[0001] Die Erfindung betrifft eine Hydraulikmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug wie
ein Bagger, Radlader, Traktor, Teleskoplader oder dergleichen, mit einem in Bezug
auf einen Rahmen um eine Schwenkachse verschwenkbaren Ausleger nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Beispielsweise sind Fahrzeuge wie Bagger, Radlader, Teleskoplader, Pistenbullys,
Traktoren, Mähdrescher, Feldhäcksler, Forst-/Rückekräne, sog. "Harvester", Fronlader,
etc. bereits seit Jahren z.B. im Hoch- und Tiefbau, in der Recycling- und Abfallwirtschaft,
im Garten- und Landschaftsbau sowie in der Forst- oder Landwirtschaft gebräuchlich,
wobei an einem Ausleger bzw. Schwenkarm verschiedene Lasten bzw. Werkzeuge angebracht
werden können. Neben den Standard Anbaugeräten bzw. Werkzeugen wie Schaufel und Gabel
können auch weitere Werkzeuge wie zum Beispiel Lasthaken, Betonkübel, Kehrmaschine,
Arbeitsbühne, Seilwinde, Räumschild und Greifer zum Einsatz kommen. Um einen schnellen
Werkzeugwechsel vorzunehmen gibt es sog. Schnellwechselplatten.
[0003] Ladeanlagen von Teleskopladern weisen z.B. einen Hubarm mit mindestens einer Ausschubstufe
auf, der drehgelenkig üblicherweise am Fahrzeugheck gelagert ist. Das Anheben und
Absenken des Auslegers bzw. Hubarms wird durch einen hydraulischen Hubzylinder ausgeführt,
der vom Fahrer mittels einem Wegeventil gesteuert bzw. betätigt wird. Für das kontrollierte
Absenken der Last kommt neben dem Wege- bzw. Steuerventil ein Senkbremsventil zum
Einsatz.
[0004] Mit Hilfe einer entspr. hydraulischen Steuereinheit bzw. dem steuerbaren Wegeventil
kann üblicherweise zwischen einem Senkbetrieb zum Absenken des Auslegers und einem
Hebebetrieb zum Anheben des Auslegers sowie einer sog. "Neutralstellung" bzw. einem
Haltebetrieb zum Halten des Auslegers gewechselt werden.
[0005] Üblicherweise werden zur Einleitung der Senkbewegung das Steuerventil und das Senkbremsventil
mit dem gleichen Pilotdruck angesteuert. Dadurch wird ein Ölstrom von einer Hydraulikpumpe
über das Steuerventil zur Stangenseite des Hubzylinders geleitet. Gleichzeitig öffnet
das Senkbremsventil und leitet das von der Kolbenseite verdrängte Öl über das Steuerventil
zum Tank. Dadurch setzt sich der Hubzylinder in Bewegung und die Last wird abgesenkt.
Aufgrund der gemeinsamen Ansteuerung muss die Charakteristik des Steuerventils und
Senkbremsventils präzise aufeinander abgestimmt sein.
[0006] Das Senkbremsventil wird bislang über ein hydraulisches Pilotsignal betätigt. Der
zur Ansteuerung notwendige Pilotdruck wird durch ein Druckminderventil bereitgestellt,
welches einem dem Steuerstrom proportionalen Druck bereitstellt. Aufgrund der geometrischen
Gestaltung ist das Senkbremsventil lastkompensiert, d.h. unabhängig von der Zuladung
stellt sich annähernd der gleiche Volumenstrom über das Ventil ein.
[0007] Zur Steigerung der Effizienz beim Senken der Ladeanlage kann zusätzlich eine sog.
"Regeneration" integriert werden, z.B.
[0008] EP 1 915 538 B1. Hierfür wird beim Senken der Last zusätzlich die Kolben- und Stangenseite des Hubzylinders
miteinander verbunden. Aufgrund der ungleichen wirksamen Flächen wird ein Teil der
Ölmenge von der Kolben- zur Stangenseite geleitet. Die überschüssige Ölmenge fließt
über das Steuerventil zum Tank. Dadurch kann der zugeführte Ölstrom der Pumpe reduziert
und in gewissem Maß Energie eingespart werden.
[0009] Darüber hinaus ist durch die
US 2018/0112686 A1 eine Hydraulikschaltung für o.g. Kraftfahrzeuge bekannt geworden, wobei der Volumenstrom
des Rücklaufs am Steuerventil vorbei direkt in den Tank geleitet wird. Durch die direkte
Verbindung können Druckverluste im Rücklauf reduziert werden. Im Unterschied zuvor
aufgeführten Lösung, wird hier anstatt eines Senkbremsventil ein Lasthalteventil verwendet.
Bei diesem wird kein externer Pilotdruck, sondern Druck des zugeführten Ölstroms zur
Ansteuerung des Ventils genutzt.
[0010] Zudem sind auch nicht-mobile Hydraulikmaschinen mit einem hydraulisch schwenkbaren
Ausleger bzw. einem vertikal verstellbaren Mechanismus bekannt, wobei ein Schwenkmechanismus
vorgesehen ist, um eine Last bzw. ein Werkzeug vertikal zu verstellen, z.B. Pressen,
Stanzen, Biegemaschinen oder dergleichen.
[0011] Nachteilig bei den bisher bekannten Hydraulikmaschinen ist jedoch, dass das Steuerventil
einen minimal größeren Ölstrom zur Verfügung stellen muss als das Senkbremsventil
unter Last zum Ablauf freigibt. Eine exakte Abstimmung des Steuerventils und Senkbremsventils
ist aufgrund der gemeinsamen Pilotierung nicht in jedem Betriebspunkt möglich. Daraus
resultieren Staudrücke vor dem Senkbremsventil (Kolbenseite), die energieintensiv
durch zugeführte Antriebsleistung überwunden werden müssen.
[0012] Zudem können bei einem Parallelbetrieb mehrerer Verbraucher durch eine gemeinsame
Pumpe folgende Nachteile auftreten:
- A) Zum Senken der Ladeanlage muss die Stangenseite des Hubzylinders mit Öl versorgt
werden. Dadurch wird der nutzbare Pumpenvolumenstrom zur Versorgung weiterer Verbraucher
reduziert.
- B) Beim Parallelbetrieb mehrerer Verbraucher mit unterschiedlichen Druckniveaus, treten
durch den zum Senken benötigten Ölstrom und Druck der Pumpe zusätzliche Drosselverluste
auf.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
[0013] Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Hydraulikmaschine, insbesondere ein
Kraftfahrzeug, vorzuschlagen, die gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte
bzw. effizientere Betriebsweise verwirklicht, insbesondere eine verbesserte Druckbeaufschlagung
bzw. Energieverwertung des Hydrauliksystems aufweist.
[0014] Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Hydraulikmaschine, insbesondere einem Kraftfahrzeug,
der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die
in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen
der Erfindung möglich.
[0015] Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Hydraulikmaschine, insbesondere
ein Kraftfahrzeug, dadurch aus, dass wenigstens ein ein Senksignal erzeugender Senksensor
zum Erfassen eines Ist-Senkparameters des Senkbetriebes vorgesehen ist, dass eine
wenigstens ein Senk-Steuersignal erzeugende Ist-Soll-Vergleichseinheit zum Vergleichen
des Ist-Senkparameters mit einem Soll- und/oder Grenzparameter vorgesehen ist, wobei
im Fall, dass der Ist-Senkparameter dem Soll- und/oder Grenzparameter entspricht,
das Senk-Steuersignal zum Betätigen der Steuereinheit und/oder der Druckerzeugungsvorrichtung
und/oder zum Umschalten des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelementes vorgesehen/ausgebildet
ist, so dass ein Druckbeaufschlagen des/der Hydrauliköls/-flüssigkeit des Kolbenstangenraumes
vorgesehen ist.
[0016] Mit Hilfe dieser Maßnahme bzw. Maßnahmen wird erreicht, dass beim Senkvorgang das
Hydrauliksystem deutlich flexibler ausgebildet wird. So kann u.a. ein besonders energiesparender
und/oder ein automatisierter und/oder ein "fließenderer" bzw. gleichmäßiger/kontinuierlicher
ablaufenderer Senkbetrieb realisiert werden.
[0017] Bislang lief der Senkbetreib entsprechend den vom Fahrer eingestellten/betätigten
Schaltstellungen der Stellglieder bzw. Steuerventile oder dergleichen ab. Hierbei
konnte und wurde nicht vom Hydrauliksystem automatisiert in den Senkbetrieb eingegriffen
werden. Gemäß der Erfindung kann nun mit dem vorteilhaften Senksensor ein vorteilhafter
Ist-Senk-Parameter während des Senkbetriebes erfasst und für einen verbesserten Senkbetreib
verwendet werden. Dies ermöglicht bislang nicht realisierbare Verbesserungen des Hydrauliksystems,
insb. für eine energiesparende und/oder kontinuierlichere Senkbetriebsweise des Auslegers.
[0018] Beispielsweise kann bei einem ungewöhnlichen und/oder unvorhersehbaren Betriebsfall/Vorkommnis
und/oder bei sich ändernden Rahmenbedingungen der Sensor diesen Ist-Zustand bzw. den
entspr. Ist-Senk-Parameter erfassen und für eine vorteilhafte Anpassung und/oder Veränderung
des Senkvorganges bzw. des Senkbetriebes verwenden. Dies eröffnet vollkommen neuartige
(automatisiertere)Betriebsmöglichkeiten mit deutlich verbessertem Komfort und/oder
Energieaufwand. Beispielsweise kann die Druckerzeugungseinheit weniger bzw. kürzer
betrieben werden, was den Energieverbrauch reduzieren kann.
[0019] Denkbar ist zum Beispiel ein Senksensor gemäß der Erfindung, der als Geschwindigkeitssensor
zum Erfassen einer Senkgeschwindigkeit ausgebildet ist, z.B. zum Erfassen der Verstellgeschwindigkeit
bzw. des Einfahrens des Hubzylinders, d.h. des Kolbens, oder der Winkelgeschwindigkeit
an der Schwenkachse des Auslegers.
[0020] Auch könnte der Senksensor beispielsweise als Kontaktsensor zum Erfassen eines Kontaktes
des Auslegers und/oder der Lastaufnahme bzw. des Werkzeuges ausgebildet werden. So
ist denkbar, dass beispielsweise ein Aufliegen/Anstehen am Boden, ein Kontakt beim
Beladen an einem Fahrzeuganhänger oder dergleichen erfasst werden könnte. Vorstellbar
wäre u.a. ein Abstandssensor, ein optischer Sensor, ein kapazitiver oder induktiver
Sensor, ein Radarsensor oder dergleichen, wobei der Abstand und/oder der Kontakt und/oder
eine Verringerung/Änderung des Senkvorganges erfassbar ist.
[0021] Grundsätzlich können sich bei derartigen Vorgängen, d.h. bei denen der Ausleger und/oder
das Werkzeug bzw. die Last etwas berührt, die bei Bauarbeiten oder dergleichen häufiger
vorkommen können, insb. auch oftmals nicht vorhersehbare Ereignisse, wie Erdrutsche
von Kies-, Sandanhäufungen etc., herunterfallende Gegenstände bei Abbrucharbeiten
etc., und/oder in Fällen bei denen das Gewicht bzw. die Kraft des Auslegers (mit oder
ohne zusätzlicher Last) für das Senken nicht mehr (ganz) ausreicht, z.B. aufgrund
interner hydraulischer Verluste und/oder Reibwiderstände etc. des Hydrauliksystems
bzw. der hierbei sich bewegenden/verstellenden mechanischen Komponenten, die Betriebsbedingungen
beim Senken in erheblichem Maß ändern, so dass in vorteilhafter Weise der Betreib
des Hydrauliksystems bzw. Hubzylinders und/oder des Pumpsystems bzw. der Druckerzeugungseinheit
mittels des vorteilhaften Soll-Ist-Vergleiches bzw. des Senk-Steuersignals bzw. des
Senkparameters gemäß der Erfindung angepasst/verändert werden kann. Hierbei kann auf
ein aktives Eingreifen des Fahrers auf das Hydrauliksystem und/oder Steuersystem ggf.
in vorteilhafter Weise verzichtet werden, wobei nämlich sog. "Totzeiten" bzw. nachteilige
Reaktionszeiten auftreten. Deshalb kann gemäß der Erfindung wesentlich schneller und/oder
gleichmäßiger und/oder energiesparender der Senkbetrieb verwirklicht werden, wobei
auch menschliche Fehler vermeidbar sind.
[0022] Vorzugsweise ist der Senksensor als Drucksensor zum Erfassen eines Drucks des/der
Hydrauliköls/-flüssigkeit, insb. des sog. "Lastdruckes", ausgebildet. Hiermit kann
eine Änderung bzw. Wert-Unter-/Überschreitung des Hydraulikdruckes im Hydrauliksystem
bzw. der Hydraulikflüssigkeit bzw. des Hydrauliköls in vorteilhafter Weise erfasst
und gemäß der Erfindung verwendet werden, insb. den vorteilhaften Soll-IstVergleich.
Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders kostengünstige Umsetzung, da bereits unterschiedlichste
Drucksensoren für Hydrauliksysteme handelsüblich und somit günstig sind. Zudem können
auch sehr geringe Druckunterschiede/- veränderungen erfasst und in vorteilhafter Weise
gemäß der Erfindung verwendet werden.
[0023] Ein besonderer Vorteil der Erfindung bei der vorteilhaften Erfassung des Lastdrucks
ist, dass sich aufgrund einer aufgenommenen Last und/oder dem Eigengewicht der Ladeanlage
bzw. des (gesamten) Auslegers sich auf der Kolbenseite des Hubzylinders ein Lastdruck
ausbildet, wobei v.a. bereits wegen des Eigengewichtes des Auslegers bzw. der Ladeanlage
der Lastdruck auch ohne Werkzeug/Anbaugerät vorliegt Man spricht hier auch vom Haltedruck
der leeren Ladeanlage. Bei aufgenommener Last liegt dieser Druck höher bzw. nimmt
dieser Druck weiter zu, solange die Ladeanlage nicht in Kontakt mit dem Boden oder
einem anderen Hindernis ist. Kommt der Ausleger bzw. die Ladeanlage in Kontakt mit
einem Hindernis, so wird der Ausleger bzw. die Ladeanlage durch dieses gestützt und
damit entlastet. Wird erfindungsgemäß der Haltedruck als Grenz-/Soll-/Referenzwert
für ein vorteilhaftes Steuern bzw. Umschalten gemäß der Erfindung genutzt/festgelegt,
z.B. für einen Übergang vom passiven zum aktiven Senken, so erfolgt eine Umschaltung
zum aktiven Senken immer dann, wenn der Ausleger bzw. die Ladeanlage durch ein Hindernis
von unten gestützt und dadurch entlastet wird. Der Lastdruck bzw. "Ist-Druck" fällt
dadurch auf einen Wert, der niedriger ist, als der Haltedruck bzw. "Soll-Druck".
[0024] Bei sehr leichten Auslegern bzw. Ladeanlagen oder klein dimensionierten Ventilen
und Leitungsquerschnitten etc. kann ggf. die resultierende Senkgeschwindigkeit ohne
aufgenommener Last zu gering ausfallen. Dem kann in vorteilhafter Weise entgegengewirkt
werden, indem z.B. der Referenzwert höher gewählt wird als der Haltedruck der leeren
Ladeanlage. In diesem Fall erfolgt das aktive Senken in vorteilhafter Weise dann,
wenn das antreibende Gewicht von Last und Ladeanlage zu gering ausfällt. Hohe Lasten
werden dagegen weiterhin passiv bzw. energiesparend abgesenkt.
[0025] Vorteilhafterweise ist im Senkbetrieb des Auslegers wenigstens eine Regenerationsverbindungsleitung
zwischen dem Kolbenraum und dem Kolbenstangenraum vorgesehen/ausgebildet, so dass
Hydrauliköl/-flüssigkeit vom Kolbenraum zum Kolbenstangenraum strömen/fließen kann,
wobei die Regenerationsverbindungsleitung wenigstens ein Senkbremselement. Hiermit
wird ein Teil des Öls nicht dem Tank zugeführt, sondern wird direkt der Kolbenstangenseite
wieder zugeführt.
[0026] In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Drucksensor in der Regenerationsverbindungsleitung
sowie zwischen dem Kolbenraum und des Senkbremselementes oder im/am Kolbenraum angeordnet.
Hiermit kann in vorteilhafter Weise der Druck des Kolbenraumes bzw. entspr. mit diesem
hydraulisch verbundenen Leitungen/Abschnitten erfasst und insb. bei Veränderungen
des Ist-Druckes gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet werden. Hierbei
können einerseits sehr genau auch kleinste Ist-Parameter-Veränderungen erfasst und
andererseits sehr kompakt/platzsparend die Erfindung verwirklicht werden.
[0027] Beispielsweise fällt der Druck im Kolbenraum und/oder zumindest in einem benachbarten
Abschnitt der Regenerationsverbindungsleitung bei einem Kontakt des Auslegers und/oder
Werkzeuges bzw. der Lastaufnahme am Boden, an einem Gegenstand wie Fahrzeuganhänger,
Muldenkipper oder dergleichen, was gemäß der Erfindung erfassbar und für eine vorteilhafte
Steuerung verwendbar ist.
[0028] In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Senksensor als Lastsensor
zum Erfassen einer Last/Belastung des Auslegers und/oder der Lastaufnahme und/oder
des Rahmens ausgebildet. Auch hiermit kann ein Kontakt bzw. Aufliegen des Auslegers
und/oder der Lastaufnahme bzw. des Werkzeuges zu einer Ist-Parameteränderung gemäß
der Erfindung verwendet werden.
[0029] Vorzugsweise ist der Senk-/Lastsensor als Rahmensensor zum Erfassen einer Rahmenlast/-belastung
ausgebildet. Beispielsweise ist der Rahmensensor als Achslastsensor zum Erfassen einer
Achslast/-belastung einer Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, ausgebildet, insb.
als Dehnmessstreifen (DMS) zum Erfassen einer Biegung/Längenänderung der Fahrzeugachse.
Beim Senken des Auslegers (mit oder ohne zusätzlicher Last) wird am Rahmen bzw. an
einer der (beiden) Antriebs-/Achsen, insb. bei Teleskopladern an der Hinterachse,
ein Biegemoment bzw. eine Belastung generiert, das/die sich bei einem Kontakt bzw.
Aufliegen des Auslegers bzw. des Werkzeuges und/oder der Last deutlich ändert und
somit gemäß der Erfindung für den vorteilhaften Ist-Soll-Vergleich verwendet werden
kann.
[0030] Dies ist eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung, da bereits bei vielen
Baufahrzeugen bzw. Teleskopladern oder dergleichen eine Belastung bzw. eine Achslast
z.B. für das Erfassen einer Gefahrsituation wie das Kippen des Fahrzeugs bzw. Teleskopladers
vorhanden sind und diese für die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendbar sind.
Folglich kann hiermit sowohl der konstruktive als auch der finanzielle Aufwand sehr
gering gehalten werden.
[0031] So kann ein Auswerten bzw. Verwenden des bereits vorhandenen Sensors für andere Zwecke,
wie z.B. das Erfassen einer gefährlichen Kippsituation etc., für den vorteilhaften
Ist-Parameter-Vergleich gemäß der Erfindung ohne großen Aufwand für Nachrüstungen
und/oder mittels Software-Programmierung umgesetzt werden. Dies verringert die Kosten
für die Erfindung zusätzlich.
[0032] Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der über die Last an der Hinterachse die
sensorische Erfassung des Ist-Senkparameters verwirklicht wird, wird gemäß der Erfindung
zu Nutze gemacht, dass die Gewichtskraft der aufgenommenen Last in vorteilhafter Weise
ein Moment um die Aufstandsfläche einer ersten Rad-/Antriebsachse, insb. bei Teleskopladern
der Vorderachse, erzeugt, welches z.B. bei Teleskopladern meist in nach vorneüber
kippender Richtung wirkt. In Folge dessen wird die andere bzw. zweite Rad-/Antriebsachse
bzw. z.B. bei Teleskopladern die Hinterachse der Maschine umso mehr entlastet, je
schwerer die aufgenommene Last ist. Diesem Kippmoment wirkt das Gewicht der Maschine
in dessen Schwerpunkt entgegen. Wird der Ausleger bzw. die Ladeanlage durch ein Hindernis
gestützt, so reduziert sich das Kippmoment um die erste Achse bzw. bei Teleskopladern
um die Vorderachse und die Last, die auf die zweite Achse bzw. bei Teleskopladern
die Hinterachse wirkt nimmt zu.
[0033] Somit kann gemäß der Erfindung die Last an der zweiten Achse bzw. z.B. bei Teleskopladern
an der Hinterachse, die beispielsweise mittels Dehnmessstreifen bzw. sog. "DMS-Messung"
oder dergleichen erfasst wird, ebenfalls dazu genutzt werden, zu detektieren, ob der
Ausleger bzw. die Ladeanlage in Kontakt mit einem Hindernis ist oder die aufgenommene
Last zu gering ist, um eine ausreichend schnelle Senkbewegung zu bewirken.
[0034] Vorteilhafterweise ist eine Steuervorrichtung zum Steuern des Senkbremselementes
vorgesehen, wobei die Steuervorrichtung wenigstens teilweise separat zur Steuereinheit
des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelement ausgebildet ist, so dass das Senkbremselement
separat zum Hubzylinder-Steuerelement steuerbar ist. Hiermit kann die Steuervorrichtung
und die Steuereinheit bzw. das steuerbare Hubzylinder-Steuerelement (weitestgehend)
unabhängig voneinander betrieben werden. Hiermit eröffnen sich vollkommen neuartige
Möglichkeiten der Steuerung des Hydrauliksystems bzw. des Hubzylinders und/oder des
steuerbaren Hubzylinder-Steuerelements etc..
[0035] Vorzugsweise ist wenigstens ein Entlastungselement/-ventil vorgesehen, wobei zwischen
dem Senkbremselement und dem Hubzylinder-Steuerelement wenigstens eine Verzweigungseinheit
angeordnet ist und wobei zwischen der Verzweigungseinheit und einem Hydraulikspeicher/-tank
das Entlastungselement/-ventil angeordnet ist, so dass im Senkbetrieb überschüssiges
Hydrauliköls/-flüssigkeit des Kolbenraumes dem Hydraulikspeicher/-tank zuführbar ist.
Hiermit können Unterschiede der beteiligten Öl-/Flüssigkeitsmengen in vorteilhafter
Weise ausgeglichen bzw. dem Tank/Speicher zugeführt werden.
[0036] Generell kann das erfindungsgemäße Prinzip, abhängig von gegebenen Messgrößen bzw.
erfasstem Ist-Senkparameter, üblicherweise bietet sich der Lastdruck am Hubzylinder
an, wobei in vorteilhafter Weise automatisch zwischen lastinduzierter Senkbewegung
und aktivem Senken von Lasten umgeschaltet werden kann, kann in vorteilhafter Weise
bei Hydraulikmaschinen, bei denen Lasten mit Hilfe von Hydraulikzylindern angehoben
werden und ein Absenken dieser aufgrund ihres Eigengewichtes jedoch nicht uneingeschränkt
möglich ist oder zeitweise auch aktiv Kräfte in absenkender Richtung aufgebracht werden
müssen, angewendet werden. Hierbei wird in vorteilhafter Weise der Ausleger bzw. die
Ladeanlage durch die Nutzung der Schwerkraft kontrolliert abgesenkt, was zu einer
Einsparung an Pumpenergie und/oder einer Verbesserung des Komforts und/oder einer
kontinuierlicheren Senkbewegung führt.
Ausführungsbeispiel
[0037] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wir anhand
der Figuren nachfolgend näher erläutert.
[0038] Im Einzelnen zeigt:
- Figur 1
- ein schematisch dargestellter Teleskoplader mit einem hydraulischen Schwenkzylinder,
- Figur 2
- ein erster, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder des Teleskopladers,
- Figur 3
- ein zweiter, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder des Teleskopladers
und
- Figur 4
- ein dritter, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder des Teleskopladers.
[0039] In den Figuren 2 bis 4 sind verschiedene, schematische, erfindungsgemäße Hydrauliksysteme
einer mobilen Hydraulikmaschine bzw. eines Kraftfahrzeugs wie z.B. ein Teleskoplader
1 gemäß Figur 1 skizziert. Der Teleskoplader 1 umfasst u.a. einen Ausleger 1.1 bzw.
einen teleskopierbaren Hubarm 1.1, der um eine erste Schwenkachse 1.8 mit Hilfe eines
einen Kolben 22 und eine Kolbenstange 23 aufweisenden Schwenkzylinders 2.1 bzw. Hubzylinders
2.1 in Bezug zu einem Fahrzeugrahmen 1.6 verstellbar/verschwenkbar ist. Hierdurch
kann der Auslegerarm 1.1 in seiner Höhe verstellt werden. Die Längenverstellung kann
in bekannter Weise einstufig oder mehrstufig realisiert werden und wird hier nicht
näher dargestellt bzw. ausgeführt.
[0040] Der Teleskoplader 1 weist zudem in bekannter Weise eine Fahrerkabine 1.7 auf, in
der in vorteilhafter Weise ein oder zwei bzw. mehrere Bedienelemente zum Fahren und
zum Betätigen des Hydrauliksystems vorhanden sind. Zudem sind in bekannter Weise Räder
5 oder nicht dargestellte Antriebsketten, z.B. eines Baggers oder dergleichen, vorgesehen,
die vorzugsweise mittels einem Antriebsmotor, z.B. Dieselmotor und/oder Elektromotor
und/oder Hydraulikmotor, antreibbar und/oder vom Fahrer lenkbar sind.
[0041] Am Ausleger 1.1 bzw. teleskopierbaren Auslegerarm 1.1 ist eine Lastaufnahme 1.3 bzw.
Werkzeugträger 1.3 schwenkbar um eine zweite Schwenkachse 1.9 verschwenkbar angeordnet.
Eine Last 1.4 bzw. ein Werkzeug 1.4 ist an einem Armende 1.5 angeordnet, wobei der
Werkzeugträger 1.3 mit Hilfe eines Neigehubzylinders 3.1 bzw. Kippzylinders 3.1 in
Bezug zum Armende 1.5 verstellt/verschwenkt werden kann.
[0042] Wie bereits handelsüblich, kann der Kippzylinder 3.1 in vorteilhafter Weise mit einem
Kompensationszylinder 4.1 über eine erste Verbindungsleitung und eine zweite Verbindungsleitung
miteinander hydraulisch verbunden werden (ohne nähere Darstellung), d.h. dass über
die beiden Verbindungsleitungen und Hydraulikfluid/-öl ausgetauscht werden kann bzw.
diese in einem gemeinsamen Hydraulikkreislauf integriert sind. Bekanntlich wird hierdurch
erreicht, dass die Last 1.4 bzw. das Werkzeug 1.4 beim Verschwenken des Auslegers
1.1 in vorgegebener Position bzw. Orientierung, z.B. in horizontaler Position, verbleibt,
was in der Praxis meist von großem Vorteil ist.
[0043] In Figur 2 ist ein erster, schematischer Hydraulikschaltplan für den Schwenkzylinder
2.1 des Teleskopladers 1 mit einem als Drucksensor 6 ausgebildeten Senksensor 6 gemäß
der Erfindung dargestellt.
[0044] Im Senkbetrieb erfolgt die Steuerung der Senkbewegung des Auslegers 1.1 zunächst
allein durch ein Senkbremsventil 13. Dazu wird ein Regenerationsventil 14 und ein
Entlastungsventil 15.1 oder als Alternative 15.2 einer Hubarmdämpfung geöffnet. Durch
die Pilotierung des Senkbremsventils 13 öffnet dieses und das von einer Kolbenseite
bzw. einem Kolbenraum 20 verdrängte Öl Q2 wird durch das Regenerationsventil 14 auf
die Stangenseite bzw. einen Kolbenstangenraum 21 geleitet.
[0045] Aufgrund der ungleichen wirksamen Flächen bzw. Volumen von Kolben- 20 und Stangenseite/-raum
21 kann nur eine Teilölmenge Q1 der Stangenseite bzw. dem Kolbenstangenraum 21 zugeführt
werden. Ein überschüssiger Ölstrom Q3 = Q2 - Q1 wird optional ab einer Verzweigungsstelle
30 über das Entlastungsventil 15.1 oder 15.2 zum Tank T abgeführt, um eine Senkbewegung
des Auslegers 1.1 zu ermöglichen. Durch die Umgehung eines Steuerventils 12 wird keinerlei
Motorleistung bzw. Pumpleistung einer Pumpe P zum Senken der Ladeanlage bzw. des Auslegers
1.1 benötigt. Allein die Gewichtskraft des Auslegers 1.1. wird als antreibende Kraft
für den Senkbetrieb genutzt, d.h. es erfolgt ein "passiver" Senkbetrieb.
[0046] Erst wenn die Gewichtskraft und somit ein Lastdruck zur Absenkung der Ladeanlage
nicht mehr ausreicht, wird das Steuerventil 12 zusätzlich bzw. "parallel" zum Senkbremsventil
13 angesteuert und das Regenerations- 14 und Entlastungsventil 15.1, 15.2 geschlossen.
[0047] Die Umschaltung erfolgt (automatisiert/automatisch) auf Basis des Lastdrucks bzw.
Ist-Druck der Ölmenge Q2 bzw. des Ölstromes Q2, welcher gemäß der Erfindung durch
den Drucksensor 6 erfasst wird. Dies erfolgt in vorteilhafter Weise derart, dass der
Drucksensor 6 ein Sensorsignal 8 einer Steuerung 7 sendet/übermittelt und dass diese
Steuerung 7 mittels einer Vergleichseinheit 9 das übermittelte Ist-/Sensorsignal 8
bzw. Ist-Parameter im Sinn der Erfindung mit einem abgespeicherten/ bzw. hinterlegten
Soll-Parameter/-Wert vergleicht, wobei ggf. eine Mikroprozessoreinheit bzw. ein Microcontroller
11 oder dergleichen in vorteilhafter Weise verwendet wird.
[0048] In dem Fall dass im Senkbetrieb der Ist-Parameter dem SollParameter/-wert entspricht
bzw. diese gleich sind, sendet die Steuerung 7 bzw. die Vergleichseinheit 9 in vorteilhafter
Weise ein Senk-Steuersignal 16 an die Pumpe P und/oder ein Steuersignal 17 dem Steuerventil
12, so dass Letzteres umschaltet in Senkstellung und so dass bei Bedarf die Pumpe
P den Betriebsdruck aufrecht erhält bzw. Öl Q1 zur Stangenseite bzw. in den Kolbenstangenraum
21 pumpt. Demzufolge wird so ein "aktiver" Senkbetrieb realisiert, wofür Energie bzw.
Pumpleistung notwendig ist.
[0049] Dies kann auch der Fall sein beim Übergang von ziehenden zu drückenden Lasten wie
dies z.B. bei einem Aufsetzen des Werkzeuges 1.4 auf dem Boden bzw. auf einem nicht
dargestellten Hindernis erfolgt.
[0050] In dem Betriebspunkt, bei dem die Steuerung 7 vom "passiven" in den "aktiven" Senkbetrieb
umschaltet, ist der "energielose" bzw. von der Schwer-/Gewichtskraft angetriebene
Senkbetreib, was auch als "Gravity-Lowering"-Funktion bezeichnet werden könnte, nicht
mehr aktiv und das System verhält sich annähernd wie bisher handelsübliche und Pumpenergie
verbrauchende Hydrauliksysteme bzw. Senkbetriebsweisen.
[0051] Aufgrund der vorteilhaften getrennten Ansteuerung der Ventile 12 und 13, d.h. Steuersignal
17 und ein separates bzw. zweites Steuersignal 18, und damit unabhängige parametrierbare
Kennlinien in einer Software, auch beim bislang bekannten bzw. sog. konventionellen
Senkbetrieb in vorteilhafter Weise Drosselverluste und damit der Energieverbrauch
zusätzlich reduziert werden.
[0052] In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung kann eine in einer Software
hinterlegte Kennlinie (Ventilbestromung in Abhängigkeit der geforderten Senkgeschwindigkeit)
für das Senkbremsventil 13 durch ein Kennfeld (Ventilbestromung in Abhängigkeit der
geforderten Senkgeschwindigkeit und des gemessenen Lastdrucks) ersetzt werden. Dadurch
kann das volumenstromregelnde Verhalten der Senkbremse zusätzlich optimiert werden.
[0053] Grundsätzlich kann gemäß der Erfindung eine vorteilhafte Nachrüstung von bislang
üblichen Hydrauliksystemen in vorteilhafter Weise ohne großen konstruktiven und/oder
wirtschaftlichen sowie steuerungs-technischen Aufwand realisiert werden.
[0054] Das Entlastungsventil 15.1 kann wie in Figur 2 dargestellt alternativ auch auf der
Kolbenseite des Hubzylinders 2.1. bzw. verbaut werden, d.h. als Entlastungsventil
15.2. Dadurch wird der Volumenstrom über das Regenerationsventil 14 in vorteilhafter
Weise reduziert und damit verbundene Drosselverluste, welche sich negativ auf die
Senkgeschwindigkeit auswirken, minimiert. Allerdings kann das Ventil 15.2 in diesem
Fall nicht mehr zur Entlastung der Stangenseite bei eingeschalteter Hubarmdämpfung
genutzt werden.
[0055] Die beschriebene sog. "Gravity-Lowering"-Funktion kann wie in Figur 3 dargestellt
mit einem schaltbaren Senkbremsventil 13 bzw. einer Senkbremseinheit realisiert werden,
das/die diverse Rückschlagventile und/oder Lasthalteventile umfasst (vgl. Figur 3).
Dadurch kann auf das einzelne, separate und schaltbare Regenerationsventil 14 gemäß
Figur 2 verzichtet werden. Auch in dieser Schaltung kann das Entlastungsventil 15.1
alternativ auf der Kolbenbodenseite angeordnet werden (ohne nähere Darstellung).
[0056] Zudem kann die beschriebene sog. "Gravity-Lowering"-Funktion auch wie in Figur 4
dargestellt mit einem anderen, schaltbaren Senkbremsventil 13 bzw. einer anderen Senkbremseinheit
realisiert werden, das/die wiederum diverse Rückschlagventile und/oder Lasthalteventile
umfasst (vgl. Figur 4). Auch hier kann auf das einzelne, separate und schaltbare Regenerationsventil
14 gemäß Figur 2 verzichtet werden. Hier ist im Vergleich zu Figur 3 das Entlastungsventil
15.2 an der alternativen Position eingezeichnet. Auch in dieser Schaltung kann das
Entlastungsventil 15.2 optional auf der Kolbenbodenseite angeordnet werden (ohne nähere
Darstellung).
[0057] In den Figuren 3 und 4 ist auf eine weitere Abbildung der Steuerung 7 einschl. deren
vorteilhafte Komponenten/Bestandteile sowie deren Signalleitungen 16, 17, 18 etc.
lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet worden. Die entspr. Steuerungen
7 für die Schaltungen gemäß den Figuren 3 oder 4 können jedoch vergleichbar wie in
Figur 2 ausgebildet werden.
[0058] Das Abführen des überschüssigen Volumenstroms Q3 beim Senken ist grundsätzlich auch
über das Steuerventil 12 möglich. Dafür sollte/muss das Steuerventil 12 in alternativer
Weise mit einer Schaltstellung ausgeführt werden, welche die Arbeitsanschlüsse zum
Tank T hin entlastet und den Versorgungsanschluss geschlossen hält. Dies kann über
die sog. Neutralstellung des Ventilschiebers oder eine zusätzliche Schaltstellung
umgesetzt werden, was für den Fachmann bekannt ist.
[0059] Eine weitere vorteilhafte Optimierung des Betriebsverhaltens ist z.B. durch eine
Messung/Erfassung der Druckdifferenz am Senkbremsventil 13 möglich. Dazu ist in vorteilhafter
Weise eine weitere Druckmessstelle vorzusehen bzw. zu realisieren, z.B. mit einem
zweiten Drucksensor und/oder einem Druckdifferenz-Sensor. Im Kennfeld ergibt sich
beispielsweise der zur Ansteuerung des Ventils vorteilhafte Ist-Parameter bzw. Stromwert
dann in vorteilhafter Weise abhängig von der geforderten bzw. vorgegebenen Senkgeschwindigkeit
und der am Senkbremsventil 13 anliegenden Druckdifferenz.
[0060] Die erfindungsgemäße Umschaltung zwischen sog. "Gravity-Lowering" und konventionellem
bzw. "aktivem" Senken ist auch auf Basis des Lastsignals des Überlastsystems an der
Hinterachse des Teleskopladers 1 möglich, d.h. an der Radachse der recht in Figur
1 eingezeichneten Räder 5. In diesem Fall kann auf den Drucksensor 6 verzichtet werden,
da der entspr. Achssensor als Senksensor gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
[0061] Darüber hinaus können durch eine optionale bzw. vorteilhafte Messung einer geometrischen
Kenngröße, wie dem Hubwinkel des Hubarms bzw. Auslegers 1.1 und/oder des Hubs des
Hubzylinders 2.1 und/oder Rückführung des Signals auf einen Regler (Regelkreis) der
Steuerung 7, Störeinflüsse auf das System ausgeregelt werden.
[0062] In der skizzierten Ausführungsformen können das Senkbremsventil 13 optional über
ein erstes, hydraulisches Pilotsignal oder über die Steuerleitung 18 und/oder das
Steuerventil 12 optional über die ein (separates) zweites, hydraulisches Pilotsignal
bzw. über die Steuerleitung 17 betätigt. So ist auch eine direkte elektromagnetische
Betätigung der Ventile 12 und/oder 13 z.B. mittels elektrischer Steuerleitungen 17,
18 möglich, genauso wie eine elektrische Steuerung der Pumpe P mittels elektrischer
Steuerleitung 16. Von großem Vorteil ist, wenn das Senkbremsventil 13 und das Wegeventil
12 bzw. Steuerventil 12 unabhängig voneinander angesteuert werden können.
[0063] Die Erfindung führt zu besonderen Vorteilen bzw. Wirkungen, wenn z.B. bei ausreichender
Gewichtskraft (Lastdruck) die Ladeanlage bzw. der Ausleger 1.1 ohne Unterstützung
des Motors bzw. der Pumpe P kontrolliert abgesenkt werden kann, wodurch Energie eingespart
wird.
[0064] Auch durch die Umgehung des Steuerventils 12 wird kein Ölstrom und Druck der Pumpe
P zum Senken der Ladeanlage bzw. des Auslegers 1.1 benötigt. Dadurch steht bei einem
vorteilhaften Parallelbetrieb mehrerer hydraulischer Verbraucher im Hydrauliksystem
ein höherer nutzbarer Pumpenvolumenstrom für die anderen, hydraulischen Verbraucher/Komponenten
zur Verfügung. Außerdem werden Drosselverluste beim Betrieb mehrerer Verbraucher mit
unterschiedlichen Druckniveaus vermieden.
[0065] Die vorteilhaften Varianten der Erfindung lassen sich sehr einfach nachrüsten und
damit als Optionen für den Kunden anbieten, was die Flexibilität und den Komfort für
den Kunden in vorteilhafter Weise erhöht.
[0066] Zudem lässt sich die Erfindung ohne großen konstruktiven und wirtschaftlichen Aufwand
und flexibel vor allem über vorteilhafte Softwareparameter optimieren/verändern und
damit auf unterschiedliche Betriebsbedingungen und Maschinen bzw. Fahrzeuge und/oder
Anwendungsfälle/-gebiete abstimmen.
[0067] So umfassen die vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung u.a. die nachfolgenden,
optionalen Merkmale:
- (möglichst) getrennte Pilotierung von Steuerventil 12 und Senkbremsventil 13,
- (mögliche) Verbindung von Kolben- und Stangenseite beim Senken, d.h. sog. "Regeneration"
bzw. Ölstrom vom Kolben- 20 zum Kolbenstangenraum 21,
- (möglichst) direkte Abfuhr des überschüssigen Volumenstroms Q3 zum Tank T durch (bereits
vorhandenes/bestehendes) Entlastungsventil 15.1, 15.2 der sog. "Hubarmdämpfung" und
- vorteilhafte Abschaltung/Umschaltung der sog. "Gravity-Lowering"-Funktion auf Basis
des erfassten Ist-Parameters wie z.B. des gemessenen Lastdrucks der Ölmenge Q2 der
Kolbenseite bzw. des Kolbenraumes 20 gemäß der Erfindung.
1. Hydraulikmaschine (1), insbesondere Kraftfahrzeug (1) wie ein Bagger, Radlader, Traktor,
Teleskoplader (1) oder dergleichen, mit einem in Bezug auf einen Rahmen (1.6) um eine
Schwenkachse (1.8) verschwenkbaren Ausleger (1.1), wobei der Ausleger (1.1) eine Lastaufnahmevorrichtung
(1.3) zum Aufnehmen/Fixieren einer Lastaufnahme (1.4) wie ein Werkzeug (1.4) oder
dergleichen, insbesondere eine Lastgabel (1.4), ein Greifarm, eine Schaufel oder Bühne,
umfasst, wobei ein einen Kolben (22) und eine Kolbenstange (23) aufweisender Hubzylinder
(2.1) zum Verschwenken, insbesondere Anheben und Absenken, des Auslegers (1.1) gegenüber
dem Rahmen (1.6) vorgesehen ist, wobei der Hubzylinder (2.1) als doppeltwirkender
Zylinder (2.1) mit einem Kolbenraum (20) und einem Kolbenstangenraum (21) ausgebildet
ist, wobei eine wenigstens eine Druckerzeugungsvorrichtung (P), insbesondere Hydraulikpumpe
(P), zum Druckbeaufschlagen eines/einer Hydrauliköls/-flüssigkeit umfassende Hydraulikeinheit
zum Betätigen und/oder Druckbeaufschlagen des Hubzylinders (2.1), insbesondere des
Kolbenraums (20) und/oder des Kolbenstangenraums (21), vorgesehen ist, wobei wenigstens
ein mittels einer Steuereinheit (7) steuerbares Hubzylinder-Steuerelement (12), insbesondere
ein Wegeventil (12), zum Steuern des Hubzylinders (2.1) und/oder zum Umschalten zwischen
einem Senkbetrieb zum Absenken des Auslegers (1.1) und/oder einem Hebebetrieb zum
Anheben des Auslegers (1.1) und/oder einem Haltebetrieb zum Halten des Auslegers (1.1)
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ein Senksignal (8) erzeugender Senksensor (6) zum Erfassen eines Ist-Senkparameters
des Senkbetriebes vorgesehen ist, dass eine wenigstens ein Senk-Steuersignal (16,
17, 18) erzeugende Ist-Soll-Vergleichseinheit (9) zum Vergleichen des Ist-Senkparameters
mit einem Soll- und/oder Grenzparameter vorgesehen ist, wobei im Fall, dass der Ist-Senkparameter
dem Soll- und/oder Grenzparameter entspricht, das Senk-Steuersignal zum Betätigen
der Steuereinheit (7) und/oder der Druckerzeugungsvorrichtung (P) und/oder zum Umschalten
des steuerbaren Hubzylinder-Steuerelementes (12) vorgesehen ist, so dass wenigstens
ein Druckbeaufschlagen des/der Hydrauliköls/ -flüssigkeit des Kolbenstangenraumes
(21) vorgesehen ist.
2. Hydraulikmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Senksensor (6) als Drucksensor (6) zum Erfassen eines Drucks des/der Hydrauliköls/-flüssigkeit
ausgebildet ist.
3. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Senkbetrieb des Auslegers (1.1) wenigstens eine Regenerationsverbindungsleitung
(19) zwischen dem Kolbenraum (20) und dem Kolbenstangenraum (21) vorgesehen/ausgebildet
ist, so dass Hydrauliköl/-flüssigkeit vom Kolbenraum (20) zum Kolbenstangenraum (21)
strömen/fließen kann, wobei die Regenerationsverbindungsleitung (19) wenigstens ein
Senkbremselement (13), insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, umfasst.
4. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (6) in der Regenerationsverbindungsleitung (19) sowie zwischen dem
Kolbenraum (20) und des Senkbremselementes (13) oder im/am Kolbenraum (20) angeordnet
ist.
5. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Senksensor (6) als Lastsensor zum Erfassen einer Last/Belastung des Auslegers
(1.1) und/oder der Lastaufnahme (1.4) und/oder des Rahmens (1.6) ausgebildet ist.
6. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Senk-/Lastsensor (6) als Rahmensensor zum Erfassen einer Rahmenlast/-belastung
ausgebildet ist.
7. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmensensor als Achslastsensor zum Erfassen einer Achslast/-belastung einer
Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, ausgebildet ist.
8. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achslastsensor als Dehnmessstreifen (DMS) zum Erfassen einer Biegung/Längenänderung
der Fahrzeugachse ausgebildet ist.
9. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (7) zum Steuern des Senkbremselementes (13) vorgesehen ist,
wobei die Steuervorrichtung wenigstens teilweise separat zur Steuereinheit (7) des
steuerbaren Hubzylinder-Steuerelement (12) ausgebildet ist, so dass das Senkbremselement
(13) separat zum Hubzylinder-Steuerelement (12) steuerbar ist.
10. Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Entlastungselement/- ventil (15.1, 15.2) vorgesehen ist, wobei zwischen
dem Senkbremselement (13) und dem Hubzylinder-Steuerelement (12) wenigstens eine Verzweigungseinheit
(30) angeordnet ist und wobei zwischen der Verzweigungseinheit (30) und einem Hydraulikspeicher/-tank
(T) das Entlastungselement/-ventil (15.1, 15.2) angeordnet ist, so dass im Senkbetrieb
überschüssiges Hydrauliköls/-flüssigkeit (Q3) des Kolbenraumes (20) dem Hydraulikspeicher/-tank
(T) zuführbar ist.
11. Kraftfahrzeug (1) wie ein Bagger, Radlader, Traktor, Teleskoplader (1) oder dergleichen,
mit einer Hydraulikmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche.
12. Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikmaschine und/oder einem Kraftfahrzeug (1) nach
einem der vorgenannten Ansprüche.