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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Kombinationsventil
und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung
eines Kombinationsventils.
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Hintergrund
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Maschinen,
wie beispielsweise Bagger, Lader, Dozer, Motorgrader bzw. Straßenhobel
und andere Arten von schweren Maschinen verwenden mehrere Betätigungsvorrichtungen,
die mit hydraulischem Strömungsmittel von einer Pumpe an
der Maschine beliefert werden, um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen.
Diese Betätigungsvorrichtungen sind typischerweise geschwindigkeitsgesteuert,
und zwar basierend auf einer Betätigungsposition einer Bedienerschnittstellenvorrichtung.
Beispielsweise kann eine Bedienerschnittstellenvorrichtung, wie
beispielsweise ein Joystick bzw. Steuerhebel, ein Pedal oder irgendeine
andere geeignete Bedienerschnittstellenvorrichtung bewegbar sein,
um ein Signal zu erzeugen, welches eine erwünschte Geschwindigkeit einer
assoziierten hydraulischen Betätigungsvorrichtung anzeigt.
Wenn ein Bediener die Schnittstellenvorrichtung bewegt, erwartet
der Bediener, dass die hydraulische Betätigungsvorrichtung
sich mit einer assoziierten vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt.
Wenn jedoch mehrere Betätigungsvorrichtungen gleichzeitig
betrieben werden, kann der Hydraulikströmungsmittelfluss
von einer einzigen Pumpe unzureichend sein, um alle Betätigungsvorrichtungen mit
ihren erwünschten Geschwindigkeiten bzw. Soll-Geschwindigkeiten
zu bewegen. Es existieren auch Situationen, wo die einzelne Pumpe
zu klein bemessen ist, und wo die erwünschte Geschwindigkeit einer
einzigen Betätigungsvorrichtung eine Strömungsmittelflussrate
erfordert, die eine Flusskapazität der einzelnen Pumpe überschreitet.
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Ein
Verfahren zum selektiven Kombinieren des hydraulischen Strömungsmittelflusses
von mehreren Pumpen zur Bewegung einer einzigen Betätigungsvorrichtung
wird im
US-Patent 4 528 892 (dem '892-Patent)
beschrieben, das am 16. Juli 1985 an Okabe und Andere erteilt wurde.
Das '892-Patent beschreibt ein Hydraulikkreislaufsystem einer Maschine mit
einer ersten Ventilgruppe und einer zweiten Ventilgruppe. Die erste
Ventilgruppe weist ein Schwenkventil, ein erstes Auslegerventil,
ein erstes Armventil (beispielsweise ein Vorderauslegerventil),
ein erstes Schaufelventil und ein linkes Fahrventil auf. Das Schwenkventil
und das erste Auslegerventil sind parallel angeschlossen und sind
zusammen in unterbrochener Reihe mit dem ersten Armventil, dem ersten
Schaufelventil und dem linken Fahrventil verbunden. Die zweite Ventilgruppe
weist ein rechtes Fahrventil, ein zweites Armventil, ein zweites
Schaufelventil und ein zweites Auslegerventil auf. Das zweite Armventil,
das zweite Schaufelventil und das zweite Auslegerventil sind parallel
verbunden und sind zusammen in unterbrochener Reihe mit dem rechten Fahrventil
verbunden. Die ersten und zweiten Armventile wirken dahingehend,
dass sie Strömungsmittel von einer ersten Pumpe bzw. einer
zweiten Pumpe zu einer Armbetätigungsvorrichtung liefern.
Die ersten und zweiten Schaufelventile wirken dahingehend, dass
sie Strömungsmittel von den ersten bzw. zweiten Pumpen
zu einer Schaufelbetätigungsvorrichtung liefern. Die ersten
und zweiten Auslegerventile wirken dahingehend, dass ihr Strömungsmittel von
den ersten bzw. zweiten Pumpen zu einer Auslegerbetätigungsvorrichtung
liefern. Die linken und rechten Fahrventile wirken dahingehend,
dass sie Strömungsmittel von den ersten bzw. zweiten Pumpen
zu linken und rechten Fahrbetätigungsvorrichtungen liefern.
Ein Auswahlventil koppelt selektiv strömungsmittelmäßig
die ersten und zweiten Ventilgruppen ansprechend auf einen erwünschten
Fahrvorgang.
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Die
Lage von jedem der Steuerventile innerhalb des Hydraulikschaltungssystems
des '892-Patentes ist derart, dass wenn eine Schwenk-, Ausleger-,
Arm- oder Schaufelbewegung eingeleitet wird, ohne dass die Maschine
fährt, ein kombinierter Strömungsmittelfluss von
den ersten und zweiten Pumpen die Bewegung antreibt. Wenn man nach
links lenkt und gleichzeitig eine Schwenk-, Ausleger-, Arm- oder
Schaufelbewegung einleitet, treibt zusätzlich immer noch
Strömungsmittel von sowohl der ersten als auch der zweite
Pumpe die Bewegung an. Wenn man jedoch nach rechts lenkt, ist Strömungsmittel
von der zweiten Pumpe nur für die linke Fahrbetätigungsvorrichtung
verfügbar, obwohl Strömungsmittel von der ersten
Pumpe für die Schwenk-, Ausleger-, Arm- und Schaufelbetätigungsvorrichtungen
verfügbar ist. Weiterhin ist, wenn man geradeaus fährt,
Strömungsmittel von der zweiten Pumpe nur für die
linken und rechten Fahrbetätigungsvorrichtungen verfügbar,
obwohl Strömungsmittel von der ersten Pumpe für
die Schwenk-, Ausleger-, Arm- und Schaufelbetätigungsvorrichtungen
verfügbar ist.
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Wegen
der oben bezüglich des '892-Patentes beschriebenen Beziehungen
in unterbrochener Reihe muss ein Bediener darauf Acht geben, den Steuerhebel
so zu betätigen, dass nur eines der ersten und zweiten
Auslegersteuerventile betätigt wird (er muss beispielsweise
den Steuerhebel um weniger als die Hälfte über
seinen verfügbaren Bewegungsbereich bewegen), wenn unabhängige Schwenk-
und Auslegerbewegungen erwünscht sind. Während
einer Schwenk- oder Auslegerbewegung ist Strömungsmittel
immer nur von der zweiten Pumpe für eine Vorderauslegerfunktion
verfügbar, und zwar ungeachtet der Sorgfalt des Bedieners
oder der erwünschten Geschwindigkeit.
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Obwohl
das Hydraulikschaltungssystem des '892-Patentes Pumpenströmungsmittelflüsse
kombinieren kann, um die Steuerung von einigen Funktionen zu verbessern,
kann der Betrieb der Maschine inkonsistent und eingeschränkt
sein. Insbesondere weil ein Strömungsmittelfluss von beiden
Pumpen für Schwenk-, Ausleger-, Arm- und Schaufelbewegungen
während einer Linkskurve verfügbar ist, jedoch nur
von einer einzigen Pumpe während einer Rechtskurve verfügbar
ist, kann die Steuerung der Maschine schwierig und verwirrend sein.
Zusätzlich kann der während einer Rechtskurve
verfügbare Strömungsmittelfluss für einige
Betriebsvorgänge unzureichend sein.
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Weiterhin
können die Betriebskosten der Maschine groß sein,
und zwar wegen der Einschränkungen des Hydraulikkreislaufsystems
des '892-Patentes und der Sorgfalt, die beim Betrieb der assoziierten
Maschine angewendet werden muss. Insbesondere kann die erforderliche
Sorgfalt des Bedieners zur unabhängigen und gleichzeitigen
Einleitung einer Schwenk- und Auslegerbewegung den Einsatz von gut
trainierten erfahrenen und teuren Bedienern nötig machen,
um die Maschine zu betreiben. Zusätzlich kann es Situationen
geben, wo ein kombinierter Pumpenfluss für eine Armbewegung
gleichzeitig zu einer Ausleger- oder Schwenkbewegung erwünscht
ist. Weil diese gleichzeitigen Betriebsvorgänge bei der Maschine
gemäß dem '892-Patent nicht verfügbar sind,
kann die Effizienz und die Produktionsfähigkeit der Maschine
für gewisse Anwendungen nicht adäquat sein.
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Zusätzlich
kann das Hydraulikschaltungssystem des '892-Patentes teuer sein.
Insbesondere weil zwei Ventile erforderlich sind, um kombinierte Flüsse
zu jeder Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
zu liefern, können die Kosten des Systems groß sein.
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Das
offenbarte Steuersystem ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Hydrauliksteuersystem
gerichtet. Das Hydrauliksteuersystem kann eine erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
und eine erste Pumpe aufweisen, die konfiguriert ist, um einen ersten
Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu erzeugen,
welcher zu der ersten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
geleitet wird. Das Hydrauliksteuersystem kann auch eine zweite Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
und eine zweite Pumpe aufweisen, die konfiguriert ist, um einen
zweiten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu erzeugen, der zu der zweiten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
geleitet wird. Das Hydrauliksteuersystem kann weiter ein Kombinationsventil
mit einem Ventilelement aufweisen, welches bewegbar ist, um den zweiten
Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit dem
ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu kombinieren, welcher zu der ersten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung geleitet
wird, und eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem Kombinationsventil.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um eine Bedienereingabe
zu empfangen, die eine erwünschte Geschwindigkeit bzw.
Soll-Geschwindigkeit für die erste Strömungsmittelbetäti gungsvorrichtung
anzeigt, um eine Flussrate für die erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
entsprechend der Soll-Geschwindigkeit zu bestimmen und eine Flusskapazität
der ersten Pumpe zu bestimmen. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert
sein, um das Ventilelement des Kombinationsventils zu bewegen, um
den zweiten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
mit dem ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu kombinieren, welcher zu der ersten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
geleitet wird, wenn die bestimmte Flussrate der ersten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
größer ist als die bestimmte Flusskapazität
bzw. Förderkapazität der ersten Pumpe.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren
zum Betrieb eines Hydrauliksteuersystems gerichtet. Das Verfahren
kann aufweisen, einen ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu einer ersten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
zu leiten, und einen zweiten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu einer zweiten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
zu leiten. Das Verfahren kann auch aufweisen, eine Bedienereingabe
zu empfangen, welche eine Soll-Geschwindigkeit für die
erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung anzeigt,
eine Flussrate für die erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
entsprechend der Soll-Geschwindigkeit zu bestimmen und eine maximale
Flussrate des ersten Stroms von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu bestimmen. Das Verfahren kann zusätzlich aufweisen,
den zweiten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
mit dem ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu kombinieren und die kombinierten Ströme von unter Druck
gesetztem Strömungsmittel zur ersten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
zu leiten, wenn die bestimmte Flussrate der ersten Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
größer ist als die maximale Flussrate des ersten
Stroms von unter Druck gesetztem Strömungsmittel.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Darstellung einer schematischen Seitenansicht einer beispielhaften
offenbarten Maschine;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Hydrauliksteuersystems,
welches bei der Maschine der 1 verwendet werden
kann;
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes offenbartes Verfahren
zum Betrieb des Steuersystems der 2 veranschaulicht;
und
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches ein weiteres beispielhaftes offenbartes
Verfahren zum Betrieb des Steuersystems der 2 veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
eine beispielhafte Maschine 10 mit mehreren Systemen und
Komponenten, die zusammenarbeiten, um eine Aufgabe auszuführen.
Die Maschine 10 kann eine feste oder mobile Maschine verkörpern,
die mehrere Systeme und Komponenten hat, welche zusammenarbeiten,
um eine Aufgabe auszuführen. Die Maschine 10 kann eine
feste oder mobile Maschine verkörpern, die eine gewisse
Art eines Betriebs ausführt, der mit einem Industriezweig
assoziiert ist, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Ackerbau, Transport
oder mit irgendeinem anderen in der Technik bekannten Industriezweig. Beispielsweise
kann die Maschine 10 eine Erdbewegungsmaschine sein, wie
beispielsweise ein Bagger, ein Dozer, ein Lader, ein Baggerlader,
ein Motorgrader, ein Kipplastwagen oder irgendeine andere Erdbewegungsmaschine.
Die Maschine 10 kann ein Werkzeugsystem 12 aufweisen,
welches konfiguriert ist, um ein Arbeitswerkzeug 14 zu
bewegen, weiter ein Antriebssystem 16 zum Antrieb der Maschine 10, eine
Leistungsquelle 18, die Leistung zum Werkzeugsystem 12 und
zum Antriebssystem 16 liefert und eine Bedienerstation 20 zur
Steuerung der Werkzeug- und Antriebssysteme 12, 16 durch
einen Bediener.
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Das
Werkzeugsystem 12 kann eine Gelenkverbindungsstruktur aufweisen,
auf die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen
wirken, um das Arbeitswerkzeug 14 zu bewegen. Insbesondere
kann das Arbeitswerkzeug 12 ein Auslegerglied 22 aufweisen,
welches vertikal um eine (nicht gezeigte) horizontale Achse relativ
zu einer Arbeitsfläche 24 durch ein Paar von benachbarten
doppelt wirkenden Hydraulikzylindern 26 schwenkbar ist
(wobei nur einer in 1 gezeigt ist). Das Werkzeugsystem 12 kann auch
ein Vorderauslegerglied 28 aufweisen, welches vertikal
um eine horizontale Achse 30 durch einen einzelnen doppelt
wirkenden Hydraulikzylinder 32 schwenkbar ist. Das Werkzeugsystem 12 kann
weiter einen einzelnen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 34 aufweisen,
der betriebsmäßig mit dem Arbeitswerkzeug 14 verbunden
ist, um das Arbeitswerkzeug 14 vertikal um eine horizontale
Schwenkachse 36 zu schwenken. Das Auslegerglied 22 kann
schwenkbar mit einem Rahmen 38 der Maschine 10 verbunden sein.
Das Vorderauslegerglied 28 kann schwenkbar das Auslegerglied 22 mit
dem Arbeitswerkzeug 14 durch Schwenkachsen 30 und 36 verbinden.
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Jeder
der Hydraulikzylinder 26, 32, 34 kann einen
Zylinder und eine Kolbenanordnung (nicht gezeigt) aufweisen, die
angeordnet sind, um zwei getrennte Druckkammern zu bilden. Die Druckkammern können
selektiv mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel beliefert
werden, und das unter Druck gesetzte Strömungsmittel kann
ablaufen, um zu bewirken, dass sich die Kolbenanordnung innerhalb des
Zylinders verschiebt, wodurch die effektive Länge der Hydraulikzylinder 26, 32, 34 verändert
wird. Die Flussrate des Strömungsmittels in die Druckkammern
hinein und aus diesen heraus kann in Beziehung zur Geschwindigkeit
der Hydraulikzylinder 26, 32, 34 stehen,
während eine Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern in
Beziehung mit einer Kraft stehen kann, welche durch die Hydraulikzylinder 26, 32, 34 auf
die assoziierten Gelenkglieder aufgebracht wird. Das Ausfahren und
Einfahren der Hydraulikzylinder 26, 32, 34 kann
dahingehend wirken, dass dies dabei hilft, das Arbeitswerkzeug 14 zu
bewegen.
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Zahlreiche
unterschiedliche Arbeitswerkzeuge 14 können an
einer einzigen Maschine 10 anzubringen sein und über
die Bedienerstation 20 steuerbar sein. Das Arbeitswerkzeug 14 kann
irgendeine Vorrichtung aufweisen, die verwendet wird, um eine spezielle
Aufgabe auszuführen, wie beispielsweise eine Schaufel,
eine Gabelanordnung, ein Schild, einen Löffel, einen Reißhaken,
eine Kippmulde, ei nen Besen, eine Schneefräse, einen Vortriebsvorrichtung,
eine Schneidvorrichtung, eine Greifvorrichtung oder irgendeine andere
in der Technik bekannte Vorrichtung zur Ausführung einer
Aufgabe. Obwohl das Arbeitswerkzeug 14 in dem Ausführungsbeispiel
der 1 angeschlossen ist, um relativ zur Maschine 10 zu
schwenken, kann es alternativ oder zusätzlich drehen, gleiten,
schwenken, sich anheben oder in irgendeiner anderen in der Technik
bekannten Art und Weise bewegen.
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Das
Antriebssystem 16 kann eine oder mehrere Traktions- bzw.
Antriebsvorrichtungen aufweisen, um die Maschine 10 anzutreiben.
In einem Beispiel weist das Antriebssystem 16 eine linke
Raupe 40L, die auf einer Seite der Maschine 10 gelegen
ist, und eine rechte Raupe 40R auf, die auf einer gegenüberliegenden
Seite der Maschine 10 gelegen ist. Die linke Raupe 40L kann
durch einen linken Fahrmotor 42L angetrieben sein, während
die rechte Raupe 40R durch einen rechten Fahrmotor 42R angetrieben sein
kann. Es wird in Betracht gezogen, dass das Antriebssystem 16 alternativ
andere Traktionsvorrichtungen aufweisen könnte als Raupen,
wie beispielsweise Räder, Riemen oder andere bekannte Traktions-
bzw. Antriebsvorrichtungen. In dem Beispiel der 1 kann
die Maschine 10 durch Erzeugung einer Geschwindigkeits-
und/oder Drehrichtungsdifferenz zwischen den linken und rechten
Fahrmotoren 42L, 42R gelenkt werden, während
eine Fahrt geradeaus durch Erzeugung von im Wesentlichen gleichen
Ausgangsgeschwindigkeiten und Drehrichtungen der linken und rechten
Fahrmotoren 42L, 42R ausgeführt werden
kann.
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Jeder
der linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R kann
durch Erzeugung einer Strömungsmitteldruckdifferenz angetrieben
werden. Insbesondere kann jeder der linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R erste
und zweite (nicht gezeigte) Kammern aufweisen, die auf jeder Seite
eines (nicht gezeigten) Laufrades gelegen sind. Wenn die erste Kammer
mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel gefüllt
ist und die zweite Kammer frei von Strömungsmittel ist, kann
das Laufrad dazu gezwungen werden, sich in der ersten Richtung zu
drehen. Wenn im Gegensatz dazu die erste Kammer frei von Strömungsmittel
ist und die zweite Kammer mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel
gefüllt ist, kann das jeweilige Laufrad da zu gezwungen
werden, sich in einer entgegengesetzten Richtung zu drehen. Die
Flussrate des Strömungsmittels in die ersten und zweiten
Kammern hinein und aus diesen heraus kann eine Drehgeschwindigkeit
der linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R bestimmen,
während eine Druckdifferenz zwischen den linken und rechten
Fahrmotoren 42L, 42R ein Drehmoment bestimmen
kann.
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Die
Leistungsquelle 18 kann einen Motor verkörpern,
wie beispielsweise einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen mit
gasförmigem Brennstoff angetriebenen Motor oder irgendeine
andere Art eines in der Technik bekannten Verbrennungsmotors. Es
wird in Betracht gezogen, dass die Antriebsquelle 18 alternativ
eine nicht verbrennende Leistungsquelle verkörpern kann,
wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine Leistungsspeichervorrichtung
oder eine andere in der Technik bekannte Quelle. Die Antriebsquelle 18 kann
eine mechanische oder elektrische Leistungsausgabe erzeugen, die
dann in Hydraulikleistung umgewandelt werden kann, um die Hydraulikzylinder 26, 32, 34 und
die linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R zu
bewegen.
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Die
Bedienerstation 20 kann konfiguriert sein, um eine Eingangsgröße
von einem Maschinenbediener aufzunehmen, die eine erwünschte
Bewegung bzw. Soll-Bewegung des Arbeitswerkzeuges und/oder der Maschine
anzeigt. Insbesondere kann die Bedienerstation 20 eine
oder mehrere Bedienerschnittstellenvorrichtungen 46 aufweisen,
die als einachsige oder mehrachsige Joysticks bzw. Steuerhebel verkörpert
sind, die in der Nähe eines Bedienersitzes gelegen sind.
Die Bedienerschnittstellenvorrichtungen 46 können
Proportionalsteuervorrichtungen sein, die konfiguriert sind, um
das Arbeitswerkzeug 14 zu positionieren und/oder zu orientieren,
indem sie ein Arbeitswerkzeugpositionssignal erzeugen, welches eine
erwünschte Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit anzeigt. Genauso
können die gleichen oder andere Bedienerschnittstellenvorrichtungen 46 konfiguriert
sein, um die Maschine 10 relativ zur Arbeitsoberfläche 24 zu
positionieren und/oder zu orientieren, indem sie ein Maschinenpositionssignal
erzeugen, welches eine erwünschte Maschinengeschwindigkeit
anzeigt. Es wird in Betracht gezogen, dass unterschiedliche Bedienerschnittstellenvorrichtungen
alternativ oder zusätzlich innerhalb der Bedienerstation 20 vorgesehen
sein können, wie beispielsweise Räder, Knöpfe,
Druck-Zug-Vorrichtungen, Schalter, Pedale und andere in der Technik
bekannte Bedienerschnittstellenvorrichtungen.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann die Maschine 10 ein
Hydrauliksteuersystem 48 aufweisen, welches eine Vielzahl
von Strömungsmittelkomponenten besitzt, die zusammenarbeiten,
um das Arbeitswerkzeug 14 (siehe 1) und die
Maschine 10 zu bewegen. Insbesondere kann das Hydrauliksteuersystem 48 eine
erste Schaltung 50 aufweisen, die konfiguriert ist, um
einen ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
von einer ersten Quelle 51 aufzunehmen, und eine zweite
Schaltung 52, die konfiguriert ist, um einen zweiten Strom
von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von einer zweiten
Quelle 53 aufzunehmen. Die erste Schaltung 50 kann
ein Auslegersteuerventil 54, ein Schaufelsteuerventil 56 und
ein linkes Fahrsteuerventil 58 aufweisen, die angeschlossen
sind, um parallel den ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
aufzunehmen. Die zweite Schaltung 52 kann ein rechtes Fahrsteuerventil 60 und
ein Vorderauslegersteuerventil 62 aufweisen, die parallel
angeschlossen sind, um den zweiten Strom von unter Druck gesetztem
Strömungsmittel aufzunehmen. Es wird in Betracht gezogen,
dass zusätzliche Steuerventilmechanismen in den ersten
und/oder zweiten Schaltungen 50, 52 vorgesehen
sein können, wie beispielsweise ein Schwenksteuerventil,
welches konfiguriert ist um eine Schwenkbewegung des Werkzeugsystems 12 relativ
zum Antriebssystem 16 zu steuern, ein oder mehrere Anbringungssteuerventile
und andere geeignete Steuerventilmechanismen.
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Die
ersten und zweiten Quellen 51, 53 können
Strömungsmittel von einem oder mehreren Tanks 64 abziehen
und das Strömungsmittel auf vorbestimmte Niveaus unter
Druck setzen. Insbesondere kann jede der ersten und zweiten Quellen 51, 53 einen
Pumpmechanismus verkörpern, wie beispielsweise eine Pumpe
mit variabler Verdrängung, eine Pumpe mit fester Verdrängung
oder eine andere in der Technik bekannt Quelle. Die ersten und zweiten Quellen 51, 53 können
jeweils getrennt und antreibbar mit der Leistungsquelle 18 der
Maschine 10 verbunden sein, beispielsweise durch eine (nicht
gezeigte) Gegenwelle, durch einen (nicht gezeigten) Riemen, durch
eine (nicht gezeigte) elektrische Schaltung oder in irgendeiner
anderen geeigneten Weise. Alternativ können sowohl die
erste als auch die zweite Quelle 51, 53 indirekt
mit der Leistungsquelle 18 über einen Drehmomentwandler,
eine Reduktionsgetriebebox oder in anderer geeigneter Weise verbunden
sein. Die erste Quelle 51 kann den ersten Strom von unter
Druck gesetztem Strömungsmittel unabhängig vom
zweiten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
erzeugen, welcher durch die zweite Quelle 53 erzeugt wird.
Die ersten und zweiten Ströme von unter Druck gesetztem
Strömungsmittel können unterschiedliche Druckniveaus und/oder
unterschiedliche Flussraten haben.
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Der
Tank 64 kann ein Reservoir bilden, welches konfiguriert
ist, um eine Strömungsmittelversorgung zu halten. 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 Maschine 10 können
Strömungsmittel vom Tank 64 abziehen und dorthin
zurückleiten. Es wird in Betracht gezogen, dass das Hydrauliksteuersystem 48 mit
mehreren getrennten Strömungsmitteltanks oder mit einem
einzigen Tank verbunden sein kann.
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Jedes
der Ausleger-, Schaufel-, linken Fahr-, rechten Fahr- und Vorderauslegersteuerventile 54–62 kann
die Bewegung der damit in Beziehung stehenden Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen
regeln. Insbesondere kann das Auslegersteuerventil 54 Elemente
haben, die bewegbar sind, um die Bewegung der Hydraulikzylinder 26 zu
steuern, die mit dem Auslegerglied 22 assoziiert sind,
das Schaufelsteuerventil 56 kann Elemente haben, die bewegbar
sind, um die Bewegung des Hydraulikzylinders 34 zu steuern,
der mit dem Arbeitswerkzeug 14 assoziiert ist, und das
Vorderauslegersteuerventil 62 kann Elemente haben, die
bewegbar sind, um die Bewegung des Hydraulikzylinders 32 zu
steuern, der mit dem Vorderauslegerglied 28 assoziiert
ist. Genauso kann das linke Fahrsteuerventil 58 Ventilelemente haben,
die bewegbar sind, um die Bewegung des linken Fahrmotors 42L zu
steuern, während das rechte Fahrsteuerventil 60 Elemente
haben kann, die bewegbar sind, um die Bewegung des rechten Fahrmotors 42R zu
steuern.
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Die
Steuerventile der ersten und zweiten Schaltungen 50, 52 können
angeschlossen sein, um zu gestatten, dass unter Druck gesetztes
Strömungsmittel zu ihren jeweiligen Betätigungsvorrichtungen und
von diesen weg über gemeinsame Durchlasswege fließt.
Insbesondere können die Steuerventile der erste Schaltung 50 mit
der ersten Quelle 51 durch einen ersten gemeinsamen Lieferdurchlassweg 66 verbunden
sein, und mit dem Tank 64 durch einen ersten gemeinsamen
Ablaufdurchlassweg 68. Die Steuerventile der zweiten Schaltung 52 können
mit der zweiten Quelle 53 durch einen zweiten gemeinsamen
Lieferdurchlassweg 70 verbunden sein, und mit dem Tank 64 durch
einen zweiten gemeinsamen Ablaufdurchlassweg 72. Die Ausleger-,
Schaufel- und linken Steuerventile 54–58 können
parallel mit dem ersten gemeinsamen Lieferdurchlassweg 66 durch jeweilige
einzelne Strömungsmitteldurchlasswege 74, 76 und 78 verbunden
sein, und parallel mit dem ersten gemeinsamen Ablaufdurchlassweg 68 durch jeweilige
einzelne Strömungsmitteldurchlasswege 84, 86 und 88.
In ähnlicher Weise können das rechte Fahr- und
das Vorderauslegersteuerventil 60, 62 parallel
mit dem zweiten gemeinsamen Lieferdurchlassweg 70 durch
jeweilige einzelne Strömungsmitteldurchlasswege 82 und 80 verbunden
sein, und parallel mit dem zweiten gemeinsamen Ablaufdurchlassweg 72 durch
jeweilige einzelne Strömungsmitteldurchlasswege 90 und 92.
Ein Rückschlagventil 94 kann in jedem der Strömungsmitteldurchlasswege 74, 76 und 80 angeordnet
sein, um eine Lieferung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
in einer Richtung zu den jeweiligen Steuerventilen 54, 56 und 52 vorzusehen.
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Weil
die Elemente der Ausleger-, Schaufel-, linken Fahr-, rechten Fahr-
und Vorderauslegersteuerventile 54–62 ähnlich
sein können und in einer in Beziehung stehenden Weise funktionieren
können, wird nur der Betrieb des Auslegersteuerventils 54 in dieser
Offenbarung besprochen. In einem Beispiel kann das Vorderauslegersteuerventil 54 ein
(nicht gezeigtes) Lieferelement für die erste Kammer, ein (nicht
gezeigtes) Ablaufelement für die erste Kammer, ein (nicht
gezeigtes) Lieferelement für die zweite Kammer und ein
(nicht gezeigtes) Ablaufelement für die zweite Kammer aufweisen.
Die Lieferelemente für die erste und die zweite Kammer
können parallel mit dem Strömungsmitteldurchlassweg 74 verbunden
sein, um ihre jeweiligen Kammern mit Strömungsmittel von
der ersten Quelle 51 zu füllen, während
die Ablaufelemente für die erste und zweite Kammer parallel
mit dem Strömungsmitteldurchlassweg 84 verbunden
sein können, um Strömungsmittel aus den jeweiligen
Kammern abzuleiten. Um die Hydraulikzylinder 26 auszufahren,
kann das Lieferelement für die erste Kammer bewegt werden,
um zu gestatten, dass das unter Druck gesetzte Strömungsmittel
von der ersten Quelle 51 die ersten Kammern der Hydraulikzylinder 26 mit
unter Druck gesetztem Strömungsmittel über den
Strömungsmitteldurchlassweg 74 füllt,
während das Ablaufelement für die zweite Kammer
bewegt werden kann, um Strömungsmittel von den zweiten
Kammern der Hydraulikzylinder 26 zum Tank 64 über
den Strömungsmitteldurchlassweg 84 ablaufen zu
lassen. Um die Hydraulikzylinder 26 in der entgegengesetzten
Richtung zu bewegen, kann das Lieferelement für die zweite Kammer
bewegt werden, um die zweiten Kammern der Hydraulikzylinder 26 mit
unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu füllen,
während das Ablaufelement für die erste Kammer
bewegt werden kann, um Strömungsmittel von den ersten Kammern
der Hydraulikzylinder 26 ablaufen zu lassen. Es wird in
Betracht gezogen, dass sowohl die Liefer- als auch die Ablauffunktionen
alternativ durch ein einzelnes Element, welches mit der ersten Kammer
assoziiert ist, und ein einzelnes Element ausgeführt werden
können, welches mit der zweiten Kammer assoziiert ist, oder
durch ein einzelnes Ventil, welches alle Füll- und Ablauffunktionen
steuert.
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Die
Liefer- und Ablaufelemente können durch einen Elektromagnet
gegen eine Federvorspannung ansprechend auf einen Befehl bewegbar sein.
Insbesondere können die Hydraulikzylinder 26, 32, 34 und
die linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R sich
mit einer Geschwindigkeit bewegen, die der Flussrate des Strömungsmittels
in die ersten und zweiten Kammern hinein und aus diesen hinaus entspricht.
Um die vom Bediener gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen,
die über das Schnittstellenvorrichtungspositionssignal
angezeigt wird, kann ein Befehl basierend auf einem angenommenen
oder gemessenen Druck zu den (nicht gezeigten) Elektromagneten der
Liefer- und Ablaufelemente gesendet werden, was bewirkt, dass diese
sich in einem Ausmaß entsprechend der nötigen
Flussrate öffnen. Der Befehl kann in Form eines Flussratenbefehls
oder eines Ventilelement- Positionsbefehls sein. Es wird in Betracht
gezogen, dass die Liefer- und Ablaufelemente pilot- bzw. vorsteuerbetätigt
sein können, falls erwünscht.
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Die
gemeinsamen Liefer- und Ablaufdurchlasswege der ersten und zweiten
Schaltungen 50, 52 können für
Nachfüll- und Druckbegrenzungs- bzw. Entlastungsfunktionen
verbunden sein. Insbesondere können die ersten und zweiten
gemeinsamen Lieferdurchlasswege 66, 70 Nachfüllströmungsmittel vom
Tank 64 über einen gemeinsamen Filter 96 und erste
bzw. zweite Bypass-Elemente 98, 100 aufnehmen.
Wenn der Druck der ersten oder zweiten Ströme von unter
Druck gesetztem Strömungsmittel unter ein vorbestimmtes
Niveau abfällt, kann gestattet werden, dass Strömungsmittel
vom Tank 64 in die ersten und zweiten Schaltungen 50, 52 durch
den gemeinsamen Filter 96 und die ersten oder zweiten Bypass-Elemente 98 bzw. 100 fließt.
Zusätzlich können die ersten und zweiten gemeinsamen
Ablaufdurchlasswege 68, 72 Strömungsmittel
von den ersten und zweiten Schaltungen 50, 52 zum
Tank 64 ablassen. Wenn das Strömungsmittel innerhalb
der ersten oder zweiten Schaltungen 50, 52 ein
vorbestimmtes Druckniveau überschreitet, kann Strömungsmittel von
der Schaltung mit dem übermäßig großen
Druck zum Tank 64 über ein Wechselventil 102 und
ein gemeinsames Druckbegrenzungselement 104 laufen.
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Ein
Ventil 106 für Geradeausfahrt kann selektiv die
linken und rechten Fahrsteuerventile 58, 60 in
eine parallele Beziehung zueinander anordnen. Insbesondere kann
das Ventil 106 für Geradeausfahrt ein Ventilelement 107 aufweisen,
welches aus einer Neutral-Position zu einer Geradeausfahrt-Position
bewegbar ist. Wenn das Ventilelement 107 in der Neutral-Position
ist, können die linken und rechten Fahrsteuerventile 58, 60 unabhängig
mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel von den ersten
und zweiten Quellen 51 bzw. 53 beliefert werden,
um die linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R getrennt
zu steuern. Wenn das Ventilelement 107 in der Geradeausfahrt-Position
ist, können die linken und rechten Fahrsteuerventile 58, 60 parallel
verbunden sein, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel
nur von der ersten Quelle 51 für eine abhängige
Bewegung aufzunehmen. Die abhängige Bewegung der linken
und rechten Fahrmotoren 42L, 42R kann dahingehend wirken,
dass im Wesentlichen gleiche Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten
Raupen 40L, 40R vorgesehen werden, wodurch die
Maschine 10 in gerader Richtung angetrieben wird.
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Wenn
das Ventilelement 107 des Ventils 106 für
Geradeausfahrt zur Geradeausfahrt-Position bewegt wird, kann Strömungsmittel
von der zweiten Quelle 53 im Wesentlichen gleichzeitig über
das Ventilelement 107 durch sowohl die erste als auch die zweite
Schaltung 50, 52 geleitet werden, um die Hydraulikzylinder 26, 32, 34 anzutreiben.
Der zweite Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von
der zweiten Quelle 53 kann zu den Hydraulikzylindern 26, 32, 34 von
sowohl den ersten als auch den zweiten Schaltungen 50, 52 geleitet
werden, weil der gesamte erste Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
von der ersten Quelle 51 nahezu vollständig durch
die linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R während
der Geradeausfahrt der Maschine 10 verbraucht wird. Es
sei bemerkt, dass das Hydrauliksteuersystem 48 alternativ
in komplementärer Weise bezüglich des Ventils 106 für
Geradeausfahrt angeordnet sein kann, so dass, wenn das Ventil 107 in der
Geradeausfahr-Position ist, die linken und rechten Fahrsteuerventile 58, 60 parallel
verbunden sein können, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel von
nur der zweiten Quelle 53 aufzunehmen, während
Strömungsmittel von der ersten Quelle 51 im Wesentlichen
gleichzeitig über das Ventilelement 107 durch
die ersten und zweiten Schaltungen 50, 52 zu den
Ausleger-, Schaufel- und Vorderauslegersteuerventilen 54, 56, 62 geleitet
wird.
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Ein
Kombinationsventil 108 kann die ersten und zweiten Ströme
von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von den ersten
und zweiten gemeinsamen Lieferdurchlasswegen 66, 70 für
eine Hochgeschwindigkeitsbewegung von einer oder mehreren Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen
kombinieren. Insbesondere kann das Kombinationsventil 108 ein
Ventilelement 110 aufweisen, welches zwischen einer in
einer Richtung offenen Position oder Flussdurchlassposition, einer
geschlossenen oder Flussblockierungsposition und einer bidirektional
offenen oder Flussdurchlassposition bewegbar ist. Wenn es in der
in einer Richtung offenen Position ist, kann gestattet werden, dass
Strömungsmittel von der ersten Schaltung 50 in
die zweite Schaltung 52 fließt (beispielsweise
durch ein Rückschlagventil 111), und zwar ansprechend
darauf, dass der Druck der ersten Schal tung 50 um eine
vorbestimmte Größe größer ist als
der Druck in der zweiten Schaltung 52. Die vorbestimmte
Größe kann mit einer Federvorspannung des Rückschlagventils 111 in
Beziehung sein und während eines Herstellungsprozesses
festgelegt sein. Wenn eine Fahrfunktion auf der rechten Seite oder
eine Vorderauslegerfunktion eine größere Strömungsmittelflussrate
benötigt als die Ausgabekapazität der zweiten
Quelle 53 und der Druck innerhalb der zweiten Schaltung 52 beginnt,
abzufallen, kann in dieser Weise Strömungsmittel von der
ersten Quelle 51 zur zweiten Schaltung 52 durch
das Ventilelement 110 abgeleitet werden. Obwohl es stromabwärts
des Kombinationsventils 108 gezeigt ist, sei bemerkt, dass
das Rückschlagventil 111 alternativ stromaufwärts
des Kombinationsventils 108 oder innerhalb des Kombinationsventils 108 vorgesehen
sein könnte. Wenn es in der geschlossenen Position ist,
kann im Wesentlichen der gesamte Fluss durch das Kombinationsventil 108 blockiert
sein. Wenn es in der bidirektional offenen Position ist, kann jedoch
gestattet werden, dass der erste Strom von unter Druck gesetztem
Strömungsmittel zur zweiten Schaltung 52 fließt,
um mit dem ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
kombiniert zu werden, der zu den Steuerventilen 60–62 geleitet
wird, und der zweite Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
kann zur ersten Schaltung 50 fließen, um mit dem
ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
kombiniert zu werden, der zu den Steuerventilen 54–58 geleitet
wird, und zwar abhängig von der angenommenen oder gemessenen
Druckdifferenz am Kombinationsventil 108.
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Das
Kombinationsventil 108 kann kontinuierlich auf irgendeine
Position zwischen der unidirektional bzw. in einer Richtung offenen,
der geschlossenen und der bidirektional offenen Position moduliert werden.
In dieser Weise kann ein Ausmaß des Flusses von unter Druck
gesetztem Strömungsmittel basierend beispielsweise auf
den angewiesenen Geschwindigkeiten und der Steuerventile 54–62,
basierend auf den angewiesenen Flussraten der Quellen 51, 53 und/oder
basierend auf der Druckdifferenz am Kombinationsventil 108 gesteuert
werden. Beispielsweise kann das Ventilelement 110 durch
einen Elektromagnet gegen eine Federvorspannung ansprechend auf
einen Befehl bewegbar sein, wie beispielsweise ansprechend auf einen
Strombefehl. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
kann der Strombefehl von 0 A bis 2 A reichen, wobei 0 A dem entspricht,
dass das Ventilelement 110 im Wesentlichen vollständig
in der in einer Richtung offenen Position positioniert ist, wobei
1 A dem entspricht, dass das Ventilelement 110 im Wesentlichen
vollständig in der geschlossenen Position positioniert
ist, und wobei 2 A dem entspricht, dass das Ventilelement 110 im
Wesentlichen vollständig in der bidirektional offenen Position
positioniert ist. Weiterhin kann die Position des Ventilelementes 110 zwischen
der in einer Richtung offenen Position und der geschlossenen Position
proportional Strombefehlen zwischen 0 A und 1 A entsprechen. In ähnlicher
Weise kann die Position des Ventilelementes 110 zwischen
der geschlossenen Position und der in zwei Richtungen offenen bzw.
bidirektional offenen Position proportional Strombefehlen zwischen
1 A und 2 A entsprechen. Der Strombefehl kann an den Elektromagneten
des Kombinationsventils 108 gesendet werden, um zu bewirken, dass
das Ventilelement 110 sich zu der angewiesenen Position
hin bewegt, welche einem erwünschten Ausmaß des
Flusses durch das Kombinationsventil 108 entsprechen kann.
Es sei bemerkt, dass das Ventilelement 110 alternativ in
irgendeiner anderen in der Technik bekannten Weise gesteuert werden kann,
wie beispielsweise durch einen Vorsteuerelektromagneten oder gegenüberliegende
Elektromagneten.
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Das
Hydrauliksteuersystem 48 kann auch eine Steuervorrichtung 112 in
Verbindung mit der Bedienerschnittstellenvorrichtung 46,
dem Kombinationsventil 108 und den Liefer- und Ablaufelementen der
Steuerventile 54, 62 aufweisen. Insbesondere kann
die Steuervorrichtung 112 in Verbindung mit der Bedienerschnittstellenvorrichtung 46 durch
eine Kommunikations- bzw. Verbindungsleitung 114 sein, in
Verbindung mit dem Kombinationsventil 108 mittels einer
Verbindungsleitung 116 und mit den Liefer- und Ablaufelementen
der Steuerventile 54–62 über zusätzliche
(nicht gezeigte) Verbindungsleitungen. Es wird in Betracht gezogen,
dass die Steuervorrichtung 112 auch in Verbindung mit anderen
Komponenten des Hydrauliksteuersystems 48 sein kann, wie beispielsweise
mit den ersten und zweiten Quellen 51, 53, mit
dem gemeinsamen Hauptbegrenzungselement 104, mit den ersten
und zweiten Bypass-Elementen 98, 100, mit dem
Geradeausfahrt-Ventil 106 und mit anderen derartigen Komponenten
des Hydrauliksteuersystems 48.
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Die
Steuervorrichtung 112 kann einen einzigen Mikroprozessor
oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel aufweisen,
um einen Betrieb des Hydrauliksteuersystems 48 zu steuern.
Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können
konfiguriert sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 112 auszuführen.
Es sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 112 leicht in
einem allgemeinen Maschinenmikroprozessor verkörpert sein
könnte, der fähig ist, zahlreiche Maschinenfunktionen
zu steuern. Die Steuervorrichtung 112 kann einen Speicher,
eine sekundäre Speichervorrichtung, einen Prozessor und
irgendwelche anderen Komponenten aufweisen, um eine Anwendung laufen
zu lassen. Verschiedene andere Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 112 assoziiert
sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine
Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung
und andere Arten von Schaltungen.
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Eine
oder mehrere Karten bzw. Kennfelder, die das Schnittstellenvorrichtungspositionssignal,
die Soll-Betätigungsvorrichtungsgeschwindigkeit, assoziierte
Flussraten und/oder eine Ventilelementposition für die
Hydraulikzylinder 26, 32, 34 und die
linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R in Beziehung
setzen, können in dem Speicher der Steuervorrichtung 112 gespeichert
sein. Jedes dieser Kennfelder kann eine Sammlung von Daten in Form
von Tabellen, Kurvendarstellungen und/oder Gleichungen aufweisen. In
einem Beispiel können die Soll-Geschwindigkeit und die
angewiesene Flussrate die Koordinatenachse einer zweidimensionalen
Tabelle für die Steuerung der ersten und zweiten Kammerlieferelemente bilden.
Die angewiesene Flussrate, die erforderlich ist, um die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen mit
der erwünschten Geschwindigkeit zu bewegen, und die entsprechende
Ventilelementposition des geeigneten Lieferelementes können
in einem anderen getrennten zweidimensionalen Kennfeld oder zusammen
mit der erwünschten Geschwindigkeit in einem einzigen dreidimensionalen
Kennfeld in Beziehung gesetzt werden. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass die Soll-Betätigungsvorrichtungsgeschwindigkeit direkt
mit der Ventilelementposition in einem einzigen zweidimensionalen
Kennfeld in Beziehung gesetzt sein kann. Die Steuervorrichtung 112 kann konfiguriert
sein, um es dem Bediener zu gestatten, direkt diese Kennfelder zu
modifizieren und/oder spezielle Kennfelder aus verfügbaren
Beziehungskennfeldern auszuwählen, die im Speicher der Steuervorrichtung 112 gespeichert
sind, um die Bewegung der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
zu beeinflussen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Kennfelder
zusätzlich oder alternativ automatisch basierend auf Betriebszuständen
des Maschinenbetriebs auswählbar sein können.
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Die
Steuervorrichtung 112 kann konfiguriert sein, um eine Eingabe
von der Bedienerschnittstellenvorrichtung 46 zu empfangen
und den Betrieb der Steuerventile 54–62 ansprechend
auf die Eingabe und die oben beschriebenen Beziehungskennfelder anzuweisen.
Insbesondere kann die Steuervorrichtung 112 das Schnittstellenvorrichtungspositionssignal
empfangen, welches eine Soll-Geschwindigkeit anzeigt, und kann die
ausgewählten und/oder modifizierten Beziehungskennfelder,
die im Speicher der Steuervorrichtung 112 gespeichert sind,
abfragen, um Flussratenwerte und/oder assoziierte Positionen für
jedes der Liefer- und Ablaufelemente innerhalb der Steuerventile 54, 62 zu
bestimmen. Die Flussraten oder Positionen können dann für
die geeigneten Liefer- und Ablaufelemente angewiesen werden, um das
Füllen der ersten oder zweiten Kammern mit einer Rate zu
bewirken, welche die erwünschte Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit
zur Folge hat.
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Die
Steuervorrichtung 112 kann konfiguriert sein, um den Betrieb
des Kombinationsventils 108 beispielsweise ansprechend
auf die angewiesenen Geschwindigkeiten der Steuerventile 54–62,
die angewiesenen Flussraten der Quellen 51, 53 und/oder die
Druckdifferenz am Kombinationsventil 108 zu beeinflussen.
D. h., wenn die bestimmten Flussraten, die mit den Soll-Geschwindigkeiten
von speziellen Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen
assoziiert sind, vorbestimmte Kriterien erfüllen, kann
die Steuervorrichtung 112 bewirken, dass das Ventilelement 110 sich
zu der Position mit Flussdurchlass in einer Richtung bewegt, um
zusätzliches unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zur zweiten Schaltung 52 zu liefern, um zu bewirken, dass
das Ventilelement 110 sich zu der bidirektionalen Flussdurchlassposition bewegt,
um zusätzliches unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zur ersten Schaltung 50 und/oder zur zweiten Schaltung 52 zu
liefern, oder zu verhindern, dass sich das Ventilelement 110 aus
der geschlossenen Position be wegt. Die vorbestimmten Kriterien werden
unten bezüglich der 3 und 4 besprochen.
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3 und 4 veranschaulichen
beispielhafte Verfahren zum Betrieb des Hydrauliksteuersystems 48.
Die 3 und 4 werden im folgenden Abschnitt
besprochen, um weiter das offenbarte System und seinen Betrieb zu
veranschaulichen.
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In
einem Ausführungsbeispiel kann das Hydrauliksteuersystem
auch eine Aufwärmschaltung aufweisen. D. h., die gemeinsamen
Liefer- und Ablaufdurchlasswege 66, 68 und 70, 72 der
ersten und zweiten Schaltungen 50 bzw. 52 können
selektiv über erste und zweite Bypass-Durchlasswege 109, 113 für Aufwärm-
und/oder andere Bypass-Funktionen verbunden werden. Ein Bypass-Ventil 105 kann
in jedem der Bypass-Durchlasswege 109, 113 gelegen
sein und konfiguriert sein, um Strömungsmittel von den gemeinsamen
Lieferdurchlasswegen 66 und 70 zu den gemeinsamen
Ablaufdurchlasswegen 68 bzw. 72 zu leiten. Jedes
Bypass-Ventil 105 kann ein Ventilelement aufweisen, welches
von einer geschlossenen Position oder Flussblockierungsposition
zu einer offenen Position oder Flussdurchlassposition bewegbar ist.
In dieser Konfiguration kann gestattet werden, dass Strömungsmittel,
welches von den ersten und zweiten Quellen 51, 53 unter
Druck gesetzt wurde, durch die ersten und zweiten Schaltungen 50, 52 mit sehr
wenig Einschränkung bzw. Drosselung zirkulieren kann (d.
h. ohne durch die Steuerventile 54–62 zu laufen),
wenn das Bypass-Ventil 105 in der offenen Position ist,
wie beispielsweise beim Start der Maschine 10. Nach dem
Aufwärmen können die Ventilelemente der Bypass-Ventile 105 in
die geschlossenen Positionen bewegt werden, so dass sich der Druck
des Strömungsmittels in den ersten und zweiten Schaltungen 50, 52 aufbauen
kann und für die Steuerventile 54–62 verfügbar
ist, wie oben beschrieben. Es wird in Betracht gezogen, dass die
Bypass-Durchlasswege 109, 113 und die Bypass-Ventile 105 weggelassen
werden können, falls erwünscht.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Hydrauliksteuersystem kann auf jegliche Maschine anwendbar
sein, die mehrere Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen
aufweist, wo eine Vorhersagbarkeit der Geschwindigkeit unter variierenden
Lasten und Betriebszuständen erwünscht ist. Das
offenbarte Hydrauliksteuersystem kann die Steuerung des Bedieners
durch selektives Kombinieren der Flüsse von unter Druck
gesetztem Strömungsmittel von mehreren Pumpen und durch das
Leiten der kombinierten Flüsse zu geeigneten Betätigungsvorrichtungen
der Vielzahl von Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen
verbessern. Der Betrieb des Hydrauliksteuersystems 48 wird
nun erklärt.
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Während
des Betriebs der Maschine 10 kann ein Maschinenbediener
die Bedienerschnittstellenvorrichtung 46 manipulieren,
um eine Bewegung des Arbeitswerkzeuges 14 zu bewirken.
Die Betätigungsposition der Bedienerschnittstellenvorrichtung 46 kann
in Beziehung mit einer vom Bediener erwarteten oder erwünschten
Geschwindigkeit bzw. Soll-Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs 14 und/oder
der Maschine 10 in Beziehung stehen. Die Bedienerschnittstellenvorrichtung 46 kann
ein Positionssignal erzeugen, welches die vom Bediener erwartete
oder gewünschte Geschwindigkeit während dessen
Betätigung anzeigt, und sendet dieses Positionssignal an die
Steuervorrichtung 112.
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Die
Steuervorrichtung 112 kann die Eingabe bzw. Eingangsgröße
während des Betriebs der Hydraulikzylinder 26, 32 und 34 und
der linken und rechten Fahrmotoren 42L, 42R empfangen
und Bestimmungen basierend auf der Eingangsgröße
machen. Wie im Flussdiagramm der 3 gezeigt,
kann die Steuervorrichtung 112 das Positionssignal der
Bedienerschnittstellenvorrichtung empfangen (Schritt 200) und
erwünschte Geschwindigkeiten bzw. Soll-Geschwindigkeiten
für jede Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
innerhalb des Hydrauliksteuersystems 48 und die entsprechenden
Flussratenbefehle für sowohl die Steuerventile 54–62 als
auch die Quellen 51, 53 bestimmen (Schritt 210).
Aus dem Schnittstellenvorrichtungspositionssignal kann die Steuervorrichtung 112 auch
bestimmen, ob eine geradeaus gerichtete Fahrt der Maschine 10 erwünscht ist
(Schritt 220).
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Wenn
eine geradeaus gerichtete Fahrt bzw. Geradeausfahrt der Maschine 10 erwünscht
ist, kann das Ventilelement 107 des Geradeausfahrt-Ventils 106 weg
von der Neutral-Position und zur Geradeausfahrt-Position hin bewegt
werden. Wenn das Ventilelement 107 zur Geradeausfahrt-Position
bewegt wird, kann das Ventilelement 110 des Kombinationsventils 108 davon
abgehalten werden, sich zur bidirektional offenen Position zu bewegen
(Schritt 230). Das Ventilelement 110 kann während
der Geradeausfahrt der Maschine 10 in der in einer Richtung bzw.
unidirektional offenen Position, in der geschlossenen Position oder
zwischen der in einer Richtung offenen Position und der geschlossenen
Position gehalten werden, weil der zweite Strom von unter Druck gesetztem
Strömungsmittel bereits Strömungsmittel zu den
Hydraulikzylindern 26 und 34 über das
Geradeausfahrt-Ventil 106 liefern kann.
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Wenn
eine Geradeausfahrt der Maschine 10 nicht erwünscht
ist, kann die Steuervorrichtung 112 dann bestimmen, ob
das Vorderauslegerglied 28 sich bewegt, und mit welcher
Geschwindigkeit es sich bewegt. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 112 die
von dem Vorderauslegersteuerventil 62 angewiesene Flussrate
mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleichen (Schritt 240).
Wenn der Flussratenbefehl den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
kann es nicht genügend überschüssigen
Fluss von der zweiten Quelle 53 zur Flusskombination mit dem
ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
geben. Wenn der überschüssigen Fluss von der zweiten
Quelle 53 geringer ist als der vorbestimmte Wert, und eine
Flusskombination auftritt, kann das Vorderauslegerglied 28 sich
mit einer langsamen und unerwarteten Geschwindigkeit bewegen.
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Wenn
die vom Vorderauslegersteuerventil 62 angewiesene Flussrate
den vorbestimmten Wert überschreitet, kann die Steuervorrichtung 112 dann bestimmen,
ob das Auslegerglied 22 betätigt wird, und in
welches Ausmaß. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 112 die
von dem Auslegersteuerventil 54 angewiesene Flussrate mit
der Flusskapazität der ersten Quelle 51 vergleichen
(Schritt 250). Eine Priorität innerhalb des Hydrauliksystems 48 kann
derart sein, dass wenn die von dem Auslegersteuerventil 54 angewiesene
Flussrate die Flusskapazität der ersten Quelle 51 überschreitet,
die von dem Auslegersteuerventil 54 angewiesene Flussrate begünstigt
werden kann und das Ventilelement 110 zu der bidirektionalen
Flussdurchlassposition bewegt werden kann, auch wenn die von dem
Vorderauslegersteuerventil 62 angewiesene Flussrate den
vorbestimmten Wert überschreitet (Schritt 260).
Wenn jedoch die von dem Auslegersteuerventil 54 angewiesene
Flussrate geringer als die Flusskapazität der ersten Quelle 51 ist,
kann das Ventilelement 110 in der unidirektionalen bzw.
in einer Richtung gerichteten Flussdurchlassposition gehalten werden
und davon abgehalten werden, sich zu der bidirektionalen Flussdurchlassposition
zu bewegen (Schritt 270).
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Wenn
die von dem Vorderauslegersteuerventil 62 angewiesene Flussrate
geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, kann das Ventilelement 110 des
Kombinationsventils 108 immer noch unter gewissen Bedingungen
zu der bidirektionalen Flussdurchlassposition bewegt werden. Beispielsweise
kann die Steuervorrichtung 112 bestimmen, ob die Summe
der von dem Auslegersteuerventil 54 und dem Schaufelsteuerventil 56 angewiesenen
Flussraten die Flusskapazität der ersten Quelle 51 überschreitet
(Schritt 280). Wenn diese Summe die Flusskapazität
der der ersten Quelle 51 überschreitet, kann das
Ventilelement 110 des Kombinationsventils 108 zur
bidirektionalen Flussdurchlassposition bewegt werden, um den zweiten
Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit dem
ersten Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu kombinieren und den kombinierten Fluss zur ersten Schaltung 50 zur
Verwendung durch die Hydraulikzylinder 26 und 34 zu
leiten (Schritt 290). Wenn jedoch die Summe der Flussraten,
die von dem Auslegersteuerventil 54 und dem Schaufelsteuerventil 56 angewiesen
werden, nicht die Flusskapazität der ersten Quelle 51 überschreitet,
kann das Ventilelement 110 des Kombinationsventils 108 in
der unidirektionalen Flussdurchlassposition gehalten werden und
davon abgehalten werden, sich zur bidirektionalen Flussdurchlassposition
zu bewegen (Schritt 300).
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In ähnlicher
Weise wie das Verfahren der 3 weist
das alternative Verfahren der 4 Schritte 200–240 auf.
Jedoch kann im Gegensatz zum Verfahren der 3 im Verfahren
der 4, falls die von dem Vorderauslegersteuerventil 62 angewiesene
Flussrate den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
keine Flusskombination jemals auftreten, und zwar ungeachtet der
Flussrate, die von dem Auslegersteuerventil 54 angewiesen
wurde. Genauergesagt, wenn die Flussrate, die vom Vorderauslegersteuerventil 62 angewiesen
wurde, den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann
die Steuerung direkt zum Schritt 270 voranschreiten, wo das
Ventilelement 110 in der unidirektionalen Flussdurchlassposition
gehalten werden kann.
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Mehrere
Vorteile können mit der Steuerstrategie und den Komponenten
bzw. der Hardware des Hydrauliksteuersystems 48 assoziiert
sein. Insbesondere kann während eines Auslegerbetriebs,
der eine geringere Flussrate erfordert als die Flusskapazität
der ersten Quelle 51, ein überschüssiger
Fluss von der ersten Quelle 51 zur zweiten Schaltung 52 durch
das Ventilelement 110 abgeleitet werden, um die Geschwindigkeit
eines Vorderauslegerbetriebs zu vergrößern. Diese
vergrößerte Vorderauslegergeschwindigkeit kann
die Produktivität und Effizienz der Maschine 10 verbessern.
Weil die Kombination der ersten und zweiten Ströme von
unter Druck gesetztem Strömungsmittel über ein
extra dafür vorgesehenes Kombinationsventil erreicht werden
kann, können zusätzlich weniger Steuerventile
erforderlich sein. Die Verringerung der Anzahl der Steuerventile kann
die Kosten der Maschine 10 verringern.
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Weil
das Hydrauliksteuersystem 48 einen konsistenten Betrieb
der Maschine 10 vorsehen kann, wenn sie in irgendeine Richtung
dreht bzw. lenkt, können die Betriebskosten der Maschine 10 minimal
sein. Insbesondere kann der konsistente Betrieb der Maschine 10 die
Steuerung der Maschine 10 vereinfachen. Die vereinfachte
Steuerung der Maschine 10 kann die Betriebskosten der Maschine 10 verringern,
indem sie minimales Training, minimale Erfahrung und minimale Ausbildung
des Bedieners erfordert.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Hydrauliksteuersystem vorgenommen
werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden
dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen
Ausführung des offenbarten Hydrauliksteuersystems 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.
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Zusammenfassung
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STEUERSYSTEM UND STEUERVERFAHREN
FÜR EIN KOMBINATIONSVENTIL
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Ein
Hydrauliksteuersystem für eine Maschine wird offenbart.
Das Hydrauliksteuersystem kann eine erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung, eine
erste Pumpe, die konfiguriert ist, um einen ersten Strom von unter
Druck gesetztem Strömungsmittel zu erzeugen, eine zweite
Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung und eine
zweite Pumpe aufweisen, die konfiguriert ist, um einen zweiten Strom
von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu erzeugen.
Das Hydrauliksteuersystem kann weiter ein Kombinationsventil und
eine Steuervorrichtung besitzen. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert
sein, um eine Bedienereingabe zu empfangen, die eine erwünschte Geschwindigkeit
für die erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
anzeigt, eine Flussrate für die erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
entsprechend der Soll-Geschwindigkeit zu bestimmen und eine Flusskapazität
der ersten Pumpe zu bestimmen. Die Steuervorrichtung kann auch konfiguriert
sein, um das Kombinationsventil zu bewegen, um den zweiten Strom
von unter Druck gesetztem Strömungsmittel mit dem ersten
Strom von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu kombinieren,
wenn die bestimmte Flussrate für die erste Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
größer ist als die bestimmte Flusskapazität
der ersten Pumpe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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