DE102005043344A1

DE102005043344A1 - Hydrauliksystem mit einem Druckkompensator

Info

Publication number: DE102005043344A1
Application number: DE102005043344A
Authority: DE
Inventors: Pengfei Naperville Ma; Jiao Naperville Zhang
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd; Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd; Caterpillar Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2006-05-04
Also published as: JP5265078B2; US7204084B2; US20060090460A1; JP2006125638A

Abstract

Ein Hydrauliksystem für eine Arbeitsmaschine wird offenbart. Das Hydrauliksystem hat eine Quelle für unter Druck gesetztes Strömungsmittel und eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer. Das Hydrauliksystem hat auch ein erstes Ventil, 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 hat weiter Mittel zur Steuerung eines Druckes eines Strömungsmittels, welches zwischen der Quelle und den ersten und zweiten Ventilen geleitet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Hydrauliksystem und insbesondere auf ein Hydrauliksystem mit einem Druckkompensator.
Hintergrund
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.
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.

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.

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.

Der offenbarte Hydraulikzylinder ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

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.

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.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine diagrammartige Seitenansicht einer Darstellung einer Arbeitsmaschine gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel; und

2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften offenbarten Hydraulikschaltung.

Detaillierte Beschreibung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Industrielle Anwendbarkeit
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Hydrauliksystem (22), welches Folgendes aufweist: eine Quelle (24) für unter Druck gesetztes Strömungsmittel; eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung (16) mit einer ersten Kammer (50) und einer zweiten Kammer (52); ein erstes Ventil (26), das konfiguriert ist, um selektiv strömungsmittelmäßig die Quelle mit der ersten Kammer zu verbinden; ein zweites Ventil (30), das konfiguriert ist, um selektiv strömungsmittelmäßig die Quelle mit der zweiten Kammer zu verbinden; und Mittel (36) zur Steuerung eines Druckes eines Strömungsmittels, welches zwischen der Quelle und den ersten und zweiten Ventilen geleitet wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, welches weiter Folgendes aufweist: einen Tank (34); ein drittes Ventil (28), das konfiguriert ist, um selektiv strömungsmittelmäßig den Tank mit der ersten Kammer zu verbinden; und ein viertes Ventil (32), das konfiguriert ist, um selektiv strömungsmittelmäßig den Tank mit der zweiten Kammer zu verbinden.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, welches weiter einen ersten Strömungsmitteldurchlassweg (60) aufweist, der zwischen der Quelle und den ersten und zweiten Ventilen angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Ventile mit dem ersten Strömungsmitteldurchlassweg parallel verbunden sind, und wobei die Mittel zur Steuerung zwischen dem ersten Strömungsmitteldurchlassweg und der Quelle angeordnet sind.
Hydrauliksystem nach Anspruch 3, welches weiter einen zweiten Strömungsmitteldurchlassweg (78) aufweist, wobei die Mittel zur Steuerung ein Ventilelement aufweisen, welches zwischen einer Flussdurchlassposition und einer Flussblockierungsposition bewegbar ist, und wobei der zweite Strömungsmitteldurchlassweg konfiguriert ist, um Strömungsmittel von einem Punkt zwischen den Mitteln zur Steuerung und dem ersten Strömungsmitteldurchlassweg zu den Mitteln zur Steuerung zu leiten, um das Ventilelement zu der Flussdurchlassposition oder der Flussblockierungsposition vorzuspannen.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4, welches weiter Folgendes aufweist: einen dritten Strömungsmitteldurchlassweg (62), der stromabwärts der ersten und zweiten Ventile angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Ventile in Strömungsmittelverbindung mit dem dritten Strömungsmitteldurchlassweg sind; und ein Wechselventil (74), welches innerhalb des dritten Strömungsmitteldurchlassweges zwischen den ersten und zweiten Ventilen angeordnet ist und zwischen einer ersten Position, wo unter Druck gesetztes Strömungsmittel von dem ersten Ventil durch das Wechselventil geleitet wird, und einer zweiten Position bewegbar ist, wo unter Druck gesetztes Strömungsmittel von dem zweiten Ventil durch das Wechselventil geleitet wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, welches weiter einen vierten Strömungsmitteldurchlassweg (82) aufweist, der konfiguriert ist, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel von einem der ersten und zweiten Ventile über das Wechselventil zu den Mitteln zur Steuerung zu leiten, um die Mittel zur Steuerung zu der anderen Position, d. h. der Flussdurchlassposition oder der Flussblockierungsposition vorzuspannen.
Hydrauliksystem nach Anspruch 6, wobei die Mittel zur Steuerung eine Feder aufweisen, die konfiguriert ist, um das Ventilelement zu einer der Flussdurchlass- und Flussblockierungspositionen vorzuspannen.
Verfahren zum Betrieb eines Hydrauliksystems (22), welches Folgendes aufweist: Unterdrucksetzen eines Strömungsmittels; Leiten des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zu einer ersten Kammer (50) einer Betätigungsvorrichtung (16) über ein erstes Ventil (26); Leiten des unter Druck gesetzten Strömungsmittels zu einer zweiten Kammer (52) der Betätigungsvorrichtung (16) über ein zweites Ventil (30); selektive Betätigung von mindestens einem der ersten und zweiten Ventile, um die Betätigungsvorrichtung zu bewegen; und Bewegen eines proportionalen Druckkompensationsventilelementes (36) ansprechend auf eine Druckdifferenz an einem der ersten und zweiten Ventile, um einen Druck des Strömungsmittels, das zu den ersten und zweiten Ventilen geliefert wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches eines erwünschten Druckes zu halten.
Verfahren nach Anspruch 8, welches weiter Folgendes aufweist: Leiten des unter Druck gesetzten Strömungsmittels von der ersten Kammer zu einem Tank (34) über ein drittes Ventil (28); Leiten des unter Druck gesetzten Strömungsmittels von der zweiten Kammer zum Tank über ein viertes Ventil (32); und selektives Betätigen von einem der dritten und vierten Ventile, wenn eines der ersten und zweiten Ventile betätigt wird, um die Betätigungsvorrichtung zu bewegen.
Arbeitsmaschine (10), die Folgendes aufweist: ein Arbeitswerkzeug (14); und ein Hydrauliksystem (22), wie in einem der Ansprüche 1–7, das konfiguriert ist, um bei der Bewegung des Arbeitswerkzeuges zu helfen.