DE69109250T2

DE69109250T2 - Hydraulische antriebssystem und ventilanordnung.

Info

Publication number: DE69109250T2
Application number: DE69109250T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kashiwa-Shi Chiba 277 Kanai; Masami Atsugi-Shi Kanagawa 243-02 Ochiai
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2011-07-05
Also published as: US5251444A; KR940008823B1; EP0491050B1; JP3061858B2; KR920702470A; DE69109250D1; WO1992001163A1; EP0491050A1; EP0491050A4

Description

TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem und eine Ventilvorrichtung, und insbesondere ein hydraulisches Antriebssystem und eine Ventilvorrichtung für die Verwendung in hydraulischen Maschinen wie Hoch- und Tiefbaumaschinen, beispielsweise einem hydraulischen Bagger, die jeweils mehrere Stellglieder aufweisen.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Ein hydraulisches Antriebssystem für die Verwendung in hydraulischen Maschinen wie hydraulischen Baggern umfaßt eine Hydraulikpumpe, mehrere hydraulische Stellglieder, die von einem von der Hydraulikpumpe zugeführten Hydraulikfluid angetrieben werden, und eine Ventilvorrichtung mit mehreren Wegeventilen zur Steuerung jeweiliger Strömungsraten des von der Hydraulikpumpe den mehreren Stellgliedern zugeführten Hydraulikfluids.
Bei einem hydraulischen Antriebssystem dieses Typs wurde hauptsächlich vom Gesichtspunkt der Energieeinsparung zur Steuerung eines Zufuhrdrucks der Hydraulikpumpe als Reaktion auf den Lastdruck eine Lasterfassungssteuerung vorgeschlagen. Beispiele für die Lasterfassungssteuerung sind in der GB 2, 195,745A, der USP 4,425,759, der EP 0,366,815A1, etc. offenbart. Bei dem offenbarten bekannten Stand der Technik weist das hydraulische Antriebssystem Mittel zum Herausnehmen eines maximalen Drucks unter den Lastdrücken der mehreren Stellglieder auf. Die mehreren Wegeventile umfassen jeweils einen Zufuhrkanal, der mit der Hydraulikpumpe in Verbindung steht, einen Lastkanal, der mit einen entsprechenden der Stellglieder in Verbindung steht, einen ersten Kanal, der in der Lage ist, mit dem Zufuhrkanal in Verbindung zu treten, einen zweiten Kanal, der in der Lage ist, mit dem ersten Kanal und dem Lastkanal in Verbindung zu treten, ein Strömungssteuerventil zur Steuerung einer Strömungsrate des zwischen dem Zufuhrkanal und dem ersten Kanal strömenden Hydraulikfluids abhängig von einer Öffnung eines dazwischen angeordneten Beschränkers und ebenso zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal, und ein zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal angeordnetes Drucksteuerventil zur Steuerung eines Drucks in dem ersten Kanal. Das Drucksteuerventil umfaßt einen Ventilkörper mit einem in einer Ventilöffnungsrichtung betätigbaren ersten Druckaufnahmeabschnitt und einem in einer Ventilschließrichtung betätigbaren zweiten Druckaufnahmeabschnitt, einer ersten Steuerkammer, in die der Druck in dem ersten Kanal eingeleitet wird, um eine Einwirkung des eingeführten Drucks auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt zu veranlassen, und eine zweite Steuerkammer, in die zum Veranlassen einer Einwirkung des ersten Steuerdrucks auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt der maximale Lastdruck als erster Steuerdruck eingeleitet wird. Bei einem derartigen Aufbau des Drucksteuerventils wird der Druck in dem ersten Kanal als Reaktion auf den maximalen Lastdruck gesteuert, so daß ein Differenzdruck über das Strömungssteuerventil auf einem vorbestimmten Niveau im Verhältnis zu der Lasterfassungssteuerung gehalten wird.
Der erste und der zweite Druckaufnahmeabschnitt des Drucksteuerventils mit dem oben beschriebenen Aufbau sind normalerweise, wie in der GB 2, 195,745A und der USP 4,425,759 beschrieben, konstant an ihren Druckaufnahmeabschnitten, und das gleiche gilt für den Differenzdruck über das von dem Drucksteuerventil gesteuerte Strömungssteuerventil. Dadurch können die Strömungsratencharakteristika des Strömungssteuerventils nicht geändert werden. Inzwischen ist bei dem Ventilkörper nach der EP 0,366,815A1 der zweite Druckaufnahmeabschnitt in der Ventilschließrichtung in einen zentralen Druckaufnahmeabschnitt und einen Umfangsdruckaufnahmeabschnitt unterteilt, und getrennte Steuerkammern sind in Verbindung mit diesen beiden Drukkaufnahmeabschnitten vorgesehen. Der maximale Lastdruck wird stets in die zu dem zentralen Druckaufnahmeabschnitt gehörige Steuerkammer eingeführt, wohingegen der maximale Lastdruck und der Speicherdruck bei einer Betätigung eines Schaltventils selektiv in den Umfangsdruckaufnahmeabschnitt eingeführt werden. Dies ermöglicht eine Steuerung des Drucks in dem ersten Kanal auf verschiedene Werte, abhängig davon, ob der maximale Lastdruck oder der Speicherdruck in die zu dem Umfangsdruckaufnahmeabschnitt gehörige Steuerkammer eingeführt wird. Dadurch ist der Differenzdruck über das Strömungssteuerventil variabel, um seine Strömungsratencharakteristika zu verändern.
Bei dem in der EP 0,366,815A1 beschriebenen bekannten Stand der Technik tritt jedoch das folgende Problem auf.
Zunächst ist bei dem in der EP 0,366,815A1 beschriebenen Drucksteuerventil, abhängig davon, ob der maximale Lastdruck oder der Speicherdruck in die zu dem Umfangsdruckaufnahmeabschnitt gehörige Steuerkammer eingeführt wird, der Differenzdruck über das Strömungssteuerventil zur Veränderung seiner Strömungsratencharakteristika variabel, wie oben8 beschrieben. Der Differenzdruck über das Strömungssteuerventil, wie er entwickelt wird, wenn der Speicherdruck in die Steuerkammer eingeführt wird, wird jedoch, wie aus der im weiteren beschriebenen Gleichung (22) hervorgeht, durch eine Gleichung beschrieben, die den maximalen Lastdruck einschließt, und unterliegt daher dem Einfluß des maximalen Lastdrucks. Dementsprechend werden bei einer Änderung des maximalen Lastdrucks der Differenzdruck über das Strömungssteuerventil und dementsprechend auch seine Strömungscharakteristika geändert. Dies führt zu dem Problem, daß das Stellglied nicht mit einer gewünschten Geschwindigkeit angetrieben werden kann und sich die Bedienbarkeit verschlechtert.
Das zweite Problem ist wie folgt. Bei dem oben beschriebenen bekannten Stand der Technik können durch Einführen des Speicherdrucks in die zu dem Umfangsdruckaufnahmeabschnitt gehörige Steuerkammer die Strömungsratencharakteristika derart geändert werden, daß die in der Ventilschließrichtung auf den Ventilkörper wirkende Kraft verringert wird, um den Differenzdruck über das Strömungssteuerventil zu steigern. Es ist jedoch unmöglich, den Differenzdruck über das Strömungssteuerventil zu senken. Dementsprechend können die Strömungsratencharakteristika nicht geändert werden, um die das Strömungssteuerventil passierende Strömungsrate zu verringern, was bedeutet, daß das Strömungssteuerventil keine Strömungsratencharaktenstika aufweisen kann, die für die Arbeiten geeignet sind, die eine Feinbetätigung des Stellglieds erfordern, wie sie bei dem horizontalen Ziehen einer Schaufel und bei der Feinsteuerung der gesamten Maschine auftritt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Antriebssystem und eine Ventilvorrichtung zu schaffen, mit denen Differenzdrücke über Strömungssteuerventile nicht lediglich ohne eine gegenseitige Beeinträchtigung durch jegliche weiteren Lastdrücke konstant gehalten, sondern auch wahlweise in ihrer Größe verändert werden können.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß ein hydraulisches Antriebssystem geschaffen, mit einer Hydraulikfluidzufuhrquelle, mehreren durch ein von der Hydraulikfluidzufuhrquelle zugeführtes Hydraulikfluid angetriebenen hydraulischen Stellgliedern, einer Ventilvorrichtung mit mehreren Wegeventilen zur Steuerung von Strömen des von der Hydraulikfluidzufuhrquelle den mehreren Stellgliedern zugeführten Hydraulikfluids und Mitteln zur Entnahme eines maximalen Lastdrucks aus Lastdrücken der mehreren Stellglieder, wobei die mehreren Wegeventile jeweils Zufuhrkanäle umfassen, die mit der Hydraulikfluidzufuhrquelle in Verbindung stehen, Lastkanälen, die jeweils mit entsprechenden der Stellglieder in Verbindung stehen, ersten Kanälen, die in der Lage sind, mit den Zufuhrkanälen in Verbindung zu treten, zweiten Kanälen, die in der Lage sind, mit den ersten Kanälen und den Lastkanälen in Verbindung zu treten, Strömungssteuerventilen zur Steuerung von Strömungsraten des zwischen den Zufuhrkanälen und den ersten Kanälen strömenden Hydraulikfluids abhängig von Öffnungen dazwischen angeordneter variabler Beschränkungsmittel und ebenso zum selektiven Herstellen einer Verbindung zwischen den zweiten Kanälen und den Lastkanälen, und zwischen den ersten Kanälen und den zweiten Kanälen angeordneten Drucksteuerventilen zur Steuerung von Drücken in den ersten Kanälen, wobei die Drucksteuerventile jeweils Ventilkörper mit in Ventilöffnungsrichtung betätigbaren ersten Druckaufnahmeabschnitten und in Ventilschließrichtung betätigbaren zweiten Drukkaufnahmeabschnitten, erste Steuerkammern, in die die Drücke in den ersten Kanälen eingeführt werden, um eine Einwirkung der eingeführten Drücke auf die ersten Druckaufnahmeabschnitte zu veranlassen, und zweite Steuerkammern umfassen, in die der maximale Lastdruck als ein erster Steuerdruck eingeführt wird, um eine Einwirkung des ersten Steuerdrucks auf die zweiten Drukkaufnahmeabschnitte zu veranlassen, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Antriebssystem ferner erste Druckerzeugungsmittel zum Erzeugen zweiter Steuerdrücke, die sich von dem ersten Steuerdruck unterscheiden, und zweite Druckerzeugungsmittel zum Erzeugen dritter Steuerdrücke, die sich von den ersten und zweiten Steuerdrucken unterscheiden, umfaßt, und die Drucksteuerventile ferner jeweils in der Ventilschließrichtung betätigbare dritte Druckaufnahmeabschnitte und in der Ventilöffnungsrichtung betätigbare vierte Druckaufnahmeabschnitte aufweisen, wobei die dritten und vierten Druckaufnahmeabschnitte an den Ventilkörpern vorgesehen sind, und ebenso dritte Steuerkammern aufweisen, an die die zweiten Steuerdrücke angelegt werden, um ein Einwirken der zweiten Steuerdrücke auf die dritten Druckaufnahmeabschnitte zu bewirken, und vierte Steuerkammern aufweisen, an die die dritten Steuerdrücke angelegt werden, um ein Einwirken der dritten Steuerdrücke auf die vierten Druckaufnahmeabschnitte zu bewirken.
Ebenso wird erfindungsgemäß eine mit dem oben beschriebenen Drucksteuerventil ausgestattete Ventilvorrichtung geschaffen.
Bei der derart angeordneten vorliegenden Erfindung wird der Ausgleich der auf den Ventilkörper jedes Drucksteuerventils mit den ersten bis vierten Druckaufnahmeabschnitten einwirkenden Kräfte durch die im weiteren beschriebenen Gleichungen (8) und (9) ausgedrückt. Wie aus diesen Gleichungen hervorgeht, werden die Differenzdrucke über die Strömungssteuerventile abhängig von den zweiten und dritten Steuerdrucken ohne eine gegenseitige Beeinträchtigung durch weitere Lastdrücke auf konstanten Werten gehalten, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck der Hydraulikfluidzufuhrquelle und dem maximalen Lastdruck konstant ist. Ebenso können durch Ändern der zweiten und dritten Steuerdrücke bei Bedarf die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile gesteigert und gesenkt werden. Dadurch können die Stellglieder ohne gegenseitige Beeinträchtigung durch die weiteren Lastdrücke mit gewünschten Geschwindigkeiten angetrieben werden. Durch Verändern der Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile ist es ferner möglich, leicht gewünschte Strömungsratencharakteristika der Strömungssteuerventile zu erzielen, wodurch die Bedienbarkeit bei der Betätigung der Stellglieder verbessert werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm eines hydraulischen Antriebssystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das Einzelheiten einer in Fig. 1 dargestellten Pumpenreguliereinrichtung darstellt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 1 dargestellten Drucksteuerventils;
Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein hydraulisches Pilotsystem einer in Fig. 1 dargestellten Ventilvorrichtung darstellt;
Fig. 5 ist eine Kurve, die Strömungsratencharakteristika der in Fig. 1 dargestellten Ventilvorrichtung darstellt;
Fig. 6 ist ein Schaltungsdiagramm eines herkömmlichen hydraulischen Antriebssystems;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines hydraulischen Baggers, auf dem das in Fig. 1 dargestellte hydraulische Antriebssystem montiert ist;
Fig. 8 ist eine Draufsicht des in Fig. 7 dargestellten hydraulischen Baggers;
Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform des hydraulischen Pilotsystems der Ventilvorrichtung darstellt;
Fig. 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform des hydraulischen Pilotsystems der Ventilvorrichtung darstellt;
Fig. 11 ist eine Teilquerschnittsansicht, das eine weitere Ausführungsform des Drucksteuerventils darstellt.

BESTES VERFAHREN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Erste Ausführungsform

Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung für ein hydraulisches Antriebssystem für einen hydraulische Bagger angewendet.
Nach Fig. 1 umfaßt ein hydraulisches Antriebssystem nach dieser Ausführungsform eine Hydraulikfluidzufuhrquelle 33, die aus einer Hydraulikpumpe 31 des variablen Verdrängungstyps und einer Reguliereinrichtung 32 zur Steuerung einer Strömungsrate eines von der Hydraulikpumpe 31 zugeführten Hydraulikfluids besteht, mehrere durch einen von der Hydraulikpumpe 31 zugeführten Hydraulikdruck angetriebene Stellglieder, beispielsweise Hydraulikzylinder 34, 35, und eine zwischen der Hydraulikpumpe 31 und den Hydraulikzylindern 34, 35 angeordnete Ventilvorrichtung 30.
Die Ventilvorrichtung 30 umfaßt ein Wegeventil 78 zur Steuerung eines Stroms des von der Hydraulikpumpe 31 dem Hydraulikzylinder 34 zugeführten Hydraulikfluids und ein Wegeventil 79 zur Steuerung eines Stroms des von der Hydraulikpumpe 31 dem Hydraulikzylinder 35 zugeführten Hydraulikfluids.
Die Wegeventile 78, 79 weisen jeweils Strömungssteuerventile 36, 39 des pilotbetätigten Typs und Drucksteuerventile 70, 71 auf und verfügen ebenso über Zufuhrkanäle 42, 43, die beide mit der Hydraulikpumpe 31 in Verbindung stehen, Lastkanäle 46, 47 und 48, 49, die mit den Hydraulikzylindern 34, 35 in Verbindung stehen, erste Kanäle 44, 45, die in der Lage sind, mit den Zufuhrkanälen 42, 43 in Verbindung zu treten, und zweite Kanäle 50, 51, die in der Lage sind, mit den ersten Kanälen 44, 45 und den Lastkanälen 46, 47 und 48, 49 in Verbindung zu treten. Die Strömungssteuerventile 36, 39 verfügen jeweils über zwischen den Zufuhrkanälen 42, 43 und den ersten Kanälen 44, 45 angeordnete variable Beschränker 52, 53 und 54, 55 zur Steuerung von Strömungsraten des abhängig von Öffnungen der variablen Beschränker die Strömungssteuerventile passierenden Hydraulikfluids und dienen ebenso zum selektiven Herstellen einer Verbindung der zweiten Kanäle 50, 51 mit den Lastkanälen 46, 47 und 48, 49. Die Drucksteuerventile 70, 71 sind zur Steuerung der Drücke in den ersten Kanälen 44, 45 jeweils zwischen den ersten Kanälen 44, 45 und den zweiten Kanälen 50, 51 angeordnet.
Die Ventilvorrichtung 30 umfaßt ferner Übertragungskanäle 57, 58, die mit den zweiten Kanälen 50, 51 in Verbindung stehen, eine erste Steuerleitung 56, die in der Lage ist, mit den Übertragungskanälen 57, 58 in Verbindung zu treten, Absperrventile 59, 60, die zum Verhindern eines Strömens des Hydraulikfluids von der ersten Steuerleitung 56 zu den zweiten Kanälen 50, 51 jeweils zwischen dem Übertragungskanal 57 und der ersten Steuerleitung 56 und zwischen dem Übertragungskanal 58 und der ersten Steuerleitung 56 angeordnet sind, einen dritten Kanal 62, der in der Lage ist, mit der ersten Steuerleitung 56 mit einem Speicher 61 in Verbindung zu treten, und Schaltventile 63a, 63b, die in der Mitte des dritten Kanals 62 angeordnet sind und jeweils in Zusammenarbeit mit den mit den Strömungssteuerventilen 36, 39 betätigt werden. Die Schaltventile 63a und 63b nehmen Verbindungspositionen ein, wenn sich die Strömungssteuerventile 36, 39 in neutralen Positionen befinden, und Trennpositionen, wenn sie sich in Betriebspositionen befinden. Bei einer Betätigung der Schaltventile 63a, 63b und einer Funktion der Absperrventile 59, 60 wird, wenn sich die Strömungssteuerventile 36, 39 in einer Betriebsstellung befinden, der höhere der Lastdrücke der Hydraulikzylinder 34, 35, d.h. ein maximaler Lastdruck PLmax, als erster Steuerdruck in die erste Steuerleitung 56 entnommen.
Die Reguliereinrichtung 32, die die Hydraulikfluidzufuhrquelle 33 bildet, steuert eine Zufuhrrate der Hydraulikpumpe 31, so daß ein Differenzdruck ΔPLS (= Ps - PLmax) zwischen dem Zufuhrdruck Ps der Hydraulikpumpe 31 und dem maximalen Lastdruck PLmax einen vorbestimmten Wert annmmt. Hierfür umfaßt die Reguliereinrichtung 32, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Steuerstellglied 32a zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe 31 und ein Strömungseinstellventil 32b zum steuerbaren Antreiben des Steuerstellglieds 32a. Das Strömungseinstellventil 32b weist an seinem einen Ende einen Antriebsabschnitt 32c auf der dem Pumpenzufuhrdruck Ps ausgesetzt ist, und an seinem anderen Ende sowohl einen Antriebsabschnitt 32d, der dem maximalen Lastdruck PLmax ausgesetzt ist, als auch eine Feder 64 zum Einstellen eines Solldifferenzdrucks, wodurch die Zufuhrrate der Hydraulikpumpe 31 gesteuert wird, so daß die unter dem Differenzdruck ΔPLS erzeugte Kraft mit der Kraft der Feder 64 ausgeglichen wird.
Die in den oben genannten Wegeventilen 78, 79 enthaltenen Drucksteuerventile 70, 71 sind wie folgt aufgebaut.
Insbesondere umfassen die Drucksteuerventile 70, 71, wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt, jeweils Ventilkörper 70a, 71a des Sitzventiltyps mit Kolben 70b, 71b an ihren äußeren Umfangen. Die Ventilkörper 70a, 71a weisen an ihren gegenüberliegenden Enden jeweils in einer Ventilöffnungsrichtung betätigbare erste Druckaufnahmeabschnitte 72a, 73a und in einer Ventilschließrichtung betätigbare zweite Druckaufnahmeabschnifte 72b, 73b auf und die Kolben 70b, 71b weisen an ihren gegenüberliegenden Endflächen in der Ventilöffnungsrichtung betätigbare dritte Druckaufnahmeabschnitte 72c, 73c und in der Ventilschließrichtung betätigbare vierte Druckaufnahmeabschnitte 72d, 73d auf. Ferner umfassen die Drucksteuerventile 70, 71 jeweils erste Steuerkammern 74a, 75a, die in den Verlängerungen der ersten Kanäle 44, 45 definiert sind, um ein Einwirken der Drücke in den ersten Kanälen 44, 45 auf die ersten Druckaufnahmeabschnitte 72a, 73b der Ventilkörper 70a, 71a zu veranlassen, zweite Steuerkammern 74b, 75b, die mit der ersten Steuerleitung 56 in Verbindung stehen, um ein Einwirken des ersten Steuerdrucks (des maximalen Lastdrucks) PLmax auf die zweiten Druckaufnahmeabschnitte 72b, 73b zu veranlassen, dritte Steuerkammern 74c, 75c, die mit zweiten Steuerleitungen 76a, 77a in Verbindung stehen, um das Einwirken (im weiteren beschriebener) zweiter Steuerdrücke auf die dritten Drukkaufnahmeabschnitte 72c, 73c zu veranlassen, und vierte Steuerkammern 74d, 75d, die mit dritten Steuerleitungen 76b, 77b in Verbindung stehen, um ein Einwirken (im weiteren beschriebener) dritter Steuerdrücke auf die vierten Druckaufnahmeabschnitte 72d, 73d zu veranlassen. In den zweiten Steuerkammern 74b, 75b sind jeweils schwache Federn 78, 79 angeordnet, um die Ventilkörper 70a, 71a zu halten, wenn sich die Strömungssteuerventile 36, 39 in neutralen Positionen befinden.
Fig. 4 stellt ein hydraulisches Pilotsystem für die Ventilvorrichtung 30 dar. Das hydraulische Pilotsystem für die Ventilvorrichtung 30 umfaßt eine Pilotpumpe 80, zwei Gruppen von über eine Leitung 81 mit der Pilotpumpe 80 verbundenen Druckverringerungsventilen 82, 83 und 84, 85 und jeweils in Verbindung mit den beiden Gruppen von Druckverringerungsventilen 82, 83 und 84, 85 vorgesehene Steuerhebel 86, 87 zum Veranlassen des Antriebs der Hydraulikzylinder 34, 35. Werden die Steuerhebel 86, 87 betätigt, werden abhängig von der Betätigungsrichtung einzelne der Druckverringerungsventile 82, 83 und 84, 85 aktiviert, um abhängig von den Eingabemengen der Steuerhebel 86, 87 Pilotdrücke Pia oder Pib und Pic oder Pid zu erzeugen. Diese an die entsprechenden Piloteinrichtungen angelegten Pilotdrücke treiben Abschnitte der in Fig. 1 dargestellten Strömungssteuerventile 36, 39 an, wodurch die Strömungssteuerventile 36, 39 in den Größen der Pilotdrücke entsprechende Hubpositionen bewegt werden.
Das hydraulische Pilotsystem umfaßt ferner zwei weitere Gruppen von Druckverringerungsventilen 89, 90 und 91, 92, die über die Leitung 81 und eine Leitung 88 mit der Pilotpumpe 80 verbunden sind, und Steuerhebel 94, 95, die jeweils in Verbindung mit den beiden Gruppen von Druckverringerungsventilen 89, 90 und 91, 92 vorgesehen sind, um eine Anpassung der Einstellungen der Drucksteuerventile 70, 71 auszulösen. Wenn die Steuerhebel 94, 95 in die Richtungen A1, A2 gekippt werden, werden die Druckverringerungsventile 89, 91 derart betätigt, daß die zweiten Steuerdrücke abhängig von den Eingabemengen der Steuerhebel in den zweiten Steuerleitungen 76a, 77a erzeugt und anschließend jeweils in die dritten Steuerkammern 74c, 75c eingeführt werden. Zu diese Zeitpunkt sind, da die Druckverringerungsventile 90, 92 nicht betätigt werden, die dritten Steuerleitungen 76b, 77b dem Speicherdruck ausgesetzt, der hinwiederum als dritter Steuerdruck in die vierten Steuerkammern 74d, 75d eingeleitet werden. Dementsprechend werden die Ventilkörper 70a, 71a Kräften ausgesetzt, die derart wirken, daß sie diese nach Fig. 1 nach unten drücken, d.h. Kräften in der Ventilschließrichtung. Werden die Steuerhebel 94, 95 in die Richtungen B1, B2 gekippt, werden die Druckverringerungsventile 90, 92 derart betätigt, daß die dritten Steuerdrücke abhängig von den Eingabemengen der Steuerhebel in den dritten Steuerleitungen 76b, 77b erzeugt und anschließend jeweils in die vierten Steuerkammern 74d, 75d eingeleitet werden. Da die Druckverringerungsventile 89, 91 nicht betätigt werden, werden zu diesem Zeitpunkt die zweiten Steuerleitungen 76a, 77a dem Speicherdruck ausgesetzt, der hinwiederum als der zweite Steuerdruck in die dritten Steuerkammern 74c, 75c eingeführt wird. Dementsprechend werden die Ventilkörper 70a, 71a Kräften ausgesetzt, die derart wirken, daß sie diese nach Fig. 1 nach oben drücken, d.h. Kräften in der Ventilöffnungsrichtung. Auf diese Weise bilden das aus dem Druckverringerungsventil 89 und dem Steuerhebel 94 bestehende Paar und das aus dem Druckverringerungsventil 91 und dem Steuerhebel 95 bestehende Paar jeweils erste Druckerzeugungsmittel, die den zweiten Steuerdruck erzeugen, wohingegen das aus dem Druckveningerungsventil 90 und dem Steuerhebel 94 bestehende Paar und das aus dem Druckverringerungsventil 92 und dem Steuerhebel 95 bestehende Paar jeweils zweite Druckerzeugungsmittel bilden, die den dritten Steuerdruck erzeugen.
Die Funktionsweise dieser Ausführungsform mit dem oben beschriebenen Aufbau wird im folgenden beschrieben.
Wenn die in Fig. 4 dargestellten Steuerhebel 86, 87 jeweils zum Antreiben von Strömungssteuerventilen 36, 39 der Wegeventile 78, 79 in ihren Verschiebungspositionen betätigt werden, wird das Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 31 über die Zufuhrkanäle 42, 43 und die variablen Beschränker 52 oder 53 und 54 oder 55 in die ersten Kanäle 44, 45 eingeleitet, so daß die Ventilkörper 70a, 71a der Drucksteuerventile 70, 71 mit den Drücken in den ersten Kanälen 44, 45 nach Fig. 1 nach oben gedrückt werden. Die Drucksteuerventile 70, 71 werden dadurch geöffnet, woraufhin das Hydraulikfluid in den ersten Kanälen 44, 45 über die zweiten Kanäle 50, 51 und die Lastkanäle 46 oder 47 und 48 oder 49 weiter den Hydraulikzylindern 34, 35 zugeführt wird, wodurch die Hydraulikzylinder 34, 35 gleichzeitig angetrieben werden.
Bei der kombinierten Betätigung der Hydraulikzylinder 34, 35 wird der Lastdruck des Hydraulikzylinders 34 über den Lastkanal 46 oder 47 in den zweiten Kanal 50 und den Übertragungskanal 57 eingeführt, wohingegen der Lastdruck des Hydraulikzylinders 35 über den Lastkanal 48 oder 49 in den zweiten Kanal 51 und den Übertragungskanal 58 eingeführt wird. Der höhere dieser Lastdrücke, d.h. der maximale Lastdruck PLmax, wird über das Absperrventil 59 oder 60 in die erste Steuerleitung 56 eingeführt und als der erste Steuerdruck verwendet.
Der erste Steuerdruck, d.h. der maximale Lastdruck PLmax, der in die erste Steuerleitung 56 aufgenommen wird, wird in den Antriebsabschnitt 32d des Strömungseinstellventils 32b der Reguliereinrichtung 33 eingeführt, wodurch die Hydraulikpumpe 31 zur Zufuhr des Hydraulikfluids mit einer derartigen Strömungsrate veranlaßt wird, daß die unter dem Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Zufuhrdruck Ps der Hydraulikpumpe 31 und dem maximalen Lastdruck PLmax erzeugte Kraft durch die Kraft der Feder 64 ausgeglichen wird. Anders ausgedrückt wird die Zufuhrrate der Hydraulikpumpe 31 derart gesteuert, daß der Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Zufuhrdruck Ps der Hydraulikpumpe 31 und dem maximalen Lastdruck PLmax auf einem von der Feder 64 eingestellten Solldifferenzdruck gehalten wird.
Andererseits wird der in die erste Steuerleitung 56 aufgenommene erste Steuerdruck PLmax ebenso an die ersten Druckaufnahmeabschnitte 72b, 73b der Drucksteuerventile 70, 71 angelegt. Überdies werden abhängig von sowohl den Betätigungsrichtungen als auch den Eingabemengen der in Fig. 4 dargestellten Steuerhebel 94, 95 in die dritten Steuerkammern 74c, 75c und die vierten Steuerkammern 74d, 75d der Drucksteuerventile 70, 71 jeweils die zweiten und dritten Steuerdrücke eingeführt. Daher werden die Ventilkörper 70a, 71a der Drucksteuerventile 70, 71 in Positionen bewegt, in denen durch die Drücke in den ersten Kanälen 44, 45 zum Einwirken auf die ersten Druckaufnahmeabschnitte 72a, 73a erzeugte Kräfte, durch den ersten Steuerdruck PLmax zum Einwirken auf die zweiten Druckaufnahmeabschnitte 72a, 73b erzeugte Kräfte, durch die zweiten Steuerdrücke zum Einwirken auf die dritten Druckaufnahmeabschnitte 72c, 73c erzeugte Kräfte, durch die dritten Steuerdrücke zum Einwirken auf die vierten Druckaufnahmeabschnitte 72d, 73d erzeugte Kräfte und Kräfte der Federn 78, 79 einander ausgleichen. Der Ventilkörper 70a oder 71a des Drucksteuerventils 70 oder 71 auf der Seite mit dem geringeren Lastdruck wird beispielsweise gegen den Druck in dem ersten Kanal 44 oder 45 aus dem oben beschriebenen angehobenen Zustand gesenkt, wodurch die Drücke in dem ersten Kanal 44 oder 45 derart gesteuert werden, daß er steigt.
Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die Drücke in den ersten Kanälen 44, 45 und den durch die Verlängerung derselben definierten ersten Steuerkammern 74a, 75a Pa1, Pa2 sind, der an die zweiten Steuerkammern 74b, 75b übertragene erste Steuerdruck, wie oben angegeben, PLmax ist, die an die dritten Steuerkammern 74c, 75c übertragenen zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 sind, die an die vierten Steuerkammern 74d, 75d übertragenen dritten Steuerdrücke Pc1, Pc2 sind, die Federkräfte der Federn 78, 79 der Drucksteuerventile 70, 71 Fk1, Fk2 sind, die Drukkaufnahmebereiche der ersten Druckaufnahmeabschnitte 72a, 73a der Ventilkörper 70a, 71a beide A sind, die Druckaufnahmebereiche der zweiten Druckaufnahmeabschnitte 72b, 73b derselben ebenfalls beide A sind, die Druckaufnahmebereiche der dritten Druckaufnahmeabschnitte 72c, 73c derselben beide B sind, und die Druckaufnahmebereiche der vierten Druckaufnahmeabschnitte 72d, 73d derselben ebenfalls beide B sind, wobei das Gleichgewicht der auf die Ventilkörper 70a, 71a der Drucksteuerventile 70, 71 einwirkenden Kräfte wie folgt ausgedrückt wird:
A(Pa1 - PLmax) = Fk1 + B (Pc1 - Pb1) ... (1)
A(Pa2 - PLmax) = Fk2 + B (Pc2 - Pb2) ... (2)
Hierbei bezeichnen die Begriffe B (Pc1 - Pb1) und B (Pc2 - Pb2) Steuerkräfte, die jeweils mit den zweiten und dritten Steuerdrücken auf die Kolben 70b, 71b der Ventilkörper 70a, 71a einwirken.
Durch Ersetzen der Begriffe B (Pc1 - Pb1) und B (Pc2 - Pb2) wie folgt;
Fp1 =B(Pc1 - Pb1)
Fp2 = B(Pc2 - Pb2)
werden die Gleichungen (1) und (2) wie folgt umgeschrieben:
A(Pa1-PLmax)=Fk1 + Fp1 ... (3)
A(Pa2 - PLmax) = Fk2 + Fp2 ... (4)
Vorausgesetzt, daß der Differenzdruck zwischen dem Zufuhrdruck Ps der Hydraulikpumpe 31 und dem maximalen Lastdruck PLmax, der von der Reguliereinrichtung 32 gesteuert wird, ΔPLS ist, wird dies andererseits folgendermaßen ausgedrückt:
Ps-PLmax=ΔPLS ... (5)
Gemäß dieser Gleichung (5) und den oben genannten Gleichungen (3), (4) werden die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile 36, 39 wie folgt ausgedrückt:
Ps - Pa1 = ΔPLS - {(Fk1+Fp1)/A} ... (6)
Ps - Pa2 = ΔPLS - {(Fk2+Fp2)/A} ... (7)
Da die Federn 78, 79 zum Halten der Ventilkörper 70a, 71a in ihren geschlossenen Positionen dienen, wenn sich die Strömungssteuerventile 36, 39 in ihren neutralen Positionen befinden, sind hier lediglich sehr geringe Federkräfte Fk1, Fk2 derselben erforderlich. Dementsprechend werden die oben genannten Gleichungen (6) und (7) wie folgt umgeschrieben, wobei Fk1 und Fk2 ignoriert werden:
Ps - Pa1 = ΔPLS - (Fp1/A) ... (8)
Ps - Pa2 = ΔPLS - (Fp2/A) ... (9)
In den oben dargestellten Gleichungen (8) und (9) wird, so lange die Hydraulikpumpe nicht gesättigt ist, der Differenzdruck ΔPLS unter der Steuerung der Reguliereinrichtung 32 wie oben erwähnt auf einem konstanten Wert gehalten. Da die zweiten und dritten Steuerdrücke Pb1, Pb2 und Pc1, Pc2 konstant sind, so lange die in Fig. 4 dargestellten Steuerhebel 94, 95 unbewegt bleiben, werden die Steuerkräfte Fp1 und Fp2 ebenso konstant. Demzufolge ist zu beachten, daß die Differenzdrücke Ps - Pa1, Ps - Pa2 über die Strömungssteuerventile 36, 39 abhängig von den Steuerkräften Fp1, Fp2 ohne eine gegenseitige Beeinträchtigung durch die anderen Lastdrücke auf konstanten Werten gehalten werden.
Ferner können die zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 und die dritten Steuerdrücke Pc1, Pc2 durch jeweiliges Betätigen der in Fig. 4 dargestellten Steuerhebel 94, 95 auf beliebige gewünschte Werte eingestellt werden. Werden die Steuerhebel 94, 95 beispielsweise in neutralen Positionen gehalten, werden die zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 und die dritten Steuerdrücke Pc1, Pc2 zu dem Speicherdruck. Dementsprechend führt das Verhältnis Pb1 = Pc1 und Pb2 = Pc2 zu:
Ps - Pa1 = ΔPLS ... (10)
Ps - Pa2 = ΔPLS ... (11)
Werden die Steuerhebel 94, 95 jeweils in den Richtungen A1, A2 betätigt, nehmen die zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 von den Eingabemengen der Steuerhebel abhängige Werte an, und die dritten Steuerdrücke Pc1, Pc2 werden zu dem Speicherdruck. Dementsprechend sind die zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 größer als die dritten Steuerdrücke Pc1, Pc2, d.h. Pb1 > Pc1 und Pb2 > Pc2, was zu folgenden Gleichungen führt:
Ps - Pa1< ΔPLS ... (12)
Ps - Pa2< ΔPLS ... (13)
Wenn die Steuerhebel 94, 95 jeweils in den Richtungen B1, B2 betätigt werden, werden die zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 zum Speicherdruck, und die dritten Steuerdrücke Pc1, Pc2 nehmen von den Eingabemengen der Steuerhebel abhängige Werte an. Dementsprechend sind die zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 geringer als die dritten Steuerdrucke Pc1, Pc2, d.h. Pb1< Pc und Pb2< Pc2, was zu folgenden Gleichungen führt:
Ps - Pa1 > ΔPLS ... (14)
Ps - Pa2 > ΔPLS ... (15)
Dadurch können die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile 36, 39 durch Ändern der zweiten Steuerdrücke Pb1, Pb2 und der dritten Steuerdrücke Pc1, Pc2 gesteigert und gesenkt werden.
Da die Strömungsraten des die variablen Beschränker 54, 55 der Strömungssteuerventile 36,39 durchströmenden Hydraulikfluids Funktionen sowohl der Öffnungen der variablen Beschränker 54, 55 als auch der Differenzdrücke über diese sind, werden die Charakteristika von Strömungsraten Q gegen Hubmengen S der Strömungssteuerventile 36, 39 wie in Fig. 5 dargestellt verändert. Genauer stellt in Fig. 5 eine durch eine durchgehende Linie dargestellte Kennlinie 100 den Fall da, in dem die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile 36, 39, wie durch die oben aufgeführten Gleichungen (10) und (11) ausgedrückt, übereinstimmend mit dem Differenzdruck ΔPLS eingestellt sind. Eine durch eine Punkt-Strich-Linie dargestellte Kennlinie 101 stellt den Fall dar, in dem die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile 36, 39, wie durch die oben aufgeführten Gleichungen (12) und (13) ausgedrückt, geringer als der Differenzdruck ΔPLS eingestellt sind. Eine durch eine gestrichelte Linie dargestellte Kennlinie 102 stellt den Fall dar, in dem die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile 36, 39, wie durch die oben aufgeführten Gleichungen (14) und (15) ausgedrückt, höher als der Differenzdruck ΔPLS eingestellt sind.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, werden durch Ändern der Größen der Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile 36, 39 die Strömungsratencharakteristika in bezug auf die Hubmengen S der Strömungssteuerventile 36, 39 geändert, um zum Antreiben der Hydraulikzylinder 34, 35 die optimale Strömungsratencharakteristik abhängig von der Art der erforderlichen Arbeit zu wählen.
Die im vorhergehenden beschriebene Funktionsweise dieser Ausführungsform wird im folgenden mit der der in der EP 0,366,815A1 beschriebenen herkömmlichen Ventilvorrichtung verglichen. Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 der Aufbau der herkömmlichen Ventilvorrichtung beschrieben. In der Zeichnung sind mit den in Fig. 1 dargestellten Bauteilen identische Bauteile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Nach Fig. 6 verfügt ein Drucksteuerventil 200 über einen Ventilkörper 202 des Sitzventiltyps, eine erste Steuerkammer 203 zum Drücken des Ventilkörpers 202 in eine Ventilöffnungsrichtung und eine zweite Steuerkammer 204 zum Drücken des Ventilkörpers 202 in eine Ventilschließrichtung. Der Druck in einem ersten Kanal 44 wird in die erste Steuerkammer 203 und der maximale Lastdruck PLmax in die zweite Steuerkammer 204 eingeführt. Zudem ist in der zweiten Steuerkammer 204 eine Feder 205 angeordnet. Ein in der ersten Steuerkammer 203 des Ventilkörpers 202 angeordneter erster Druckaufnahmeabschnitt 208 und ein in der zweiten Steuerkammer 204 des Ventilkörpers 202 angeordneter zweiter Druckaufnahmeabschnitt 209 weisen den gleichen Bereich auf.
Andererseits verfügt ein Drucksteuerventil 201 über einen Ventilkörper 210 des Sitzventiltyps, eine erste Steuerkammer 211 zum Drücken des Ventilkörpers in eine Ventilöffnungsrichtung und zweite und dritte Steuerkammern 212, 213 zum Drücken des Ventilkörpers 210 in eine Ventilschließrichtung. Der Druck in einem ersten Kanal 45 wird in die erste Steuerkammer 211 eingeführt, der maximale Lastdruck PLmax wird in die zweite Steuerkammer 212 eingeführt, und ferner werden der maximale Lastdruck PLmax oder der Speicherdruck bei einer Verschiebung eines Schaltventils 280 selektiv in die dritte Steuerkammer 213 eingeführt. Zudem ist eine Feder 214 in der zweiten Steuerkammer 212 angeordnet. Ein in der ersten Steuerkammer 211 des Ventilkörpers 210 angeordneter erster Druckaufnahmeabschnitt 215 sowie ein zweiter und ein dritter Druckaufnahmeabschnitt 216,217, die jeweils in der zweiten und der driften Steuerkammer 212, 213 des Ventilkörpers 210 angeordnet sind, werden derart ausgewählt, daß die Gesamtbereich des zweiten und des dritten Druckaufnahmeabschnitts 216, 217 mit einem Bereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts 215 übereinstimmt.
Das Schaltventil 280 wird durch einen Pilotdruck Pia oder Pib zum Antreiben des Strömungssteuerventils 36 aus einer dargestellten Position, in der der maximale Lastdruck PLmax hindurchgeführt wird, in eine Position, in der der Speicherdruck hindurchgeführt wird, verschoben.
Bei dem oben aufgeführten Aufbau ist, unter der Annahme, daß sämtliche Druckaufnahmebereiche des ersten und des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 208, 209 des Drucksteuerventils 200 und des ersten Druckaufnahmeabschnitts 215 des Drucksteuerventils 201 gleichermaßen A sind, der Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 216 des Drucksteuerventils 201 A1 ist, der Druckaufnahmebereich des dritten Druckaufnahmeabschnitts 216 des Drucksteuerventils 201 A2 ist, die Federkräfte der Federn 205, 214 jeweils Fk1 bzw. Fk2 sind und der Druck in der dritten Steuerkammer 213 Pi ist, der Ausgleich der auf die Ventilkörper 202, 210 einwirkenden Kräfte wie flogt ausgedrückt:
A(Pa1-PLmax)=Fk1 ... (16)
A Pa2-(A1 PLmax + A2 Pi) = Fk2 ... (17)
Wenn sich das Schaltventil 280 in der dargestellten Position befindet, gilt hier in der oben aufgeführten Gleichung (17) Pi = PLmax. Gemäß den Verhältnissen von Ps - PLmax = ΔPLS und A = A1 + A2 werden die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile 36, 39 wie folgt ausgedruckt:
Ps - Pa1 = ΔPLS - (Fk1/A) ... (18)
Ps - Pa2 = ΔPLS - (Fk2/A) ... (19)
Werden die Federkräfte Fk1, Fk2 der Federn 205, 214 aus den gleichen Gründen wie bei der Ausführungsform ignoriert, werden die oben aufgeführten Gleichungen (18) und (19) wie folgt umgeschrieben:
Ps - Pa1 = ΔPLS ... (20)
Ps - Pa2 = ΔPLS ... (21)
Wird inzwischen das Schaltventil 280 durch den Pilotdruck Pia oder Pib aus der dargestellten Position in die andere Position verschoben, gilt nun Pi = 0, und daher wird unter der Annahme, daß Fk2 sehr klein ist, die oben aufgeführte Gleichung (17) wie folgt umgeschrieben:
Ps - Pa2 = ΔPLS + (A2/A) PLmax ... (22)
Wie aus der oben aufgeführten Gleichung (22) hervorgeht, kann der Differenzdruck Ps - Pa2 über das Strömungssteuerventil 39 durch Einführen des Speicherdrucks in die dritte Steuerkammer 213 des Drucksteuerventils 210 gesteigert werden.
Bei dem oben aufgeführten bekannten Stand der Technik treten jedoch die folgenden Probleme auf. Zunächst schließt die linke Seite der Gleichung (22) den Begriff PLmax ein, d.h. den maximalen Lastdruck der Stellglieder 34, 35, was bedeutet, daß der Differenzdruck Ps - Pa2 über das Strömungssteuerventil 39 von dem maximalen Lastdruck PLmax beeinflußt wird. Dementsprechend ändert sich bei der Einzelbetätigung des Stellglieds 35 der Differenzdruck Ps - Pa2 über das Strömungssteuerventil 39 bei einer Änderung seines eigenen Lastdrucks (= PLmax). Bei der kombinierten Betätigung der Stellglieder 34, 35 wird ebenso der Differenzdruck Ps - Pa2 über das Strömungssteuerventil 39 bei einer Änderung des maximalen Lastdrucks PLmax geändert. In beiden Fällen werden die Strömungsratencharakteristika des Strömungssteuerventils 39 abhängig von PLmax geändert, wodurch das Stellglied 35 nicht mit einer gewünschten Geschwindigkeit angetrieben werden kann.
Zum zweiten kann, da der Begriff(A2/A) PLmax auf der rechten Seite der oben aufgeführten Gleichung (22) stets positiv ist, der Differenzdruck Ps - Pa2 über das Strömungssteuerventil 39 erhöht, jedoch nicht verringert werden. Dementsprechend können die Strömungsratencharakteristika nicht in einer Richtung zur Verringerung der das Strömungssteuerventil 39 passierenden Strömungsrate geändert werden, wodurch Schwierigkeiten bei den Arbeiten auftreten, die eine Feinbetätigung der Stellglieder erfordern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform hingegen können die Differenzdrücke Ps - Pa1, Ps- Pa2 über die Strömungssteuerventile 36, 39 nicht nur konstant gehalten sondern ebenso ohne eine gegenseitige Beeinträchtigung durch den anderen Lastdruck frei geändert werden. Dadurch ist es möglich, die Hydraulikzylinder 34, 35 mit gewünschten Geschwindigkeiten anzutreiben und die optimalen Strömungsratencharakteristika für einzelne erforderliche Arbeiten zu erzielen, einschließlich der Arbeiten, die eine Feinbetätigung der Stellglieder erfordern, wodurch die Bedienbarkeit verbessert werden kann.
Mehrere Beispiele von Arbeiten, die durch diese Ausführungsform bewältigt werden können, werden im folgenden beschrieben, um eine vorteilhafte Wirkung der Ausführungsform zu veranschaulichen.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 der Aufbau eines hydraulischen Baggers beschrieben, auf dem das hydraulische Antriebssystem nach der Ausführungsform montiert ist. Der hydraulische Bagger umfaßt einen unteren Bewegungskörper 102 mit einem Paar linker und rechter Laufketten 100, 101, eine an dem unteren Bewegungskörper 102 schwenkbar montierte obere Schwenkvorrichtung 103, und einen Ausleger 104, einen Arm 105 sowie eine Schaufel 106, die zusammen einen vorderen Aufbau bilden, der auf der oberen Schwenkvorrichtung 103 montiert ist. Die linke und die rechte Laufkette 100, 101, die Schwenkvorrichtung 103, der Ausleger 104, der Arm 105 und die Schaufel 106 werden jeweils durch einen linken und einen rechten Bewegungsmotor 107, 108, einen Schwenkmotor 109, einen Auslegerzylinder 110, einen Armzylinder 111 und einen Schaufelzylinder 112 angetrieben. In Verbindung mit all diesen Stellgliedern sind dieselben als die Wegeventile 78, 79 einschließlich des in Fig. 1 dargestellten Drucksteuerventils 70, 71 vorgesehen.
Bei dem hydraulischen Bagger mit dem oben beschriebenen Aufbau ist, wenn der Ausleger 104, der Arm 105 und die Schaufel 106 betätigt werden, um eine horizontale Zugarbeit zur horizontalen Bewegung der Schaufel 106 auszuführen, eine Feinbetätigung des Arms 105 erforderlich. Bei einem Versuch der Ausführung dieser Art von Arbeit wird unter der Annahme, daß der in Fig. 1 dargestellte Hydraulikzylinder 34 der Armzylinder 111 ist, der in Fig. 4 dargestellte Steuerhebel 94 in der Richtung A1 betätigt, um in der zweiten Steuerleitung 76a abhängig von der Eingabemenge des Steuerhebels den zweiten Steuerdruck zu erzeugen. Der zweite Steuerdruck erzeugt eine Kraft, die ein Drücken des Kolbens 70b des Ventilkörpers 70a nach der Zeichnung nach unten bewirkt, so daß, wie oben beschrieben, der Differenzdruck Ps - Pa1 über das Strömungssteuerventil 36 verringert wird, um derartige Strömungsratencharakteristika des Strömungssteuerventils 36 zu schaffen, wie in Fig. 5 durch 101 dargestellt. Die das Strömungssteuerventil 36 passierende Strömungsrate wird in bezug auf die Hubmenge des Strömungssteuerventils 36 (die Eingabemenge des Steuerhebels 86) dadurch verringert, um die Feinbetätigung des Arms 105 zu ermöglichen, wodurch eine einfache Ausführung der Zugarbeit durch die Schaufel 106 ermöglicht wird.
Wenn die sogenannte Feinsteuerung ausgeführt wird, bei der die gesamte Maschine fein betätigt werden soll, werden ferner die Steuerhebel 94, 95 ... für die zu den sämtlichen Stellgliedern gehörigen Drucksteuerventile 70, 71... in die Richtungen A1, A2 ... bewegt, um abhängig von den jeweiligen Steuerhebeln in den zweiten Steuerleitungen 76a, 77a ... die jeweiligen zweiten Steuerdrücke zu erzeugen. Dadurch werden, aus dem gleichen Grund wie bei dem oben beschriebenen Fall der horizontalen Zugarbeit, die die Strömungssteuerventile 36, 39 ... passierenden Strömungsraten verringert, um eine Feinsteuerung zu ermöglichen.
Beim gleichzeitigen Schwenken der Schwenkeinrichtung 103 und Heben des Auslegers 104 ist es erforderlich, daß zum ausreichenden Anheben des Auslegers 104 dem Ausleger 104 eine Priorität zuerkannt wird. In diesem Fall wird, unter der Annahme, daß der Hydraulikzylinder 34 durch den Schwenkmotor 109 ersetzt wird und der Hydraulikzylinder 35 der Auslegerzylinder 110 ist, der Steuerhebel 95 in der Richtung B2 nach Fig. 4 betätigt, um in der dritten Steuerleitung 77b abhängig von der Eingabemenge des Steuerhebels den dritten Steuerdruck zu erzeugen. Der dritte Steuerdruck veranlaßt eine Einwirkung einer Kraft zum Drücken des Ventilkörpers 71a des Drucksteuerventils 71 nach der Zeichnung nach oben, so daß, wie oben dargelegt, der Differenzdruck Ps - Pa2 über das Strömungssteuerventil 39 gesteigert wird, um die Strömungsratencharakteristika des Strömungssteuerventils 39 wie in Fig. 5 durch 102 bezeichnet zu schaffen. Dementsprechend wird die das Strömungssteuerventil 39 durchlaufende Strömungsrate in bezug auf die Hubmenge des Strömungssteuerventils 39 (die Eingabemenge des Steuerhebels 86) erhöht. Die die das Strömungssteuerventil 39 durchlaufende Strömungsrate wird dadurch erhöht, um dem Auslegerzylinder 110 das Hydraulikfluid mit einer hinreichenden Strömungsrate zuzuführen, wodurch ein Anheben des Auslegers 104 in eine große Höhe ermöglicht wird.

Weitere Ausführungsformen

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Figuren 9 bis 11 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Ertindung beschrieben.
Bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform bestehen die zweiten und die dritten Steuerdruckerzeugungsmittel jeweils aus einer Kombination der Steuerhebel 94, 95 und der Druckverringerungsventile 90, 91 und 92, 93. Fig. 9 stellt diesbezüglich eine weitere Ausführungsform dar. Insbesondere werden anstelle der Druckverringerungsventile elektromagnetische Proportionalverringerungsventile 120 bis 122 verwendet, und elektrische Signale werden über Signalleitungen 123 bis 126 an ihre Elektromagneten angelegt. Abhängig von den elektrischen Signalen erzeugen die elektromagnetischen Proportionalverringerungsventile 120 bis 122 die zweiten und dritten Steuerdrücke, die über die zweiten Steuerleitungen 76a, 77a und die dritten Steuerleitungen 76b, 77b in die dritte und die vierte Steuerkammer der Drucksteuerventile 70, 71 (siehe Fig. 1) eingeführt werden.
Fig. 10 stellt eine weitere Ausführüngsform der Druckerzeugungsmittel dar, bei denen ein Paar elektromagnetischer Proportionalverringerungsventile 120, 121 gemeinsam für die beiden Drucksteuerventile 70, 71 und das andere Paar elektromagnetischer Proportionalverringerungsventile 122, 123 gemeinsam für weitere zwei Drucksteuerventile 130, 131 vorgesehen ist. Der von den elektromagnetischen Proportionalverringerungsventilen 120 erzeugte zweite Steuerdruck wird in die dritten Steuerkammern 74c, 75c (siehe Fig. 1) der Drucksteuerventile 70, 71 eingeführt, wohingegen der von den elektromagnetischen Proportionalverringerungsventilen 121 erzeugte dritte Steuerdruck in die vierten Steuerkammern 74d, 75d (siehe Fig. 1) der Drucksteuerventile 70, 71 eingeführt wird. Ebenso wird der von den elektromagnetischen Proportionalverringerungsventilen 122 erzeugte zweite Steuerdruck in (nicht dargestellte) dritte Steuerkammern der Drucksteuerventile 130, 131 eingeführt, wohingegen der von den elektromagnetischen Proportionalverringerungsventilen 123 erzeugte dritte Steuerdruck in (nicht dargestellte) vierte Steuerkammern der Drucksteuerventile 130, 131 eingeführt wird.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 eine weitere Ausführungsform des Drucksteuerventils erläutert. Wahrend die Ventilkörper 70a, 71a der Drucksteuerventile 70, 71 bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsform Sitzventilkörper sind, werden bei dieser Ausführungsform Spulenventilkörper verwendet. Insbesondere weist nach Fig. 11 ein Drucksteuerventil 140 nach dieser Ausführungsform einen Ventilkörper 141 des Spulentyps auf, wobei das Ventil 140 einen in einer Ventilöffnungsrichtung betätigbaren ersten Druckaufnahmeabschnitt 142 und einen in einer Ventilschließrichtung betätigbaren zweiten Druckaufnahmeabschnitt 143 umfaßt, die durch Stufenabschnitte am äußeren Umfang des Ventilkörpers 141 ausgebildet sind, sowie einen in der Ventilschließrichtung betätigbaren dritten Druckaufnahmeabschnitt 144 und einen in der Ventilöffnungsrichtung betätigbaren vierten Druckaufnahmeabschnitt 145, die durch die gegenüberliegenden Enden des Ventilkörpers 141 gebildet werden. Eine zu dem ersten Drukkaufnahmeabschnitt 142 gehörige erste Steuerkammer 146 ist als Verlängerung des ersten Kanals 44 definiert. Der erste Steuerdruck (der maximale Lastdruck) PLmax wird über die erste Steuerleitung 56 an eine zu dem zweiten Druckaufnahmeabschnitt 143 gehörige zweite Steuerkammer 147 angelegt, der zweite Steuerdruck wird über die zweite Steuerleitung 76a an eine zu dem dritten Druckaufnahmeabschnitt 144 gehörige dritte Steuerkammer 148 angelegt, und ferner wird der dritte Steuerdruck über die dritte Steuerleitung 76b an eine zu dem vierten Druckaufnahmeabschnitt 145 gehörige vierte Steuerkammer 149 angelegt. Zudem ist in der dritten Steuerkammer 148 eine Feder 150 angeordnet, um den Ventilkörper 141 in einer geschlossenen Position zu halten, wenn sich das entsprechende (nicht dargestellte) Strömungssteuerventil in einer neutralen Position befindet.
In dem Ventilkörper 141 sind mehrere stets mit dem ersten Kanal 44 in Verbindung stehende radiale Kanäle 151 und mehrere in Zusammenarbeit mit einer ringförmigen Rille 154 einen variablen Beschränker 155 bildende radiale Kanäle 152, die abhängig von einer Größe einer axialen Bewegung des Ventilkörpers 141 mit dem zweiten Kanal 50 in Verbindung stehen, und ein axialer Kanal 153 zum Herstellen einer Verbindung der beiden Gruppen radialer Kanäle 151 und 152 miteinander ausgebildet.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau stimmen die Druckaufnahmebereiche des ersten und des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 142, 143 überein. Der erste Druckaufnahmeabschnitt 142 wird durch eine mit dem Druck Pa1 in dem ersten Kanal 44 erzeugten Kraft zum Drücken des Ventilkörpers 141 nach der Zeichnung nach oben ausgesetzt, und der zweite Druckaufnahmeabschnitt 143 wird einer durch den in die zweite Steuerkammer 147 eingeführten maximalen Lastdruck PLmax erzeugten Kraft zum Drücken des Ventilkörpers 141 nach der Zeichnung nach unten ausgesetzt. Ferner wird der dritte Druckaufnahmeabschnitt 144 einer durch den in die dritte Steuerkammer 148 eingeführten zweiten Steuerdruck erzeugten Kraft zum Drücken des Ventilkörpers 141 nach der Zeichnung nach unten ausgesetzt, und der vierte Druckaufnahmeabschnitt 145 wird einer durch den in die vierte Steuerkammer 149 eingeführten dritten Steuerdruck erzeugten Kraft zum Drücken des Ventilkörpers 141 nach der Zeichnung nach oben ausgesetzt. Während er den Ausgleich der oben aufgeführten hydraulischen Kräfte und einer Federkraft der Feder 50 vornimmt, wird der Ventilkörper 141 in die Ventilöffnungsrichtung bewegt, woraufbin das Hydraulikfluid in dem ersten Kanal 44 über die Kanäle 151, 153 in die Kanäle 152 eingeführt wird, wonach es über den variablen Beschränker 155, den ringförmigen Kanal 154 und den zweiten Kanal 50 in das entsprechende Stellglied strömt.
Bei der Ventilvorrichtung, die mehrere der Drucksteuerventile 140 mit dem oben beschriebenen Aufbau verwendet, gelten die oben aufgeführten Gleichungen (1) bis (15), und daher können ähnliche Vorteile wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Erfindungsgemäß werden die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile abhängig von den zweiten und dritten Steuerdrücken ohne eine gegenseitige Beeinträchtigung durch weitere Lastdrücke auf konstanten Werten gehalten, wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck der Hydraulikfluidzufuhrquelle und dem maximalen Lastdruck konstant ist. Ebenso können durch Ändern der zweiten und dritten Steuerdrücke die Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile nach Bedarf gesteigert oder gesenkt werden. Dadurch können die Stellglieder ohne eine gegenseitige Beeinträchtigung durch die anderen Lastdrücke mit gewünschten Geschwindigkeiten angetrieben werden. Durch Ändern der Differenzdrücke über die Strömungssteuerventile ist es ferner möglich, für die Arten von erforderlichen Arbeiten optimale Strömungsratencharakteristika der Strömungssteuerventile zu erzielen, wodurch die Bedienbarkeit verbessert wird.

Claims

1. Hydraulisches Antriebssystem mit einer Hydraulikfluid-Zufuhrquelle (33), mehreren durch ein von der Hydraulikfluid-Zufuhrquelle zugeführtes Hydraulikfluid angetriebenen hydraulischen Stellgliedern (34; 35), einer Ventilvorrichtung (30) mit mehreren Wegeventilen (78; 79) zum Steuern von Strömen des von der Hydraulikfluid- Zufuhrquelle den mehreren Stellgliedern zugeführten Hydraulikfluids und Mitteln (59; 60) zum Entnehmen eines maximalen Lastdrucks unter den Lastdrücken der mehreren Stellglieder, wobei die mehreren Wegeventile (78; 79) jeweils Zufuhrkanäle (42; 43), die mit der Hydraulikfluid-Zufuhrquelle (33) in Verbindung stehen, Lastkanäle (46, 47; 48, 49), die mit den zugehörigen Stellgliedern in Verbindung stehen, erste Kanäle (44; 45), die in der Lage sind, mit den Zufuhrkanälen in Verbindung zu treten, zweite Kanäle (50; 51), die in der Lage sind, mit den ersten Kanälen und den Lastkanälen in Verbindung zu treten, Strömungssteuerventile (36; 39) zum Steuern von Strömungsraten des zwischen den Zufuhrkanälen und den ersten Kanälen strömenden Hydraulikfluids abhängig von Öffnungen variabler Beschränkungsmittel (52, 53; 54, 55), die zwischen den Zufuhrkanälen und den ersten Kanälen angeordnet sind, und auch zum selektiven Herstellen einer Verbindung zwischen den zweiten Kanälen und den Lastkanälen, und zwischen den ersten Kanälen und den zweiten Kanälen angeordnete Drucksteuerventile (70; 71) zum Steuern von Drücken in den ersten Kanälen umfassen, wobei die Drucksteuerventile jeweils Ventilkörper (70a; 71a) mit in einer Ventilöffnungsrichtung betätigbaren ersten Druckaufnahmeabschnitten (72a; 73a) und in einer Ventilschließrichtung betätigbaren zweiten Druckaufnahmeabschnitten (72b, 73b), erste Steuerkammern (74a; 75a), an die die Drücke in den ersten Kanälen (44; 45) angelegt werden, zum Aufbringen der angelegten Drücke auf die ersten Druckaufnahmeabschnitte, und zweite Steuerkammern (74b; 75b), an die ein maximaler Lastdruck als erster Steuerdruck zum Bewirken einer Aufbringung des ersten Steuerdrucks auf die zweiten Druckaufnahmeabschnitte angelegt wird, umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Antriebssystem ferner erste Druckerzeugungsmittel (89; 91) zum Erzeugen zweiter Steuerdrücke, die sich von dem ersten Steuerdruck unterscheiden, und zweite Druckerzeugungsmittel (90; 92) zum Erzeugen dritter Steuerdrücke, die sich von dem ersten und den zweiten Steuerdrücken unterscheiden, umfaßt, und die Drucksteuerventile (70; 71) ferner jeweils in der Ventilschließrichtung betätigbare dritte Druckaufnahmeabschnitte (72c; 73c) und in der Ventilöffnungsrichtung betätigbare vierte Druckaufnahmeabschnitte (72d; 73d) aufweisen, wobei die dritten und vierten Druckaufnahmeabschnitte an den Ventilkörpern (70a; 71a) vorgesehen sind, und ebenso dritte Steuerkammern (74c; 75c)enthalten, an die die zweiten Steuerdrücke angelegt werden, um ein Einwirken der zweiten Steuerdrücke auf die dritten Druckaufnahmeabschnitte zu bewirken, und vierte Steuerkammern (74d; 75d) aufweisen, an die die dritten Steuerdrücke angelegt werden, um ein Einwirken der dritten Steuerdrücke auf die vierten Druckaufnahmeabschnitte zu bewirken.

2. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Druckerzeugungsmittel jeweils erste und zweite Druckbegrenzungsventile (89, 90; 91, 92) umfassen, die mit einer Pilothydraulikquelle (80) verbunden sind und durch Steuerhebel (94; 95) betätigt werden.

3. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Druckerzeugungsmittel jeweils erste und zweite elektromagnetische Proportionalverringerungsventile (120, 121; 122, 123) umfassen, die mit einer Pilothydraulikquelle (80) verbunden sind und durch elektrische Signale betätigt werden.

4. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Druckerzeugungsmittel (89, 90; 91,92) in einem Eins-zueins-Verhältnis mit den Drucksteuerventilen (70; 71) vorgesehen sind.

5. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Druckerzeugungsmittel (123, 124; 125, 126) jeweils gemeinsam für mehrere der Drucksteuerventile (70, 71; 130, 131) vorgesehen sind.

6. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper (70a; 71a) der Drucksteuerventile (70; 71) Sitzventilkörper sind, wobei das Hydraulikfluid in den ersten Kanälen (44; 45) in die zweiten Kanäle (50; 51) strömt, während es die Ventilkörper nach oben drückt.

7. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (141) des Drucksteuerventils (140) ein Spulenventilkörper ist, wobei das Hydraulikfluid in dem ersten Kanal (44) in den zweiten Kanal (50) strömt, während es eine zwischen dem Ventilkörper und einer den Ventilkörper umgebenden Umfangsrille (154) ausgebildete variable Beschränkungseinrichtung passiert.

8. Ventilvorrichtung mit mehreren Wegeventilen (78; 79) zum Steuern von Strömen eines Hydraulikfluids, das von einer Hydraulikfluid-Zufuhrquelle (33) mehreren Stellgliedern (34; 35) zugeführt wird, wobei die mehreren Wegeventile jeweils Zufuhrkanäle (42; 43), die mit der Hydraulikfluid-Zufuhrquelle (33) in Verbindung stehen, Lastkanäle (46, 47; 48, 49), die mit entsprechenden der Stellglieder in Verbindung stehen, erste Kanäle (44; 45), die in der Lage sind, mit den Zufuhrkanälen in Verbindung zu treten, zweite Kanäle (50; 51), die in der Lage sind, mit den ersten Kanälen und den Lastkanälen in Verbindung zu treten, Strömungssteuerventile (36; 39) zum Steuern von Strömungsraten des zwischen den Zufuhrkanälen und den ersten Kanälen hindurchströmenden Hydraulikfluids abhängig von Öffnungen variabler Begrenzungsmittel (52, 53; 54, 55), die zwischen den Zufuhrkanälen und den ersten Kanälen angeordnet sind, und auch zum selektiven Herstellen einer Verbindung zwischen den zweiten Kanälen und den Lastkanälen, und zwischen den ersten Kanälen und den zweiten Kanälen angeordnete Drucksteuerventile (70; 71) zum Steuern von Drücken in den ersten Kanälen umfassen, wobei die Drucksteuerventile jeweils Ventilkörper (70a; 71a) mit in einer Ventilöffnungsrichtung betätigbaren ersten Druckaufnahmeabschnitten (72a; 73a) und in einer Ventilschließrichtung betätigbaren zweiten Druckaufnahmeabschnitten (72b, 73b), erste Steuerkammern (74a; 75a), an die die Drücke in den ersten Kanälen (44; 45) angelegt werden, zum Aufbringen der angelegten Drücke auf die ersten Druckaufnahmeabschnitte, und zweite Steuerkammern (74b; 75b), an die ein maximaler Lastdruck als erster Steuerdruck zum Bewirken einer Aufbringung des ersten Steuerdrucks auf die zweiten Druckaufnahmeabschnitte angelegt wird, umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuerventile (70; 71) ferner jeweils in der Ventilschließrichtung betätigbare dritte Druckaufnahmeabschnitte (72c; 73c) und in der Ventilöffnungsrichtung betätigbare vierte Druckaufnahmeabschnitte (72d; 73d) aufweisen, wobei die dritten und vierten Druckaufnahmeabschnitte an den Ventilkörpern (70a; 71a) vorgesehen sind, dritte Steuerkammern (74c; 75c) aufweisen, an die zweite Steuerdrücke angelegt werden, die sich von dem ersten Steuerdruck unterscheiden, um ein Einwirken der zweiten Steuerdrücke auf die dritten Druckaufnahmeabschnitte zu bewirken, und vierte Steuerkammern (74d; 75d) aufweisen, an die dritte Steuerdrücke angelegt werden, die sich von den ersten und zweiten Steuerdrücken unterscheiden, um ein Einwirken der dritten Steuerdrücke auf die vierten Druckaufnahmeabschnitte zu bewirken.

9. Ventilvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper (70a; 71a) der Drucksteuerventile (70; 71) Sitzventilkörper sind, wobei das Hydraulikfluid in den ersten Kanälen (44; 45) in die zweiten Kanäle (50; 51) strömt, während es die Ventilkörper nach oben drückt.

10. Ventilvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (141) des Drucksteuerventils (140) ein Spulenventilkörper ist, wobei das Hydraulikfluid in dem ersten Kanal (44) in den zweiten Kanal (50) strömt, während es durch eine zwischen dem Ventilkörper und einer den Ventilkörper umgebenden Umfangsrille (154) ausgebildete variable Begrenzungseinrichtung (155) strömt.