DE102004018984A1

DE102004018984A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer reduzierten Hydraulikströmung für mehrere betätigbare Einrichtungen in einem Druckkompensierten Hydrauliksystem

Info

Publication number: DE102004018984A1
Application number: DE102004018984A
Authority: DE
Inventors: Gary J. Eagle Pieper
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: US20040216599A1; DE102004018984B4; US6895852B2; JP2004332934A

Abstract

Offenbart sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern von Hydraulikkraftabgabe an mehrere betätigbaren Einrichtungen. Die Vorrichtung umfasst mehrere Hauptventile, die jeweils mit den betätigbaren Einrichtungen und mit jeweiligen sekundären Ventilen verbunden sind, und ein Einstellventil, das zwischen eienr Druckquelle und einem oder mehreren der sekundären Ventile in Verbindung gebracht ist. Das Einstellventil empfängt eine erste Anzeige von einem Druck an einem oder mehreren sekundären Ventilen, und eine zweite Anzeige in Bezug auf den höchsten Lastdruck. Das Einstellventil erlaubt es, dass Druck von der Druckquelle an eines oder mehrere sekundäre Ventile angelegt wird, wenn die zweite Anzeige die erste Anzeige übersteigt, so dass eine gleich große Fluidströmungsmenge in Bezug auf jedes dieser sekundären Ventile beobachtet wird, die im Vergleich zu der Fluidströmung zu weiteren sekundären Ventilen verringert ist, die mit dem Einstellventil verbunden sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrauliksysteme für Arbeitsfahrzeuge, und insbesondere Hydrauliksysteme, die zum Regulieren von Druckdifferenzen kompensiert sind, die über Dosieröffnungen von Steuerventilen in den Hydrauliksystemen anliegen.
Hintergrund der Erfindung
Hydrauliksysteme kommen unter zahlreichen Umständen zum Einsatz, um mehreren Lasten von einer Hydraulikkraftquelle hydraulische Kraft bereit zu stellen. Insbesondere werden derartige Hydrauliksysteme üblicherweise in unterschiedlichen Arbeitsfahrzeugen verwendet, wie etwa in Baggern und Tieflöffelbaggern. In derartigen Fahrzeugen können die durch die Hydrauliksysteme mit Kraft versorgten Lasten eine Vielzahl betätigbarer Einrichtungen umfassen, wie etwa Zylinder, die Arme absenken, anheben und drehen, Eimer absenken und anheben sowie mit Hydraulikkraft betätigte Motoren, die Raupen bzw. Räder der Fahrzeuge antreiben. Obwohl verschiedene betätigbare Einrichtungen typischerweise durch eine einzige Quelle (beispielsweise eine einzige Pumpe) mit Kraft versorgt werden, sind die Fluidströmungsraten bzw. -durchsätze zu den verschiedenen Einrichtungen typischerweise durch die Verwendung getrennter Steuerventile (typischerweise Spulenventile) unabhängig steuerbar, die durch eine Bedienperson des Arbeitsfahrzeugs unabhängig gesteuert werden.
Die Arbeitsweise der betätigbaren Einrichtungen hängt von der Hydraulikfluidströmung zu diesen Einrichtungen ab, die ihrerseits von den Querschnittsflächen der Dosieröffnungen der Steuerventile zwischen der Druckquelle und der betätigbaren Einrichtung abhängt und außerdem von den Druckdifferenzen über den Dosieröffnungen. Um die Steuerung zu erleichtern, sind Hydrauliksysteme häufig druckkompensiert, d. h., dazu ausgelegt, die Druckdifferenzen über den Dosieröffnungen der Steuerventile derart einzustellen und aufrecht zu erhalten, dass das Steuern der Ventile durch eine Bedienperson außerdem dazu führt, die Querschnittsflächen der Öffnungen dieser Ventile zu variieren, jedoch nicht die Druckdifferenzen über diesen Öffnungen. Derartige druckkompensierte Hydrauliksysteme umfassen typischerweise Kompensationsventile, die zwischen den jeweiligen Steuerventilen und den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen angeordnet sind. Die Kompensationsventile steuern die Drücke, die auf den stromabwärtigen Seiten der Dosieröffnungen vorliegen, um die gewünschten Druckdifferenzen über den Dosieröffnungen zu erzeugen.
Derartige druckkompensierte Hydrauliksysteme gewährleisten normalerweise, dass dieselbe spezielle Druckdifferenz (beispielsweise ein Pumpengrenzdruck) über jedem der Steuerventile anliegt. Dessen ungeachtet ist es in einigen Hydrauliksystemen wünschenswert, über eine niedrigere Druckdifferenz über ausgewählten Ventilen zu verfügen, um die Hydraulikfluidströmung durch diese Ventile zu reduzieren. Beispielsweise im Fall eines Baggers kann es wünschenswert sein, eine normale Hydraulikfluidströmung zu denjenigen Zylindern bereit zu stellen, die die Hub- oder eine andere Bewegung eines Arms oder eines Eimers des Baggers steuern oder Zusatzgeräte des Baggers, wie etwa eine Grabenaushubeinrichtung, wobei es gleichzeitig wünschenswert sein kann, eine verringerte Hydraulikfluidströmung zu denjenigen Hydraulikmotoren bereit zu stellen, die die Geschwindigkeiten der Raupen des Baggers steuern, so dass der Bagger mit verringerten Geschwindigkeiten fährt. Es besteht deshalb ein Bedarf an bestimmten Hydrauliksystemen zur Bereitstellung einer Druckdifferenz über Dosieröffnungen in ausgewählten Steuerventilen, die kleiner ist als die Druckdifferenz über anderen Steuerventilen.
In der Vergangenheit sind verschiedene Modifikationen druckkompensierter Hydrauliksysteme entwickelt worden, um unterschiedliche Druckdifferenzen über unterschiedlichen Steuerventilen zu ermöglichen. Eine Modifikation besteht darin, eine zusätzliche Öffnung in Reihe zu den Steuerventilen anzuordnen, wobei die zusätzliche Öffnung unveränderlich sein kann, um eine maximale Strömung bzw. einen maximalen Durchsatz festzulegen, oder einstellbar sein kann, so dass die Bedienperson einen gewünschten Durchsatz bzw. eine gewünschte Strömung wählen kann. Eine weitere Technik mit federbetätigtem Kompensationsventil besteht darin, die Federlast mechanisch einzustellen, während der Dosierquerschnitt konstant gelassen wird. Beide dieser herkömmlichen Techniken erfordern zusätzliche mechanische Einrichtungen, die in Bezug auf existierende Ventilbestandteile in einen Ventilaufbau schwierig implementierbar sind bzw. angeordnet werden können. Die zuletzt genannte Technik erfordert außerdem kalibrierbare Federn, um die relativ großen Lasten handhaben zu können, die auf sie einwirken.
Unter Verwendung dieser herkömmlichen Techniken ist es außerdem schwierig oder unmöglich, die Druckdifferenzen über meh reren Steuernventilen derart einstellbar zu steuern, dass jedes der Steuerventile dieselbe Druckdifferenz erfährt. Die Bereitstellung unveränderlicher zusätzlicher Öffnungen erlaubt keine einstellbare Steuerung von Druckdifferenzen, während die Bereitstellung einzelner Einstellfedern für jedes Kompensationsventil es einer Bedienperson schwer macht, die Druckdifferenzen gleichmäßig einzustellen, die über unterschiedlichen Steuerventilen auftreten.
Diese Fähigkeit der Bereitstellung einer einstellbaren Steuerung der Druckdifferenzen über mehreren Steuerventilen in gleichmäßiger Weise ist dessen ungeachtet unter zahlreichen Umständen erwünscht, weil es häufig erwünscht ist, dass mehrere Hydraulikeinrichtungen eines Hydrauliksystems präzises identische Mengen an Hydraulikfluidströmung empfangen, wenn eine Bedienperson die jeweiligen Steuerventile identisch einstellt. Beispielsweise unter Bezug auf den vorstehend angesprochenen Bagger kann es erwünscht sein, dass die Hydraulikmotoren entsprechend den linken und rechten Raupen des Baggers mit exakt derselben Geschwindigkeit angetrieben werden, vorausgesetzt, die Bedienperson des Baggers wählt die Steuerventile für diese Motoren mit demselben Pegel.
Es wäre deshalb vorteilhaft, wenn die druckkompensierten Hydrauliksysteme so ausgelegt werden könnten, dass reduzierte Druckdifferenzen über mehreren Steuerventilen ohne die Verwendung zahlreicher zusätzlicher aufwendiger Bestandteile angelegt werden können. Außerdem wäre es vorteilhaft, wenn druckkompensierte Hydrauliksysteme so ausgelegt werden könnten, dass eine einstellbare Steuerung der Druckdifferenzen über den mehreren Steuerventilen möglich ist, wobei die Einstellungen die jeweilige Druckdifferenz gleichermaßen beeinflussen. Schließlich wäre es auch vorteilhaft, wenn derartige modifizierte druckkompensierte Hydrauliksysteme es einer Bedienperson erlauben würden, die Druckdifferenzen über den mehreren Steuerventilen mittels eines einzigen Schalters und/oder Wählelements einzustellen, so dass die erwünschten Einstellungen an sämtlichen der mehreren Steuerventile gleichzeitig angelegt werden könnten. Schließlich wäre es vorteilhaft, wenn derartige druckkompensierte Hydrauliksysteme, die eine einstellbare Steuerung ermöglichen, keine signifikante zusätzliche Anzahl an Bestandteilen benötigen würden, und wenn sie außerdem relativ kostengünstig implementiert werden könnten im Vergleich zu existierenden druckkompensierten Hydrauliksystemen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass existierende druckkompensierte Hydrauliksysteme so modifiziert werden können, dass sie ein einstellbares Druckreduzierventil umfassen, das Druck von einer Quelle (beispielsweise einer Pumpe) den speziellen Kompensationsventilen mitteilt, die mit den Steuerventilen verbunden sind, für die eine einstellbare Steuerung erwünscht ist. Die gegenüberliegenden Betätigungsanschlüsse des einstellbaren Druckreduzierventils stehen jeweils in Verbindung mit dem Druck, der an diese speziellen Kompensationsventile angelegt ist, und mit dem höchsten Lastdruck plus einem einstellbaren Federdruck. Folglich übersteigt der an die speziellen Kompensationsventile angelegte Druck den höchsten Lastdruck und den einstellbaren Federdruck, was zu reduzierten Druckdifferenzen über den Steuerventilen in Verbindung mit diesen Kompensationsventilen führt. Da das einstellbare Druckreduzierventil in Verbindung mit jedem der speziellen Kompensationsventile steht, die mit den Steuerventilen verbunden sind, für die eine einstellbare Steuerung erwünscht ist, und da der einzelne Einstellfederdruck die Betätigung des einstellbaren Druckreduzierventils bestimmt, muss eine Bedienperson lediglich eine einzige Einstellung an dem Einzeleinstellungsfederdruck vornehmen, um dieselben Änderungen an den Druckdifferenzen über jedem der Steuerventile zu erzeugen, für die eine einstellbare Steuerung erwünscht ist. In bestimmten Ausführungsformen ist ein weiteres Ventil zwischen dem einstellbaren Druckreduzierventil, dem höchsten Lastdruck und den interessierenden speziellen Kompensationsventilen in Verbindung gebracht. In diesen Ausführungsformen kann die Reduktion der Druckdifferenzen, die durch das einstellbare Druckreduzierventil erzeugt werden, eingeschaltet und ausgeschaltet werden, indem die speziellen Kompensationsventile abwechseln in Verbindung gebracht werden mit dem Ausgang des einstellbaren Druckreduzierventils bzw. mit dem höchsten Lastdruck.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer reduzierten Hydraulikströmung, die zu mehreren betätigbaren Einrichtungen ausgegeben wird, wobei jede der betätigbaren Einrichtungen jeweilige Hydraulikfluidmengen von einer geteilt genutzten Pumpe empfängt, und wobei die jeweiligen Hydraulikfluidmengen, die durch die jeweiligen einstellbaren Einrichtungen empfangen werden, im Wesentlichen unabhängig von Differenzen der Lastdrücke sind, die mit den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen einhergehen. Die Vorrichtung umfasst mehrere Hauptventile, von denen jedes einen jeweiligen ersten Anschluss und einen jeweiligen zweiten Anschluss aufweist. Die Vorrichtung umfasst außerdem mehrere sekundäre Ventile, die jeweils mit den jeweiligen zweiten Anschlüssen der jeweiligen Hauptventile verbunden sind. Die Vorrichtung umfasst außerdem ein Einstellventil, das erste und zweite Betätigungsanschlüsse aufweist, und das zwischen jeweiligen Betätigungsanschlüssen an jedem der Sekundärventile und einer Druckquelle in Verbindung gebracht ist. Der erste Betätigungsanschluss empfängt eine erste Druckanzeige an den jeweiligen Betätigungsanschlüssen der sekundären Ventile und der zweite Betätigungsanschluss empfängt eine zweite Anzeige eines höchsten Lastdrucks, der durch ein Maß bzw. einen Wert eingestellt ist. Das Einstellventil erlaubt es, dass Hydraulikdruck von einer Druckquelle für die jeweiligen Betätigungsanschlüsse der Sekundärventile bereitgestellt wird, wenn die zweite Anzeige die erste Anzeige übersteigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Hydrauliksystem zur Implementierung in einem Arbeitsfahrzeug. Das Hydrauliksystem umfasst mehrere betätigbare Einrichtungen und mehrere Ventile mit jeweiligen Dosieröffnungen, wobei die jeweiligen Ventile mit den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen verbunden sind, und wobei die Hydraulikfluidströmung zu den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen zumindest teilweise durch die jeweiligen Querschnittsflächen der jeweiligen Dosiereinrichtungen und jeweiligen Druckdifferenzen über den jeweiligen Dosieröffnungen bestimmt ist. Das Hydrauliksystem umfasst außerdem eine Einrichtung zum Regulieren der jeweiligen Druckdifferenzen über den jeweiligen Dosieröffnungen, so dass die jeweiligen Druckdifferenzen in Reaktion auf Veränderungen der Lasten an den betätigbaren Einrichtungen nicht wesentlich variieren. Das Hydrauliksystem umfasst außerdem eine Einrichtung zum Vorspannen der Reguliereinrichtung, so dass die jeweiligen Druckdifferenzen über den jeweiligen Dosieröffnungen von mehr als einem der jeweiligen Ventile verringert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bereitstellen unterschiedlicher Hydraulikfluiddurchsätze zu unterschiedlichen betätigbaren Einrichtungen. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung mehrerer Steuerventile, wobei jedes Ventil eine jeweilige Dosieröffnung mit einer jeweils steuerbaren Querschnittsfläche aufweist, das Bereitstellen mehrerer sekundärer Ventile, die zwischen den jeweiligen Dosieröffnungen und den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen in Verbindung bringbar sind, das Anlegen eines ersten Drucks, der zu einem höchsten Lastdruck in Beziehung steht, an eine erste Gruppe der sekundären Ventile derart, dass diese sekundären Ventile bewerkstelligen, dass eine erste Druckdifferenz über den Dosieröffnungen von jedem der Steuerventile vorliegt, die mit diesen sekundären Ventilen verbunden sind. Das Verfahren umfasst außerdem das Anlegen eines zweiten Drucks, der in Beziehung zu einer Summe aus dem höchsten Lastdruck und einem Federdruck steht, an eine zweite Gruppe der sekundären Ventile, so dass diese sekundären Ventile bewerkstelligen, dass eine zweite Druckdifferenz über den Dosieröffnungen von jedem der Steuerventile anliegt, die mit diesen sekundären Ventilen verbunden sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenaufrissansicht eines Baggers, der ein Beispiel unterschiedlicher hydraulikbetätigter Arbeitsfahrzeuge ist;
2 zeigt schematisch ein beispielhaftes Hydrauliksystem, das eine Hydraulikfluidströmung zu mehreren betätigbaren Einrichtungen steuert, wobei das System Druckkompensation einbezieht und außerdem Bestandteile umfasst, die eine einstellba re Strömungssteuerung bzw. Durchflusssteuerung unter Bezug auf mehr als eine der betätigbaren Einrichtungen erlaubt;
3 zeigt schematisch ein weiteres beispielhaftes Hydrauliksystem, das eine Hydraulikfluidströmung zu mehreren betätigbaren Einrichtungen steuert, wobei das System eine isolierte Druckkompensation nutzt und außerdem Bestandteile umfasst, die eine einstellbare Strömungssteuerung in Bezug auf mehr als eine der betätigbaren Einrichtungen erlaubt;
4 zeigt gemischt im Querschnitt und schematisch einen beispielhaften Ventilbestandteil sowie zusätzliche Bestandteile, die in bestimmten Ausführungsformen in dem Hydrauliksystem von 3 zum Einsatz kommen können.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 ist eine Seitenaufrissansicht eines Baggers 10 gezeigt. Bei dem Bagger 10 handelt es sich um ein Beispiel einer großen Vielfalt hydraulischer betätigter Arbeitsfahrzeuge, die beispielsweise auch Tieflöffelbagger, Sattelschlepperarbeitsfahrzeuge und eine Vielzahl weiterer Fahrzeuge umfassen können. Der Bagger 10 umfasst, wie gezeigt, insbesondere ein Hauptchassis 20, das auf linken und rechten Raupen 30 (lediglich die rechte Raupe ist gezeigt) ruht, und außerdem einen angelenkten Arm 40, der mit einer Vorderseite 50 des Chassis 20 verbunden ist. Der angelenkte Arm 40 in der bevorzugten Ausführungsform ist um ein Schwenkgelenk 60 auf der Vorderseite 50 drehbar und kann durch erste und zweite Hydraulikkolben 65 und 70 angehoben und abgesenkt werden. Ein Eimer bzw. bzw. eine Schaufel 75 auf dem Arm 40 kann außerdem durch einen dritten Kolben 80 auswärts oder einwärts geschwenkt werden.
Jede der linken und rechten Raupen 30 ist unabhängig durch einen (nicht gezeigten) jeweiligen Hydraulikmotor angetrieben. Innerhalb einer Kabine 85 des Baggers 10 ist eine Anzahl von Hebeln und weiteren Steuerungen 90 so vorgesehen, dass eine Bedienperson des Baggers die Geschwindigkeit und Richtung des Baggers und außerdem das Schwenken und die Anlenkung des Arms 40 steuern kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Bagger 10 vollständig hydraulisch mit Kraft versorgt, d. h., es existiert lediglich eine einzige Hydraulikpumpenkraftquelle, die sämtlichen der betätigbaren Einrichtungen (den Kolben 65, 70 und 80 und den beiden Hydraulikmotoren) Kraft zuführt. In alternativen Ausführungsformen kann der Bagger (oder ein anderes Arbeitsfahrzeug) jedoch sowohl teilweise hydraulisch mit Kraft versorgt als auch teilweise durch eine andere Kraftquelle mit Kraft versorgt werden.
In 2 sind Bestandteile eines beispielhaften Hydrauliksystems 100 zur Implementierung in dem Bagger 10 schematisch gezeigt. Insbesondere zeigt 2 die Bestandteile eines Ventilaufbaus 110, der die Übertragung von Fluiddruck von einer Pumpe 120 zur ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften betätigbaren Einrichtung 130, 140, 150, 160 und 170 und daraufhin zu einem Tank 180 steuert bzw. regelt. In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei dem Ventilaufbau 110 um einen in Abschnitte unterteilten Ventilaufbau mit ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten und siebten Ventilabschnitten 135, 145, 155, 165, 175, 185 und 195. Jeder der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ventilabschnitte 135, 145, 155, 165 und 175 umfasst ein jeweiliges Steuerspulenventil 120 und ein jeweiliges Kompensationsventil 199, um die jeweiligen Steuerabschnitte die Hydraulik fluidströmung zu den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen 130, 140, 150, 160 und 170 steuern.
Insbesondere ist die Pumpe 120 mit jedem der Steuerspulenventile 190 an jeweiligen ersten Eingangsarbeitsanschlüssen 220 dieser Steuerspulenventile verbunden. Entsprechende jeweilige Ausgangsarbeitsanschlüsse 225 dieser Steuerspulenventile sind ihrerseits mit den Eingangsanschlüssen der jeweiligen Kompensationsventile 199 durch jeweilige Zwischenleitungen 230 verbunden. Der mit den Zwischenleitungen 230 verbundene Hydraulikdruck wird an einen Betätigungsanschluss von jedem der jeweiligen Kompensationsventile 199 angelegt. Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Kompensationsventile 199 werden mittels zusätzlicher Leitungen 210 mit zweiten Eingangsarbeitsanschlüssen 235 der jeweiligen Steuerspulenventile 190 verbunden. Die in den jeweiligen zusätzlichen Leitungen 210 angetroffenen Hydraulikdrücke entsprechen den jeweiligen Hydrauliklastdrücken der jeweiligen betätigbaren Einrichtungen 130, 140, 150, 160 und 170, wenn die jeweiligen Steuerspulenventile geöffnet. Jedes der Steuerspulenventile 190 ist durch ein Bedienperson steuerbar, die in der Lage ist, die Öffnungsquerschnitte von Dosieröffnungen und die Fluidströmungsrichtungen in den Ventilen durch Einstellen der Ventilpositionen durch die Steuerungen 90 zu steuern (siehe 1).
Die ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 135, 145 und 155 des Ventilaufbaus 110 dienen zur Bereitstellung einer gesteuerten Hydraulikfluidströmung unter Verwendung herkömmlicher Drucknachkompensationstechnik, wie etwa der COMP-CHEK-Technik, die durch HUSCO International Inc., Pewaukee, Wisconsin, angeboten und beispielsweise im auf Wilke lautenden US-Patent Nr. 4693272, eingereicht am 15. September 1987, offenbart ist, auf welche Druckschrift hiermit Bezug genommen wird. In Übereinstimmung mit dieser Technik wird die Hydraulikfluidströmung von der Pumpe 120 zu den betätigbaren Einrichtungen, wie etwa den Einrichtungen 130, 140 und 150, ausschließlich durch die jeweiligen Positionen der jeweiligen Steuerspulenventile 190 ermittelt, die einer speziellen Stellung bzw. Dosieröffnungsquerschnitten durch diese jeweiligen Spulenventile entsprechen. D. h., die Hydraulikfluidströmungen zu den ersten drei betätigbaren Einrichtungen 130, 140 und 150 variieren von Spulenventil zu Spulenventil nicht auf Grund variierender Druckdifferenzen über den Dosieröffnungen der jeweiligen Steuerspulenventile, weil, obwohl die Hydraulikdrücke, die mit jeder der jeweiligen betätigbaren Einrichtungen verbunden sind, von Einrichtung zu Einrichtung variieren können, die Druckdifferenzen über jedem der Steuerspulenventile 190 der Ventilabschnitte 135, 145 und 155 auf identischen Werten während der Betätigung der Kompensationsventile 199 gehalten sind.
Wie gezeigt, umfasst der Ventilaufbau 110 ein Netzwerk von Durchgangsventilen 205, die zwischen jeweilige Paare von Leitungen 210 der Ventilabschnitte 135, 145, 155, 165 und 175 geschaltet sind. Jedes der Durchgangsventile 205 vergleicht jeweils die Hydraulikdrücke, die für dieses Ventil bereitgestellt werden, und gibt den größeren der beiden Drücke aus. Das Netzwerk aus Durchgangsventilen 205 stellt dadurch an einer Lasterfassungsleitung 215 einen Druck bereit, bei dem es sich um das Maximum der Drücke handelt, die an den jeweiligen Leitungen 210 festgestellt werden, was wiederum den größten Hydrauliklastdruck darstellt, der aktuell erfahren wird.
Insbesondere unter Bezug auf die ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 135, 145 und 155 ist die Lasterfassungsleitung 215 mit den jeweiligen Betätigungsanschlüssen der jewei ligen Kompensationsventile 199 verbunden, die sich in Gegenüberlage zu den jeweiligen Betätigungsanschlüssen befinden, die mit den Zwischenleitungen 230 verbunden sind. Auf Grund der Interaktion der entgegengesetzten Drücke, die an die gegenüberliegenden Betätigungsanschlüsse der jeweiligen Kompensationsventile 199 angelegt sind, neigen die Kompensationsventile dazu, lediglich soweit zu öffnen, wie erforderlich, so dass die in jeder der Zwischenleitungen 230 anliegenden Hydraulikdrücke gleich dem maximalen Hydrauliklastdruck sind (bzw. einem Druck, der sich von diesem maximalen Lastdruck um ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheidet, das durch Federkräfte festgelegt ist, die an die Kompensationsventile angelegt sind).
Da derselbe maximale Hydrauliklastdruck an jedes der Kompensationsventile 199 der ersten drei Ventilabschnitte 135, 145 und 155 angelegt ist, liegt derselbe Lastdruck an jeder der Zwischenleitungen 230 an (unter der Voraussetzung, dass sämtliche Federdrücke in den jeweiligen Kompensationsventilen 199 geeignet gewählt sind). Da sämtliche der jeweiligen Drücke in den Zwischenleitungen 230 gleich sind, sind die Druckdifferenzen zwischen jedem der Paare von ersten Eingangs- und ersten Ausgangsarbeitanschlüssen 220, 225 der jeweiligen Steuerspulenventile 190 der ersten drei Ventilabschnitte 135, 145 und 155 identisch, obwohl die tatsächlichen Hydrauliklastdrücke an den ersten, zweiten und dritten betätigbaren Einrichtungen 130, 140 und 150 nicht identisch sind. Die jeweiligen Fluidströmungsraten bzw. -durchflüsse durch jedes der jeweiligen Steuerventile 190 hängen nicht von den Druckdifferenzen über diesen Spulenventilen ab, sondern stattdessen lediglich von den Öffnungsquerschnitten der Dosieröffnungen der jeweiligen Ventile, die jeweils durch die physikali schen Positionierungen der Ventile durch die Bedienperson festgelegt sind.
Wie in 2 gezeigt, ist in dieser Ausführungsform die Lasterfassungsleitung 215 außerdem mit einem Betätigungsanschluss eines Entladeventils 240 verbunden, wobei die Pumpe 120 außerdem mit dem gegenüberliegenden Betätigungsanschluss dieses Ventils verbunden ist. Eine Grenzdruckfeder 242 legt außerdem Druck an denselben Betätigungsanschluss wie an die Lasterfassungsleitung 215 an. Das Entladeventil 240 weist einen Eingangsanschluss 245 auf, der mit der Pumpe 120 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss 250, der mit dem Tank 180 verbunden ist. Hydraulikfluid wird dadurch von der Pumpe 120 zu dem Tank 180 immer dann geleitet, wenn der Pumpendruck größer als der höchste Lastdruck plus dem Spielraumdruck ist, der durch die Feder 242 festgelegt ist, so dass der Pumpendruck, der an den Steuerspulenventilen 190 bereitgestellt ist, niemals größer als der höchste Lastdruck plus dem Spielraumdruck ist. In alternativen Ausführungsformen kann eine Pumpe variabler Verdrängung anstelle der Pumpe 120 unveränderlicher Verdrängung und anstelle des Entladeventils 240 verwendet werden. Wie in 2 gezeigt, ist die Lasterfassungsleitung 215 außerdem mit einem Sicherheitsventil 255 verbunden, das Hydraulikfluid in den Fällen an den Tank 180 ausleitet, in denen der höchste Lastdruck eine maximale Druckhöhe überschreitet, in der gezeigten Ausführungsform 3.000 (amerikanische) Pfund pro Quadratinch.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Ventilaufbauten erlaubt der Ventilaufbau 110 eine einstellbare Strömungssteuerung unter Bezug auf die mehreren betätigbaren Einrichtungen zusätzlich zu den ersten, zweiten und dritten betätigbaren Einrichtungen 130, 140 und 150, die unter Verwendung herkömmlicher Druck nachkompensation gesteuert sind. In der gezeigten Ausführungsform können die vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 160 und 170 unter Verwendung dieses einstellbaren Strömungssteuersystems gesteuert werden. Der siebte Ventilabschnitt 195 umfasst insbesondere, wie gezeigt, ein einstellbares Druckreduzierventil 265 und ein Antriebsbetriebsartwahlventil 260, das zwischen zwei Betriebsarten wirksam als Schalter arbeitet.
In einer ersten Betriebsart ist der maximale Lastdruck, der durch die Lasterfassungseinrichtung 215 bereitgestellt wird, durch das Antriebsbetriebsartwahlventil (bei dem es sich um ein Dreiwegewahlventil handeln kann) 260 mit Betätigungsanschlüssen von jedem der Kompensationsventile 199 der jeweiligen Ventilabschnitte 165 und 175 in Verbindung gebracht, und zwar genau dann, wenn der maximale Lastdruck mittels der Lasterfassungsleitung an die jeweiligen Betätigungsanschlüsse der Kompensationsventile 199 der ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 135, 145 und 155 angelegt ist. In der ersten Betriebsart werden dadurch die vierten und fünften Ventilabschnitte 165 und 175 in derselben Weise drucknachkompensiert wie die ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 135, 145 und 155 drucknachkompensiert werden. D. h., jede der jeweiligen Leitungen 230, die die jeweiligen ersten Auslassarbeitsanschlüsse 225 der jeweiligen Steuerspulenventile 190 mit den jeweiligen Kompensationsventilen 199 der jeweiligen vierten und fünften Ventilabschnitte 165 und 175 verbinden, werden unter einem Druck gehalten, der gleich dem höchsten Lastdruck ist, der aktuell durch eine der betätigbaren Einrichtungen 130, 140, 150, 160 und 170 erfahren wird (eingestellt durch beliebige Drücke, die durch Federn in den Kompensationsventilen 199 angelegt sind).
Wenn das Antriebsbetriebsartwahlventil 260 in eine zweite Betriebsart umgeschaltet wird, typischerweise durch Bedienpersoneingabe, werden die Betätigungsanschlüsse der Kompensationsventile 199 der vierten und fünften Ventilabschnitte 165 und 175 stattdessen über das Antriebsbetriebsartwahlventil 260 mit einem Ausgangsanschluss 270 des einstellbaren Druckreduzierventils 265 verbunden. Ein Eingangsanschluss 275 des einstellbaren Druckreduzierventils 265 ist außerdem mit der Pumpe 120 verbunden. Erste und zweite Betätigungsanschlüsse 280 und 285 der einstellbaren Druckreduzierventile 265 sind jeweils mit dem Ausgangsanschluss 270 und der Lasterfassungsleitung 215 verbunden und eine Feder 290 legt zusätzlich einen Druck auch an zweiten Betätigungsanschluss an. Der an die Betätigungsanschlüsse der Kompensationsventile 199 der vierten und fünften Ventilabschnitte 165 und 175 angelegte Druck ist folglich größer als der höchste Lastdruck, der durch die Lasterfassungsleitung 215 angelegt ist, und zwar um ein Ausmaß, das durch die Einstellung der Feder 290 festgelegt ist, die in bestimmten Ausführungsformen durch die Bedienperson durch Drehen eines Wählrads eingestellt werden kann.
In der zweiten Betriebsart ist abhängig von der Einstellung eines Wählrads (oder einer anderen Eingabeeinrichtung) durch eine Bedienperson die Druckdifferenz zwischen den ersten Eingangsarbeitsanschlüssen 220 und den ersten Ausgangsarbeitsanschlüssen 225 der Steuerspulenventile 190 der vierten und fünften Ventilabschnitte 165 und 175 geringer als die Druckdifferenzen über den entsprechenden Arbeitsanschlüssen der Spulenventile der ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 135, 145 und 155 um ein Ausmaß, das durch die Feder 290 festgelegt ist. Die Druckdifferenzen über jedem der Steuerspulenventile 190 der vierten und fünften Ventilabschnitte 165, 175 werden gleichermaßen beeinflusst. Die Menge an Fluidströmung bzw. der Fluiddurchsatz, die bzw. der für die vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 160 und 170 bereitgestellt wird, ist hierdurch geringer, als er anderweitig in der ersten Betriebsart sein würde. D. h., vorausgesetzt, dass die Positionen sämtlicher Spulenventile sämtlicher fünf Ventilabschnitte identisch sind, strömt weniger Fluid zu den vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 160 und 170 als zu den ersten, zweiten und dritten betätigbaren Einrichtungen 130, 140 und 150. In einer Ausführungsform wird das einstellbare Druckreduzierventil mit einem 1:1-Öffnungsquerschnittsverhältnis, obwohl andere Verhältnisse möglich sind.
Um eine minimale Durchfluss- bzw. Strömungseinstellung bzw. eine solche vom Wert null zu erzielen, müssen die Feder 290 und das einstellbare Druckreduzierventil 265 ausreichend Kraft aufweisen, um den Grenzdruck zu überwinden, wodurch dieses in vollständig offener Position verbleibt und Einlassdurchlassdruck zu den Kompensationsventilen 199 überträgt. Wenn dies der Fall ist, sind die Drücke auf beiden Seiten von jedem Kompensationsventil 199 gleich, wobei die Vorspannfeder des Kompensationsventils das Kompensationsventil in geschlossene Stellung drängt, was zu einer minimalen Durchsatz- bzw. Strömungseinstellung bzw. einer solchen mit dem Wert null führt.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Möglichkeit, das Antriebsbetriebsartwahlventil 260 derart weglassen zu können, dass der Ausgangsanschluss 270 des einstellbaren Druckreduzierventils direkt mit den Kompensationsventilen 199 der Ventilabschnitte 165 und 175 in Verbindung steht, und derart, dass lediglich eine Betriebsart möglich ist. In einer noch weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass die mini male Last der Feder 290 derart ist, dass der Ausgangsdruck mit einem gegebenen Prozentsatz des Grenzdrucks (beispielsweise 50% festliegt). Dies verleiht den betroffenen Funktionen einen Zwei-Geschwindigkeitsbetrieb, volle Geschwindigkeit in der ersten Betriebsart (normal COMP-CHEK) und 50% Geschwindigkeit in der zweiten Betriebsart.
Das Hydrauliksystem 100 von 2 soll unterschiedliche Hydrauliksysteme repräsentativ wiedergeben, die in unterschiedlichen Maschinen oder anderen Systemen implementierbar sind, einschließlich Maschinen, wie etwa dem Bagger 10 von 1. Abhängig von der Ausführungsform kann die Anzahl von Ventilabschnitten (d. h., die ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 135, 145 und 155), die eine herkömmliche Drucknachkompensationstechnik nutzen, von den drei gezeigten Ventilen abweichen. Die Anzahl von Ventilabschnitten, wie etwa die vierten und fünften Ventilabschnitte 165, 175, die eine einstellbare Strömungs- bzw. Durchsatzsteuerung ermöglichen, können auch von der gezeigten Anzahl um mehr als zwei oder weniger als zwei derartige Ventilabschnitte mit entsprechenden Spulenventilen und Kompensationsventilen abweichen.
In der Ausführungsform von 2 handelt es sich bei dem Ventilaufbau 110 um einen in Abschnitte unterteilten Ventilaufbau mit mehreren Ventilabschnitten 135, 145, 155, 165, 175, 185 und 195, bei denen es sich um diskrete Bestandteile handelt, die zusammengebaut oder voneinander gelöst werden können, um unterschiedliche Ventilaufbauten zu bilden. Dessen ungeachtet ist die vorliegende Erfindung auch auf Ventilaufbauten anwendbar, die einen Einzelblockaufbau besitzen (beispielsweise solche, bei denen sämtliche Ventilbestandteile in einem einzigen Gussvorgang hergestellt werden). Die Typen von Ventilen, die verwendet werden, können auch abhängig von der Ausführungsform variieren. D. h., die Steuerspulenventile 190 können andere Ventiltypen oder andere Spulenventile in alternativen Ausführungsformen sein, und bei den Kompensationsventilen 199 kann es sich um Spulenventile oder andere Ventiltypen handeln.
Die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte einstellbare Strömungs- bzw. Durchsatzsteuerung ist insbesondere deshalb nützlich, weil sie eine einstellbare Strömungssteuerung eines Hydraulikfluidstroms zu mehreren betätigbaren Einrichtungen ermöglicht, d. h., selbst zu ausgewählten dieser Einrichtungen. Der Ventilaufbau 110 erlaubt es dadurch, dass bestimmte betätigbare Einrichtungen (beispielsweise die ersten, zweiten und dritten Einrichtungen 130, 140 und 150) mit Hydraulikfluid mit Raten bzw. Durchsätzen versorgt werden, die durch eine erste Fluiddruckdifferenz über jedem der jeweiligen Steuerspulenventile 190 der ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 135, 145 und 155 festgelegt werden, und er erlaubt gleichzeitig, dass bestimmte weitere betätigbare Einrichtungen (beispielsweise die vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 160 und 170) mit Hydraulikfluidströmung versorgt werden, die durch eine zweite Druckdifferenz über jedem der jeweiligen Spulenventile 190 dieser Ventilabschnitte (beispielsweise der vierten und fünften Ventilabschnitte 165 und 175) festgelegt ist, die durch eine bestimmte Einstellung des einstellbaren Druckreduzierventils 265 festgelegt ist. Der Ventilaufbau 110 erlaubt es damit, dass eine normale Hydraulikfluidströmung für verschiedene betätigbare Einrichtungen bereitgestellt wird, während eine zweite Fluidströmung geringerer Menge für eine zweite Gruppe von betätigbaren Einrichtungen bereitgestellt wird.
Dies kann unter unterschiedlichen Umständen hilfreich sein. Beispielsweise in Bezug auf den Bagger 10 können die ersten, zweiten und dritten betätigbaren Einrichtungen 130, 140 und 150 den Kolben 65, 70 und 80 entsprechen (oder anderen betätigbaren Einrichtungen, wie etwa einer Grabenaushubeinrichtung, die an dem Bagger angebracht ist, einem Zusatzhydraulikmechanismus oder einem Kippmechanismus), und die vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 160 und 170 können den Hydraulikmotoren entsprechen, die verwendet werden, um die linken und rechten Raupen 30 des Baggers 10 zu bewegen. Auf Grund der einstellbaren Strömungssteuerung vermag eine Bedienperson eine normale Hydraulikfluidströmungssteuerung in Bezug auf sämtliche hydraulisch betätigte Einrichtungen mit Ausnahme der Raupen des Baggers aufrecht zu erhalten, die eine verringert Strömung bzw. einen verkleinerten Durchsatz empfangen. Dies kann unter Umständen hilfreich sein, in denen es erwünscht ist, dass sich der Bagger 10 mit einer langsameren Geschwindigkeit als der normalen Geschwindigkeit bewegt, obwohl sämtliche weiteren Betriebsabläufe normal ablaufen. Da die einstellbare Strömungssteuerung, festgelegt durch die Einstellung des einstellbaren Druckreduzierventils 265, den Betriebsablauf der Steuerspulenventile 190 von jedem der vierten und fünften Ventilabschnitte 165 und 175 gleichermaßen beeinflusst, führt die einstellbare Strömungssteuerung zur Bereitstellung gleicher Geschwindigkeitsänderungen der jeweiligen linken und rechten Raupen des Fahrzeugs (unter der Annahme, dass die jeweiligen Hebel, die die jeweiligen Stellungen der Spulenventile 190 der jeweiligen Ventilabschnitte 165 und 175 steuern, identisch positioniert sind).
In 3 ist ein weiteres Hydrauliksystem 300, das einen anderen Ventilaufbau 310 verwendet, gezeigt, der eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt. Wie in der Ausführungsform von 2 weist der Ventilaufbau 310 erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Ventilabschnitte 335, 345, 355, 365 und 375 auf, die jeweils die Betätigung der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 330, 340, 350, 360 und 370 steuern, bei denen es sich um Hydraulikkolben/-zylinder, Hydraulikmotoren oder unterschiedliche andere hydraulisch betätigte Einrichtungen handelt. Der Ventilaufbau 310 kann außerdem einen sechsten Ventilabschnitt 385 umfassen, wie nachfolgend erläutert. Obwohl 3 den Ventilaufbau 310 aus mehreren getrennten Ventilabschnitten 335 – 385 gebildet zeigt, kann der Ventilaufbau in alternativen Ausführungsformen eine Einzelblockform aufweisen.
Die ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ventilabschnitten 335, 345, 355, 365 und 375 steuern speziell die Hydraulikfluidströmung von der Pumpe 320 zu den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 30, 340, 350, 360 und 370 und den Fluidrückfluss zu einem Vorratsbehälter oder Tank 380. Der Ausgang der Pumpe 320 ist durch ein Druckentlastungsventil 315 geschützt. Die Pumpe 320 ist typischerweise entfernt von dem Ventilaufbau 310 angeordnet und durch eine Versorgungsleitung oder einen Versorgungsschlauch 325 mit einem Zufuhrdurchlass 381 verbunden, der sich durch den Ventilaufbau 310 erstreckt (dasselbe trifft typischerweise in Bezug auf den Ventilaufbau 110 von 2 zu). Bei der Pumpe 320 in dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Pumpe variabler Verdrängung, die einen Ausgangsdruck aufweist, der so bestimmt ist, dass es sich bei ihm um die Summe aus dem Druck am Lasterfassungsanschluss 390 plus einem konstanten Druck bzw. einem Spielraum handelt. Der Lasterfassungsanschluss 390 ist mit einem Lasterfassungsdurchlass 395 verbunden, der sich durch die Abschnitte 335 – 385 des Ventilaufbaus 310 erstreckt. Ein Vorratsbehälterdurchlass 400 erstreckt sich außerdem durch den Ventilaufbau 310 und ist mit dem Tank 380 verbunden. Der sechste Ventilabschnitt 385 des Ventilaufbaus 310 enthält Anschlüsse zur Verbindung des Zufuhrdurchlasses 381 mit der Pumpe 320, des Vorratsbehälterdurchlasses 400 mit dem Tank 380 und des Lasterfassungsdurchlasses 395 mit dem Lasterfassungsanschluss 390 der Pumpe 320. Der sechste Ventilabschnitt 385 umfasst außerdem ein Druckentlastungsventil 405, das übermäßigen Druck in dem Lasterfassungsdurchlass 395 zu dem Tank 380 entlastet. Eine Öffnung 410 stellt außerdem einen Strömungspfad zwischen dem Lasterfassungsdurchlass 395 und dem Tank 380 bereit.
Jeder der ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 335, 345 und 355 arbeitet in Übereinstimmung mit einem zweiten Druckkompensationsmechanismustyp, der sich von demjenigen der Drucknachkompensation unterscheidet, die unter Bezug auf 2 erläutert ist. In einer Ausführungsform handelt es sich bei diesem zweiten Druckkompensationsmechanismustyp um einen ISO-COMP-Druckkompensationsmechanismus, der hergestellt wird durch Husco International Inc., Pewaukee, Wisconson, von dem Einzelheiten im auf Wilke lautenden US-Patent Nr. 5890362 offenbart sind, das am 6. April 1999 eingereicht wurde, und auf das hiermit Bezug genommen wird.
Weiterhin unter Bezug auf 3 umfasst jeder der ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 335, 345 und 355 ein jeweiliges Steuerspulenventil 920, ein jeweiliges Kompensationsspulenventil 425 und ein jeweiliges zusätzliches Ventilelement 430. Ähnlich der Ausführungsform von 2 wird das Hydraulikfluid von der Pumpe 320 über den Zufuhrdurchlass 381 den jeweiligen ersten Eingangsarbeitsanschlüssen 440 von jedem der jeweiligen Steuerspulenventile 420 der Ventilab schnitte 335, 345 und 355 bereitgestellt. Abhängig von der Positionierung der jeweiligen Steuerspulenventile 420 wird das den jeweiligen ersten Eingangsarbeitsanschlüssen 440 bereitgestellte Fluid seinerseits durch Dosieröffnungen in den Steuerspulenventilen den jeweiligen ersten Ausgangsarbeitsanschlüssen 445 der jeweiligen Steuerspulenventile mitgeteilt. Die ersten Ausgangsarbeitsanschlüsse 445 der jeweiligen Steuerspulenventile 420 sind mit den jeweiligen zweiten Eingangsarbeitsanschlüssen 455 der jeweiligen Steuerspulenventile durch die jeweiligen Kompensationsspulenventile 425 verbunden. Ob Hydraulikfluid zwischen den ersten Ausgangsarbeitsanschlüssen 445 und den zweiten Eingangsarbeitsanschlüssen 455 mitgeteilt wird, hängt von der Positionierung der Kompensationsspulenventile 425 und der zusätzlichen Ventilelemente 430 ab, die, wie im Folgenden angeführt, arbeiten.
Wie unter Bezug auf den ersten Ventilaufbau 110 von 2 diskutiert, ist es zur Vermeidung einer überschüssigen Hydraulikfluidströmung zu einer oder einer weiteren der betätigbaren Einrichtungen 330, 340 und 350 erwünscht, dieselbe Druckdifferenz über jedem der Steuerspulenventile der Ventilabschnitte 335, 345, 355 zwischen den jeweiligen ersten Eingangsarbeitsanschlüssen 440 und den ersten Ausgangsarbeitsanschlüssen 445 dieser Ventile aufrecht zu erhalten. In dem Ventilaufbau 310 von 3 wird dies durch Interaktion der jeweiligen Paar von Kompensationsspulenventilen 425 mit zusätzlichen Ventilelementen 430 der jeweiligen Ventilabschnitte 335, 345 und 355 erreicht. Das jeweilige Kompensationsspulenventil 425 und das zusätzliche Ventilelement 430 des jeweiligen Ventilabschnitts werden durch eine jeweilige Feder 460 voneinander weg gedrängt und außerdem durch einen jeweiligen Lastdruck 465. Zusätzlich wird jedes jeweilige Kompensationsspulenventil 425 in Richtung auf sein jeweiliges zu sätzliches Ventilelement 430 durch den Hydraulikfluiddruck gedrängt, der ein dem jeweiligen ersten Ausgangsarbeitsanschluss 445 des jeweiligen Steuerspulenventils 420 anliegt und jedes jeweilige zusätzliche Ventilelement 430 wird in Richtung auf das jeweilige Kompensationsspulenventil 425 durch den Druck gedrängt, der am Lasterfassungsanschluss 390 der Pumpe 320 anliegt.
Auf Grund dieser Konfiguration der Kompensationsspulenventile 425 und der zusätzlichen Ventilelemente 430 werden gleiche Druckabfälle über jedem der Steuerspulenventile 420 der ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitte 335, 345 und 355 wie folgt aufrecht erhalten. Da jedes der zusätzlichen Ventilelemente 430 geöffnet wird, um Druck zu dem Lasterfassungsdurchlass 395 immer dann zu übertragen, wenn der jeweilige, an ihn angelegte Lastdruck 465 größer als der Druck in dem Lasterfassungsdurchlass 395 ist, und da der Pumpendruck, der durch die Pumpe 320 bereitgestellt wird, in Reaktion auf Druckänderung des Lasterfassungsdurchlasses 395 variiert, neigt der Druck des Lasterfassungsdurchlasses 395 dazu, gleich dem höchsten der Lastdrücke 465 zu sein (einschließlich den Lastdrücken, die mit den vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 360 und 370 verbunden sind, wie nachfolgend erläutert). Da auf die jeweiligen Kompensationsspulenventile 425 sowohl durch die jeweiligen Feder 460 wie die jeweiligen Hydrauliklastdrücke 465 eingewirkt wird, neigen die an den jeweiligen ersten Ausgangsarbeitsanschlüssen 445 der jeweiligen Steuerspulenventile 420 aufrecht erhaltenen Drücke dazu, ebenfalls gleich dem höchsten der Lastdrücke zu sein. Die Druckdifferenz zwischen dem ersten Eingangsarbeitsanschluss 440 und dem ersten Ausgangsarbeitsanschluss 445 von jedem der jeweiligen Steuerspulenventile 420 der Ventilabschnitte 335, 345 und 355 ist derselbe.
Weiterhin unter Bezug auf 3 erlaubt der Ventilaufbau 310 außerdem eine einstellbare Strömungssteuerung in Bezug auf das Hydraulikfluid, das für die vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 360 und 370 der vierten und fünften Ventilabschnitte 365 und 375 bereitgestellt wird. Wie in den ersten, zweiten und dritten Ventilabschnitten 335, 345 und 355 verwendet jeder der vierten und fünften Ventilabschnitte 365 und 375 ein jeweiliges Kompensationsspulenventil 425 und ein jeweiliges Steuerspulenventil 420 mit jeweiligen ersten und zweiten Eingangsarbeitsanschlüssen 440 und 455 und einem jeweiligen ersten Ausgangsarbeitsanschluss 445. Um eine einstellbare Strömungssteuerung bereit zu stellen, verwenden die Ventilabschnitte 365 und 375 unterschiedliche Bestandteile anstelle der zusätzlichen Ventilelemente 430. Insbesondere sind jeweilige Rückschlagventile 470 zwischen dem Lasterfassungsdurchlass 395 und jedem der zweiten Eingangsarbeitsanschlüsse 445 der jeweiligen Steuerspulenventile 420 derart in Verbindung gebracht, dass der Lastdruck bzw. die Lastdrücke, der bzw. die mit den vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 360, 370 verbunden ist bzw. sind, an den Lasterfassungsdurchlass 395 angelegt werden, wenn dieser Druck bzw. diese Drücke die höchsten Lastdrücke sind, die durch eine der betätigbaren Einrichtungen 330, 340, 350, 360 und 370 erfahren werden.
Ein einstellbares Druckreduzierventil 475 ist zwischen dem Zufuhrdurchlass 381 und den Betätigungsanschlüssen 480 der jeweiligen Kompensationsspulenventile 425 der vierten und fünften Ventilabschnitte 365 und 375 in Verbindung gebracht. Die Betätigungsanschlüsse 480 liegen in Gegenüberlage zu weiteren Betätigungsanschlüssen der Kompensationsspulenventile 425, die mit den ersten Ausgangsarbeitsanschlüssen 445 ver bunden sind. Das einstellbare Druckreduzierventil 475 arbeitet in Reaktion auf Drücke, die an die ersten und zweiten Betätigungsanschlüsse 490 und 495 angelegt sind, die jeweils mit dem Lasterfassungsdurchlass 395 und mit den Betätigungsdurchlässen 480 von beiden Kompensationsspulenventilen 425 verbunden sind. Außerdem wird Druck an den ersten Betätigungsanschluss 490 durch eine Feder 485 angelegt, die einstellbar ist. Auf Grund des Vorhandenseins des einstellbaren Druckreduzierventils 475 ist der Druck, der an die Betätigungsanschlüsse 470 und folglich an die jeweiligen ersten Ausgangsarbeitsanschlüsse 445 der jeweiligen Steuerspulenventile 420 der vierten und fünften Ventilabschnitte 365 und 375 angelegt ist, gleich dem höchsten Lastdruck plus dem Federdruck. Unter der Voraussetzung derselben Einstellungen für jedes der Steuerspulenventile 420 von jedem der Ventilabschnitte 335, 345, 355, 365 und 375 ist die Hydraulikfluidströmung, die für jede der vierten und fünften betätigbaren Einrichtungen 360 und 370 vorgesehen ist, dieselbe und nicht geringer als diejenige, die an die ersten, zweiten und dritten betätigbaren Einrichtungen 330, 340 und 350 angelegt ist. In alternativen Ausführungsformen kann das einstellbare Druckreduzierventil 475 mit einem weiteren Ventil ähnlich dem Antriebsbetriebsartwahlventil 260 verbunden werden, um mehrere Betriebsarten zu ermöglichen.
In 4 ist eine Querschnittsansicht eines Ventilbestandteils 500 gezeigt, das in jedem der vierten und fünften Ventilabschnitte 365 und 375 von 3 verwendet werden kann. Der Ventilbestandteil 500 umfaßt insbesondere das Steuerspulenventil 420, das Kompensationsspulenventil 425 und das Rückschlagventil 470, die mit dem vierten Ventilabschnitt 365 verbunden sind, und er zeigt außerdem schematisch, wie der Ventilbestandteil 500 mit dem einstellbaren Druckreduzierven til 475 und der vierten betätigbaren Einrichtung 360 verbunden ist. Demnach weist der Ventilbestandteil 500 einen Körper 540 und eine Steuerspule 542 auf, die eine Maschinenbedienperson in reziproken Richtungen in einer Bohrung in einer Richtung in dem Körper durch Betätigung eines (nicht gezeigten) Steuerelements bewegen kann, das daran angebracht ist. Abhängig davon, in welche Richtung die Steuerspule 542 bewegt wird, wird das Hydraulikfluid in Richtung auf die betätigbare Einrichtung 360 durch entweder eine erste Leitung 510 oder eine zweite Leitung 520 geleitet.
Um Hydraulikfluid in Richtung auf die betätigbare Einrichtungen 360 mittels der ersten Leitung 510 zu leiten, bewegt die Maschinenbedienperson die Steuerspule 542 nach rechts in die in 4 gezeigte Position. Hierdurch werden Durchlässe geöffnet, die es der Pumpe 320 erlauben, Hydraulikfluid durch den Zufuhrdurchlass 381 in den Körper 540 zu drängen. Aus dem Durchlass 381 durchsetzt das Hydraulikfluid eine Dosieröffnung, die durch einen Satz von Kerben 544 der Steuerspule 542 gebildet ist, einen Zuführdurchlass 543 und eine variable Öffnung 546 (siehe auch 3), gebildet durch die jeweilige Stellung einer Kompensationsspule 548 und einer Öffnung in dem Körper 540 zu einem Brückendurchlass 550.
Im offenen Zustand des Kompensationsspulenventils 425 strömt das Hydraulikfluid durch den Brückendurchlass 550, einen Kanal 553 der Steuerspule 542, durch einen Arbeitsanschlussdurchlass 552, heraus aus einem Arbeitsanschluss 554 und hinaus durch die erste Leitung 510. Hydraulikfluid, das von der betätigbaren Einrichtung 360 über die zweite Leitung 520 zurückkehrt, strömt in einen weiteren Ventilaufbauarbeitsanschluss 556, durch einen Arbeitsanschluss 558, in die Steuerspule 542 über einen Durchlass 559 und daraufhin in den Vor ratsbehälterdurchlass 400, der mit dem Tank 380 verbunden ist. Um das Fluid in Richtung auf die betätigbare Einrichtung 360 mittels der zweiten Leitung 520 zu leiten, bewegt die Maschinenbedienperson die Steuerspule 542 nach links, wodurch ein in mancher Hinsicht unterschiedlicher Satz von Durchlässen öffnet.
4 zeigt das Rückschlagventil 470 und wie das Rückschlagventil mit dem Kompensationsspulenventil 425 eine Schnittstelle bildet bzw. sich kombinieren lässt, das durch die Kompensationsspule 548 und die Oberfläche einer Bohrung 560 gebildet ist, die die Kompensationsspule umgibt. Insbesondere handelt es sich bei dem Rückschlagventil 470 um ein herkömmliches Rückschlagventil mit einer auf einem Sitz vorgesehener Kugel, wobei eine Kugel 570 in einer Bohrung 564 der Kompensationsspule 548 ruht. Über der Kugel 570 befindet sich ein Durchlass 572, der über die Bohrung 564 hinaus bis zum Perimeter der Kompensationsspule 548 vorsteht, entlang welcher sich Nuten 574 befinden, die mit dem Lasterfassungsdurchlass 395 verbunden sind (nicht gezeigt). Unter der Kugel befindet sich ein Kanal 576, der zu dem Brückendurchlass 550 führt, der zurück zu dem Steuerspulenventil 420 führt (insbesondere zu dem zweiten Eingangsanschluss 445, wie in 3 gezeigt) und der den Lastdruck trägt, der mit der betätigbaren Einrichtung 360 verbunden ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Rückschlagventil derart spanabhebend gebildet sein, dass es extern unter Bezug auf das Kompensationsspulenventil 425 positioniert werden kann.
4 zeigt außerdem schematisch, dass das einstellbare Druckreduzierventil 475 dazu ausgelegt ist, den Pumpendruck von dem Zufuhrdurchlass 381 zu einem Hohlraum 578 über der Kompensationsspule 548 zu übertragen. Insbesondere öffnet das Ventil 475, wenn die Summe aus den Drücken, die durch die Feder 485 und den Lasterfassungsdurchlass 395 an den ersten Betätigungsanschluss 490 angelegt sind, größer ist als der Druck im Hohlraum 578, der an den zweiten Betätigungsanschluss 495 angelegt ist. Demnach ist der Hohlraum 578 von dem Durchlass 572 durch einen Stopfen 580 getrennt, der in die Oberseite der Bohrung 564 entlang der Oberseite bzw. dem oberen Ende der Kompensationsspule 548 passt. Die Arbeitsweise des Rückschlagventils 470 unterscheidet sich dadurch von dem Druck, der an die Kompensationsspule 548 mittels des Hohlraums 578 und den Zuführdurchlass 543 angelegt ist.
Während die vorstehend angeführte Beschreibung die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung betrifft, wird bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die darin offenbarte präzise Konstruktion beschränkt ist. Die Erfindung kann vielmehr in anderen speziellen Formen verkörpert sein, ohne vom Inhalt seiner wesentlichen Merkmale abzuweichen. Während Spulenventile gezeigt sind, kann die Erfindung beispielsweise auch unter Verwendung unterschiedlicher Ventiltypen implementiert sein. Beispielsweise kann die Druckinformation, die an den Betätigungsanschlüssen der Ventile bereitgestellt ist, durch elektrische Signale bereitgestellt sein, die durch Wandler erfasste Druckinformation übertragen und die verschiedenen Ventile, die durch diese Signale betätigt sind, können elektrisch betätigte Ventile sein. Die neuartigen Druckkompensationstechniken und -systeme, die vorliegend offenbart sind, sind außerdem auch auf andere hydraulisch betätigte Fahrzeuge, abgesehen von Arbeitsfahrzeugen, anwendbar, und sie sind auch auf andere Hydrauliksysteme anwendbar als diejenigen, die in Fahrzeugen implementiert sind. Zur Festlegung des Umfangs der Erfindung wird deshalb auf die nachfolgenden An sprüche und nicht auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen .
Offenbart sind vorliegend zusammenfassend eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern von Hydraulikkraftabgabe an mehrere betätigbaren Einrichtungen. Die Vorrichtung umfasst mehrere Hauptventile, die jeweils mit den betätigbaren Einrichtungen und mit jeweiligen sekundären Ventilen verbunden sind, und ein Einstellventil, das zwischen einer Druckquelle und einem oder mehreren der sekundären Ventile in Verbindung gebracht ist. Das Einstellventil empfängt eine erste Anzeige von einem Druck an einem oder mehreren sekundären Ventilen, und eine zweite Anzeige in Bezug auf den höchsten Lastdruck. Das Einstellventil erlaubt es, dass Druck von der Druckquelle an eines oder mehrere sekundäre Ventile angelegt wird, wenn die zweite Anzeige die erste Anzeige übersteigt, so dass eine gleich große Fluidströmungsmenge in Bezug auf jedes dieser sekundären Ventile beobachtet wird, die im Vergleich zu der Fluidströmung zu weiteren sekundären Ventilen verringert ist, die mit dem Einstellventil verbunden sind.

Claims

Vorrichtung zur Bereitstellung einer reduzierten Hydraulikströmung, die zu mehreren betätigbaren Einrichtungen ausgegeben wird, wobei jede der betätigbaren Einrichtungen jeweilige Hydraulikfluidmengen von einer geteilt genutzten Pumpe empfängt, und wobei die jeweiligen Hydraulikfluidmengen, die durch die jeweiligen betätigbaren Einrichtungen empfangen werden, im Wesentlichen unabhängig von Differenzen jeweiliger Lastdrücke sind, die mit den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen verbunden sind, wobei die Vorrichtung aufweist: Mehrere Hauptventile, von denen jedes einen jeweiligen ersten Anschluss und einen jeweiligen zweiten Anschluss aufweist; Mehrere sekundäre Ventile, die jeweils mit den jeweiligen zweiten Anschlüssen der jeweiligen Hauptventile verbunden sind; und Ein Einstellventil, das erste und zweite Betätigungsanschlüsse aufweist und zwischen jeweilige Betätigungsanschlüsse an jedem der sekundären Ventile und einer Druckquelle in Verbindung gebracht ist, wobei der erste Betätigungsanschluss eine erste Druckanzeige an den jeweiligen Betätigungsanschlüssen der sekundären Ventile empfängt, und wobei der zweite Betätigungsanschluss eine zweite Anzeige eines höchsten Lastdrucks empfängt, der durch eine Menge eingestellt ist, und wobei das Einstellventil es erlaubt, dass Hydraulikdruck von der Druckquelle den jeweiligen Betätigungsanschlüssen der sekundären Ventile bereitgestellt wird, wenn die zweite Anzeige die erste Anzeige übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen sekundären Ventile jeweilige Drücke an den jeweiligen zweiten Anschlüssen veranlassen, jeweilige Pegel derart einzunehmen, dass jeweilige Druckdifferenzen zwischen den jeweiligen Paaren der ersten und zweiten Anschlüsse der jeweiligen Hauptventile vorliegen, im Wesentlichen dieselben sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Menge durch eine Feder festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feder durch eine Bedienperson einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckquelle ein Pumpendruck in einer Druckleitung ist, der durch eine Pumpe festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der Hauptventile ein jeweiliges Spulenventil ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der sekundären Ventile ein jeweiliges Kompensationsventil ist, wobei jedes der sekundären Ventile zusätzlich zu seinem jeweiligen Betätigungsanschluss einen jeweiligen weiteren Betätigungsanschluss umfasst, und wobei die jeweiligen weiteren Betätigungsanschlüsse der jeweiligen sekundären Ventile jeweils mit den jeweiligen zweiten Anschlüssen der jeweiligen Hauptventile verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der sekundären Ventile ein jeweiliges Spulenventil ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend ein Betriebsartwahlventil, das durch eine Bedienperson betätigbar ist, wobei die jeweiligen Betätigungsanschlüsse an jedem der sekundären Ventile mit dem Einstellventil ausschließlich dann verbunden sind, wenn sich das Betriebsartwahlventil in einer ersten Stellung befindet, und wobei die jeweiligen Betätigungsanschlüsse an jedem der sekundären Ventile mit dem höchsten Lastdruck verbunden sind, wenn sich das Betriebsartwahlventil in einer zweiten Stellung befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine zweite Mehrzahl von Hauptventilen, von denen jedes einen jeweiligen ersten Anschluss und einen jeweiligen zweiten Anschluss aufweist, und eine zweite Mehrzahl von sekundären Ventilen, wobei jedes der zweiten Mehrzahl von sekundären Ventilen jeweilige primäre und sekundäre Betätigungsanschlüsse aufweist, wobei die jeweiligen primären Betätigungsanschlüsse mit den jeweiligen zweiten Anschlüssen der jeweiligen Hauptventile der zweiten Mehrzahl von Hauptventilen verbunden sind, und wobei die jeweiligen sekundären Betätigungsanschlüsse mit dem höchsten Lastdruck verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei jedes der sekundären Ventile der zweiten Mehrzahl ein Kompensationsventil enthält, bei dem es sich um ein Spulenventil in Kombination mit einem zusätzlichen Ventilelement handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine erste Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen der Hauptventile der ersten Mehrzahl von Hauptventilen vorliegt, und wobei eine zweite Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen der Hauptventile der zweiten Mehrzahl von Hauptventilen vorliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein erstes der ersten Mehrzahl von Hauptventilen mit einer ersten betätigbaren Einrichtung verbunden ist, und wobei ein erstes der zweiten Mehrzahl von Hauptventilen mit einer zweiten betätigbaren Einrichtung verbunden ist, und wobei dann, wenn die ersten und zweiten betätigbaren Einrichtungen identische Lastdrücke bereitstellen, eine erste Menge von Hydraulikfluidströmung für die erste betätigbare Einrichtung bereitgestellt wird, und eine zweite Menge von Hydraulikfluidströmung für die zweite betätigbare Einrichtung bereitgestellt wird, wobei die erste Menge kleiner als die zweite Menge ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend einen Ventilaufbau, der ein erstes der Hauptventile und ein erstes der sekundären Ventile enthält, wobei es sich bei dem ersten Hauptventil um eine Steuerspule handelt, die durch einen ersten Hohlraum in dem Ventilaufbau in Längsrichtung beweglich ist, wobei es sich bei den ersten sekundären Ventilen eine Kompensationsspule handelt, die durch einen zweiten Hohlraum in dem Ventilaufbau in Längsrichtung beweglich ist, wobei das erste sekundäre Ventil in einer ersten Richtung bewegt wird, wenn ein erster Druck am zweiten Anschluss des ersten Hauptventils einen ersten Druck übersteigt, der durch ein Einstellventil mitgeteilt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das erste sekundäre Ventil ein Rückschlagventil enthält, wobei das Rückschlagventil zumindest ein solches ist, das in einem internen Hohlraum des ersten sekundären Ventils enthalten ist und das erste und zweite Öffnungen entlang einer Außenseite des ersten sekundären Ventils verbindet, und außerhalb von dem ersten sekundären Ventil angeordnet ist, und wobei das Rückschlagventil Hydraulikfluid strömen lässt, wenn ein Lastdruck einer Last, die mit dem Ventilaufbau verbunden ist, der höchste Lastdruck ist.
Hydrauliksystem zur Implementierung in einem Arbeitsfahrzeug, wobei das Hydrauliksystem aufweist: Mehrere betätigbare Einrichtungen; mehrere Ventile mit jeweiligen Dosieröffnungen, wobei die jeweiligen Ventile mit den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen verbunden sind, und wobei eine Hydraulikfluidströmung zu den jeweiligen betätigbaren Einrichtungen zumindest teilweise durch jeweilige Öffnungsquerschnitte der jeweiligen Dosieröffnungen und jeweilige Druckdifferenzen über den jeweiligen Dosieröffnungen festgelegt ist; eine Einrichtung zum Regulieren der jeweiligen Druckdifferenzen über den jeweiligen Dosieröffnungen, so dass die jeweiligen Druckdifferenzen in Reaktion auf Veränderungen der Lasten an den betätigbaren Einrichtungen im Wesentlichen nicht variieren; und eine Einrichtung zum Vorspannen der Reguliereinrichtung derart, dass die jeweiligen Druckdifferenzen über den jeweiligen Dosieröffnungen von mehr als einem der jeweiligen Ventile verringert werden.
Hydrauliksystem nach Anspruch 16, außerdem aufweisend eine Einrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren der Vorspanneinrichtung.
Verfahren zum Bereitstellen unterschiedlicher Hydraulikfluiddurchsätze bzw. -strömungsraten für unterschiedliche betätigbare Einrichtungen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen von mehreren Steuerventilen, wobei jedes Ventil eine jeweilige Dosieröffnung mit einem jeweiligen steuerbaren Öffnungsquerschnitt aufweist; Bereitstellen von mehreren sekundären Ventilen, die zwischen die jeweiligen Dosieröffnungen und die jeweiligen betätigbaren Einrichtungen in Verbindung bringbar sind; Anlegen eines ersten Drucks in Bezug auf einen höchsten Lastdruck an eine erste Gruppe der sekundären Ventile derart, dass diese sekundären Ventile dafür sorgen, dass eine erste Druckdifferenz über den Dosieröffnungen von jedem der Steuerventile vorliegt, die mit diesen sekundären Ventilen verbunden sind; und Anlegen eines zweiten Drucks in Bezug auf eine Summe aus dem höchsten Lastdruck und einem Federdruck an eine zweite Gruppe der sekundären Ventile derart, dass diese sekundären Ventile dafür sorgen, dass eine zweite Druckdifferenz über den Dosieröffnungen von jedem der Steuerventile vorliegt, die mit diesen sekundären Ventilen verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 18, außerdem aufweisend: Empfangen von Bedienpersonbetätigungen zur Einstellung der steuerbaren Öffnungsquerschnitte der Dosieröffnungen der jeweiligen Steuerventile; und Empfangen einer Bedienpersonbetätigung zur Veranlassung einer Einstellung des Federdrucks, wodurch wiederum eine Einstellung des zweiten Drucks hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, außerdem aufweisend den Schritt: Empfangen einer Bedienpersonbetätigung, die ein zusätzliches Ventil dazu veranlasst, seinen Zustand zu ändern, so dass der zweite Druck an die zweite Gruppe der Kompensationsventile anstelle des ersten Drucks angelegt wird.