DE69609964T2

DE69609964T2 - Druckkompensiertes hydraulisches regelsystem

Info

Publication number: DE69609964T2
Application number: DE69609964T
Authority: DE
Inventors: P. Hamkins; C. Layne; Leif Pedersen; A. Russell; A. Wilke
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: WO1996037708A1; US5579642A; KR100233783B1; CA2219207A1; EP0828943B1; KR19990022007A; JP3150980B2; JPH10508932A; DE69609964D1; BR9609243A; CA2219207C; EP0828943A1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Ventilvorrichtungen, welche hydraulisch angetriebene Maschinen steuern.

HINTERGRUND

Die Bewegungsgeschwindigkeit von hydraulisch angetriebenen Arbeitselementen einer Maschine hängt von der Querschnittsfläche der Hauptverengungsöffnungen des Systems und von dem Druckabfall über diesen Öffnungen ab. Zur Erleichterung der Steuerung hat man druckkompensierende hydraulische Steuersysteme so ausgelegt, daß eine jener Variablen, nämlich der Druckabfall, beseitigt ist. Diese Systeme haben Fühlleitungen, welche den Druck an einer oder mehreren Arbeitsöffnungen zum Einlaß einer hydraulischen Pumpe mit variabler Verdrängung übertragen, die ein unter Druck stehendes Hydraulikfluid für Betätigungsorgane bereitstellen, welche Arbeitselemente der Maschine antreiben. Die sich ergebende Selbstjustierung des Pumpenauslasses ergibt einen annähernd konstanten Druckabfall über einer Steueröffnung, deren Querschnittsfläche von der Bedienungsperson eingestellt werden kann. Dies erleichtert die Steuerung, da, wenn der Druckabfall konstant gehalten wird, die Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitselements nur von der Querschnittsfläche der Öffnung bestimmt wird. Ein solches System ist in dem US-Patent 4,693,272, ausgegeben für Wilke am 15. September 1987 offenbart, wobei diese Offenbarung als Referenz eingeschlossen ist.
Da in einem solchen System die Steuerventile und die hydraulische Pumpe normalerweise nicht unmittelbar nebeneinander liegen, muß die sich ändernde Lastdruckinformation zu dem entfernt liegenden Pumpeneinlaß über Schläuche und andere Leitun gen übertragen werden, die relativ lang sein können. Dabei kann, wenn sich die Maschine im angehaltenen, neutralen Zustand befindet, Öl aus diesen Leitungen auslaufen. Wenn dann die Bedienungsperson wiederum eine Bewegung anfordert, müssen diese Leitungen nachfüllen, ehe das Druckkompensationssystem voll wirksam sein kann. Aufgrund der Länge dieser Leitungen kann sich das Ansprechen der Pumpe verzögern und ein geringes Absinken der Belastungen eintreten. Auf diese Probleme wird als "Verzögerungszeit" und "Anlaufabsinken" Bezug genommen.
Bei manchen Arten solcher Systeme kann das "Durchschlagen" des Kolbens, der eine Last antreibt, dazu führen, daß das ganze System "hängenbleibt". Dies kann bei solchen Systemen auftreten, die höchsten Arbeitsöffnungsdruck nutzen, die Pumpe aber keinen höheren Druck bereitstellen kann und deshalb kein Druckabfall mehr über der Steueröffnung vorhanden ist. Als Abhilfe können solche Systeme ein Druckentlastungsventil in einem lastfühlenden Kreislauf des hydraulischen Steuersystems aufweisen. In dem Durchschlag-Zustand würde es öffnen, so daß der gefühlte Druck auf den Lastfühlentlastungsdruck abfallen kann, wodurch es der Pumpe möglich wäre, einen Druckabfall über der Steueröffnung bereitzustellen.
Obwohl diese Lösung wirksam ist, könnte sie einen unerwünschten Nebeneffekt bei Systemen haben, die ein druckkompensierendes Rückschlagventil als Teil der Einrichtung nutzen, um den Druckabfall über der Steueröffnung im wesentlichen konstant zu halten. Das Druckentlastungsventil könnte auch öffnen, wenn der Kolben nicht durchgeschlagen hat, nämlich wenn ein Arbeitsöffnungsdruck den Einstelldruck des Lastfühl-Entlastungsventils überschreitet. In diesem Fall könnte etwas Fluid aus der Arbeitsöffnung zurück durch das druckkompensierende Rückschlagventil in die Pumpenkammer strömen. Darauf kann als "Rückfluß"-Problem Bezug genommen werden.
Die US-A-5243820 beschreibt eine hydraulische Schaltung zum Antrieb von Betätigungselementen, welche eine Pumpe und ein druckkompensierendes Ventil aufweist und auf Druckänderungen in den die Betätigungselemente steuernden Ventilen anspricht, um den Regler der Pumpe so anzutreiben, daß die Druckänderung kompensiert wird.
Aus den vorstehenden Gründen besteht ein Bedürfnis nach Einrichtungen zur Reduzierung oder Beseitigung der Probleme der Verzögerungszeit, des Anlaufabsinkens und des Rückflusses bei bestimmten Anwendungen.
Zu beachten ist, daß die hier beanspruchten Erfindungen mehrere Vorteile bieten. Die Probleme der Verzögerungszeit und des Anlaufabsinkens werden im wesentlichen durch einen Kreislauf und einen Aufbau gelöst, welche das Fluid in dem lastfühlenden, druckkompensierenden Ventil von dem entfernt liegenden Pumpeneinlaß trennen und dennoch die Last-Druckinformation zum Pumpeneinlaß übertragen. Ein Rückfluß wird durch einen Kreislauf und einen Aufbau im wesentlichen reduziert, der den Rückfluß durch ein druckkompensierendes Rückschlagventil verhindert.
Diese und andere Merkmale, Aspekt und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besser verstehen. Die Erfindung ist jedoch auf diese Ausführungsform nicht begrenzt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine teilweise schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ventils, welches die Erfindung verkörpert.
Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Anordnung der Ventile, die die Erfindung verkörpern.
Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Version einer hydraulischen Schaltung, in welcher die beanspruchte Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform des hier beanspruchten Trennglieds, welches in seinem normalerweise offenen Zustand gezeigt ist.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Trennglieds, welches in einem dosierenden Zustand gezeigt ist.
Fig. 6 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform des Trennglieds.

INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Das druckkompensierende hydraulische Steuersystem In Fig. 1 hat ein Ventil 2 eine Bauweise, die dazu verwendet wird, einen Bewegungsgrad eines hydraulisch angetriebenen Arbeitselements einer Maschine zu steuern. Fig. 2 und 3 zeigen drei solche Ventile, die miteinander zur Bildung einer Mehrfach-Ventilanordnung gekoppelt sind, welche zusammen alle Bewegungen von einem oder mehreren Arbeitselementen einer Maschine steuern können. Eine Pumpe 4 befindet sich gewöhnlich entfernt von der Ventilanordnung und ist über eine Zufuhrleitung oder einen Schlauch 6 angeschlossen.
Um das Verstehen der hier beanspruchten Erfindung zu erleichtern, ist es zweckmäßig, die prinzipiellen Fluidstromwege bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform zu beschreiben.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat das Ventil 2 einen Steuerzylinder 8, den die Bedienungsperson durch nicht gezeigte, fern liegende Einrichtungen in jede Richtung bewegen kann. Abhängig davon, auf welche Weise der Zylinder bewegt wird, wird Hydraulikfluid (im folgenden "Öl") zu der unteren Kammer 10 oder oberen Kammer 12 eines Zylindergehäuses 14 geleitet und treibt dadurch einen Kolben 16 nach oben oder nach unten, der mit einem Arbeitselement (nicht gezeigt) verbunden ist. Das Ausmaß, in welchem die Bedienungsperson den Steuerzylinder bewegt, bestimmt die Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitselements. Jedes der in der Anordnung gezeigten Ventile arbeitet in gleicher Weise, so daß die folgende Beschreibung für jedes der Ventile gilt.
Um den Kolben 16 (in der Ausrichtung von Fig. 1) nach oben zu bewegen, bewegt die Bedienungsperson ein Steuergerät (nicht gezeigt), welches den Steuerzylinder 8 (in der Ausrichtung von Fig. 1) nach links bewegt. Dies öffnet Kanäle, wodurch die Pumpe 4 (unter der Steuerung des später zu beschreibenden Lastfühlnetzwerks) Öl aus dem Speicher 18 ansaugt und zwangsweise durch die Pumpenauslaßleitung 6 in einen Zuführkanal 20 in dem Ventil durch eine Steueröffnung (die Dosierkerbe 22 in Fig. 1 des Steuerzylinders 8) durch den Beschickungskanal 24 (Fig. 1 und 2), durch die variable Öffnung 26 (Fig. 2) des (nachstehend zu erörternden) druckkompensierenden Rückschlagventils 28, durch einen Brückenkanal 30, durch einen Kanal 32 des Steuerzylinders 8, durch einen Arbeitsöffnungskanal 34, aus der Arbeitsöffnung 36 heraus, durch eine externe Arbeitsöffnungsleitung 38 und in die untere Kammer 10 des Zylindergehäuses 14 strömt. Der so zur Unterseite des Kolbens 16 übertragene Druck verursacht seine Aufwärtsbewegung, wodurch Öl aus der oberen Kammer 12 des Zylindergehäuses 14 herausgedrückt wird.
Dieses herausgedrückte Öl strömt durch die Leitung 40, in ein Mittelventil 42 über eine Arbeitsöffnung 44, durch einen Arbeitsöffnungskanal 46, durch den Wechselsteuerzylinder 8 über einen Kanal 48 und durch einen Speicherkern 50 zu der Speicheröffnung 52 (Fig. 3), die mit dem Speicher 18 verbunden ist.
Um den Kolben 16 (in der Ausrichtung von Fig. 1) nach unten zu bewegen, bewegt die Bedienungsperson das Steuergerät entgegengesetzt, wodurch der Wechselsteuerzylinder 8 (in der Ausrichtung von Fig. 1) nach rechts bewegt wird, was einen entsprechenden Satz von Kanälen öffnet, so daß die Pumpe 4 Öl in die obere Kammer 12 und aus der unteren Kammer 10 des Zylindergehäuses 14 herausdrückt, so daß der Kolben 16 nach unten bewegt wird.
Bei Fehlen einer Druckkompensationsvorrichtung hätte die Bedienungsperson Schwierigkeiten, die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 16 zu steuern. Ein Grund für diese Schwierigkeiten besteht darin, daß die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung in direkter Beziehung zu dem Öldurchsatz steht, der hauptsächlich durch zwei Variable bestimmt wird, nämlich durch die Querschnittsflächen der am stärksten verengten Öffnungen in dem Strömungsweg und von den Druckabfällen über diesen Öffnungen. Die am stärksten verengte Öffnung ist die Dosierkerbe 22 des Wechselsteuerzylinders 8. Die Bedienungsperson kann die Querschnittsfläche der Dosierkerbe 22 durch Bewegen des Steuerzylinders 8 variieren. Obwohl dies eine Variable steuert, welche die Bestimmung des Durchsatzes unterstützt, ergibt es eine unzureichende Steuerung, da der Durchsatz auch direkt proportional zur Quadratwurzel des gesamten Druckabfalls in dem System ist, der sich hauptsächlich über der Öffnung 22 einstellt. Beispielsweise könnte die Zugabe von Material zur Schaufel eines Frontladers den Druck in der unteren Kammer 10 des Zylindergehäuses 14 erhöhen, was die Differenz zwischen diesem Druck und dem durch die Pumpe 4 bereitgestellten Druck verringern würde. Ohne eine Druckkompensation würde diese Verringerung des gesamten Druckabfalls den Durchsatz reduzieren und dadurch die Geschwindigkeit des Kolbens 16 verringern, auch wenn die Bedienungsperson die Dosierkerbe 22 bei einer konstanten Querschnittsfläche halten würde.
Wie vorher erwähnt, beschreibt das US-Patent 4,693,272 eine Vorrichtung, die es der Bedienungsperson ermöglicht, die Kolbengeschwindigkeit durch Umformung nur einer Variablen (der Fläche der Dosierkerbe 22) zu steuern. Bei dieser Vorrichtung wird eine druckkompensierende Vorrichtung verwendet, welche den Druckabfall über der Dosierkerbe 22 (wo der größte Teil des Druckabfalls des Systems auftritt) angesichts der fortlaufenden Änderungen der verschiedenen Lastdrucke annähernd konstant hält, denen jedes der Ventile in der Ventilanordnung ausgesetzt ist. Die hier beschriebene Ausführungsform verwendet im wesentlichen das gleiche Druckkompensationssystem wie in dem US-Patent 4,693,272 beschrieben, jedoch mit den hier beschriebenen Verbesserungen. Die beanspruchten Verbesserungen sind jedoch nicht für den Einsatz nur bei den hier oder in dem US-Patent 4,693,272 beschriebenen Vorteilen begrenzt.
Die Druckkompensationsvorrichtung basiert auf einem druckkompensierenden Rückschlagventil 28. Es hat einen Kolben 54, der in einer Bohrung abdichtend gleitend hin und her verschiebbar ist, wobei die Bohrung in eine (in der Ausrichtung von Fig. 1 und 2) obere Kammer 56, die in Verbindung mit dem Beschickungskanal 24 steht, und eine untere Kammer 58 unterteilt wird. Der Kolben 54 ist durch eine Feder 60 nach oben vorgespannt, die sich in der unteren Kammer 58 befindet. Die Oberseite 62 und die Unterseite 64 des Kolbens 54 haben gleiche Flächen. Wenn sich der Kolben 54 nach unten bewegt, öffnet er einen Weg zwischen der oberen Kammer 56 und dem Brückenkanal 30. Dieser Weg ist die Öffnung 26, auf die oben Bezug genommen ist.
Das druckkompensierende System fühlt die Drucke an jeder druckbeaufschlagten Arbeitsöffnung eines jeden Ventils in der Anordnung, wählt (mittels eines nachstehend zu beschreibenden Wechselventilsystems) den höchsten dieser Arbeitsöffnungsdrucke und benutzt ihn zur Steuerung des Einlasses der Pumpe 4, die eine Pumpe mit variabler Verdrängung ist, deren Auslaß so ausgelegt ist, daß er die Summe aus dem Druck an ihrem Einlaß 66 plus einem konstanten Druck ergibt, der als Reserve bekannt ist. Die Ausdrücke "Einlaß 66" und "Einlaßöffnung 66", wie sie hier verwendet werden, beziehen sich auf die Eigenschaft, die häufig als eine "Verdrängungssteueröffnung" beschrieben ist. Wie nachstehend beschrieben wird, sorgt das druckkompensierende Rückschlagventil 28 dafür, daß dieser Reservedruck der annähernd konstante Druckabfall über der Dosierkerbe 22 ist.
Das Wechselventilsystem (welches in der hier beschriebenen Ausgestaltung einer Mehrfach-Ventilanordnung Teil des Lastfühlkreislaufs ist) eines jeden Ventils der Anordnung (42, 68, 70) wird nun unter Bezugnahme auf das mittlere Ventil 42 beschrieben.
Das Ventil 42 (sowie die Ventile 68 und 70) hat ein fühlendes Wechselventil 72. Die Einlässe sind (a) der Brückenkanal 30 (über den Wechselkanal 74), der dem Druck einer der druckbeaufschlagten Arbeitsöffnungen 36 oder 44 (oder dem Druck des Speicherkerns 50, wenn der Zylinder 8 neutral ist) ausgesetzt ist, und (b) der Durchgangskanal 76 des nächsten stromab befindlichen Ventils 70, welches den höchsten der druckbeaufschlagten Arbeitsöffnungsdrucke in den Ventilen stromab von dem mittleren Ventil 42 hat. Das fühlende Wechselventil 72 arbeitet so, daß es den größeren der Drucke (a) und (b) zu dem fühlenden Wechselventil 72 des benachbarten, stromauf liegenden Ventils 68 über den Durchgangskanal 76 des mittleren Ventils 42 überträgt.
Der Durchgangskanal 76 des Ventils 68 mündet in den Einlaßkanal 78 des Trennglieds 80. Deshalb wird in der gerade beschriebenen Art und Weise der höchste aller Drucke der druckbeaufschlagten Arbeitsöffnungen der Ventilanordnung auf den Einlaß 78 des Trennglieds 80 übertragen, das in einer nachstehend zu beschreibenden Weise den höchsten Arbeitsöffnungsdruck an seinem Auslaß 62 erzeugt (in der im Patent 4,693,272 offenbarten Vorrichtung gibt es kein Trennglied, und der höchste Arbeitsöffnungsdruck wird direkt an den Einlaß 66 der Pumpe 4 angelegt). Der auf den Trenngliedeinlaß 78 übertragene Druck ist der erste lastabhängige Druck, und der aus dem Trenngliedauslaß 82 übertragene Druck ist der zweite lastabhängige Druck.
Der Druck am Auslaß 82 des Trennglieds 80 wird an den Einlaß 66 der Pumpe 4 mittels eines Überführungskanals 84 in jedem Ventil angelegt, der in Verbindung mit dem entsprechenden Überführungskanal 84 in jedem benachbarten Ventil steht. Zusätzlich wird mittels des Querkanals 86 eines jeden Ventils der Druck am Auslaß 82 des Trennglieds 80 (wenn das noch zu beschreibende Antirückfluß-Wechselventil 88 offen ist) an die untere Kammer 58 des druckkompensierenden Rückschlagventils angelegt, wodurch Druck auf die Unterseite 64 des Kolbens 54 ausgeübt wird (in der im Patent 4, 693,272 offenbarten Vorrichtung gibt es kein Antirückfluß-Wechselventil 88, und der höchste Arbeitsöffnungsdruck wird immer an die Unterseite 64 des druckkompensierenden Rückschlagventilkolbens 54 angelegt).
Nimmt man an, daß das Antirückfluß-Wechselventil 88 offen ist, ist die untere Kammer 58 des druckkompensierenden Rückschlagventils dem höchsten Arbeitsöffnungsdruck ausgesetzt. Da die Flächen der Unterseite 64 und der Oberseite 62 des Kolbens 54 gleich sind, wird der Fluidstrom an der Öffnung 26 so gedrosselt, daß der Druck in der oberen Kammer 56 des Kompensationsventils 28 annähernd gleich zum höchsten Arbeitsöffnungsdruck ist (Dies ist der "zweite lastabhängige Druck". In anderen Ausführungen kann der zweite lastabhängige Druck eine andere Funktion des höchsten Arbeitsöffungsdrucks sein.). Dieser Druck steht in Verbindung mit einer Seite der Dosierkerbe 22 über den Beschickungskanal 24. Die andere Seite der Dosierkerbe 22 steht in Verbindung mit dem Zuführkanal 20, in dem der Pumpenauslaßdruck herrscht, der gleich dem höchsten Arbeitsöffnungsdruck plus der Reserve ist. Als Folge ist der Druckabfall an der Dosierkerbe 22 gleich der Reserve. Änderungen des höchsten Arbeitsöffnungsdrucks treten sowohl an der Zuführseite (Kanal 20) der Dosierkerbe 22 als auch am Boden 64 des druckkompensierenden Kolbens 54 auf. In Reaktion auf solche Änderungen findet der druckkompensierende Kolben 54 eine Gleichgewichtslage, so daß die Lastfühlreserve an der Dosierkerbe 22 aufrechterhalten wird.

Aufbau und Arbeitsweise des Trennglieds

Verglichen mit der in dem Patent 4,693,272 offenbarten Vorrichtung besteht die Rolle des Trennglieds 80 darin, Fluid in dem lastfühlenden Wechselnetzwerk gänzlich in der Ventilanordnung zu halten, anstatt es über einen Schlauch 90 zu dem entfernt liegenden externen Pumpeneinlaß 66 zu leiten.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, hat das Trennglied 80 einen Trenngliedsteuerkolben 92, der in einer Bohrung 94 in dem Einlaßabschnitt 96 der Ventilanordnung sitzt, der an dem äußersten Ventil 68 der Ventilanordnung auf der Einlaßseite festge legt ist und damit in Verbindung steht. Der Trenngliedsteuerkolben 92 hat einen ersten Verengungsabschnitt 98, der einen ersten Steg 100 von einem zweiten Steg 102 trennt, und einen zweiten Verengungsabschnitt 104, der den zweiten Kolbensteg 102 von einem dritten Steg 106 trennt. Dieser Aufbau unterteilt die Bohrung 94 in eine Einlaßkammer 108 an der Außenseite des Stegs 100, eine Verbindungskammer 110 zwischen dem ersten Steg 100 und dem zweiten Steg 102, eine Speicherkammer 112 zwischen dem zweiten Steg 102 und dem dritten Steg 106 und eine Rückführkammer 114 auf der Außenseite des dritten Stegs 106. Die Bohrung 94 hat eine Lastfühlsignal-Einlaßöffnung 116 für den Einlaßkanal 78, eine Pumpeneinlaßöffnung 118 für den Pumpenauslaßkanal 120, eine Speicheröffnung 122 für den Speicherkanal 124 und eine Auslaßöffnung 126 für den Trenngliedauslaßkanal 82. Der Steuerkolben 92 hat in sich einen L-förmigen Kanal ("Rückführbohrung"), der aus einem Längsabschnitt 128 besteht, der sich von der Rückführkammer 114 durch den dritten Steg 106 und den zweiten Verengungsabschnitt 104 und in den zweiten Steg 102 erstreckt. Dort schneidet er einen seitlichen Abschnitt 130, der aus der Kolbenoberfläche des zweiten Stegs 102 austritt, und steht immer in Verbindung mit dem Auslaßkanal 82 über die Auslaßöffnung 126. Eine fakultativ vorgesehene Feder 132 spannt den Steuerkolben 92 zu Rückführkammer 114 vor, und ein Federrückhalter 134 begrenzt den Weg in dieser Richtung. Eine Drosselöffnung 136 trennt den Auslaßkanal 82 von dem Überführungskanal 84.
Wenn sich das System in einem neutralen Zustand (Fig. 4) befindet, in welchem keine der Lasten in Bewegung ist, ist der höchste Arbeitsöffnungsdruck an dem Einlaß 78 des Trennglieds 80 gleich dem Druck in dem Speicher 18, der als null angenommen werden kann. Der Pumpenauslaßdruck wird durch den Pumpenauslaßkanal 120 durch die Pumpeneinlaßöffnung 118 und in die Verbindungskammer 110 des Trennglieds 80 und aus der Öffnung 126 in den Auslaßkanal 82 übertragen. Dieser Druck wird auch an der Rückführkammer 114 durch die Innenkanäle 130 und 128 des Steuerkolbens gefühlt, so daß die Neigung besteht, den Steuerkolben 92 zur Einlaßkammer 108 (d. h. in Fig. 4 und 5 nach links) zu drücken. Wenn sich der Steuerkolben in diese Richtung bewegt, beginnt ein Abdrosseln des Strömungswegs durch die Verbindungskammer 110 zu der Trenngliedauslaßöffnung 126 und dem Auslaßkanal 82 durch den Steg 102, der die Öffnung 126 abdeckt. Siehe Fig. 5. Wenn der Druck in der Rückführkammer 114 hoch genug (wenn der Pumpenauslaßdruck zunimmt) wird, um den Steuerkolben 92 weiter nach links zu drücken, wird die Trenngliedauslaßöffnung 126 und somit der Auslaßkanal 82 mit der Speicherkammer 112 verbunden. Der Druck in dem Auslaßkanal 82 und der Rückführkammer 114 wird über die Speicheröffnung 122 abgebaut. Dies reguliert den Druck in dem Auslaßkanal 82 und der Rückführkammer 114 auf einen Gleichgewichtswert. Da bei der vorliegenden Ausführungsform beide Enden des Steuerkolbens 92 die gleiche Querschnittsfläche haben, wird dieses Gleichgewicht erreicht, wenn der Druck in der Rückführkammer 114 (die mit dem Auslaßkanal 82 in Verbindung steht) die Summe das Drucks in der Einlaßkammer 108 (des ersten lastabhängigen Drucks) plus den Druck der Feder 132 (d. h. die von der fakultativen Feder 132 ausgeübte Kraft geteilt durch die Querschnittsfläche des Steuerkolbens 92) erreicht. Siehe Fig. 5.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Federwert sehr gering (annähernd null). In diesem Fall wird das Gleichgewicht erreicht, wenn der Druck in der Rückführkammer 114 den Druck in der Einlaßkammer 108 (welches der höchste Arbeitsöffnungsdruck ist) erreicht. Der Druck in der Rückführkammer 114 steht in Verbindung mit dem Auslaßkanal 82 über die Öffnung 126. Dieser Druck (der zweite lastabhängige Druck) wird aus dem Auslaßkanal 82 auf den Pumpenlastfühleinlaß 66 übertragen. Der Pumpenauslaß wird dann zum höchsten Arbeitsöffnungsdruck plus Reservedruck.
Als Folge ist der Pumpeneinlaß 66 dem höchsten Arbeitsöffnungsdruck (zweiten lastabhängigen Druck) ausgesetzt, jedoch verläßt das Öl in dem lastfühlenden Wechselsystem die Ventilanordnung nicht. Es wird an dem Trenngliedeinlaß 78 angehalten, der sich an dem Einlaßabschnitt 96 der Ventilanordnung befindet. Die Pumpe 4 bildet ihre eigene konstante Ölquelle über das Trennglied (Weg 6, 120, 118, 110, 126, 82, 84, 90, 66), um den Schlauch 90 zur Pumpe 4 mit Öl gefüllt zu halten. Wenn sich der Lastfühldruck ändert, wird der neue Druck zum Lastfühleinlaß 66 ohne die Notwendigkeit übertragen, Öl aus den Ventilarbeitsöffnungen zu benutzen, so daß das Lastabsenken wesentlich reduziert ist. Da der Kanal 90 mit Öl aus der Pumpe 4 gefüllt ist, sind die Systemansprechzeiten ebenfalls verbessert.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind der erste und der zweite lastabhängige Druck einander annähernd gleich und entsprechend dem höchsten Arbeitsöffnungsdruck. Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. In anderen Ausführungsformen können Änderungen in Systembauteilen dafür sorgen, daß sich die beiden lastabhängigen Drucke voneinander und/oder von dem höchsten Arbeitsöffnungsdruck unterscheiden. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn die Stirnseiten des Steuerkolbens 92 unterschiedliche Flächen haben, oder wenn die Feder 132 mehr als einen vernachlässigbaren Wert hat. Der zweite lastabhängige Druck wäre dann eine Funktion des ersten lastabhängigen Drucks.
Das Trennglied ist nicht auf die Verwendung in einer Ventilanordnung, wie sie oben beschrieben wurde, beschränkt. Sie kann auch in vielen anderen Ausgestaltungen eingesetzt werden, zu denen auch Ausführungen gehören, welche keine druckkompen sierenden Ventilsysteme sind. Das Trennglied kann immer dort eingesetzt werden, wo es zweckmäßig ist, einen variablen Druck auf einen anderen Teil eines hydraulischen Schaltkreises zu übertragen, ohne daß zugelassen wird, daß Fluid zu dem anderen Teil strömt.

Aufbau und Arbeitsweise des Antirückflußsystems

Wie oben erwähnt, ergibt sich die Notwendigkeit für das System zur Verhinderung eines Rückflusses aufgrund einer Lösung des "Durchschlag"-Problems. Das Durchschlagproblem besteht darin, daß, wenn ein eine Last antreibender Kolben die Grenze seiner Bewegung in dem Zylinder erreicht, das Fluid zu strömen aufhört mit der Folge, daß es keinen Druckabfall an der Dosierkerbe 22 gibt. Die Arbeitsöffnung bei Durchschlag hat deshalb den höchsten Arbeitsöffnungsdruck, der gleich dem Pumpendruck ist. Da das oben beschriebene Druckkompensierungssystem den gleichen Druckabfall an der Dosierkerbe 22 eines jeden der hin- und hergehenden Steuerzylinder in der Ventilanordnung verursacht, gibt es bei keiner der Lasten irgendeinen Fluß, und keine Last kann sich bewegen. Das System ist ins Stocken geraten.
Die Lösung für das Problem des Stockens besteht darin, ein Lastfühl-Entspannungsventil 138 an dem Überführungskanal 48 anzuordnen, das so eingestellt ist, daß es bei einem Druck entlastet, der niedriger ist als die Pumpenkompensatoreinstellung minus Reserve. Bei den Ventilen nach dem Stand der Technik, die ein solches Fühlentlastungsventil 138 verwenden, jedoch kein Antirückflußsystem haben, steht das Entlastungsventil 138 direkt mit der Unterseite 64 des Kolbens 54 eines jeden druckkompensierenden Rückschlagventils 28 in der Anordnung in Verbindung. Wenn es durch einen seinen Einstellpunkt überschreitenden Druck aktiviert wird, öffnet das Fühlentlastungsventil 138 zum Speicher 18, wodurch der Druck an den Untersei ten 64 der Kolben 54 begrenzt wird und deshalb ein Druckabfall an jeder Dosierkerbe 22 auftreten kann. Tatsächlich nimmt das Lastfühl-Entlastungsventil 138 die Last bei Durchschlag aus dem Druckkompensationssystem heraus und ermöglicht eine Kompensation für das System bei der Einstellung des Lastfühl- Entlastungsventils 138, was die Bewegung für die Lasten ohne Durchschlag wiederherstellt.
Wie oben erwähnt, kann die Lösung jedoch zu einem weiteren Problem führen. Wenn aufgrund einer externen Kraft, die an der Geometrie eines Betätigungsorgans anliegt, eine Arbeitsöffnung einen Druck aufbaut, der beträchtlich höher als die Lastfühl- Entlastungseinstellung ist, kann ein unerwünschter Rückfluß auftreten. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein Löffelbaggerausleger über einer schweren Masse ausgefahren ist, die Masse an dem Löffel durch eine Kette befestigt ist und dann die Masse vom Boden durch Nachaußen-Rollen des Löffels abgehoben wird. Dadurch wird ein hoher Druck in der Ventilarbeitsöffnung 36 aufgebaut, die mit der Trägerzylinderkammer 10 verbunden ist. Wenn dieser Arbeitsöffnungsdruck größer als der Druck an dem Pumpenauslaß 6 ist, kann der druckkompensierende Kolben 54 die Öffnung 26 öffnen, was zu einem Fluidrückfluß durch die Dosierkerben 22 zur Pumpe 4 führt, wodurch die Last zum Fallen gebracht wird, bis der Druck der Arbeitsöffnung 36 auf das Niveau der Einstellung des Lastfühl-Entlastungsventils 138 reduziert ist. Tatsächlich geht in diesem Zustand die Rückschlagfunktion des druckkompensierenden Rückschlagventils 28 verloren.
Um dieses Problem zu lösen, wird in eines oder in mehrere der Ventile (68, 42, 70) zwischen dem Brückenkanal 30 und dem Ventilkanal 84 ein Antirückfluß-Schaltventil eingesetzt. Bei dieser Ausgestaltung ist das Antirückfluß-Schaltventil ein Wechselventil 88, die Erfindung ist jedoch darauf nicht be schränkt. Der Auslaß des Antirückfluß-Wechselventils 88 wird zur Unterseite 64 des druckkompensierenden Kolbens 54 geführt. Das Antirückfluß-Wechselventil 88 vergleicht so den Druck in dem Kanal 84 (welcher entweder der höchste Arbeitsöffnungsdruck oder der eingestellte Druck des Lastfühl-Entlastungsventils 138 ist) mit dem Druck in dem Brückenkanal 30 (welcher der Druck der druckbeaufschlagten Arbeitsöffnung für das entsprechende Ventil ist). Von dem Druck im Kanal 84 oder dem Druck im Kanal 30 führt das Wechselventil 88 den höheren Druck zur Unterseite 64 des druckkompensierenden Kolbens 54. Wenn das Lastfühl-Entlastungsventil 138 nicht geöffnet hat, ist der Druck im Kanal 84 der höchste Arbeitsöffnungsdruck, und das Druckkompensationssystem arbeitet wie oben beschrieben. Wenn das Lastfühl-Entlastungsventil 138 geöffnet hat, kann der Druck im Kanal 30 höher als der Druck im Kanal 84 sein. Wenn dies der Fall ist, überträgt das Antirückfluß-Wechselventil 88 diesen Druck zur Unterseite 64 des druckkompensierenden Kolbens 54. Da diese letztere Situation nur auftritt, wenn der Druck der Arbeitsöffnung 36 größer als der Pumpenauslaßdruck ist (der auf der Oberseite 62 des druckkompensierten Kolbens 54 herrscht), bewegt sich der Kolben 54 nach oben und schließt die Öffnung 26, wodurch der oben beschriebene Rückfluß verhindert wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorstehend beschrieben sind, ist die beanspruchte Erfindung nicht so beschränkt. Es kann verschiedene andere Modifikationen und Änderungen an diesen Ausgestaltungen geben, die innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen. Deshalb ist die Erfindung nicht auf die spezielle vorstehende Beschreibung beschränkt, sondern ist durch die Ansprüche, die folgen, zu beurteilen.

Claims

1. Hydraulische Ventilanordnung (2) zum Zuführen eines Hydraulikfluids zu einer Last (16) von einer Pumpe (4), die so gebaut ist, daß sie einen variablen Auslaßdruck erzeugt, der zu jedem Zeitpunkt die Summe aus dem Einlaßdruck an einer Pumpeneinlaßöffnung (90) und aus einem konstanten Reservedruck ist,

- mit einer druckkompensierenden Ventilvorrichtung (42) zum Zuführen von Fluid von der Pumpe (4) zu der Last (16) über eine drosselnde Öffnung (22) und zur Bereitstellung eines konstanten Druckabfalls über der drosselnden Öffnung (22), wobei die Ventilvorrichtung (42) einen Lastfühlkreislauf (72, 76, 78), der einen ersten lastabhängigen Druck mit einem Trennglied (80) und einen zweiten lastabhängigen Druck von dem Trennglied (80) aus mit der drosselnden Öffnung (22) in Verbindung setzt, wodurch der Druckabfall an der drosselnden Öffnung (22) die Differenz zwischen dem Pumpenauslaßdruck und dem zweiten lastabhängigen Druck ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Trennglied (80)

- einen in einer Bohrung (94), die von einer oder mehreren Bohrungsoberflächen begrenzt wird, hin und her verschiebbaren Steuerkolben (92) aufweist, der eine Vielzahl von Stegen (100, 102, 106) und von Verengungsabschnitten (98, 104) aufweist, die zusammen mit der einen Bohrungsoberfläche oder mit mehreren Bohrungsoberflächen

- - eine Einlaßkammer (108), die in einer solchen Verbindung mit dem Lastfühlkreislauf (72, 76, 78) steht, daß der erste lastabhängige Druck eine Einlaßkraft erzeugt, die den Steuerkolben (92) in eine erste Richtung drückt,

- - eine Verbindungskammer (110), die in Verbindung mit dem Pumpenauslaßdruck steht und in der Lage ist, den Pumpenauslaßdruck mit einer Trenngliedauslaßöffnung (126) in einer Bohrungsinnenfläche zu verbinden, wenn sich der Steuerschieber (92) in die erste Richtung bewegt, und diese Verbindung zu unterbrechen, wenn sich der Steuerschieber (92) in eine zweite, zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt,

- - eine Speicherkammer (112), die in Verbindung mit dem Speicher (18) steht und in der Lage ist, eine Verbindung zwischen der Trenngliedauslaßöffnung (126) und dem Speicher (18) herzustellen, wenn sich der Steuerschieber (92) in die zweite Richtung bewegt, und diese Verbindung zu unterbrechen, wenn sich der Steuerschieber (92) in die erste Richtung bewegt, und

- - eine Rückführkammer (114) bilden, die mit der Trenngliedauslaßöffnung (126) über eine Rückführbohrung (128) in dem Steuerschieber (92) in Verbindung steht, wobei der Druck in der Rückführkammer (114) eine Rückführkraft erzeugt, die den Steuerkolben in die zweite Richtung drückt,

- wobei der Pumpenauslaßdruck mit der Rückführkammer (114) in Verbindung steht und den Steuerkolben (92) in die zweite Richtung drückt, die Verbindung zwischen dem Pumpenauslaßdruck und der Trenngliedauslaßöffnung (126) unterbricht und eine Verbindung zwischen dem Speicher (18) und der Trenngliedauslaßöffnung (126) und somit mit der Rückführkammer (114) herstellt,

- wodurch der Steuerkolben (92) zu jeder Zeit zu einer Gleichgewichtslage tendiert, in welcher der zweite lastabhängige Druck an der Trenngliedauslaßöffnung (126) eine Funktion des ersten lastabhängigen Drucks ist, und

- wobei die Trenngliedauslaßöffnung (126) in Verbindung mit der Pumpeneinlaßöffnung (90) und mit dem Lastfühlkreislauf (72, 76, 78) steht, der den zweiten lastabhängigen Druck mit der drosselnden Öffnung (22) der druckkompensierenden Ventilvorrichtung (42) verbindet,

- wodurch die Pumpeneinlaßöffnung (90) den zweiten lastabhängigen Druck erfährt, jedoch keinen Fluidstrom von dem lastfühlenden Kreislauf (72, 76, 78) empfängt, und wodurch der konstante Druckabfall an der drosselnden Öffnung (22) der druckkompensierenden Ventilanordnung (42) der Reservedruck ist.

2. Hydraulische Ventilanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der erste und der zweite lastabhängige Druck annähernd gleich sind.