgt.
Bevorzugt ist der Aktuator aus mindestens einem hydraulischen Arbeitszy- linder gebildet, dessen Kolbenseite den einen Arbeitsraum mit begrenzt und dessen Stangenseite einen weiteren Arbeitsraum mit begrenzt. Alternative Konzepte setzen anstelle von hydraulischen Arbeitszylindern zumindest teilweise auch Hydromotoren ein. Weiterhin kann für die Ansteuerung der Stangenseite des Arbeitszylinders ein drittes Logikelement der Ventileinrichtung vorhanden sein, das an die Steuerleitung angeschlossen ist und das eine Fluidverbindung zwischen Stangenseite und Ablassseite ansteuert. Durch das dritte Logikelement wird auch die Stangenseite gegen ein Abfließen von Fluid im Sperrmodus der Vorrichtung gesichert. Im Feder-Dämpfer-Modus kann über das dritte Logikelement Fluid aus dem weiteren Arbeitsraum gebracht und bei entsprechender Gestaltung der Ablassseite auch in diesen nachgesaugt werden.
Besonders bevorzugt ist in die Steuerleitung zwischen dem zweiten Logik- element und dem Steuerventil eine Blende oder ein Strom regelventil geschaltet. Die Blende oder das Stromregelventil bewirkt, dass der Fluiddruck stromauf der Blende oder des Stromregelventils solange auf einem hohen Niveau gehalten wird, bis sich die Speichereinrichtung soweit entleert hat, dass der Speicherdruck auf das Niveau des Arbeitsdrucks abgefallen ist. Auf diese Weise wird das zweite Logikelement - und gegebenenfalls auch das dritte Logikelement - länger gesperrt gehalten.
Vorteilhaft ist die Speichereinrichtung für eine Druckversorgung derselben mittels eines zweiten Steuerventils der Ventileinrichtung, das von dem Druck in der Steuerleitung ansteuerbar ist, mit der Druckversorgungsein- richtung verbindbar. Diese Schaltung ermöglicht ein Aufladen der Speichereinrichtung im Sperrmodus und somit eine signifikante Erhöhung des Speicherdrucks. Der Speicherdruck kann dann äußerst vorteilhaft zur Sperrung des zweiten Logikelements und ggf. auch des dritten Logikelements eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine Sperrung der Aktuatoreinrichtung auch bei höchster Belastung.
Bevorzugt ist eine zusätzliche Versorgungseinrichtung zur zusätzlichen Versorgung der Aktuatoreinrichtung und weiterer Komponenten einer Arbeitshydraulik, insbesondere zum Ansteuern des Hubwerkes der Arbeitsmaschine, vorgesehen. Diese Versorgungseinrichtung kann insbesondere Wegeventile aufweisen, um gezielt Arbeitsfluid in einen der Arbeitsräume der Aktuatoreinrichtung einzuspeisen bzw. aus diesem abzulassen. Die Versorgungseinrichtung ermöglicht somit die Steuerung der Aktuatoreinrichtung bzw. von etwaig weiteren Komponenten der Arbeitshydraulik. Bevorzugt sind die Logikelemente aus 2/2-Wegeventilen gebildet. Die Logikelemente zeichnen sich dadurch aus, dass die an den Fluidanschlüssen anstehenden Fluiddrücke in Öffnungsrichtung des Ventils wirken und auf der gegenüberliegenden Steuerseite der Fluiddruck aus der Steuerleitung, gegebenenfalls verstärkt durch einen Energiespeicher, in Schließrichtung einwirkt.
Das erste Steuerventil kann ein elektrisch ansteuerbares 3/2-Wegeventil und das zweite Steuerventil ein 2/2 -Wegeventil einer anderen Art als die der Logikelemente sein. Das 3/2 Wegeventil ermöglicht es, die Steuerleitung auf einfache Weise mit dem einen Arbeitsraum der Aktuatoreinrichtung bzw. mit der Ablassseite bei vollem Öffnungsquerschnitt zu verbinden. Dabei ist das 3/2-Wegeventil so ausgebildet, dass es jedem auftretenden Arbeitsdruck der Aktuatoreinrichtung standhalten kann. Über das 2/2- Wegeventil kann die Speichereinrichtung vorteilhaft durch eine Hydro- pumpe (Konstant- oder Regelpumpe) der Druckversorgungseinrichtung mit Fluid vorgebbaren Druckes nachgeladen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zumindest teilweise in der Art eines hydraulischen Blockschaltbildes die Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Sperren und zum Druckanpassen bei einer Hubwerkaktua- toreinrichtung eines Schaufel-Radladers; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Ventileinrichtung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 .
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Sperren und zum Druckanpassen für eine hydraulisch ansteuerbare Aktuatoreinrichtung 12 in Form eines Arbeitszylinders 14 oder allgemein einer Kolben-Zylinder- Einheit eines Hubwerkes 16 einer Arbeitsmaschine 18, in Form eines Schaufel-Radladers, gezeigt. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass die Aktuatoreinrichtung als Hydromotor (nicht dargestellt) ausgebildet sein könnte. Die Kolben-Zylinder-Einheit 14 weist auf einer Kolbenseite 19 einen ersten Arbeitsraum 20 und auf einer Stangenseite 21 einen zweiten Arbeitsraum 22 auf. Zum Bewegen der Kolbenstangeneinheit des Zylinders 14 und der daran befestigten Ladeschaufel 26 als Teil des Hubwerkes 16 des Radladers 18 ist eine Versorgungseinrichtung 28 einer weiteren, nicht näher erläuter- ten Arbeitshydraulik 30 vorgesehen. Über die Arbeitshydraulik 30 kann, von einem Bediener gesteuert, eigenständig Hydraulikflüssigkeit wechselweise in jeweils einen der Arbeitsräume 20, 22 gebracht bzw. aus diesen wieder abgelassen werden, um die Komponenten des Radladers 18 im Betrieb gezielt zu bewegen, beispielsweise zum Anheben der Ladeschaufel 26 oder zum Auskippen einer Nutzlast 32 aus der Ladeschaufel 26.
Überlagert zu dieser Arbeitshydraulik 30 ist die Vorrichtung 10 zum Sperren und zum Druckanpassen an die Aktuatoreinrichtung 12 angeschlossen. Diese Vorrichtung 10 stellt je nach Bedarf in einem Feder-Dämpfer-Modus eine Fluidverbindung vom ersten Arbeitsraum 20 zu einer Speichereinrich- tung 34 her oder unterbricht diese im Sperrmodus. Gleichfalls kann im Feder-Dämpfer-Modus der zweite Arbeitsraum 22 der Aktuatoreinrichtung 12 mit der Ablassseite 66, insbesondere einer Tankseite, verbunden bzw. in einem Sperrmodus diese Fluidverbindung gesperrt werden. Die Vorrichtung 10 weist eine in der Fig. 2 vergrößert dargestellte Ventileinrichtung 38 mit Anschlüssen 40, 46 für die Arbeitsräume 20 bzw. 22 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Arbeitsraum 20 der Aktuatoreinrichtung 12 an einen ersten Fluidanschluss 40 der Ventileinrich- tung 38 angeschlossen. Der jeweils am ersten Fluidanschluss 40 herrschende Fluiddruck wird als der Arbeitsdruck bezeichnet. Der erste Fluidanschluss 40 ist weiter über ein zweites Logikelement 42 in Form eines 2/2- Wegeventils mit einem Speicheranschluss 44, an den die Speichereinrichtung 34 angeschlossen ist, verbindbar. Der am Speicheranschluss 44 jeweils herrschende Fluiddruck wird als Speicherdruck bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Speichereinrichtung 34 drei Hydro- speicher üblicher Bauart, wie beispielsweise Kolbenspeicher.
Parallel zum ersten Fluidanschluss 40 verlaufend ist der zweite Arbeitsraum 22 der Aktuatoreinrichtung 12 an einen zweiten Fluidanschluss 46 der Ven- tileinrichtung 38 angeschlossen. Dieser zweite Fluidanschluss 46 ist über ein drittes Logikelement 48 in Form eines 2/2 -Wegeventils mit einem Ab- lassanschluss 50 verbindbar, der zu der Ablassseite (Tank) 66 führt.
Neben dem zweiten Logikelement 42 ist an den ersten Fluidanschluss 40 noch ein erstes Steuerventil 52 anschlössen. In der Verbindungsleitung 54 vom ersten Fluidanschluss 40 zum ersten Steuerventil 52 führend sind des Weiteren ein zum ersten Steuerventil 52 hin öffnendes erstes, vorzugweise federbelastetes Rückschlagventil 56 und eine diesem ersten Rückschlagventil 56 nachgeschaltete Blende 58 oder Drossel vorhanden. Das erste Steuerventil 52 ist bevorzugt als ein 3/2-Schaltventil ausgeführt. In der dargestell- ten, stromlosen ersten Steuerstellung des ersten Steuerventils 52 wird eine Steuerleitung 60 mit dem ersten Fluidanschluss 40 verbunden. Mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung (Magnetspule) 62 ist das erste Steuerventil 52 in eine zweite Steuerstellung entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 63 schaltbar, in der die Steuerleitung 60 mit einem weiteren Ab- lassanschluss 64 verbunden ist, an den wiederum die Tank- oder Ablassseite 66 angeschlossen ist.
Über die Steuerleitung 60 sind die Steuerseiten 68, 70 des zweiten Logikelements 42 bzw. des dritten Logikelements 48 mit dem ersten Steuerventil 52 in seiner in den Figuren gezeigten Schaltstellung permanent verbunden. Dementsprechend können diese Steuerseiten 68, 70 im Sperrmodus mit dem Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 40 beaufschlagt werden. Da dieser Fluiddruck beim zweiten Logikelement 42 sowohl in Öffnungsrichtung als auch in Sperrrichtung ansteht und ein Ventilkolben 72 des zweiten Lo- gikelements 42 zudem durch einen Energiespeicher (Druckfeder) 74 in Schließrichtung beaufschlagt ist, ist das zweite Logikelement 42 in seiner Sperrstellung sicher geschlossen. Gleichfalls ist das dritte Logikelement 48 in Schließrichtung vom Fluiddruck am ersten Fluidanschluss 40 in Sperrrichtung und von einem wesentlich geringeren Fluiddruck am zweiten Fluidanschluss 46 in Öffnungsrichtung beaufschlagbar. Im Sperrmodus ist deshalb auch das dritte Logikelement 48 sicher gesperrt. Im Feder-Dämpfer- Modus hingegen kann das Fluid aus der Steuerleitung 60 zur Ablassseite 66 über das dann geschaltete Ventil 52 (linke Schaltdarstellung) und den Ab- lassanschluss 64 hin zum Tank abfließen. Auf diese Weise werden die ent- sprechenden Steuerseiten 68, 70 des zweiten Logikelements 42 bzw. des dritten Logikelements 48 entlastet, so dass diese Logikelemente 42, 48 in die Offenstellung (nicht dargestellt) übergehen können.
Um die Sperrung des zweiten Logikelements 42 und des dritten Logikelements 48 auch bei höherer Belastung in jedem Fall sicherzustellen, ist vor- gesehen, die Steuerseiten 68, 70 dieser Logikelemente 42, 48 mit dem jeweils höheren der Drücke am ersten Fluidanschluss 40 und am Speicheran- schluss 44 zu beaufschlagen. Hierzu ist in Ergänzung zu dem ersten Rückschlagventil 56 in der Verbindungsleitung 54 vom ersten Fluidanschluss 40 und dem ersten Steuerventil 52 in Parallelschaltung ein erstes Logikelement 76 vorgesehen. Das erste Logikelement 76 weist einen Fluideingang 78 auf, der mit dem Speicheranschluss 44 verbunden ist. Ein Fluidausgang 80 des ersten Logikelements 76 ist an die Steuerleitung 60 angeschlossen. Die Flu- iddrücke am Fluideingang 78 und am Fluidausgang 80 des ersten Logikelements 76 beaufschlagen einen Ventilkolben 82 dieses Ventils in Öff- nungsrichtung. Auf der gegenüberliegenden Steuerseite 84 wirken der Flu- iddruck am ersten Fluidanschluss 40 und ein Energiespeicher (Druckfeder) 86 in Sperrrichtung auf den Ventilkolben 82 des ersten Logikelements 76 ein.
Weiter ist in die Steuerleitung 60 zwischen den Logikelementen 42, 48, 76 und dem ersten Steuerventil 52 eine Blende 88 oder ein Stromregelventil (nicht dargestellt) geschaltet. Am ersten Logikelement 76 wird ständig der Druck am ersten Fluidanschluss 40, also der Arbeitsdruck im Arbeitsraum 20 der Aktuatoreinrichtung 12, mit dem am Speicheranschluss 44 herrschenden Druck, also dem Speicherdruck, verglichen. Ist der Speicherdruck höher als der Arbeitsdruck, öffnet das erste Logikelement 76 und Fluid aus der Speichereinrichtung 34 strömt in die Steuerleitung 60 ein. Das erste Rückschlagventil 56 verhindert dabei im Sperrmodus, wobei das erste Steuerventil 52 stromlos in der gezeigten Schaltstellung gehalten ist und dabei die Steuerleitung 60 mit dem ersten Fluidanschluss 40 verbindet, dass Fluid auf diesem Wege von der Speichereinrichtung 34 zum ersten Fluidanschluss 40 und weiter zur Aktuatoreinrichtung 12 strömen kann. In Sperrrichtung des zweiten Logikelements 42 und des dritten Logikelements 48 steht nun statt des niedrigeren Arbeitsdrucks der demgegenüber höhere Speicherdruck an. Das zweite Logikelement 42 und das dritte Logikelement 48 sind deshalb dicht geschlossen und bleiben auch bei höheren Belastungen und etwaigen Druckstößen von Seiten der Aktuatoreinrichtung 12 in der gezeigten geschlossenen Stellung.
Im Feder-Dämpfer-Modus, in dem das erste Steuerventil 52 die Steuerleitung 60 in Richtung der Ablassseite 66 entlastet, verhindert die Blende 88 oder das Stromregelventil in der Steuerleitung 60, dass der aufgebaute Druck auf die Steuerseiten 68, 70 des zweiten Logikelements 42 bzw. des dritten Logikelements 48 abfallen kann, solange noch Fluid aus der Speichereinrichtung 34 über das erste Logikelement 76 mit höherem Druck nachströmt. Mithin werden im Feder-Dämpfer-Modus die Fluidverbindun- gen über das zweite Logikelement 42 und das dritte Logikelement 48 solange gesperrt gehalten, bis sich die Speichereinrichtung 34 soweit entleert hat, dass der Speicherdruck dem Arbeitsdruck im Arbeitsraum 20 sich angenähert hat. Bei Erreichen dieses Drucks wird das erste Logikelement 76 dann durch dessen Energiespeicher 86 geschlossen. Dies bewirkt wiede- rum, dass der Fluiddruck in der gesamten Steuerleitung.60 bis auf den Druck an der Ablassseite 66 (Tankdruck) abfällt und das zweite Logikelement 42 und das dritte Logikelement 48 in die Offenstellung übergehen. Auf diese Weise wird der kolbenseitige erste Arbeitsraum 20 mit der Speichereinrichtung 34 fluidführend verbunden und die angestrebte Feder- Dämpfer-Wirkung des Hubwerks 16 stellt sich ein, wobei der zweite Arbeitsraum 22 (Stangenseite) über die Versorgungseinrichtung 28 der Arbeitshydraulik 30 im Bedarfsfall mit Fluid nachversorgt werden kann.
Somit wird in einer Steuerstellung der Ventileinrichtung 38, die dem Feder- Dämpfer-Modus entspricht, der Speicherdruck bei höherem Speicherdruck der Speichereinrichtung 34 als dem Arbeitsdruck in dem einen Arbeitsraum 20 der Aktuatoreinrichtung 12 zu der Ablassseite 66 hin bis zum Erreichen dieses Arbeitsdruckes entlastet und in dieser Steuerstellung wird dieser Arbeitsraum 20 bei höherem Arbeitsdruck in dem einen Arbeitsraum 20 als dem Speicherdruck mit der Speichereinrichtung 34 fluidführend verbunden. Für eine Nachladung der Speichereinrichtung 34 ist vorgesehen, diese über einen Druckversorgungsanschluss 90 an eine Hydropumpe 92 einer weiteren Druckversorgungseinrichtung 94 als Bestandteil der bereits vorgestellten Arbeitshydraulik 30 anzuschließen. In die Verbindungsleitung 96 vom Druckversorgungsanschluss 90 kommend in Richtung des Speicheran- Schlusses 44 sind ein Druckregel- oder Begrenzungsventil 98 als Druck- schließventil, ein zweites Steuerventil 100 und ein zweites, vorzugsweise federbelastetes Rückschlagventil 102 vorgesehen. Das genannte Ventil 98 stellt sicher, dass die Speichereinrichtung 34 nur bis zu einem vorgebbaren maximalen Speicherdruck nachgeladen werden kann. Das zweite Steuer- ventil 100 ist, wie dargestellt, als 2/2-Wegeventil anderer Bauart als die Logikventile ausgebildet und wird von der Steuerleitung 60 mit angesteuert. Ist die Steuerleitung 60 im Feder-Dämpfer-Modus druckentlastet, ist das zweite Steuerventil 100 aufgrund der Wirkung einer Rückstellfeder, wie dargestellt, gesperrt und die Verbindungsleitung 96 zwischen dem Druck- versorgungsanschluss 90 und dem Speicheranschluss 44 ist unterbrochen, so dass in diesem Modus keine Nachladung der Speichereinrichtung 34 stattfindet. Im Sperrmodus steht in der Steuerleitung 60 zumindest der Arbeitsdruck, der höher sein kann als der Speicherdruck, an, so dass das zweite Steuerventil 100 in diesem Modus die Verbindungsleitung 96 öffnet und das Nachladen der Speichereinrichtung 34 auf ein höheres Druckniveau ermöglicht. Das zweite Rückschlagventil 102 öffnet in Richtung des Speicheranschlusses 34 und verhindert somit einen eventuellen, ungewollten Rückfluss von Hydraulikflüssigkeit in Richtung des Druckversorgungsanschlusses 90. Im Betrieb der Vorrichtung ergibt sich somit folgender Ablauf: Über das zweite Logikelement 42 lässt sich die Kolbenseite in Form des ersten Arbeitsraumes 20 des Hub- oder Arbeitszylinders 14 mit den einzelnen Hyd- rospeichern der Speichereinrichtung 34 und über das dritte Logik-element 48 die Ringseite in Form des zweiten Arbeitsraumes 22 des Arbeitszylinders 14 mit dem Tank, respektive der Ablassseite 66 verbinden. Über das angesprochene 3/2 -Wegeventil 52 werden die einzelnen Logikelemente gesteuert. Ist das 3/2-Wege- oder Wegeschaltventil in seiner in den Figuren gezeigten, unbestromten Grundstellung, wird der Druck im ersten Arbeitsraum 20 über das Rückschlagventil 56 und wiederum über das 3/2- Wegeventil 52 mit den Steuerflächen 68 und 70 der beiden Logikelemente 42 bzw. 48 fluidführend verbunden. Die genannten Logikelemente sperren dann die Verbindungen zu den Speichern der Speichereinrichtung 34 bzw. zur Ablassseite 66 hin leckölfrei ab. Gleichzeitig wird auch das 2/2-Wege- ventil über diesen Steuerdruck in der Steuerleitung 60 in die geöffnete Stel- lung (nicht dargestellt) geschaltet. Die Speicher der Speichereinrichtung 34 werden dann aus der Arbeitshydraulik (Druckversorgungseinrichtung 94) über das genannte 2/2-Wegeventil 100 und das zweite Rückschlagventil
102 auf den Systemdruck oder, bei Verwendung eines Druckschließventils in der Art eines Druckregel- oder Druckbegrenzungsventils 98, auf einen maximalen Ladedruck in Abhängigkeit der Einstellung am Ventil 98 geladen.
Das erste Logikelement 76 vergleicht den Speicherdruck der Speichereinrichtung 34 mit dem Zylinder- oder Arbeitsdruck, wie er im ersten Arbeitsraum 20 des Arbeitszylinders 14 herrscht. Liegt der Speicherdruck über dem Zylinder- oder Arbeitsdruck, so geht das erste Logikelement 76 in eine geöffnete Position und leitet insoweit den Speicherdruck auf die Steuerflächen 68 und 70 von zweitem Logikelement 42 bzw. drittem Logikelement 48. Die genannten Steuerflächen 68, 70 sind immer mit dem höchsten Druck aus dem ersten Arbeitsraum 20 oder der Speichereinrichtung 34 ver- bunden. Das erste Rückschlagventil 56 verhindert dabei eine Verbindung zwischen der Speichereinrichtung 34 zum ersten Arbeitsraum 20 über die Steuerleitung 60. Die zweiten und dritten Logikelemente 42 und 48 sind insoweit dann sicher geschlossen (Sperrmodus).
Zum Zuschalten der einzelnen Speicher der Speichereinrichtung 34 (Feder- Dämpfer-Modus) wird das 3/2-Wegeventil dann über die Betätigungseinrichtung 62 elektrisch geschaltet mit der Folge, dass die Steuerleitung 60 zur Tank- oder Ablassseite 66 hin entlastet wird. Aufgrund der Entlastung der Steuerleitung 60 wird dann auch unter der Wirkung der Rückstellfeder
103 das 2/2-Wegeventil 100 in seine in den Figuren dargestellte geschlos- sene oder Sperrposition gebracht und sperrt insoweit die Speicherladung der Speichereinrichtung 34 von der Arbeitshydraulik 30 mit der Druckversorgungseinrichtung 94 ab.
Liegt der Speicherdruck nun über dem Arbeits- oder Zylinderdruck im Arbeitsraum 20, ist das erste Logikelement 76 in der geöffneten Position. Der Druck der Speichereinrichtung 34 wird dann über die Blende 88 kontrolliert abgelassen. Der Staudruck vor der Blende 88 hält die zweiten und dritten Logikelemente 42 und 48 während der Speicherentladung noch in geschlossener Position. Ist der Speicherdruck auf den Arbeits- oder Zylinderdruck abgelassen, dann schließt das erste Logikelement 76 und die Steuer- flächen 68, 70 der beiden Logikelemente 42 bzw. 48 werden auf Tankdruck zur Ablassseite 66 hin entlastet und öffnen die Verbindung des Huboder Arbeitszylinders 14 zu den Speichern der Speichereinrichtung 34 und dem Tank oder der Ablassseite 66. Insoweit ist der Hub- oder Arbeitszylinder 14 mit seinem Arbeitsraum 20 dann mit den Speichern der Speicherein- richtung 34 verbunden und der weitere Arbeitsraum 22 über den Ablassan- schluss 50 mit dem Tank.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Sperren und zum Druckanpassen hat den Vorteil, dass beim Umschalten der Vorrichtung 10 in einen Feder-Dämpfer-Modus der Speicherdruck zunächst bis auf das Druckniveau des ersten Arbeitsraumes 20 reduziert wird, der mit der Speichereinrichtung 34 verbunden werden soll, und dass erst bei Erreichen dieses Druckniveaus die Fluidverbindung zwischen dem Arbeitsraum 20 und der Speichereinrichtung 34 hergestellt wird. Auf diese Weise kann das Druckniveau in der Speichereinrichtung 34 im Sperrmodus vorteilhaft wesentlich höher sein und zur hydraulischen Sperrung der Aktuatoreinrichtung 12 herangezogen werden. Um die Sperrwirkung zu verstärken kann der Speicherdruck in der Speichereinrichtung 34 zusätzlich durch eine Nachladung auf einen vorgebbaren maximalen Speicherdruck weiter erhöht werden. Insoweit ergibt sich ein ruck- und hemmnisfreier Betrieb mit der Vorrichtung. Insgesamt ist auf diese Weise eine Vorrichtung 10 aufgezeigt, die im Sperrmodus höchsten Belastungen von Seiten der Aktuatoreinrichtung 12 und der sie belastenden Ladeschaufel 26 standhält und mit der gleichen Speichereinrichtung 34 auf einem gleichen, aber auch wesentlich niedrigeren Druckniveau in einem Feder-Dämpfer-Modus eine Federung und Dämpfung des Hubwerkes 16 und damit der Ladeschaufel 26 für einen sicheren Betrieb der Arbeitsmaschine bereitstellt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Vorrichtung zum Sperren und zum Druckanpassen für eine hydraulisch ansteuerbare Aktuatoreinrichtung (12), insbesondere in Form eines Hubwerkes (16) einer Arbeitsmaschine (18), von der mindestens ein Arbeitsraum (20, 22) mittels einer Ventileinrichtung (38) wahlweise an eine Druckversorgungseinrichtung (94), die eine Speichereinrichtung (34) umfasst, oder an eine Ablassseite (66), insbesondere eine Tankseite, anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Steuerstellung der Ventileinrichtung (38) bei höherem Speicherdruck der Speichereinrichtung (34) als dem Arbeitsdruck in dem einen Arbeitsraum (20) der Aktuatoreinrichtung (12) dieser Speicherdruck zu der Ablassseite (66) hin bis zum Erreichen dieses Arbeitsdruckes entlastet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass danach in dieser Steuerstellung der eine Arbeitsraum (20) der Aktuatoreinrichtung (12), bei höherem Arbeitsdruck in diesem einen Arbeitsraum (20) als dem Speicherdruck, mit der Speichereinrichtung (34) fluidführend verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (38) ein erstes Logikelement (76) aufweist, das den Arbeitsdruck mit dem Speicherdruck vergleicht zwecks Ansteuern einer Steuerleitung (60) eines zweiten Logikelements (42) der Ventileinrichtung (38), das eine mögliche Fluidverbindung zwischen dem einen Arbeitsraum (20) und der Speichereinrichtung (34) ansteuert.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerleitung (60) ein erstes Steuerventil (52) der Ventileinrichtung (38) geschaltet ist, das in einer ersten Steuerstellung eine fluidführende Verbindung zur Ablassseite (66) herstellt, und das in einer zweiten Steuerstellung die Steuerleitung (60) an den Arbeitsdruck des einen Arbeitsraums (20) der Aktuatoreinrichtung (1 2) anschließt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (12) aus mindestens einem hydraulischen Arbeitszylinder (14) gebildet ist, dessen Kolbenseite (19) den einen Arbeitsraum (20) mit begrenzt und dessen Stangenseite (21 ) einen weiteren Arbeitsraum (22) mit begrenzt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ansteuerung der Stangenseite (21 ) des Arbeitszylinders (14) ein drittes Logikelement (48) der Ventileinrichtung (38) vorhanden ist, das über die Steuerleitung (60) betätigbar ist, und dass die Fluidverbindung zwischen Stangenseite (21 ) und Ablassseite (66) ansteuert.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerleitung (60) zwischen dem zweiten Logikelement (42) und dem Steuerventil (52) eine Blende (88) oder ein Strom rege Iventil geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (34) für eine Druckversorgung der Speichereinrichtung (34) mittels eines zweiten Steuerventils (100) der Ventileinrichtung (38), das von dem Druck in der Steuerleitung (60) ansteuerbar ist, mit der Druckversorgungseinrichtung (94) verbindbar ist. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Versorgungseinrichtung (28) für eine zusätzliche Versorgung der Aktuatoreinrichtung (12) und weiterer Komponenten einer Arbeitshydraulik (30), insbesondere zum Ansteuern des Hubwerkes (16) der Arbeitsmaschine (18), vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Logikelemente (42, 48, 76) aus 2/2- Wegeventilen gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuerventil (52) ein proportional ansteuerbares 3/2-Wegeventil und das zweite Steuerventil (100) eine andere Art eines 2/2-Wegeventils ist.
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