STEUERUNG FÜR DIE SCHAUFELKLAPPE EINER BAUMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Steuerung für die Schaufelklappe einer Baumaschine, insbesondere eines Baggers, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

[0002] Zur Ansteuerung der Schaufelklappe, die in der Regel mittels eines oder mehrerer Hydraulikzylinder betätigt wird, kommen bisher Fußpedale zur Anwendung. Nachteilig ist hierbei festzustellen, daß infolge des manuell zu bedienenden Fußpedals keine sensible Betätigung der Hydraulikzylinder und demzufolge auch der Klappe gegeben ist, so daß die Schaufelklappe vielfach ungedämpft in ihren Endpositionen zur Anlage kommt.

[0003] Somit liegt es im Erfahrungsbereich des Baumaschinenführers, wie lange er das Pedal betätigt, um unerwünschte Schläge in den Endlagen der Schaufelklappe zu vermeiden.

[0004] Eine Steuerung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ist aus US-A-3,487,958 bekannt. Bei dieser Steuerung wird die Funktion des Fußhebels durch eine elektrische Steuerung ersetzt, die jedoch noch weiter verbesserungswürdig ist.

[0005] Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Steuerung für die Schaufelklappe einer Baumaschine, insbesondere eines Baggers, zu konzipieren, durch welche einerseits ein einfach wirkendes Steuerungsschema erreicht wird und andererseits Schäden im Bereich der Hydraulik und/oder der Schaufelklappe beim Einfahren in den jeweiligen Anschlag sicher vermieden werden.

[0006] Dieses Ziel wird mit einer Steuerung der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß gelöst durch ein Proportionalventil, das in Wirkverbindung mit einem die Funktionen Schaufelklappe öffnen und Schaufelklappe schließen auslösenden Wechselventil steht, wobei die Betätigung des Wechselventils über das Stromstoßrelais mit Wechselkontakt erfolgt.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0008] Die Funktion des Fußhebels wird somit durch eine halbintelligente bzw. intelligente Steuerung ersetzt. Im Bereich der Fahrerkabine, vorzugsweise im Bereich mindestens eines dort vorgesehenen Handhebels, wird mindestens ein Taster vorgesehen, der elektrisch mit einem Mikroprozessor (Steuerungseinrichtung) verbunden ist. Bei Betätigung des Tasters gibt der Mikroprozessor eine vorgebbare zeitabhängige Stromrampe aus, die elektrisch auf den Magneten mindestens eines Proportionalventils und anschließend hydraulisch auf den Steuerschieber und somit auf den Klappenzylinder einwirkt. Da die Schaufelklappe in zwei Richtungen zu bewegen ist, können entweder zwei Proportionalventile oder aber ein Proportionalventil in Verbindung mit einem Wechselventil zum Einsatz gelangen. Dies ist auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen. Der Fußschalter kann beibehalten werden, um ein Säubern der Schaufel zwischendurch durch schlagartiges Öffnen und Schließen der Klappe zu ermöglichen. Dies insbesondere bei der Handhabung von zum Kleben neigenden Materialien.

[0009] Bei Bedarf kann in der jeweiligen Endposition ein Druckschalter vorgesehen werden, damit die Steuerung die Endposition erkennt und ein gedämpfter Betriebszustand eingeleitet werden kann. Sämtliche Parameter, wie Zeit, Weg, Endlagendämpfung oder dgl., können in die Steuerung einprogrammiert werden, um auf diese Art und Weise eine problemlose Ansteuerung der Schaufelklappe herbeizuführen und unnötige Beschädigungen, insbesondere beim Einlaufen der Schaufelklappe in den jeweiligen Endbereich, zu vermeiden.

[0010] Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1 bis 3 -

Verschiedene Ausführungsformen einer Steuerung zur Betätigung der Schaufelklappe einer Baumaschine

[0011] Figur 1 zeigt als Prinzipskizze die erfindungsgemäße Steuerung für die Schaufelklappe 1 einer nicht weiter dargestellten Baumaschine, insbesondere eines Baggers. Die Schaufelklappe 1 ist gelenkig um den Anlenkpunkt 2 der Klappschaufel 3 schwenkbar, wobei die Betätigung mittels eines hier nur schematisch angedeuteten Hydraulikzylinders 4 erfolgt, der im rückwärtigen Bereich 5 der Schaufelklappe 1 über seine Kolbenstange 6 angelenkt ist. Der Öffnungs- bzw. Schließweg ist mit s angedeutet, während der Schwenkwinkel mit dem Bezugszeichen alpha versehen ist. Der Hydraulikzylinder 4 wirkt über Hydraulikleitungen 7,8 mit einem Steuerschieber 9 zusammen, der über Proportionalventile 10,11 je nach Bewegungsrichtung (Öffnen bzw. Schließen) mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Jedes Proportionalventil 10,11 ist mit einem Magneten 12,13 ausgestattet, der wiederum von einer elektronischen Steuerungseinrichtung 14 (Mikroprozessor) elektrisch betätigbar ist.

Die Schaufelklappe 1 wird nun wie folgt betätigt:

[0012] Über eine Batterie 15 wird eine Spannung (z.B. 24 V) erzeugt. Bei Betätigung eines beispielsweise in einem in der Fahrerkabine 29 vorgesehenen Handhebel 16 vorgesehenen Tasters 16', wird der Stromkreis geschlossen und ein Signal an die elektronische Steuerungseinrichtung 14 weitergeleitet (Pfeilrichtung). Gleichzeitig wird ein Signal an ein Stromstoßrelais 17 mit Wechselkontakt 18 abgegeben, mittels welchem der elektrische Signalweg für den jeweiligen Magneten 12 oder 13 des zugehörigen Ventils 10 bzw. 11 eingestellt wird. Über entsprechende Rückkopplungsleitungen 19,20 wird der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 mitgeteilt, daß die Aktivierung des entsprechenden Elektromagneten 12 bzw. 13 nunmehr möglich ist. Bei evtl. Fehlschaltungen wird in der Fahrerkabine 29 ein entsprechendes Signal erzeugt. Bei korrekter Signalführung ist in diesem Beispiel der Weg nunmehr frei, von der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 über die Signalführung 21 und den Wechselkontakt 18 zum Elektromagneten 12. In diesem Zustand wird durch die elektronische Steuerungseinrichtung 14 eine sogenannte Stromrampe 22 generiert, wie sie in dem Schaubild dargestellt ist. Über der Zeit ist der Strom eingezeichnet, wobei die Stromrampe 22 eine Anstiegsrampe a, eine Konstantphase b sowie eine Abfallrampe c beinhaltet. Die bei der Generierung der Stromrampe 22 zu berücksichtigenden Parameter sind dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. In diesem Beispiel steigt die Anstiegsrampe a steiler an als die Abfallrampe b abfällt, wobei dies natürlich auch in Abhängigkeit vom Anwendungsfall anders ausgeführt werden kann. Über diese Stromrampe 22 wird nun der Elektromagnet 12 betätigt, der das Proportionalventil 10 ansteuert, über welches nun ein Hydraulikmedium proportional zum Ansteuerstrom des Elektromagneten 12 über die Druckleitung 23 freigegeben wird. Mit dem Proportionalventil 10 wird der zugehörige Steuerschieber 9 angesteuert, der wiederum über die Druckleitung 7 den Hydraulikzylinder 4 beaufschlagt, und so eine entsprechende Verstellung der Schaufelklappe 1 bewirkt.

[0013] In umgekehrter Weise wird über den gestrichelt dargestellten Wechselkontakt 18 der Elektromagnet 13 und somit das Proportionalventil 11 betätigt, wobei über die Leitung 24 der Steuerschieber 9 und weiterhin über die Leitung 8 der Hydraulikzylinder 4 betätigt wird.

[0014] Da es bei der Handhabung von insbesondere zum Kleben neigenden Materialien manchmal notwendig ist, ein gewolltes schlagartiges Öffnen bzw. Schließen der Schaufelklappe 1 zu realisieren, um daran anbackendes Material zu entfemen, ist mittels eines Fußschalters 25 eine manuelle Übersteuerung der Stromrampe 22 möglich, indem der Fußschalter 25 unmittelbar, z.B. mechanisch-hydraulisch über die Leitung 26,26' in die Leitung 23 bzw. in die Leitung 24 eingreifen kann. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird sichergestellt, daß die Schaufelklappe 1 nicht ungewollt und ungebremst in ihre Endlagen 27 bzw. 28 einfallen kann. Somit werden vermeidbare Schäden an der Schaufelklappe 1 sowie der Schaufel 3 und dem Hydraulikzylinder 4 vermieden. Bei Bedarf können in diesem Beispiel nicht weiter dargestellte Druckschalter im Bereich der Endlagen 27,28 vorgesehen werden, die wiederum mit der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 verbindbar sind, um somit noch ein gewisses Dämpfungsverhalten beim Einfahren in den jeweiligen Endbereich 27 bzw. 28 zu bewirken.

[0015] Eine Servopumpe 30 sorgt in diesem Beispiel für die Erzeugung des notwendigen Steuerdrukkes von z.B. 40 bar zur Betätigung des Steuerschiebers 9, während eine Arbeitspumpe 31 den entsprechenden hohen Druck, z.B. 400 bar, zur Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 4 bereitstellt. Damit keine Probleme bei der Übersteuerung der Stromrampe 22 durch Betätigung des Fußpedales 25 auftreten, ist in die Leitung 23 sowie die Leitung 24 ein entsprechendes Rückschlagventil 32,33 eingesetzt. Mit 43 ist die Impulsleitung, auch als Triggerleitung bekannt, angedeutet, die dem Mikroprozessor 14 angibt, daß er die Zeitrampe 22 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls generieren kann.

[0016] Das Ausführungsbeispiel 2 ist etwa analog zu dem der Figur 1 aufgebaut, so daß gleichen Bauteilen auch gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind. Unterschiedlich zu Figur 1 ist, daß anstelle der zwei Proportionalventile nunmehr lediglich eines, nämlich das Proportionalventil 34 zum Einsatz gelangt, das mit einem Wechselventil 35 zusammenwirkt. Wird über den in der Fahrerkabine 29 vorgesehenen Taster 16' der Stromfluß aktiviert, wird auch hier ein Stromstoßrelais 17 mit Wechselkontakt 18 betätigt und gleichzeitig über die Triggerleitung 43 ein Impuls an die Steuerungseinrichtung 14 abgesetzt, mit der Maßgabe, die Stromrampe 22 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls aufzubauen. Die Steuerungseinrichtung 14 ist über eine Signalleitung 36 mit dem Magneten 37 des Proportionalventils 34 verbunden. Der über die Servopumpe 30 zur Verfügung gestellte Steuerdruck wird proportional zur Ansteuerung des Magneten 37 dem Wechselventil 35 zur Verfügung gestellt, das zwischenzeitlich - betätigt durch den Kontaktschluß des Wechselkontaktes 18 und die Leitung 38 - seine korrekte Stellung eingenommen hat, so daß der Ölstrom über die Leitung 24 den Steuerschieber 9 erreicht. Dieser wird durch den anstehenden Steuerdruck in eine dementsprechende Position geführt, so daß der durch die Arbeitspumpe 31 erzeugte Hochdruck über die Leitung 8 an den Zylinder 4 weitergeleitet wird. Auch hier ist ein Rückschlagventil 33 analog zu Figur 1 vorgesehen.

[0017] Figur 3 zeigt eine weitere Alternative zur Steuerung der Schaufelklappe 1 einer Klappschaufel 3. Auch hier sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend von den Figuren 1 und 2 sind in der Fahrerkabine 29 zwei Hebel 39,40 mit zugehörigen Tastern 39',40' vorgesehen. Da diesen Tastern 39',40' die Funktionen Öffnen" und "Schließen" der Schaufelklappe 1 zugeordnet sind, können das Stromstoßrelais sowie der Wechselkontakt gemäß.Figur 2 entfallen. Die Signale der Taster 39',40' können somit über die Leitungen 41,42 einerseits der Steuerungseinrichtung 14 und andererseits dem Wechselventil 35 zur Verfügung gestellt werden. Der weitere Signalverlauf sowie die Ansteuerung der nachgeschalteten Komponenten erfolgt analog zu Figur 2.

Ansprüche

1. Steuerung für die Schaufelklappe einer Baumaschine, insbesondere eines Baggers, mit mindestens einem mit mindestens einem Hydraulikzylinder (4) zusammenwirkenden Steuerschieber (9), der über mindestens ein von mindestens einer Steuerungseinrichtung (14) elektrisch betätigbares Ventil (10 oder 11,34) mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbar ist, indem bei Auslösung eines Betätigungselementes (16',39',40'.) die damit elektrisch zusammenwirkende Steuerungseinrichtung (14) das Ventil (10 oder 11,34) und über dieses hydraulisch der Steuerschieber (9) und der Hydraulikzylinder (4) mittels einer zeitlich vorgebbaren Stromrampe (22) betätigt wird,
gekennzeichnet durch
ein Proportionalventil (34), das in Wirkverbindung mit einem die Funktionen Schaufelklappe (1) öffnen und Schaufelklappe (1) schließen auslösenden Wechselventil (35) steht, wobei die Betätigung des Wechselventils (35) über das Strömstoßrelais (17) mit Wechselkontakt (18) erfolgt.

2. Steuerung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
zwei als Proportionalventile ausgebildete Ventile (10,11) zur Ansteuerung der Funktionen Schaufelklappe (1) öffnen und Schaufelklappe (1) schließen, wobei die Öffnungs- und die Schließzeit der Schaufelklappe (1) proportional zu dem von ihr zurückgelegten Weg (s) ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Auslösung des Betätigungselementes (16') das jeweilige Ventil (10 oder 11) vor dem Aufbau der Stromrampe (22) mittels eines Betätigungsgliedes (17,18) angesteuert wird.

4. Steuerung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Betätigungsglied ein Stromstoßrelais (17) mit Wechselkontakt (18) ist.

5. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Aufbau der Stromrampe (22) der Steuerungseinrichtung (14) die Betätigung des Stromstoßrelais (17) über eine weitere Signalleitung (19 oder 20) gemeldet wird.

6. Steuerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch
zwei Betätigungselemente (39',40'), denen die Funktionen Schaufelklappe (1) öffnen sowie Schaufelklappe (1) schließen zugeordnet sind und die über entsprechende Signalleitungen (41,42) unmittelbar mit der Steuereinrichtung (14) verbunden sind.

7. Steuerung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungselemente (39',40') mit den beiden Eingängen des Wechselventils (35) verbunden sind.

8. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalverlauf beim Öffnen und Schließen der Schaufelklappe (1) in die Bereiche Anstiegsrampe (a), Konstantphase (b) und Abfallrampe (c) unterteilt ist.

9. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Steuerungsfunktionen Schaufelklappe (1) Öffnen und Schaufelklappe (1) Schließen gleiche Stromrampen (22) vorgegeben sind.

10. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Steuerungsfunktionen Schaufelklappe (1) öffnen und Schaufelklappe (1) schließen verschiedene Stromrampen (22) vorgegeben sind.

Claims

1. Control arrangement for the shovel flap of a construction machine, especially of an excavator, having at least one control slider (9), which co-operates with at least one hydraulic cylinder (4) and to which a hydraulic control pressure is arranged to be applied by way of at least one valve (10 or 11, 34) which is electrically actuatable by means of at least one control device (14), wherein, when an actuating element (16', 39', 40') is triggered, the control device (14), which co-operates therewith electrically, the valve (10 or 11, 34) and, by way of the latter hydraulically, the control slider (9) and the hydraulic cylinder (4) are actuated by means of a current ramp (22) that is presettable in respect of time,
characterised by
a proportional valve (34) which is in operative connection with a change-over valve (35) initiating the functions of opening the shovel flap (1) and closing the shovel flap (1), actuation of the change-over valve (35) being accomplished by means of the current surge relay (17) having a change-over contact (18).

2. Control arrangement according to claim 1,
characterised by
two valves (10, 11) in the form of proportional valves for controlling the functions of opening the shovel flap (1) and closing the shovel flap (1), the opening and closing time of the shovel flap (1) being proportional to the distance through which it moves (s).

3. Control arrangement according to claim 1 or 2,
characterised in that,
when the actuating element (16') is triggered, the relevant valve (10 or 11) is operated by means of an actuating arrangement (17, 18) before the current ramp (22) is generated.

4. Control arrangement according to claim 3,
characterised in that
the actuating arrangement is a current surge relay (17) having a change-over contact (18).

5. Control arrangement according to claims 1 to 4,
characterised in that,
before the current ramp (22) is generated, actuation of the current surge relay (17) is reported to the control device (14) by way of a further signal line (19 or 20).

6. Control arrangement according to one or more of claims 1 to 5,
characterised by
two actuating elements (39', 40') to which the functions of opening the shovel flap (1) and closing the shovel flap (1) are assigned and which are connected directly to the control device (14) by corresponding signal lines (41, 42).

7. Control arrangement according to claim 6,
characterised in that
the actuating elements (39', 40') are connected to the two inputs of the change-over valve (35).

8. Control arrangement according to claims 1 to 7,
characterised in that
the signal characteristic during opening and closing of the shovel flap (1) is subdivided into the regions rising ramp (a), constant phase (b) and falling ramp (c).

9. Control arrangement according to claim 1 to 8,
characterised in that
identical current ramps (22) are preset for the control functions of opening the shovel flap (1) and closing the shovel flap (1).

10. Control arrangement according to claims 1 to 8,
characterised in that
different current ramps (22) are preset for the control functions of opening the shovel flap (1) and closing the shovel flap (1).

Revendications

1. Commande pour le volet de la pelle d'un engin de travaux, en particulier un excavateur, avec au moins une vanne-pilote (9) qui agit conjointement avec au moins un vérin hydraulique (4) et qui est alimentée en pression de commande hydraulique via au moins une vanne (10 ou 11, 34) pouvant être activée électriquement par au moins un dispositif de commande (14), en sachant que, lors du déclenchement d'un élément actionneur (16', 39', 40'), le dispositif de commande (14) agissant ainsi électriquement, la vanne (10 ou 11, 34), la vanne-pilote (9) commandée hydrauliquement par la vanne et le vérin hydraulique (4) sont actionnés au moyen d'une rampe de courant (22) prédéterminable en fonction du temps, caractérisée par une vanne proportionnelle (34) qui est en liaison active avec un distributeur à deux voies (35) déclenchant les fonctions Ouvrir le volet de la pelle (1) et Fermer le volet de la pelle (1), le distributeur à deux voies (35) étant activé au monyen d'un relais à impulsion (17) à contact inverseur (18).

2. Commande selon la revendication 1, caractérisée par deux vannes servant de vannes proportionnelles (10, 11) pour commander les fonctions Ouvrir le volet de la pelle (1) et Fermer le volet de la pelle (1), le temps d'ouverture et le temps de fermeture du volet de la pelle (1) étant proportionnels au chemin (s) parcouru par le volet.

3. Commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, lors du déclenchement de l'élément actionneur (16'), la vanne respective (10 ou 11) est commandée avant l'établissement de la rampe de courant (22) au moyen d'un élément actionneur (17, 18).

4. Commande selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément actionneur est un relais à impulsion (17) avec contact inverseur (18).

5. Commande selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, avant l'établissement de la rampe de courant (22), l'actionnement du relais à impulsion (17) est signalé au dispositif de commande (14) à travers une ligne de signal supplémentaire (19 ou 20).

6. Commande selon une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisée par deux éléments actionneurs (39', 40') auxquels sont affectées les fonctions Ouvrir le volet de la pelle (1) ainsi que Fermer le volet de la pelle (1) et qui sont reliés directement au dispositif de commande (14) par des lignes de signaux correspondantes (41, 42).

7. Commande selon la revendication 6, caractérisée en ce que les éléments actionneurs (39', 40') sont reliés aux deux entrées du distributeur à deux voies (35).

8. Commande selon les revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'allure du signal lors de l'ouverture et la fermeture du volet de la pelle (1) comprend les secteurs : rampe de montée (a), phase constante (b) et rampe de descente (c).

9. Commande selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que des rampes de courant (22) identiques sont prédéfinies pour les fonctions de commande Ouvrir le volet de la pelle (1) et Fermer le volet de la pelle (1).

10. Commande selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que des rampes de courant (22) différentes sont prédéfinies pour les fonctions de commande Ouvrir le volet de la pelle (1) et Fermer le volet de la pelle (1).

Zeichnung