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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Hydrauliksystem
und insbesondere auf ein Hydrauliksystem mit einem Druckkompensator.
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Hintergrund
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Arbeitsmaschinen,
wie beispielsweise Dozer, Radlader, Bagger, Motor-Grader und andere
Arten von schweren Maschinen verwenden eine oder mehrere hydraulische
Betätigungsvorrichtungen,
um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen. Diese Betätigungsvorrichtungen
sind strömungsmittelmäßig mit einer
Pumpe an der Arbeitsmaschine verbunden, die unter Druck gesetztes
Strömungsmittel
zu Kammern innerhalb der Betätigungsvorrichtung
liefert. Eine elektrohydraulische Ventilanordnung ist typischerweise
strömungsmittelmäßig zwischen
der Pumpe und den Betätigungsvorrichtungen
angeschlossen, um eine Flussrate und einer Richtung des unter Druck
gesetzten Strömungsmittels
zu den Kammern der Betätigungsvorrichtungen
hin und von diesen weg zu steuern.
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Hydraulikschaltungen
von Arbeitsmaschinen, die strömungsmittelmäßig mehrere
Betätigungsvorrichtungen
mit einer gemeinsamen Pumpe verbinden, können unerwünschte Druckfluktuationen innerhalb
der Schaltungen während
des Betriebs der Betätigungsvorrichtungen
erfahren. Insbesondere kann der Druck eines Strömungsmittels, das zu einer Betätigungsvorrichtung
geliefert wird, in nicht wünschenswerter
Weise ansprechend auf den Betrieb einer anderen Betätigungsvorrichtung
fluktuieren, die strömungsmittelmäßig mit
der gleichen Hydraulikschaltung verbunden ist. Diese Druckfluktuationen können inkonsistente
und/oder unerwartete Betätigungsvorrichtungsbewegungen
verursachen. Zusätzlich
können
die Druckfluktuationen stark genug sein und/oder oft genug auftreten,
um eine Fehlfunktion oder ein vorzeitiges Versagen der Komponenten der
Hydraulikschaltung zu verursachen.
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Ein
Verfahren zur Verringerung dieser Druckfluktuationen innerhalb des
Strömungsmittels,
das zu einer hydraulische Betätigungsvorrichtung
geliefert wird, wird beschrieben im US-Patent 5 878 647 das ('647-Patent), das
an Wilke u. A. am 9. März
1999 ausgegeben wurde. Das '647-Patent
beschreibt eine Hydraulikschaltung mit zwei Paaren von Elektromagnetventilen,
mit einer Pumpe mit variabler Verdrängung, mit einem Reservoirtank
und einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung.
Ein Paar der Elektromagnetventile weist ein Kopfenden-Versorgungsventil
und ein Kopfenden-Rückleitungsventil,
welches ein Kopfende der hydraulischen Betätigungsvorrichtung entweder
mit der Pumpe mit variabler Verdrängung oder mit dem Reservoirtank
verbindet. Das andere Paar von Elektromagnetventilen weist ein Stangenenden-Versorgungsventil
und ein Stangenenden-Rückleitungsventil
auf, welches ein Stangenende der hydraulischen Betätigungsvorrichtung
entweder mit der Pumpe mit variabler Verdrängung oder mit dem Reservoirtank
verbindet. Jedes dieser vier Elektromagnetventile ist mit einem
anderen druckkompensierenden Rückschlagventil
assoziiert. Jedes druckkompensierende Rückschlagventil ist zwischen dem
assoziierten Elektromagnetventil und der Betätigungsvorrichtung angeschlossen,
um einen Druck des Strömungsmittels
zwischen dem assoziierten Ventil und der Betätigungsvorrichtung zu steuern.
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Obwohl
die Vielzahl von Druckkompensationsventilen der Hydraulikschaltung,
die in dem '647-Patent
beschrieben wird, Druckfluktuationen innerhalb der Hydraulikschaltung
reduzieren kann, können
sie die Kosten und die Komplexität
der Hydraulikschaltung steigern. Zusätzlich können die Druckkompensationsventile
des '647-Patentes
nicht die Drücke
innerhalb der Hydraulikschaltung präzise genug für eine optimale
Leistung der assoziierten Betätigungsvorrichtung
steuern.
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Der
offenbarte Hydraulikzylinder ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Hydrauliksystem gerichtet.
Das Hydrauliksystem weist eine Quelle für unter Druck gesetztes Strömungsmittel
und eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer auf. Das Hydrauliksystem weist
auch ein erstes Ventil auf, das konfiguriert ist, um selektiv strömungsmittelmäßig die
Quelle mit der ersten Kammer zu verbinden, und ein zweites Ventil, das
konfiguriert ist, um selektiv strömungsmittelmäßig die
Quelle mit der zweiten Kammer zu verbinden. Das Hydrauliksystem
weist weiter ein proportionales Druckkompensationsventil auf, das
konfiguriert ist, um einen Druck eines Strömungsmittels zu steuern, welches
zwischen der Quelle und den ersten und zweiten Ventilen geleitet
wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zum Betrieb eines Hydrauliksystems gerichtet. Das Verfahren weist auf,
ein Strömungsmittel
unter Druck zu setzen, das unter Druck gesetzte Strömungsmittel
zu einer ersten Kammer einer Betätigungsvorrichtung über ein
erstes Ventil zu leiten und das unter Druck gesetzte Strömungsmittel
zu einer zweiten Kammer der Betätigungsvorrichtung über ein
zweites Ventil zu leiten. Das Verfahren weist auch auf, selektiv
mindestens eines der ersten und zweiten Ventile zu betätigen, um die
Betätigungsvorrichtung
zu bewegen. Das Verfahren weist weiter auf, ein proportionales Druckkompensationsventilelement
ansprechend auf Drücke
an einem Einlass und einem Auslass von einem der ersten und zweiten
Ventile zu bewegen, um eine Druckdifferenz an dem einen der ersten
und zweiten Ventile innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einer
erwünschten
Druckdifferenz zu halten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine diagrammartige Seitenansicht einer Darstellung einer Arbeitsmaschine
gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel; und
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2 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften offenbarten Hydraulikschaltung.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
eine beispielhafte Arbeitsmaschine 10. Die Arbeitsmaschine 10 kann
eine feste oder eine mobile Maschine sein, die eine gewisse Art
eines Betriebsvorgangs ausführt,
der mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise mit
Bergbau, Bau, Ackerbau oder irgendeinem anderen in der Technik bekannten
Industriezweig. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 10 eine
Erdbewegungsmaschine sein, wie beispielsweise ein Dozer, ein Lader,
ein Baggerlader, ein Bagger, ein Motor-Grader, ein Kipplastwagen
oder irgendeine andere Erdbewegungsmaschine. Die Arbeitsmaschine 10 kann
auch einen Generatorsatz, eine Pumpe, ein Seefahrzeug oder irgendeine
andere einen Betriebsvorgang ausführende Arbeitsmaschine sein.
Die Arbeitsmaschine 10 kann einen Rahmen 12, mindestens
ein Werkzeug 14 und einen Hydraulikzylinder 16 aufweisen,
der das Arbeitswerkzeug 14 mit dem Rahmen 12 verbindet.
Es wird in Betracht gezogen, dass der Hydraulikzylinder 16 weggelassen
werden kann, falls erwünscht,
und dass ein Hydraulikmotor vorgesehen sein kann.
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Der
Rahmen 12 kann irgendeine strukturelle Einheit aufweisen,
die die Bewegung der Arbeitsmaschine 10 unterstützt. Der
Rahmen 12 kann beispielsweise ein stationärer Basisrahmen
sein, der eine (nicht gezeigte) Leistungsquelle mit einer Traktionsvorrichtung 18 verbindet,
weiter mit einem bewegbaren Rahmenglied eines Verbindungs- bzw. Gelenkssystems
oder irgendein anderer in der Technik bekannter Rahmen.
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Das
Arbeitswerkzeug 14 kann irgendeine Vorrichtung aufweisen,
die bei der Ausführung
einer Aufgabe verwendet wird. Beispielsweise kann das Arbeitswerkzeug 14 ein
Schild, eine Schaufel, einen Löffel,
eine Reißvorrichtung,
eine Lademulde, eine Antriebsvorrichtung oder irgendeine andere
eine Aufgabe ausführende
Vorrichtung aufweisen, die in der Technik bekannt ist.
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Das
Arbeitswerkzeug 14 kann mit dem Rahmen 12 über eine
direkte Schwenkverbindung 20 über ein Verbindungssystem mit
dem Hydraulikzylinder 16 verbunden sein, der ein Glied
in dem Verbindungssystem bzw. Gelenksystem bildet, oder in irgendeiner
anderen geeigneten Weise. Das Arbeitswerkzeug 14 kann konfiguriert
sein, um relativ zum Rahmen 12 in irgendeiner in der Technik
bekannten Weise zu schwenken, zu drehen, zu gleiten, zu schwingen
oder sich zu bewegen.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann der Hydraulikzylinder 16 eine
von verschiedenen Komponenten innerhalb eines Hydrauliksystems 22 sein,
die zusammenarbeiten, um das Arbeitswerkzeug 14 zu bewegen.
Das Hydrauliksystem 22 kann eine Quelle 24 für unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
aufweisen, weiter ein Kopfenden-Versorgungsventil 26, ein Kopfenden-Ablaufventil 28,
ein Stangenenden-Versorgungsventil 30, ein Stangenenden-Ablaufventil 32,
einen Tank 34, ein proportionales Druckkompensationsventil 36,
ein Kopfenden-Druckentlastungsventil 38, ein Kopfenden-Nachfüllventil 40,
ein Stangenenden-Druckentlastungsventil 42 und ein Stangenenden-Nachfüllventil 44.
Es wird in Betracht gezogen, dass das Hydrauliksystem 22 zusätzliche und/oder
andere Komponenten aufweisen kann, wie beispielsweise einen Drucksensor,
einen Temperatursensor, einen Positionssensor, eine Steuervorrichtung,
einen Akkumulator und andere in der Technik bekannte Komponenten.
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Der
Hydraulikzylinder 16 kann ein Rohr 46 und eine
Kolbenanordnung 48 aufweisen, die in dem Rohr 46 angeordnet
ist. Das Rohr 46 oder die Kolbenanordnung 48 können schwenkbar
mit dem Rahmen 12 verbunden sein, während das andere Teil, d. h.
das Rohr 46 oder die Kolbenanordnung 48, schwenkbar
mit dem Arbeitswerkzeug 14 verbunden sein kann. Es wird
in Betracht gezogen, dass das Rohr 46 und/oder die Kolbenanordnung 48 alternativ fest
entweder mit dem Rahmen 12 oder mit dem Arbeitswerkzeug 14 verbunden
sein könnten.
Der Hydraulikzylinder 16 kann eine erste Kammer 50 und eine
zweite Kammer 52 aufweisen, die durch die Kolbenanordnung 48 getrennt
werden. Die ersten und zweiten Kammern 50, 52 können selek tiv
mit einem Strömungsmittel
versorgt werden, das durch die Quelle 24 unter Druck gesetzt
wird, und können
strömungsmittelmäßig mit
dem Tank 34 verbunden sein, um zu bewirken, dass die Kolbenanordnung 48 sich innerhalb
des Rohrs 46 verschiebt, wodurch die effektive Länge des
Hydraulikzylinders 16 verändert wird. Das Ausfahren und
das Zurückziehen
des Hydraulikzylinders 16 können dahingehend wirken, dass
sie bei einer Bewegung des Arbeitswerkzeuges 14 helfen.
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Die
Kolbenanordnung 48 kann einen Kolben 54 aufweisen,
der axial mit dem Rohr 46 ausgerichtet ist und innerhalb
des Rohrs 46 angeordnet ist, und eine Kolbenstange 56,
die mit dem Rahmen 12 oder dem Arbeitswerkzeug 14 zu
verbinden ist (siehe 1). Der Kolben 54 kann
eine erste hydraulische Oberfläche 58 und
eine zweite hydraulische Oberfläche 59 entgegengesetzt
zur ersten hydraulischen Oberfläche 58 aufweisen.
Eine Unausgeglichenheit der Kraft, die durch den Strömungsmitteldruck
auf den ersten und zweiten hydraulischen Oberflächen 58, 59 verursacht
wird, kann eine Bewegung der Kolbenanordnung 48 innerhalb
des Rohrs 46 zur Folge haben. Beispielsweise kann eine
Kraft auf der ersten hydraulischen Oberfläche 58, die größer als
eine Kraft auf der zweiten hydraulischen Oberfläche 59 ist, bewirken,
dass die Kolbenanordnung 48 sich verschiebt, um die effektive
Länge des
Hydraulikzylinders 16 zu vergrößern. Wenn in ähnlicher
Weise eine Kraft auf der zweiten hydraulischen Oberfläche 59 größer ist
als eine Kraft auf der ersten hydraulischen Oberfläche 58,
wird sich die Kolbenanordnung 48 innerhalb des Rohrs 46 zurückziehen,
um die effektive Länge
des Hydraulikzylinders 16 zu verringern. Ein (nicht gezeigtes)
Dichtungsglied, wie beispielsweise ein O-Ring, kann mit dem Kolben 54 verbunden
sein, um einen Strömungsmittelfluss
zwischen einer Innenwand des Rohrs 46 und einer äußeren zylindrischen
Oberfläche
des Kolben 54 einzuschränken.
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Die
Quelle 24 kann konfiguriert sein, um einen Fluss von unter
Druck gesetztem Strömungsmittel
zu erzeugen und kann eine Pumpe aufweisen, wie beispielsweise eine
Pumpe mit variabler Verdrängung,
eine Pumpe mit fester Verdrängung
oder irgendeine andere Quelle für
unter Druck gesetztes Strö mungsmittel,
die in der Technik bekannt ist. Die Quelle 24 kann antriebsmäßig mit
einer (nicht gezeigten) Leistungsquelle der Arbeitsmaschine 10 beispielsweise
durch eine (nicht gezeigte) Gegenwelle bzw. Keilwelle, durch einen
(nicht gezeigten) Riemen, durch eine (nicht gezeigte) elektrische
Schaltung oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise verbunden
sein. Die Quelle 24 kann extra dafür vorgesehen sein, um unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
nur zum Hydrauliksystem 22 zu liefern, oder kann alternativ
unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zu zusätzlichen
Hydrauliksystemen 55 innerhalb der Arbeitsmaschine 10 liefern.
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Das
Kopfenden-Versorgungsventil 26 kann zwischen der Quelle 24 und
der ersten Kammer 50 angeordnet sein und kann konfiguriert
sein, um einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu der ersten Kammer 50 zu regeln. Insbesondere kann das
Kopfenden-Versorgungsventil 26 einen federvorgespannten
Zwei-Positionen-Ventilmechanismus aufweisen, der elektromagnetbetätigt ist
und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position, in
der Strömungsmittel
in die erste Kammer 50 fließen kann, und einer zweiten
Position zu bewegen, in der der Strömungsmittelfluss von der ersten
Kammer 50 abgeblockt wird. Es wird in Betracht gezogen,
dass das Kopfenden-Versorgungsventil 26 zusätzliche oder
andere Mechanismen aufweisen kann, wie beispielsweise ein proportionales
Ventilelement oder irgendwelche anderen in der Technik bekannten
Ventilmechanismen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Kopfenden-Versorgungsventil 26 alternativ hydraulisch
betätigt
werden kann, mechanisch betätigt
werden kann, pneumatisch betätigt
werden kann oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt werden
kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass das Kopfenden-Versorgungsventil 26 konfiguriert
sein kann, um zu gestatten, dass Strömungsmittel von der ersten
Kammer 50 durch das Kopfenden-Versorgungsventil 26 während eines
Regenerationsereignisses fließt,
wenn der Druck innerhalb der ersten Kammer 50 einen Druck überschreitet,
der zu dem Kopfenden-Versorgungsventil 26 von der Quelle 24 geleitet
wird.
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Das
Kopfenden-Ablaufventil 28 kann zwischen der ersten Kammer 50 und dem
Tank 34 angeordnet sein und kann konfiguriert sein, um
einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von der ersten
Kammer 50 zum Tank 34 zu regeln. Insbesondere
kann das Kopfenden-Ablaufventil 28 einen federvorgespannten
Zwei-Positionen-Ventilmechanismus aufweisen, der elektromagnetbetätigt ist
und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position, in
der Strömungsmittel
von der ersten Kammer 50 weg fließen kann, und einer zweiten
Position zu bewegen, in der Strömungsmittel
dagegen abgeblockt wird, aus der ersten Kammer 50 zu fließen. Es wird
in Betracht gezogen, dass das Kopfenden-Ablaufventil 28 zusätzliche
oder andere Ventilmechanismen aufweisen kann, wie beispielsweise
ein proportionales Ventilelement oder irgendwelche anderen Ventilmechanismen,
die in der Technik bekannt sind. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass das Kopfenden-Ablaufventil 28 alternativ hydraulisch
betätigt, mechanisch
betätigt,
pneumatisch betätigt
oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt werden kann.
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Das
Stangenenden-Versorgungsventil 30 kann zwischen der Quelle 24 und
der zweiten Kammer 52 angeordnet sein und konfiguriert
sein, um einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zur zweiten Kammer 52 zu regeln. Insbesondere kann das
Stangenenden-Versorgungsventil 30 einen federvorgespannten
Zwei-Positionen-Ventilmechanismus aufweisen, der elektromagnetbetätigt ist
und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position, in
der Strömungsmittel
in die zweite Kammer 52 fließen kann, und einer zweiten
Position zu bewegen, in der Strömungsmittel
von der zweiten Kammer 52 abgeblockt wird. Es wird in Betracht
gezogen, dass das Stangenenden-Versorgungsventil 30 zusätzliche oder
andere Ventilmechanismen aufweisen kann, wie beispielsweise ein
proportionales Ventilelement oder irgendeinen anderen in der Technik
bekannten Ventilmechanismus. Es wird auch in Betracht gezogen, dass
das Stangenenden-Versorgungsventil 30 alternativ hydraulisch
betätigt,
mechanisch betätigt, pneumatisch
betätigt
oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt werden kann. Es wird weiter in
Betracht gezogen, dass das Stangenenden-Versorgungsventil 30 konfiguriert
sein kann, um zu gestatten, dass Strömungsmittel aus der zwei ten
Kammer 52 durch das Stangenenden-Versorgungsventil 30 während eines
Regenerationsereignisses fließt, wenn
der Druck innerhalb der zweiten Kammer 52 einen Druck überschreitet,
der zu dem Stangenenden-Versorgungsventil 30 von
der Quelle 24 geleitet wird.
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Das
Stangenenden-Ablaufventil 32 kann zwischen der zweiten
Kammer 52 und dem Tank 34 angeordnet sein und
konfiguriert sein, um einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von
der zweiten Kammer 52 zum Tank 34 zu regeln. Insbesondere
kann das Stangenenden-Ablaufventil 32 einen federvorgespannten
Zwei-Positionen-Ventilmechanismus aufweisen, der elektromagnetbetätigt ist
und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position, in
der Strömungsmittel
aus der zweiten Kammer 52 laufen kann, und einer zweiten
Position zu bewegen, in der Strömungsmittel
dagegen abgeblockt wird, aus der zweiten Kammer 52 zu fließen. Es
wird in Betracht gezogen, dass das Stangenenden-Ablaufventil 32 zusätzliche
oder andere Ventilmechanismen aufweisen kann, wie beispielsweise ein
proportionales Ventilelement oder irgendwelche anderen in der Technik
bekannten Ventilmechanismen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass
das Stangenenden-Ablaufventil 32 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch
betätigt,
pneumatisch betätigt oder
in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt werden kann.
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Die
Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungs- und -ablaufventile 26–32 können strömungsmittelmäßig verbunden
sein. Insbesondere können die
Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventile 26, 30 parallel
mit einem stromaufwärts
liegenden gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweg 60 verbunden
sein und mit einem stromaufwärts
liegenden gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweg 62 verbunden
sein. Die Kopfenden- und Stangenenden-Ablaufventile 28, 32 können parallel
mit einem gemeinsamen Ablaufdurchlassweg 64 verbunden sein.
Die Kopfenden-Versorgungs- und -rückleitungsventile 26, 28 können parallel
mit einem Strömungsmitteldurchlassweg 61 für die erste
Kammer verbunden sein. Die Stangenenden-Versorgungs- und -rückleitungsventile 30, 32 können parallel
mit einem ge meinsamen Strömungsmitteldurchlassweg 63 für die zweite
Kammer verbunden sein.
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Das
Kopfenden-Druckentlastungsventil 38 kann strömungsmittelmäßig mit
dem Strömungsmitteldurchlassweg 61 für die erste
Kammer zwischen der ersten Kammer 50 und den Kopfenden-Versorgungs-
und -ablaufventilen 26, 28 verbunden sein. Das
Kopfenden-Druckentlastungsventil 38 kann ein Ventilelement
haben, das zu einer Ventilöffnungsposition
federvorgespannt ist und zu einer Ventilverschlussposition ansprechend
darauf bewegbar ist, dass der Druck in dem Strömungsmitteldurchlassweg 61 für die erste
Kammer über
einem vorbestimmten Druck ist. In dieser Weise kann das Kopfenden-Druckentlastungsventil 38 konfiguriert
sein, um eine Druckspitze innerhalb des Hydrauliksystems 22 zu
reduzieren, die durch äußere Kräfte verursacht wurde,
die auf das Arbeitswerkzeug 14 und den Kolben 54 wirken,
in dem gestattet wird, dass Strömungsmittel
von der ersten Kammer 50 zum Tank 34 abläuft.
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Das
Kopfenden-Nachfüllventil 40 kann
strömungsmittelmäßig mit
dem Strömungsmitteldurchlassweg 61 für die erste
Kammer zwischen der ersten Kammer 50 und den Kopfenden-Versorgungs-
und -ablaufventilen 26, 28 verbunden sein. Das
Kopfenden-Nachfüllventil 40 kann
ein Ventilelement haben, das konfiguriert ist, um zu gestatten,
dass Strömungsmittel
vom Tank 34 in den Strömungsmitteldurchlassweg 61 für die erste
Kammer ansprechend darauf fließt,
dass ein Strömungsmitteldruck
in dem Strömungsmitteldurchlassweg 61 für die erste
Kammer unter einem Druck des Strömungsmittels
innerhalb des Tanks 34 ist. In dieser Weise kann das Kopfenden-Nachfüllventil 40 konfiguriert
sein, um einen Druckabfall innerhalb des hydraulischen Systems 22 zu
reduzieren, der durch externe Kräfte
verursacht wird, die auf das Arbeitswerkzeug 14 und den
Kolben 54 wirken, und zwar indem gestattet wird, dass Strömungsmittel
vom Tank 34 die erste Kammer 50 füllt.
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Das
Stangenenden-Druckentlastungsventil 42 kann strömungsmittelmäßig mit
dem Strömungsmitteldurchlassweg 63 für die zweite
Kammer zwischen der zweiten Kammer 52 und den Stangenenden-Versorgungs-
und -ablaufventilen 30, 32 verbunden sein. Das
Stangenenden-Druckentlastungsventil 42 kann ein Ventilelement
haben, welches zu einer Ventilöffnungsposition
federvorgespannt ist und zu einer Ventilverschlussposition ansprechend
darauf bewegbar ist, dass einen Druck innerhalb des Strömungsmitteldurchlassweges 63 für die zweite
Kammer über
einem vorbestimmten Druck ist. In dieser Weise kann das Stangenenden-Druckentlastungsventil 42 konfiguriert
sein, um eine Druckspitze innerhalb des Hydrauliksystems 22 zu
reduzieren, die durch äußere Kräfte verursacht
wird, die auf das Arbeitswerkzeug 14 und den Kolben 54 wirken,
und zwar indem gestattet wird, dass Strömungsmittel von der zweiten
Kammer 52 zum Tank 34 abläuft.
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Das
Stangenenden-Nachfüllventil 44 kann strömungsmittelmäßig mit
dem Strömungsmitteldurchlassweg 63 für die zweite
Kammer zwischen der zweiten Kammer 62 und den Stangenenden-Versorgungs-
und -ablaufventilen 30, 32 angeschlossen sein.
Das Stangenenden-Nachfüllventil 44 kann
ein Ventilelement haben, das konfiguriert ist, um zu gestatten,
dass Strömungsmittel
vom Tank 34 in den Strömungsmitteldurchlassweg 63 für die zweite
Kammer ansprechend darauf fließt,
dass ein Strömungsmitteldruck
innerhalb des Strömungsmitteldurchlassweges 63 für die zweite
Kammer unter einem Druck des Strömungsmittels
innerhalb des Tanks 34 ist. In dieser Weise kann das Stangenenden-Nachfüllventil 44 konfiguriert
sein, um einen Druckabfall innerhalb des hydraulischen Systems 22 zu
reduzieren, der durch externe Kräfte
verursacht wird, die auf das Arbeitswerkzeug 14 und den
Kolben 54 wirken, und zwar indem gestattet wird, dass Strömungsmittel vom
Tank 34 die zweite Kammer 52 füllt.
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Das
hydraulische System 22 kann zusätzliche Komponenten aufweisen,
um die Strömungsmitteldrücke und/oder
Strömungsmittelflüsse innerhalb des
Hydrauliksystems 22 zu steuern. Insbesondere kann das Hydrauliksystem 22 ein
Wechselventil bzw. Mitnehmerventil 74 aufweisen, welches
innerhalb des stromabwärts
liegenden gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweges 62 angeordnet
ist. Das Wechselventil 74 kann konfiguriert sein, um strömungsmittelmäßig das
eine Ventil der Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventile 26, 30,
das einen niedrigeren Strömungsmitteldruck
hat, mit dem proportionalen Druckkompensationsventil 36 ansprechend
auf einen höheren
Strömungsmitteldruck
von entweder dem Kopfenden- oder dem Stangenenden-Versorgungsventil 26, 30 zu
verbinden. In dieser Weise kann das Wechselventil 74 Drucksignale
von den Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventilen 26, 30 auflösen, um
zu gestatten, dass der niedrigere Auslassdruck der zwei Ventile
die Bewegung des proportionalen Druckkompensationsventils 36 beeinflusst.
Weil das Wechselventil gestattet, dass der niedrigere Druck das
proportionale Druckkompensationsventil 36 ansprechend auf
den höheren
Druck beeinflusst, kann das proportionalen Druckkompensationsventil
auch während
Regenerationsereignissen korrekt funktionieren. Das Hydrauliksystem 22 kann
auch ein Rückschlagventil 76 aufweisen,
das zwischen dem proportionalen Druckkompensationsventil 36 und
dem stromaufwärts
liegenden Strömungsmitteldurchlassweg 60 angeordnet
ist. Es wird in Betracht gezogen, dass das Hydrauliksystem 22 zusätzliche
und/oder andere Komponenten aufweisen kann, um die Strömungsmitteldrücke und/oder
Strömungsmittelflüsse in dem
Hydrauliksystem 22 zu steuern.
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Der
Tank 34 kann ein Reservoir bilden, das konfiguriert ist,
um eine Strömungsmittelversorgung zu
enthalten. Das Strömungsmittel
kann beispielsweise ein extra dafür vorgesehenes Hydrauliköl, ein Motorschmieröl, ein Getriebeschmieröl oder irgendein
anderes in der Technik bekanntes Strömungsmittel aufweisen. Ein
oder mehrere Hydrauliksysteme innerhalb der Arbeitsmaschine 10 können Strömungsmittel
vom Tank 34 ziehen und zu diesem zurück leiten. Es wird auch in
Betracht gezogen, dass das Hydrauliksystem 22 mit mehreren
getrennten Strömungsmitteltanks
verbunden sein kann.
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Das
proportionale Druckkompensationsventil 36 kann ein hydromechanisch
betätigtes
proportionales Steuerventil sein, welches zwischen dem stromaufwärts liegenden
gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweg 60 und
der Quelle 24 angeordnet ist, und kann konfiguriert sein,
um einen Druck des Strömungsmittels
zu steuern, der zu einem Punkt stromaufwärts des gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweges 60 geliefert
wird. Insbesondere kann das proportionale Druckkompensationsventil 36 ein Ventilelement
aufweisen, welches zu einer Flussdurchlassposition federvorgespannt
und hydraulisch vorgespannt ist und durch hydraulischen Druck zu
einer Flussblockierungsposition bewegbar ist. In einem Ausführungsbeispiel
kann das proportionale Druckkompensationsventil 36 zu der
Flussblockierungsposition durch ein Strömungsmittel bewegbar sein,
welches über
einem Strömungsmitteldurchlassweg 78 von
einem Punkt zwischen dem proportionalen Druckkompensationsventil 36 und
dem Rückschlagventil 76 geleitet
wird. Eine einschränkende
Zumessöffnung 80 kann
innerhalb des Strömungsmitteldurchlassweges 78 angeordnet
sein, um Druckoszillationen und/oder Flussoszillationen innerhalb
der Strömungsmitteldurchlasswege 78 zu
minimieren. Das proportionale Druckkompensationsventil 36 kann
zu der Flussdurchlassposition hin durch ein Strömungsmittel bewegbar sein,
welches über
einen Strömungsmitteldurchlassweg 82 von
dem Wechselventil 74 geleitet wird. Eine einschränkende Zumessöffnung 84 kann
innerhalb des Strömungsmitteldurchlassweges 82 angeordnet
sein, um die Druck- und/oder
Flussoszillationen innerhalb des Strömungsmitteldurchlassweges 82 zu
minimieren. Es wird in Betracht gezogen, dass das Ventilelement
des proportionalen Druckkompensationsventils 36 alternativ
zu einer Flussblockierungsposition federvorgespannt sein kann, dass
das Strömungsmittel
vom Durchlassweg 82 alternativ das Ventilelement des proportionalen
Druckkompensationsventils 36 zu der Flussdurchlassposition
vorspannen kann, und/oder dass das Strömungsmittel vom Durchlassweg 78 alternativ
das Ventilelement des proportionalen Druckkompensationsventils 36 zu
der Flussblockierungsposition hin bewegen kann. Es wird auch in
Betracht gezogen, dass das proportionale Druckkompensationsventil 36 alternativ
stromabwärts
der Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventile 26, 30 gelegen
sein kann, oder an irgendeiner anderen geeigneten Stelle gelegen
sein kann. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die einschränkenden
Zumessöffnungen 80 und 84 weggelassen
werden können, falls
erwünscht.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Hydrauliksystem kann auf irgendeine Arbeitsmaschine anwendbar
sein, die eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
aufweist, wobei der Ausgleich von Drücken und/oder Flüssen des
zu der Betätigungsvorrichtung
gelieferten Strömungsmittels
erwünscht
ist. Das offenbarte Hydrauliksystem kann eine Druckregelung mit
starkem Ansprechen vorsehen, die die Komponenten des Hydrauliksystems
schützt
und eine konsistente Leistung der Betätigungsvorrichtung in einer
kostengünstigen einfachen
Konfiguration vorsieht. Der Betrieb des Hydrauliksystems 22 wird
nun erklärt.
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Der
Hydraulikzylinder 16 kann durch Strömungsmitteldruck ansprechend
auf eine Bedienereingabe bewegbar sein. Strömungsmittel kann von der Quelle 24 unter
Druck gesetzt werden und zu den Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventilen 26 und 30 geleitet
werden. Ansprechend auf eine Bedienereingabe, um die Kolbenanordnung 48 relativ zum
Rohr 46 entweder auszufahren oder einzuziehen, kann eines
der Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventile 26 und 30 sich
in die offene Position bewegen, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zu der geeigneten Kammer der ersten und zweiten Kammern 50, 52 zu
leiten. Im Wesentlichen gleichzeitig kann sich eines der Kopfenden-
und Stangenenden-Ablaufventile 28, 32 in die offene
Position bewegen, um Strömungsmittel
von der entsprechenden einen Kammer der ersten und zweiten Kammer 50, 52 zum
Tank 34 zu leiten, um eine Druckdifferenz am Kolben 54 zu
erzeugen, die bewirkt, dass die Kolbenanordnung 48 sich
bewegt. Wenn beispielsweise eine Ausfahrbewegung des Hydraulikzylinders 16 angefordert
wird, kann sich das Kopfenden-Versorgungsventil 26 in
die offene Position bewegen, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel
von der Quelle 24 zur ersten Kammer 50 zu leiten.
Im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Leiten des unter Druck gesetzten
Strömungsmittels
zur ersten Kammern 50 kann das Stangenenden-Ablaufventil 32 sich
in die offene Position bewegen, um zu gestatten, dass Strömungsmittel
von der zweiten Kammer 52 zum Tank 34 abläuft. Wenn eine
Rückzugsbewegung
des Hydraulikzylinders 16 angefordert wird, kann das Stangenenden-Versorgungsventil 30 sich in
die offene Position bewegen, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel
von der Quelle 24 zur zweiten Kammer 52 zu leiten.
Im Wesentlichen gleichzeitig zu dem Leiten des unter Druck gesetzten
Strömungsmittels
zur zweiten Kammer 52 kann sich das Kopfenden-Ablaufventil 28 in
die offene Position bewegen, um zu gestatten, dass Strömungsmittel
von der ersten Kammer 50 zum Tank 34 abläuft.
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Weil
mehrere Betätigungsvorrichtungen
strömungsmittelmäßig mit
der Quelle 24 verbunden sein können, kann der Betrieb von
einer der Betätigungsvorrichtungen
den Druck und/oder den Fluss des Strömungsmittels beeinflussen,
das zu dem Hydraulikzylinder 16 geleitet wird. Falls sie
nicht geregelt werden, könnten
diese Einflüsse
eine inkonsistente und/oder unerwartete Bewegung des Hydraulikzylinders 16 und
des Arbeitswerkzeuges 14 zur Folge haben, und könnten möglicherweise
eine verkürzte
Lebensdauer der Komponenten des Hydrauliksystems 22 zur
Folge haben. Das proportionale Druckkompensationsventil 36 kann
diese Einflüsse
berücksichtigen,
und zwar durch proportionale Bewegung des Ventilelementes des proportionalen
Druckkompensationsventils 36 zwischen der Flussdurchlassposition und
der Flussblockierungsposition ansprechend auf Strömungsmitteldrücke innerhalb
des Hydrauliksystems 22, um einen im Wesentlichen konstanten
Vorbestimmten Druckabfall an allen Versorgungsventilen des Hydrauliksystems 22 vorzusehen.
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Wenn
eines der Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventile 26, 30 in
die Flussdurchlassposition bewegt wird, kann der Druck innerhalb
des den Fluss durchlassenden Ventils niedriger sein als der Druck,
der zu dem den Fluss blockierenden Ventil geleitet wird. Als eine
Folge kann das Wechselventil 74 durch den höheren Druck
zu dem den Fluss durchlassenden Ventil hin vorgespannt sein, wodurch
der niedrigere Druck von dem den Fluss durchlassenden Ventil zu
dem proportionalen Druckkompensationsventil 36 übermittelt
wird. Dieser niedrigere Druck kann dann zusammen mit der Kraft der
Feder des proportionalen Druckkompensationsventils gegen den Druck
vom Strömungsmitteldurchlassweg 78 wirken.
Die daraus resultierende Kraft kann dann entweder das Ventilelement
des proportionalen Druckkompensationsventils 36 zu der
Flussblockierungsposition oder zu der Flussdurchlassposition bewegen.
Wenn der Druck von der Quelle 24 abfällt, kann das proportionale
Druckkompensationsventil 36 sich zu der Flussdurchlassposition
hin bewegen, und dadurch den Druck innerhalb des stromaufwärts liegenden
gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweges 60 halten.
Wenn in ähnlicher
Weise der Druck von der Quelle 24 ansteigt, kann das proportionale Druckkompensationsventil 36 sich
zu der Flussblockierungsposition hin bewegen, um dadurch den Druck
innerhalb des stromaufwärts
liegenden gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweges 60 zu halten.
In dieser Weise kann das proportionale Druckkompensationsventil 36 den
Strömungsmitteldruck
innerhalb des Hydrauliksystems 22 regeln.
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Das
proportionale Druckkompensationsventil 36 kann auch konfiguriert
sein, um Druckfluktuationen und/oder Flussfluktuationen innerhalb
des Hydrauliksystems 22 zu reduzieren, die durch das Auftreten
der Regenerationsprozesse innerhalb des Hydrauliksystems 22 verursacht
werden. Insbesondere kann es während
der Bewegung des Arbeitswerkzeuges 14 Fälle geben, wo eine externe
Kraft auf das Arbeitswerkzeug 14 einen Druck innerhalb
von einer der ersten und zweiten Kammern 50, 52 erzeugt,
der größer ist
als der Druck des Strömungsmittels,
das zu den Kopfenden- oder Stangenenden-Versorgungsventilen 26, 30 durch
die Quelle 24 geliefert wird. Bei diesen Fällen kann
das Hochdruck-Strömungsmittel regeneriert
werden, um Energie zu bewahren. Insbesondere kann dieses Hochdruck-Strömungsmittel von
der geeigneten Kammer der ersten und zweiten Kammern 50, 52 zu
einem Punkt stromaufwärts
des gemeinsamen Strömungsmitteldurchlassweges 60 geleitet
werden. Das proportionale Druckkompensationsventil 36 kann
diese Lieferung von Hochdruck-Strömungsmittel aufnehmen, und
zwar durch Bewegung des Ventilelementes des proportionalen Druckkompensationsventils 36 zu
der Flussblockierungsposition hin. In dieser Weise kann das proportionale
Druckkompensationsventil 36 einen im Wesentlichen konstanten
Druck auch während
Regenerationsprozessen vorsehen.
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Weil
das proportionale Druckkompensationsventil 36 hydromechanisch
betätigt
wird, können Druckfluktuationen
innerhalb des Hydrauliksystems 22 schnell aufgenommen werden,
bevor sie signifikant die Bewegung des Hydraulikzylinders 16 oder die
Lebensdauer der Komponenten innerhalb des Hydrauliksystems 22 beeinflussen
können.
Insbesondere kann die Ansprechzeit des proportionalen Druckkompensationsventils 36 ungefähr 200 Hz
oder höher
sein, was vielmehr ist als bei typischen elektromagnetbetätigten Ventilen,
die mit ungefähr
5–15 Hz ansprechen.
Weil zusätzlich
das proportionale Druckkompensationsventil 36 hydromechanisch
betätigt sein
kann und nicht elektronisch gesteuert sein kann, können die
Kosten des Hydrauliksystems 22 minimiert werden.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Hydrauliksystem vorgenommen werden
können.
Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung der einer
praktischen Ausführung
des offenbarten Hydrauliksystems offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und
ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.