Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Arbeitsgerät 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 Druckmittel 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, behält 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 zugeführte 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.

Aus der JP-A-2001-090703 und US 6 561 751, die eine Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart, ist eine hydraulische Steuereinrichtung nach dem Load-Sensing-Prinzip mit zwei hydraulischen Zylindern bekannt, mit denen der Ausleger und die Schaufel eines Radladers betätigbar sind. Zu der Steuereinrichtung gehören zwei Ventile, von denen das erste Ventil die Druckmittelzufuhr von einer Pumpe zu einem ersten der beiden Zylinder steuert und das zweite Ventil die Druckmittelzufuhr von der Pumpe zu dem zweiten Zylinder steuert. Jedes Ventil weist einen Schieber, der an einer Fläche von einem einstellbaren, gegen die Kraft einer Feder wirkenden Steuerdruck beaufschlagbar ist und der mit seiner Position die Größe eines Durchlaßquerschnitts bestimmt. Die beiden Ventile können über dasselbe Vorsteuerventil gleichzeitig angesteuert werden, wobei dann die den beiden Zylindern zuströmenden Druckmittelmengen in einem festen Verhältnis zueinander stehen und dadurch die Schaufel beim Heben oder Senken des Auslegers ihre Ausrichtung bezüglich der Horizontalen weitgehend beibehält.

Die bekannte Steuereinrichtung weist außerdem zwei Druckwaagen auf, von denen die eine stromauf des Durchlaßquerschnitts des ersten Ventils und die andere stromauf des Durchlaßquerschnitts des anderen Ventils angeordnet ist und die in Schließrichtung von dem Druck stromauf des jeweiligen Durchlaßquerschnitts und in Öffnungsrichtung von dem Druck nach dem jeweiligen Durchlaßquerschnitt, also vom individuellen Lastdruck, und von einer Feder beaufschlagt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige hydraulische Steuereinrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Steuereinrichtung gelöst. Für die Realisierung der Erfindung kann auf Baugruppen zurückgegriffen werden, die üblicherweise bei in Scheibenbauweise aufgebauten Steuerblöcken für eine lastunabhängige Durchflußverteilung verwendet werden und z. B. aus der EP 566 449 B1 bekannt sind.

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 erforderlich 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 zugeführten 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 dargestellten Steuereinrichtung.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Arbeitsmaschine 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 Zylinder 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 Ausleger 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, A1, B1, 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 A1 bzw. B1 der Steuereinrichtung 27 verbunden. 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 zugeführtes Steuersignal y_st1 bestimmt die dem Zylinder 18 zugeführte Druckmittelmenge, die im Folgenden mit Q₁ bezeichnet ist. In gleicher Weise bestimmt ein dem Ventil 42 zugeführtes Steuersignal y_st2 die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge, die im Folgenden mit Q₂ bezeichnet ist. Das dem Ventil 41 zugeführte Steuersignal y_st1 ist zusätzlich einem Block 44 zugeführt. Dessen Ausgangssignal ist dem Ventil 42 als Steuersignal y_st2 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. Q₁ unter Berücksichtigung des konstruktiven Aufbaus der Ventile 41 und 42 unabhängig von der Größe des Steuersignals y_st1 auf einem konstanten Wert gehalten ist, der im Folgenden mit K_Q bezeichnet ist. Für die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q₂ gilt somit die Beziehung Q₂ = K_Q × Q₁.

Zum Heben der Schaufel 14 führt die Steuereinrichtung 27 dem Zylinder 18 über die Leitung 35 Druckmittel zu. Die zugeführte Druckmittelmenge Q₁ ist durch das dem Ventil 41 zugeführte Steuersignal y_st1 bestimmt. Der Kolben des Zylinders 18 fährt entsprechend der zugeführten Druckmittelmenge Q₁ 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 y_st2 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 Q₁ abgestimmt, daß die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehbewegung der Schaufel 14 die durch das Heben des Auslegers 12 hervorgerufene, 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 y_st1, das die Druckmittelmenge Q₁ bestimmt, in einem festen Verhältnis zu der dem Zylinder 18 für die Betätigung des Auslegers 12 zugeführten Druckmittelmenge Q₁ steht. Die Steuereinrichtung 27 steuert somit das Ventil 42 derart an, daß für die Druckmittelmengen Q₁ und Q₂ die Beziehung Q₂ = K_Q × Q₁ unabhängig von der Größe des Steuersignals y_st1 erfüllt ist. Bei dem Faktor K_Q 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 K_Q gibt an, in welchem Verhältnis die dem Zylinder 22 zugeführte Druckmittelmenge Q₂ zu der dem Zylinder 18 zugeführten Druckmittelmenge Q₁ stehen muß, damit beim Heben oder Senken des Auslegers 12 die Schaufel 14 ihre Winkellage bezüglich des Untergrunds 16 im Wesentlichen beibehält. Die Größe des Faktors K_Q 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 K_Q 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 Auslegers 12 die Winkellage der Oberkante der Schaufel 14 bezüglich des Untergrunds 16 konstant hält. In dieser Zeit ist die Verbindung zwischen den Steuersignalen y_st1 und y_st2 über den Block 44 unterbrochen. Als Steuergröße y_st2 ist dem Ventil 42 stattdessen die Stellgröße des in der Figur 1 nicht dargestellten Lagereglers zugeführt. Die den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q₁ bzw. Q₂ werden in Abhängigkeit von dem Steuersignal y_st1 aufgezeichnet. Der Faktor K_Q ergibt sich durch einen Vergleich der dem Zylinder 22 zugeführten Druckmittelmenge Q₂ mit der dem Zylinder 18 zugeführten Druckmittelmenge Q₁, die durch das Steuersignal y_st1 vorgegeben ist. Nachdem der Faktor K_Q in der beschriebenen Weise ermittelt worden ist, wird der Lageregler nicht mehr benötigt. Der Lageregler wird entfernt und die Verbindung zwischen den Steuersignalen y_st1 und y_st2 über den Block 44 wieder hergestellt. Danach wird das Übertragungsverhalten des Blocks 44 auf der Grundlage des zuvor ermittelten Wertes für den Faktor K_Q so eingestellt; daß die Beziehung Q₂ = K_Q × Q₁ 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 p_st1A und p_st1B bezeichnete Steuerdrücke. Als Steuersignale für das Ventil 42 dienen mit p_st2A und p_st2B 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 p_st1A gegen die Kraft der Feder 48 beaufschlagt. In der entgegengesetzten Richtung ist der Schieber 47 von dem Steuerdruck p_st1B 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 p_st1A beaufschlagt, drückt er die Feder 48 so weit zusammen; bis das Produkt aus dem Steuerdruck P_st1A 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 Schiebers 47 und bestimmt zusammen mit einer Steuerkante die Größe des Durchlaßquerschnitts A_A1 des Ventils 41 bei einem Druckmittelfluß von dem Anschluß A1 des Ventils 41 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 A_A1 ein linearer Zusammenhang besteht. Somit besteht auch zwischen dem Steuerdruck p_st1A und dem Durchlaßquerschnitt A_A1 ein linearer Zusammenhang. Die Zuordnung zwischen dem Steuerdruck p_st1A und der dem Zylinder 18 zugeführten Druckmittelmenge Q₁ ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, daß bei Beaufschlagung des Schiebers 47 mit dem Steuerdruck p_st1A das Druckmittel wie oben beschrieben von dem mit A1 bezeichneten Anschluß des Ventils 41 in die bodenseitige 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 p_st1B zugeführt, drückt er die Feder 49 so weit zusammen, bis das Produkt aus dem Steuerdruck p_st1B 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 A_B1 des Ventils 41 für einen Druckmittelfluß von dem Anschluß B1 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 A_B1 ein linearer Zusammenhang besteht. Damit besteht auch zwischen dem Steuerdruck p_st1B und dem Durchlaßquerschnitt A_B1 ein linearer Zusammenhang. Bei Beaufschlagung des Schiebers 47 mit dem Steuerdruck p_st1B fließt das Druckmittel von dem mit B1 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 gehalten. Die dem Ventil 42 zugeführten Steuerdrücke sind mit p_st2A und p_st2B bezeichnet. Der Schieber 50 ist beidseitig mit Kerben versehen, die im Zusammenwirken mit einer Steuerkante des Ventils 42 die Größe der mit A_A2 und A_B2 bezeichneten Durchlaßquerschnitte in Abhängigkeit von der Auslenkung des Schiebers 50 bestimmen. Dabei besteht sowohl zwischen dem Durchlaßquerschnitt A_A2 und dem dem Schieber 50 von der einen Seite zugeführten Steuerdruck p_st2A als auch zwischen dem mit A_B2 bezeichneten Durchlaßquerschnitt und dem dem Schieber 50 von der entgegengesetzten Seite zugeführten Steuerdruck p_st2B ein linearer Zusammenhang. Bei einer Beaufschlagung des Schiebers 50 mit dem Steuerdruck p_st2A 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 p_st2B 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 p_st1A und p_st1B für das Ventil 41. Die Steuerdrücke p_st1A und p_st1B stellen sich entsprechend der Auslenkung des Joysticks ein. Der Steuerdruck p_st1A ist dem Schieber 47 über eine Leitung 56 zugeführt. In gleicher Weise ist der Steuerdruck p_st1B dem Schieber 47 über eine weitere Leitung 57 zugeführt. Ein weiteres Vorsteuergerät 60, das vorzugsweise ebenfalls als Joystick ausgebildet ist, liefert mit p_st3A und p_st3B bezeichnete Steuerdrücke. Die Steuerdrücke p_st3A und P_st3B 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 p_st2A 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 p_st1A 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 befindet. Dem anderen Eingang des Wechselventils 65 ist über die Leitung 61 der Steuerdruck p_st3A zugeführt. Das Wechselventil 65 leitet den höheren der beiden ihm zugeführten Steuerdrücke als Steuerdruck p_st2A an den Schieber 50 des Ventil 42 weiter. In entsprechender Weise ist dem Eingang des Ventils 42 für den Steuerdruck p_st2B 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 p_st1B. 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 p_st3B zugeführt. Das Wechselventil 68 leitet den höheren der beiden ihm zugeführten Steuerdrücke als Steuerdruck p_st2B 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 handelt es sich um den höchsten Lastdruck, der im Folgenden mit p_Lmax 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 p_Lmax und dem Druckäquivalent p₀ einer in der gleichen Richtung wie der Druck p_Lmax 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 p_p einen Wert an, der entsprechend kleiner als die Summe von p_Lmax und p₀ 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 p_st1A(50%) zugeführt, der z. B. 50 % des mit p_st1Amax bezeichneten maximalen Werts des Steuerdrucks p_st1A entspricht. Wie im Zusammenhang mit der Figur 3 noch erläutert wird, entspricht diesem Steuerdruck ein Druckmittelstrom Q_1(50%), 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 p_st1A(50%) ist außerdem dem Ventil 42 über das Schaltventil 66 und das Wechselventil 65 als Steuerdruck p_st2A zugeführt. Der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck p_st2A = P_st1A(50%) führt zu einem Druckmittelstrom Q₂ = K_Q × Q_1(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 der Steuerdruck p_st3A gleich Null, auf alle Fälle aber kleiner als der Steuerdruck p_st1A ist. Soll die Schaufel 14 während des Anhebens entleert werden, wird der Steuerdruck p_st3A gegenüber dem Steuerdruck p_st1A erhöht. In diesem Fall dreht sich die Schaufel 14 mit der durch den Steuerdruck p_st3A 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.

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 Q₁ fließt über eine nachgeschaltete Druckwaage 79, ein Lasthalteventil 80 sowie die 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 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 p_st1A, der dem Ventil 41 als Steuerdruck zugeführt ist, ist auch dem Ventil 42 als Steuerdruck zugeführt. Der Steuerdruck p_st2A ist somit gleich dem Steuerdruck p_st1A. Die Druckwaagen 79 und 85 sorgen dafür, daß sowohl der mit p_v1 bezeichnete Druck zwischen dem Ventil 41 und der Druckwaage 79 als auch der mit p_v2 bezeichnete Druck zwischen dem Ventil 42 und der Druckwaage 85 gleich dem höchsten Lastdruck p_Lmax 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 Δp₁ = p_p - p_v1 über dem Ventil 41 ist dann gleich dem Druckabfall Δ_p2 = p_p - p_v2 über dem Ventil 42. Befindet sich der Pumpenregler 75 in seinem Regelbereich, ist der Druckabfall Δp₁ über dem Ventil 41 ebenso wie der Druckabfall Δp₂ über dem Ventil 42 gleich dem Druckäquivalent p₀ der Feder 76. Die den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q₁ 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 K_Q, ist das Verhältnis der den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q₁ bzw. Q₂ bei gleichen Steuerdrücken (p_st2A = p_st1A) 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 p₀, da die Druckabfälle aber unter sich gleich bleiben, ändert sich nichts an dem Verhältnis zwischen den den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q₁ und Q₂.

Die Figur 4 zeigt den Druckmittelfluß beim Senken des Auslegers 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 p_st1A zu entleeren. Hierfür ist das Ventil 41 mit einem Anschlag für den Schieber 47 versehen, dessen Lage dem maximalen Wert Q_1max der Druckmittelmenge Q₁ entspricht. Die Federkonstante der Feder 48 ist so gewählt, daß der Schieber 47 bereits bei ca. 65 % des maximalen Werts p_st1Amax des Steuerdrucks p_st1A den Anschlag erreicht. In dieser Lage des Schiebers 47 fließt die maximale Druckmittelmenge Q_1max. Das Ventil 42 ist ebenfalls mit einem Anschlag für seinen Schieber 50 versehen. Jedoch ist die Federkonstante 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 p_st1A einen Wert zwischen Null und 0,65 × p_st1Amax aufweist, ist der Zusammenhang zwischen den Druckmittelmengen Q₂ und Q₁ durch eine entsprechende Ausgestaltung der den Durchlaßquerschnitt der Ventile 41 und 42 bestimmenden Kerben gewährleistet. Erhöht man jetzt den Steuerdruck p_st1A über den Wert von 0,65 × p_st1Amax bis auf Pst1Amax, 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 Q₁ 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 = K_Q × Q₁ 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 p_st und den den Zylindern 18 und 22 zugeführten Druckmittelmengen Q₁ bzw. Q₂ in Form eines Diagramms. Der Steuerdruck ist in der Figur 5 verkürzt mit p_st bezeichnet, da der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck p_st2A gleich dem Steuerdruck P_st1A ist. Der Faktor K_Q weist in dem Diagramm für den Bereich von 5 % bis 65 % von p_stmax einen Wert von 0,5 auf. Der Bereich von 0 % bis 5 % von p_stmax entspricht einer positiven Überdeckung der Ventile 41 und 42, in dem noch kein Druckmittel 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 p_st2A, mit dem der Schieber 50 beaufschlagt ist, gleich p_st1Amax 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 p_st2A einen Durchlaßquerschnitt A_A2 von dem Anschluß P zu dem Anschluß A, der in dem ersten Bereich 96 in dem durch den Faktor K_Q vorgegeben Verhältnis zu dem entsprechenden Durchlaßquerschnitt A_A1 des Ventils 41 steht. In dem zweiten Bereich 97 ist der Zusammenhang mit dem Durchlaßquerschnitt A_A2 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 69* sind durch den Steuerdruck p_st1B für die Drehbewegung des Auslegers 12 in Senkrichtung derart gesteuert, daß sie bis zu einem einstellbaren Schwellenwert p_sts die in der Figur 7 dargestellte Schaltstellung einnehmen. Übersteigt der Steuerdruck p_st1B den Schwellenwert p_sts, 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 p_st1B größer als der Schwellenwert p_sts ist, der dem Ventil 42 zugeführte Steuerdruck p_st2A oder p_st2B gleich dem Druck p_st3A bzw. p_st3B 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 p_st3A oder p_st3B des Vorsteuergeräts 60 gesteuert ist. Um die Schwimmstellung zu aktivieren, wird der Steuerdruck p_st1B auf einen Wert erhöht, der größer als der Schwellenwert p_sts 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 p_st1B noch durch den Steuerdruck p_st1A beeinflußt wird. Ist das Vorsteuergerät 55 so aufgebaut, daß der Steuerdruck Pst1A zumindest dann, wenn der Steuerdruck p_st1B größer als der Schwellenwert p_sts ist, gleich dem Tankdruck ist, kann das Ventil 66* entfallen. Denn in diesem Fall ist auch ohne das Ventil 66* sichergestellt, daß der Druck P_st1A kleiner als der Druck p_st3A 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.