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Title:
MOBILE WORK MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/260450
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a mobile work machine, in particular a wheeled loader, having a hydraulic circuit and having a pump (P) for conveying a hydraulic medium through the hydraulic circuit and having at least one control block (CB) having an inflow control edge (ZK) and an outflow control edge (AK) for controlling the flow of the hydraulic fluid, wherein the work machine has a working tool and a cylinder for actuating the working tool and wherein the cylinder has an outflow (A) and an inflow (B) for the hydraulic fluid, the outflow being fluidically connected to the outflow control edge and the inflow being fluidically connected to the inflow control edge, the inflow control edge having no fine control notches or fewer fine control notches than the outflow control edge, which has one or more fine control notches, such that, in the event of a load pulling on the working tool, the outflow control edge throttles the outflow volume through the outflow of the cylinder.

Inventors:
KNAPP, Hans (AT)
STOCK, Josef (AT)
GAPPMAIER, Rupert (AT)
KIEGERL, Christoph (AT)
WINDHOFER, Reinhard (AT)
ALTENBERGER, Florian (AT)
Application Number:
EP2020/067808
Publication Date:
December 30, 2020
Filing Date:
June 25, 2020
Export Citation:
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Assignee:
LIEBHERR-WERK BISCHOFSHOFEN GMBH (AT)
International Classes:
E02F3/43; E02F9/22; F15B11/044
Attorney, Agent or Firm:
HERRMANN, UWE / LORENZ SEIDLER GOSSEL RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader, mit einem Hydraulikkreis lauf und mit einer Pumpe zur Förderung eines Hydraulikmediums durch den Hydraulikkreislauf sowie mit zumindest einem Steuerblock mit einer Zulauf steuerkante und einer Ablaufsteuerkante zur Steuerung des Flusses des Hydraulikmediums, wobei die Arbeitsmaschine ein Arbeitswerkzeug und ei nen Zylinder zur Betätigung des Arbeitswerkzeugs aufweist und wobei der Zylinder einen Ablauf und einen Zulauf für das Hydraulikmedium aufweist, wobei der Ablauf mit der Ablaufsteuerkante und der Zulauf mit der Zulauf steuerkante in Fluidverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufsteuerkante keine oder weniger Feinsteuerkerben als die Ablaufsteu erkante aufweist und somit weitgehend entdrosselt arbeitet, während die Ab laufsteuerkante mit einer oder mehreren Feinsteuerkerben ausgestattet ist, so dass bei einer ziehenden Last am Arbeitswerkzeug die Ablaufsteuerkante die Ablaufmenge durch den Ablauf des Zylinders drosselt. 2. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die ausgebildet ist, die Bewegung des oder der Steuerblöcke zu steuern.

3. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpensteuerung vorgesehen ist, die ausgebildet ist, die Förder menge durch die Pumpe zu steuern.

4. Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckregler vorgesehen ist, der mit der Pumpe derart zusammenwirkt, dass auf der Zylinderseite, auf der sich durch die ziehende Last eine Volumenvergrößerung ergibt, ein Mindestdruck auf rechterhalten wird.

5. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Druckregler um einen elektrisch verstellbaren Druckregler der Pumpe handelt.

6. Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufsteuerkante und die Zulaufsteuer kante in einem Steuerblock vereinigt sind oder in aufgelöster Bauweise, d.h. in getrennten Steuerblöcken angeordnet sind.

7. Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine einen Hauptverbraucher und einen Zusatzverbraucher aufweist und dass eine Steuerung vorhanden ist, die ausgebildet ist, dass bei einem geringeren Lastdruck des Zusatzver brauchers als des Hauptverbrauchers die Ablaufsteuerkante des Hauptver brauchers so weit schließt, dass Druck aufgestaut wird, der zur Betätigung des Zusatzverbrauchers ausreicht.

Description:
Mobile Arbeitsmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere einen Radlader, mit einem vorzugsweise offenen Hydraulikkreislauf und mit einer Pumpe zur Förderung eines Hydraulikmediums durch den Hydraulikkreislauf sowie mit zu mindest einem Steuerblock mit einer Zulaufsteuerkante und einer Ablaufsteuerkan te zur Steuerung des Flusses des Hydraulikmediums, wobei die Arbeitsmaschine ein Arbeitswerkzeug und einen Zylinder zur Betätigung des Arbeitswerkzeugs auf weist und wobei der Zylinder einen Ablauf und einen Zulauf für das Hydraulikmedi um aufweist, wobei der Ablauf mit der Ablaufsteuerkante und der Zulauf mit der Zulaufsteuerkante des Steuerblocks in Fluidverbindung stehen.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Zylinderantriebe für Arbeitsmaschinen, wie z.B. für Radlader, mit Pumpen im offenen Kreislauf in Verbindung mit Steuer blöcken in hydraulischen Regelsystemen zu betreiben. Dies gilt vorzugsweise für Radlader mit LS (Load-Sensing) Systemen. Für diese Regelung ist ein erheblicher Energieaufwand erforderlich. Werden mehrere Verbraucher durch die Pumpe ver sorgt, kommen noch Verluste durch unterschiedliche Lastdrücke hinzu, da die Pumpe stets den Gesamtförderstrom mit dem Druck des lastdruckhöchsten Ver brauchers erzeugen muss, um dessen Funktion zu gewährleisten. Denkbar ist es, mehrere Pumpen einzusetzen, die es ermöglichen, mehrere Drücke zu erzeugen. Durch eine variable Zuteilung von Kolbengruppen für verschiedene Verbraucher soll erreicht werden, dass die Pumpen jederzeit für jeden Verbraucher die erforderliche Ölmenge mit dem individuell zugehörigen Druck versorgen. Dies ermöglicht eine reine Verdrängersteuerung der Verbraucher, d.h. die Pumpen för dern die jeweils erforderliche Menge ohne hydraulische Regelung durch elektrische Vorgabe dieser Menge. Dadurch werden Verluste für unterschiedliche Lastdrücke und für die Regelung vermieden und die Energieeffizienz der Arbeitsmaschine wird gesteigert.

Für drückende Lasten, wie z.B. beim Anheben der Schaufel des Radladers wird aus dem Fahrerwunsch in Form der Bedienhebelauslenkung oder dergleichen eine Wunschmenge ermittelt. Diese wird an die Pumpe weitergeleitet, die dann die För dermenge bereitstellt. Der LS-Regelaufwand entfällt. Der Steuerblock wird voll ge öffnet und nimmt an der Mengenzuteilung keinen Anteil mehr.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese besonders effi zient arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist vorgesehen, dass die Zulaufsteuerkante keine oder weniger Feinsteuer kerben als die Ablaufsteuerkante aufweist, die mit einer oder mehreren Feinsteuer kerben ausgestattet ist, so dass bei einer ziehenden Last am Arbeitswerkzeug die Ablaufsteuerkante die Ablaufmenge durch den Ablauf des Zylinders drosselt.

Bei einer ziehenden Last, wie z.B. beim Kippen der Schaufel eines Radladers über den Kipppunkt hinaus, wird der Zylinder durch die Last gezogen, d.h. der Zylinder wird durch die äußere Kraft bewegt. In diesem Fall wird die Mengensteuerung für das Hydraulikmedium, insbesondere Öl, vom Steuerblock übernommen. Dieser verschließt die Ablaufsteuerkante des Steuerblocks entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit des Ar beitswerkzeuges, die z.B. durch die Auslenkung des Fahrerbedienhebels vorgege ben wird, teilweise und drosselt auf diese Weise die Ablaufmenge aus dem Zylin der.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Begriff„Zylinder“ allgemein für eine oder mehrere Kolben-Zylindereinheiten steht, wobei der Kolben in dem Zylin derraum beweglich aufgenommen ist und diesen in zumindest zwei Teilbereiche unterteilt, von denen einer den Ablauf und einer den Zulauf aufweist.

Es können ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, die die Druckverhältnisse erfassen.

Auf der gegenüberliegenden Seite, d.h. im Bereich des sich bei ziehender Last ver größernden Volumens des Zylinders wird ein bestimmter Mindestdruck aufrecht erhalten, so dass die durch das Ausziehen des Zylinders entstehende Volumenver größerung befüllt wird. Die Menge wird über die voll geöffnete Steuerkante im Steuerblock nahezu verlustlos zugemessen.

Es kann ein Druckregler vorgesehen sein, der mit der Pumpe derart zusammen wirkt, dass auf der Zylinderseite, auf der sich durch die ziehende Last eine Volu menvergrößerung ergibt, der Mindestdruck aufrechterhalten wird.

Dabei kann es sich um einen elektrisch verstellbaren Druckregler der Pumpe han deln.

Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, die Bewegung des oder der Steuerblöcke zu steuern oder zu regeln. Vorzugsweise weist der Steuerblock eine Zulauf- und eine Ablaufsteuerung auf. Der Zulauf wird jedoch erfindungsgemäß durch die Fördermenge der Pumpe ge steuert und weist somit vorzugsweise keine Feinsteuerkerbe auf und öffnet aus der Mittellage schnell und auf den Vollquerschnitt. Es kann eines Steuerung vorhanden sein, die ausgebildet ist, die Fördermenge der Pumpe durch den Zulauf zu steuern oder zu regeln.

Flingegen weist die Ablaufseite am Steuerblock die volle Funktionalität eines klassi schen Steuerblocks auf und weist dementsprechend eine oder mehrere Feinsteu erkerben auf und ggf. reduzierte Querschnitte.

Erfindungsgemäß kann somit ein klassischer Steuerblock zum Einsatz kommen, dessen Zulaufsteuerkanten vollständig entdrosselt sind. Die Funktion beschränkt sich auf die Zuordnung zur jeweiligen Zylinderseite (Wechsel der Bewegungsrich tung) und die ggf. erforderliche Ablaufdrosselung.

Die Ablaufsteuerkante und die Zulaufsteuerkante können in einem Steuerblock ver einigt sein oder in aufgelöster Bauweise, d.h. in getrennten Steuerblöcken ange ordnet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Arbeitsmaschine einen Hauptverbraucher und einen Zusatzverbraucher auf, wobei eine Steuerung vorhan den ist, die ausgebildet ist, dass bei einer ziehenden Last an dem Arbeitswerkzeug und bei einem geringeren Lastdruck des Zusatzverbrauchers als des Hauptver brauchers die Ablaufsteuerkante des Hauptverbrauchers so weit schließt, dass Druck aufgestaut wird, der zur Betätigung des Zusatzverbrauchers ausreicht. Auch dies kann durch eine geeignete Steuerung erfolgen.

Vorzugsweise werden für untergeordnete Zusatzfunktionen die Hauptversorgungen mit genutzt. Beispielsweise könnte die Hubversorgung eine Hochkippschaufel aus kippen oder die Kippversorgung einen Niederhalter beaufschlagen, wodurch Bau- aufwand eingespart wird. Diese Funktionen werden 3. oder ggf. 4. Steuerkreis etc. genannt, die üblicherweise eigene Schieber aufweisen.

Wenn ein Druckniveau verschiedene Verbraucher versorgt, entsteht das Problem, dass der lastdruckniedrigste Verbraucher einen Hauptanteil der Menge schluckt und der lastdruckhöchste Verbraucher stehen bleibt, da das Öl bzw. das Hydrau likmedium stets den Weg des kleinsten Widerstandes wählt. Im Stand der Technik werden diese Druckunterschiede über Druckwaagen vernichtet und so durch Dros selung die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit eingestellt. Die Pumpe liefert den höchsten Lastdruck mit der Gesamtmenge.

Um den Bauaufwand gering zu halten, werden der 3. und ggf. der 4. Steuerkreis mit dem Hydraulikkreis gemäß Anspruch 1 kombiniert.

Dabei können folgende Fälle auftreten:

Der Lastdruck im 3. und ggf. 4. Steuerkreis ist geringer als der der Hauptfunktion: eine Druckwaage am 3. bzw. 4. Steuerkreis staut durch Rückmeldung des hohen Lastdrucks aus der Hauptfunktion den Druck soweit an, dass die Hauptfunktion nicht stehen bleibt, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Im zweiten Fall ist der Lastdruck im 3. und ggf. 4. Steuerkreis höher als der der Hauptfunktion, d.h. der Lastdruck des Zusatzverbrauchers ist höher als der des Hauptverbrauchers. Um zu erreichen, dass der oder die Zusatzverbraucher nicht zum Stehen kommen, wird erfindungsgemäß bei einer ziehenden Last die Ablauf steuerkante des Hauptverbrauchers bzw. des Steuerblocks des Hauptverbrauchers so weit geschlossen, dass ausreichend Druck für den 3. und ggf. 4. Steuerkreis aufgebaut wird und der Zusatzverbraucher bewegt wird.

Der Vorteil besteht darin, dass keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden und solange die Hauptfunktion alleine genutzt wird, der volle energetische Vorteil ge nutzt werden kann. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„ein“ und„eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen kön nen. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines im Folgen den beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Flydraulikkreislaufs mit den unter schiedlich ausgebildeten Zu- und Ablaufsteuerkanten eines Steuer blocks,

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Verschaltung eines hiebe- und ei nes Kippzylinders für eine Schaufel einer Arbeitsmaschine, und

Fig. 3: eine weitere schematische Darstellung einer Verschaltung eines Hebe- und eines Kippzylinders für eine Schaufel einer Arbeitsmaschine.

Wird bei einem Radlader der Kipppunkt der Schaufel überschritten, zieht die Schaufel den Kippzylinder, d.h. der Kippzylinder wird durch die Schaufel bewegt.

Die Mengensteuerung wird nun vom Steuerblock übernommen, der die Zylinderab laufsteuerkante entsprechend der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit teil weise verschließt, d.h. drosselt, so dass die Ablaufmenge und somit die Bewe gungsgeschwindigkeit der Schaufel und des Zylinders eingestellt werden kann.

Auf der anderen Seite, d.h. auf der Seite des sich vergrößernden Zylinderraums sorgt ein elektrisch verstellbarer Druckregler der Pumpe dafür, dass ein Mindest- druck aufrecht erhalten wird, so dass das durch das Ausziehen des Zylinders ent stehende Volumen gefüllt wird. Dies erfolgt bei vollständig geöffneter Zulaufkante des Steuerblocks.

Der Zulauf wird durch die Fördermenge der Pumpe gesteuert und weist somit keine Feinsteuerkerbe auf. Flingegen ist die Ablaufkante des Steuerblocks mit einer Fein steuerkerbe versehen, so dass die Ablaufgeschwindigkeit einstellbar ist.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Feinsteuerkerbe“ nicht nur eine Feinsteuerkerbe als solche bezeichnet, sondern stellvertretend für jedes beliebige Drosselorgan steht.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Hydraulikkreislaufs mit den unter schiedlich ausgebildeten Zulaufsteuerkanten ZK und Ablaufsteuerkanten AK eines Steuerblocks CB.

Der Steuerblock CB ist dabei mit der Druckseite der Pumpe P, einem Tank T für Hydraulikmedium sowie der Bodenseite und der Stangenseite eines Zylinders ver bunden. Der Steuerblock CB regelt dabei den Zu- und Ablauf von einem in dem Zylinder vorhandenen Hydraulikmedium, indem das bodenseitige B bzw. das stan genseitige A Zylinderreservoir über verstellbare Drosseleinheiten, den sogenannten Zulaufkanten ZK bzw. Ablaufkanten AK mit der Druckseite der Pumpe bzw. dem Tank fluidisch verbunden werden können.

Kommt es nun zu einer auf den Zylinder wirkenden Zugkraft, so kommt es zur Auf gabe durch gezieltes Androsseln der Ablaufkante die kontinuierliche und gleichblei bende Zylinderbewegung sicherstellen. Ein unerwünschter Effekt könnte hier das Auftreten einer stark vom Fahrerwunsch abweichenden Bewegung sein.

Am Beispiel eines Radladers kann sich ein solcher ungewünschter Effekt einstellen, wenn eine Radladerschaufel beim Abkippen ihren Kipppunkt überschritten hat und der vormals drückende Zylinder durch die Gewichtskraft der Schaufel und der da- rauf befindlichen Ladung zu einem gezogenen Zylinder wird. In anderen Worten zieht die nun von alleine herabkippende Schaufel den Zylinder aus (mit der in Fig. 1 dargestellten Kraft F), die Ölfördermenge der Pumpe zur Zulaufseite (Kante) spielt für die Kontrollierbarkeit kaum mehr eine Rolle und die Bewegung muss über die Ablaufseite (Kante) dosiert werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird durch die Gestaltung der Ablaufkante AK und der Zulaufkante ZK in dem Steuerblock CB sichergestellt, dass auch in einem sol chen Zustand ein ausreichend hoher Druck auf der Ablaufseite des Verbrauchers (Zylinders) vorhanden ist.

In Fig. 1 weist die Zulaufsteuerkante ZK in das bodenseitige Reservoir des Zylin ders eine Form auf, bei der abrupt viel Fläche freigegeben wird, so dass ein ent- drosselter Zulauf von der Pumpe P in das bodenseitige Reservoir B des Zylinders einströmen kann.

Anders sieht dies beim Ablauf des Hydraulikmediums aus dem stangenseitigen Re servoir A des Zylinders aus, da hier die Ablaufkante AK eine drosselnde Funktion besitzt, die bspw. durch einen linearen Verlauf der Kante geschaffen werden kann. Dadurch kann durch kleine Änderungen an der Schieberposition der Druck, bei spielhaft auf der Stangenseite M4, effektiv und gut dosierbar aufgebaut werden. Hierdurch kann trotz verlustoptimierter Zulaufkante auch für fordernde Situationen ein sauberes Bewegungsverhalten gewährleistet werden.

Für das leichtere Verständnis ist die Strömungsrichtung des Hydraulikmediums durch Pfeile in der Fig. 1 dargestellt.

Fig. 2 zeigt dabei die beispielhafte Einbettung des Steuerblocks CB zur Ansteue rung eines Arbeitswerkzeugs.

Der Antrieb der verstellbaren Hydraulikpumpe P erfolgt dabei mechanisch mit ei nem Motor, bspw. einem Verbrennungs- bzw. Elektromotor E. Es wird dem hydraulischen Steuerblock CB über die Pumpe P Hydraulikflüssigkeit zugeführt. Über eine Steuereinheit VCU wird die Position des Steuerkolbens im Steuerblock CB (entsprechend Figur 1 ) eingestellt, beispielhaft über elektrohydrau lische Vorsteuerventile (nicht dargestellt). Je nach Steuerkolbenstellung wird die entsprechende Hydraulikflüssigkeitsmenge an betreffende Hydraulikzylinder des Arbeitswerkzeugs LC, TC abgegeben und führt so zur gewünschten Bewegung von bspw. Hubarm und/oder Schaufel/Gabel der Arbeitsmaschine.

Die Steuerschieberverstellung übernimmt die Steuereinheit VCU. Dazu werden die Eingangsgrößen M1 , M2 für den Zylinderdruck der Boden- und Stangenseite des Zylinders sowie M5 bspw. der Drehwinkel von einem Drehwinkelgeber des Hebezy linders LC, der bspw. am Hubarm angeordnet ist, in die Steuereinheit VCU eingele sen. Es wird darauf hingewiesen, dass abseits eines Drehwinkelgebers auch ande re Positionserfassungssysteme in der Kinematik der Arbeitsmaschine eingesetzt werden könnten. Dazu werden die Eingangsgrößen M3, M4 für den Zylinderdruck der Boden- und Stangenseite des Zylindes sowie M6 bspw. der Drehwinkel von einem Drehwinkelgeber des Kippzylinders TC, bspw. am Umlenkhebel angeordnet, in die Steuereinheit VCU eingelesen.

Die Beurteilung, ob eine ziehende oder eine drückende Last anliegt, erfolgt durch die Auswertung der Hub-Kippbewegung über betreffende Drehwinkelsensoren in Kombination mit den ermittelten Zylinderdrücken. Es erfolgt eine Verstellung des Steuerkolbens nach hinterlegter Ventilkennlinie. Drückende Last bedeutet, dass die Wirkrichtung von Hydraulikdruck im Zylinder (Resultierende aus Zylinder boden- und stangenseitigem Druck) und Bewegungsrichtung des Zylinders in dieselbe Richtung gehen. Ziehende Last bedeutet, dass die Wirkrichtung von Hydraulikdruck im Zylinder (Resultierende aus Zylinder boden- und stangenseitigem Druck) und die Bewegungsrichtung des Zylinders in die entgegengesetzte Richtung gehen.

Der Pumpen-Druckregler PCU der Pumpe kann sowohl ein separates Bauteil bzw. in der VCU integriert sein. Fig. 3 zeigt eine Pumpensteuereinheit PCU, die als separates Bauteil ausgeführt ist.

Bezuqszeichenliste:

VCU Vehicle control unit

PCU Pump control unit

CB Control block/Steuerblock

E Engine/Motor

M1 Drucksensor LC Lift Cylinder - Bodendruck

M2 Drucksensor LC Stangendruck

M3 Drucksensor TC Tilt Cylinder - Bodendruck

M4 Drucksensor TC Stangendruck

M5 Winkelsensor LC

M6 Winkelsensor TC

P Pumpe

AK Ablaufkante

ZK Zulaufkante

A stangenseitiges Reservoir

B bodenseitiges Reservoir

T Tank

F Zugkraft auf Zylinderkolben