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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikkreis für einen
hydraulischen Zylinder, welcher in einer Tiefbaumaschine eingesetzt
werden soll, wie etwa einem Löffelbagger
oder einem durch einen Hydraulikdruck angetriebenen Gerät, und betrifft
insbesondere Verbesserungen eines Hydraulikkreises für einen
hydraulischen Zylinder, welcher eine Stoßdämpfungsfunktion (englisch:
shock absorbing function) zum Zeitpunkt eines Stopps des Betriebes
einer Zylinder-Kolbenstange aufweist.
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2. Beschreibung des relevanten
Standes der Technik
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Herkömmlicherweise
wird ein hydraulischer Zylinder für verschiedene Arten von Tiefbaumaschinen,
wie etwa einen Löffelbagger,
eingesetzt, um eine Arbeitsmaschine, wie etwa einen Förderkübel, anzutreiben.
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Der
hydraulische Zylinder ist mit einem Zylinderstößel ausgestattet, welcher mittels
eines Hydraulikdruckes eines Betriebsöls eine lineare Hin- und Herbewegung
in einem Zylinder ausführt.
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Der
Zylinderstößel ist
an seinem einen Ende mit einem Zylinderkolben ausgestattet, welcher
in den Zylinder eingesetzt ist, und der Innenraum des Zylinders
wird durch den Zylinderkolben in zwei Zylinderkammern geteilt.
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Das
Betriebsöl
wird unter Druck in eine der beiden Zylinderkammern eingeführt, um
den Zylinderstößel linear
in einer Ausfahrrichtung zu bewegen, und in die andere Zylinderkammer,
um den Zylinderstößel linear
in einer Einfahrrichtung zu bewegen, wodurch eine Arbeitsmaschine,
wie etwa ein mit dem Ende des Zylinderstößels verbundener Förderkübel betrieben
wird.
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Um
die Bewegung der Arbeitsmaschine zu steuern, gibt es einen Betriebsfall,
in welchem der Hydraulikzylinder die Zufuhr des unter Druck stehenden
Betriebsöls
zu der Zylinderkammer durch das Steuerventil stoppt, wodurch die
lineare Bewegung des Zylinderstößels zeitweilig
gestoppt wird.
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Wenn
in einem solchen Betriebsfall die Zufuhr des unter Druck stehenden
Betriebsöls
zu der Zylinderkammer plötzlich
gestoppt wird, dann wird das Betriebsöl, welches sich in der Zylinderkammer angesammelt
hat, durch eine Trägheitskraft
des Zylinderkolbens komprimiert. Wegen der Inkompressibilität des Betriebsöls bildet
das Betriebsöl,
welches sich in der Zylinderkammer angesammelt hat, einen hohen
Widerstand, so dass der Zylinderstößel plötzlich stoppt. Infolgedessen
erhält
der Zylinder selbst einen starken Stoß, was zu der Anregung einer
starken Schwingung und eines Geräusches
in dem Gerät führt, welches
den Hydraulikzylinder verwendet.
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Die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 49-104075 offenbart die Konfiguration, bei welcher ein Akkumulator,
welcher eine Stoßdämpfungsfunktion
hat und einen Akkumulatorkolben sowie eine den Akkumulatorkolben
abstützende Schraubenfeder
umfasst, in einem Zylinderstößel angeordnet
ist, und wobei beide Seiten des Akkumulatorkolbens ständig mit
jeweiligen zugeordneten Zylinderkammern in Verbindung stehen.
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Gemäß dem in
der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 49-104075
offenbarten hydraulischen Zylinder wird dann, wenn das unter Druck
zu der Zylinderkammer geförderte
Betriebsöl plötzlich gestoppt
wird, um die Aktion des Zylinderstößels zu stoppen, das in der
Zylinderkammer angesammelte Betriebsöl durch eine Trägheitskraft
des mit dem Zylinderstößel verbundenen
Zylinderkolbens komprimiert. Das in der Zylinderkammer komprimierte
Betriebsöl
entweicht zum Teil zu der Akkumulatorkolbenseite hin, und die Schraubenfeder
wird durch den Druck des entwichenen Teils des Betriebsöls über den
Akkumulatorkolben auseinandergezogen/zusammengedrückt.
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Sodann
wird der Druck des Betriebsöls
in der Zylinderkammer nach und nach durch die Dämpfungsfunktion der Schraubenfeder,
die durch den Hydraulikdruck des entwichenen Betriebsöls auseinandergezogen/zusammengedrückt wird,
absorbiert, bis er mit dem durch die Schraubenfeder verursachten Druck
im Gleichgewicht ist. Auf diese Weise wird der in dem Zylinder erzeugte
Stoß reduziert.
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Es
sei bemerkt, dass bei dem herkömmlichen
hydraulischen Zylinder, bei dem der die Stoßdämpfungsfunktion aufweisende
Akkumulator in dem Zylinderstößel angeordnet
ist, wie in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 49-104075 beschrieben
ist, der Akkumulator durch einen Akkumulatorkolben und eine Schraubenfeder
gebildet ist, welche den Akkumulatorkolben abstützt, und dass die beiden Seiten
des Akkumulatorkolbens über Ölkanäle in Verbindung
mit ihren zugeordneten Zylinderkammern gehalten werden, so dass
die Stoßdämpfungsfunktion
ständig
auf den hydraulischen Zylinder wirkt.
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Wenn
demnach bei dem herkömmlichen
hydraulischen Zylinder der Zylinderstößel plötzlich gestoppt wird, um die
Arbeitsmaschine schnell in einer vorgegebenen Position anzuhalten,
dann bleibt der Zylinderstößel im Schwingungszustand,
bis der Hydraulikdruck in der Zylinderkammer und der Druck der Feder
des Akkumulators durch die Stoßdämpfungsfunktion
des Akkumulators, welcher weiter wirksam bleibt, miteinander im
Gleichgewicht sind. Der herkömmliche
hydraulische Zylinder hat demnach einen Nachteil dahingehend, dass
die Arbeitsmaschine, wie etwa ein Förderkübel, durch plötzliches
Stoppen des Zylinderstößels nicht
schnell in einer vorgegebenen Position gestoppt und positioniert
werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen
Umstände
gemacht, und sie stellt einen Hydraulikkreis für einen hydraulischen Zylinder
zur Verfügung,
welcher in der Lage ist, die Stoßdämpfungsfunktion nach Belieben
einzusetzen und zu justieren, wenn der Betrieb des Zylinderkolbens
gestoppt wird, sowie diese Funktion aufzuheben.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht einen Hydraulikkreis
für einen
hydraulischen Zylinder vor, bei welchem der hydraulische Zylinder eine
erste Zylinderkammer umfasst, der ein Betriebsöl während eines Einfahrbetriebes
zugeführt wird;
eine zweite Zylinderkammer, der ein Betriebsöl während eines Ausfahrbetriebes
zugeführt
wird; einen Akkumulator, welcher einen Akkumulatorkolben umfasst,
der in einen Zylinderstößel eingesetzt
ist und einen Innenraum des Zylinderstößels in erste und zweite Zylinderstößelkammern
teilt, sowie ein Gas, das hermetisch abgedichtet in die zweite Zylinderstößelkammer
geladen wird; und eine Akkumulieröffnung, welche der ersten Zylinderstößelkammer des
Akkumulators ein Betriebsöl
zuführt
bzw. von diesem abführt,
wobei der Hydraulikkreis ein Dämpfungssteuerventil
umfasst mit einer ersten Schaltposition, in der eine Verbindung
der Akkumulieröffnung mit
der Außenseite
blockiert ist und eine Zuführung bzw.
Abführung
oder eine Abführung
bzw. Zuführung des
Betriebsöls
für die
erste Zylinderkammer bzw. die zweite Zylinderkammer ausgeführt werden,
ferner eine zweite Schaltposition, bei der wenigstens die Akkumulieröffnung und
die zweite Zylinderkammer miteinander verbunden sind, und eine dritte
Schaltposi tion, bei der wenigstens die Akkumulieröffnung und
die erste Zylinderkammer miteinander verbunden sind.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht den Hydraulikkreis
für einen
hydraulischen Zylinder gemäß dem ersten
Aspekt vor, wobei das Dämpfungssteuerventil
integral mit oder nahe bei dem hydraulischen Zylinder angeordnet
ist.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht den Hydraulikkreis
für einen
hydraulischen Zylinder gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt vor, ferner umfassend ein Richtungsschaltventil
mit einer ersten Schaltposition, bei der das Betriebsöl der ersten
Zylinderkammer zugeführt
und das Betriebsöl von
der zweiten Zylinderkammer abgeführt
wird, eine zweite Schaltposition, bei der eine Zuführung/Abführung des
Betriebsöls
für die
erste Zylinderkammer und die zweite Zylinderkammer gestoppt wird,
und eine dritte Schaltposition, bei der das Betriebsöl der zweiten
Zylinderkammer zugeführt
wird, und das Betriebsöl
von der ersten Zylinderkammer abgeführt wird, wobei das Richtungsschaltventil
integral mit oder nahe bei dem Dämpfungssteuerventil
angeordnet ist.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht den Hydraulikkreis
für einen
hydraulischen Zylinder gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 3 vor, wobei das Dämpfungssteuerventil
mit dem Richtungsschaltventil über
ein erstes Zuführ-/Abführrohr und
ein zweites Zuführ-/Abführrohr zum
Zuführen und
Abführen
des Betriebsöls
verbunden ist; wobei ferner die Akkumulieröffnung und die zweite Zylinderkammer
mit dem ersten Zuführ-/Abführrohr bei
der zweiten Schaltposition des Dämpfungssteuerventils über eine
erste Drosselvorrichtung verbunden sind; und wobei die Akkumulieröffnung und
die erste Zylinderkammer mit dem zweiten Zuführ-/Abführrohr bei der dritten Schaltposition
des Dämpfungssteuerventils über eine
zweite Drosselvorrichtung verbunden sind.
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Ein
fünfter
Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Dämpfungssteuerventil zum Betreiben und
Steuern eines hydraulischen Zylinders vor, wobei der hydraulische
Zylinder eine erste Zylinderkammer umfasst, der ein Betriebsöl während eines
Einfahrbetriebes zugeführt
wird; eine zweite Zylinderkammer, der ein Betriebsöl während eines
Ausfahrbetriebes zugeführt
wird; einen Akkumulator, umfassend einen Akkumulatorkolben, welcher
in einen Zylinderstößel eingesetzt
ist und einen Innenraum des Zylinderstößels in eine erste und eine
zweite Zylinderstößelkammer
aufteilt, und ein Gas, welches hermetisch abgedichtet in die zweite
Zylinderstößelkammer
geladen wird, und eine Akkumulieröffnung, welche ein Betriebsöl einer
ersten Zylinderstößelkammer
des Akkumulators zuführt
bzw. aus derselben abführt,
wobei das Dämpfungssteuerventil
eine erste Schaltposition hat, in der eine Verbindung der Akkumulieröffnung mit
der Außenseite
blockiert ist und eine Zuführung
bzw. Abführung
oder Abführung
bzw. Zuführung
des Betriebsöls
für die
erste Zylinderkammer bzw. die zweite Zylinderkammer ausgeführt werden,
ferner eine zweite Schaltposition, bei der wenigstens die Akkumulieröffnung und
die zweite Zylinderkammer miteinander verbunden sind, und eine dritte
Schaltposition, bei der wenigstens die Akkumulieröffnung und
die erste Zylinderkammer miteinander verbunden sind.
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Ein
sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Dämpfungssteuerventil
gemäß dem fünften Aspekt
vor, ferner umfassend ein erstes Zuführ-/Abführrohr und ein zweites Zuführ-/Abführrohr zum
Zuführen
und Abführen
des Betriebsöls, welche mit
dem Dämpfungssteuerventil
verbunden sind, wobei die Akkumulieröffnung und die zweite Zylinderkammer
mit dem ersten Zuführ-/Abführrohr bei
der zweiten Schaltposition des Dämpfungssteuerventils über eine
erste Drosselvorrichtung verbunden sind; und wobei die Akkumulieröffnung und
die erste Zylinderkammer mit dem zweiten Zuführ-/Abführrohr bei der dritten Schaltposition
des Dämpfungssteuerventils über eine
zweite Drosselvorrichtung verbunden sind.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Hydraulikkreis für den hydraulischen
Zylinder mit einem Dämpfungssteuerventil ausgestattet,
welches eine erste Schaltposition hat, bei der eine Verbindung der
Akkumulieröffnung
mit der Außenseite
blockiert ist und eine Zuführung
bzw. Abführung
oder eine Abführung
bzw. Zuführung
des Betriebsöls
bezüglich
der ersten Zylinderkammer bzw. der zweiten Zylinderkammer ausgeführt werden,
ferner eine zweite Schaltposition, bei der wenigstens die Akkumulieröffnung und
die zweite Zylinderkammer miteinander verbunden sind, und eine dritte
Schaltposition, bei der wenigstens die Akkumulieröffnung und
die erste Zylinderkammer miteinander verbunden sind. Deshalb können das
Einfahren und Ausfahren des hydraulischen Zylinders durch Schalten
des Dämpfungssteuerventils
in die erste Schaltposition ausgeführt werden.
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Wenn
der Einfahrbetrieb des hydraulischen Zylinders gestoppt wird, dann
kann ein Dämpfungseffekt
erreicht werden und ein Stoß zum
Zeitpunkt des Stoppens kann durch Schalten des Dämpfungssteuerventils in die
zweite Schaltposition verhindert werden. Wenn der Ausfahrbetrieb
des hydraulischen Zylinders gestoppt wird, dann kann in ähnlicher
Weise ein Dämpfungseffekt
erreicht werden, und ein Stoß zum
Zeitpunkt des Stoppens kann durch Schalten des Dämpfungssteuerventils in die
dritte Schaltposition verhindert werden.
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Gleichzeitig
wird dann, wenn der Betrieb gestoppt wird, das Gas in der zweiten
Zylinderstößelkammer
des Akkumulators komprimiert, um einen Effekt des Akkumulierens
potentieller Energie zu erreichen, und es kann eine Zusatzkraft
aufgebracht werden, wenn der hydraulische Zylinder das nächste Mal gestartet
wird.
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Auf
diese Weise kann durch den Akkumulator die Wiedergewinnung und Wiederverwendung von
Energie durch einen Prozess des Akkumulierens und Freigebens seiner
Energie erreicht werden, und eine Energieeinsparung kann ebenfalls
erreicht werden.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird kein Rohr zwischen dem hydraulischen
Zylinder und dem Dämpfungssteuerventil
benötigt,
und eine Antriebssteuerreaktion des hydraulischen Zylinders durch
das Dämpfungssteuerventil
ist gut.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, weil das Richtungsschaltventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung integral mit oder nahe bei dem Dämpfungssteuerventil angeordnet
ist, das Rohrsystem für
die Zuführung/Abführung des Betriebsöls, welches
mit dem Richtungsschaltventil verbunden ist, in ein Hochdruckrohr
und ein Niederdruckrohr aufgeteilt werden, und die Fließrichtung des
Betriebsöls
durch das Rohr kann festgelegt werden, und die Rohrauslegung kann
optimiert werden.
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Die
in dem Rohr verbleibende Betriebsölmenge ist gering, und die
Schaltsteuerreaktion des hydraulischen Zylinders durch das Richtungsschaltventil
wird verbessert, weil das Rohr zwischen dem Richtungsschaltventil
und dem Dämpfungssteuerventil
kurz ausgeführt
werden kann.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Akkumulieröffnung und
die zweite Zylinderkammer mit dem ersten Zuführ-/Abführrohr über die erste Drosselvorrichtung
bei der zweiten Schaltposition des Dämpfungssteuerventils verbunden,
so dass eine Justierung der Dämpfung
sowie eine Justierung des Akkumuliervorganges durchgeführt werden
kann, indem man die erste Drosselvorrichtung zum Zeitpunkt des Stoppens
des Einfahrbetriebes justiert. Außerdem sind die Akkumulieröffnung und
die erste Zylinderkammer mit dem zweiten Zuführ-/Abführrohr über eine zweite Drosselvorrichtung
bei der dritten Schaltposition des Dämpfungssteuerventils verbunden,
so dass eine Justierung der Dämpfung
und eine Justierung des Akkumuliervorganges durch Justieren der
zweiten Drosselvorrichtung beim Stoppen des Ausfahrbetriebes justiert
werden können.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der vorliegenden Erfindung kann der hydraulische Zylinder durch Schalten
des Dämpfungssteuerventils
in die erste Schaltposition eingefahren oder ausgefahren werden.
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Wenn
der Einfahrbetrieb des hydraulischen Zylinders durch Schalten in
die zweite Schaltposition gestoppt wird, dann kann man einen Dämpfungseffekt
erreichen, und es kann verhindert werden, dass ein Stoß im Augenblick
des Stoppens auftritt. Und wenn der Ausfahrbetrieb des hydraulischen
Zylinders auf die gleiche Weise durch Schalten in die dritte Schaltposition
gestoppt wird, dann kann man den Dämpfungseffekt erzielen, und
es kann verhindert werden, dass ein Stoß im Augenblick des Stoppens auftritt.
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Gleichzeitig
wird das Gas in der zweiten Zylinderstößelkammer des Akkumulators
komprimiert, und man erreicht einen Effekt einer Potentialenergieansammlung
beim Stoppen des Betriebes, und es kann eine Zusatzkraft beim nächsten Start
des hydraulischen Zylinders aufgebracht werden.
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Es
kann demnach eine Wiedergewinnung und Wiederverwendung der Energie
durch den Prozess erreicht werden, indem in dem Akkumulator die Akkumulierung
und die Freigabe seiner Energie durchgeführt werden, und eine Energieeinsparung kann
auch erreicht werden.
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Gemäß dem sechsten
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Justierung der Dämpfung und die
Justierung der Akkumulierung im Augenblick des Stoppens des Einfahrbetriebes
dadurch bewirkt werden, dass die erste Drosselvorrichtung bei der
zweiten Schaltposition des Dämpfungssteuerventils
justiert wird, und die Justierung der Dämpfung und die Justierung der
Akkumulierung im Augenblick des Stoppens des Ausfahrbetriebes kann
bewirkt werden, indem die zweite Drosselvorrichtung bei der dritten
Schaltposition justiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung werden im einzelnen auf der Basis der
nachfolgend aufgeführten
Figuren beschrieben:
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1 ist
eine schematische Schnittansicht des hydraulischen Zylinders gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen normalen Betriebszustand
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen normalen Betriebszustand
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen Zustand zeigt, bei
welchem eine Stoßdämpfungsfunktion
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung aktiviert ist;
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5 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen Zustand zeigt, bei
dem die Stoßdämpfungsfunktion
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung aktiviert ist;
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6 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen Zustand zeigt, bei
dem die Stoßdämpfungsfunktion
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung aktiviert ist;
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7 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen Zustand zeigt, bei
dem die Stoßdämpfungsfunktion
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung aktiviert ist;
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8 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen Zustand zeigt, bei
dem die Stoßdämpfungsfunktion
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung aktiviert ist;
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9 ist
eine schematische Schnittansicht, welche einen Zustand zeigt, bei
dem die Stoßdämpfungsfunktion
des hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung aktiviert ist; und
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10A, 10B und 10C sind Ansichten, welche jeweils Symboldarstellungen
eines hydraulischen Zylinders in einem Hydraulikkreis, einen Akkumulator
und einen in den Akkumulator eingebauten hydraulischen Zylinder
zeigen;
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11A und 11B sind
Ansichten, welche jeweils einen eingefahrenen Zustand und einen ausgefahrenen
Zustand eines hydraulischen Zylinders in dem Hydraulikkreis zum
Betreiben des in den Akkumulator eingebauten hydraulischen Zylinders gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigen;
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12A und 12B sind
Ansichten, welche jeweils einen Zustand des Stoppens des Einfahrbetriebes
und einen Zustand des Stoppens des Ausfahrbetriebes des hydraulischen
Zylinders in dem Hydraulikkreis zum Antreiben des in den Akkumulator eingebauten
hydraulischen Zylinders gemäß der Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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13A, 13B und 13C sind jeweils eine Ansicht, welche den hydraulischen
Zylinder in dem Hydraulikkreis und einen angeschlossenen Zustand
des Dämpfungssteuerventils
zur Zeit des Ausfahrens/Einfahrens des hydraulischen Zylinders zeigt,
welcher in den 11A und 11B sowie
in den 12A und 12B gezeigt
ist, eine Ansicht, welche einen angeschlossenen Zustand zum Zeitpunkt
des Stoppens des Einfahrbetriebes zeigt, und eine Ansicht, welche
einen angeschlossenen Zustand zum Zeitpunkt des Stoppens des Ausfahrbetriebes
zeigt;
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14A und 14B sind
jeweils eine Ansicht, welche einen angeschlossenen Zustand zum Zeitpunkt
des Stoppens des Einfahrbetriebes des hydraulischen Zylinders zeigt,
wenn ein Dämpfungssteuerventil
mit einer darin angeordneten justierbaren Drossel anstelle des Dämpfungssteuerventils
in dem Hydraulikkreis vorgesehen ist, der in den 13A bis 13C gezeigt
ist, und eine Ansicht, welche einen angeschlossenen Zustand zum
Zeitpunkt des Stoppens des Ausfahrbetriebes zeigt;
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15A und 15B sind
jeweils eine Ansicht, welche einen eingefahrenen Zustand des hydraulischen
Zylinders in dem Hydraulikkreis zum Antreiben des in den Akkumulator
eingebauten hydraulischen Zylinders gemäß einer anderen Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Ansicht, welche einen
ausgefahrenen Zustand zeigt; und
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16A und 16B sind
jeweils eine Ansicht, welche einen gestoppten Zustand des Einfahrbetriebes
des hydraulischen Zylinders in dem Hydraulikkreis zum Antreiben
des in den Akkumulator eingebauten hydraulischen Zylinders gemäß der anderen
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine Ansicht,
welche einen gestoppten Zustand des Ausfahrbetriebes zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
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Ausgestaltungen
des hydraulischen Zylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung werden im einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine schematische Schnittansicht, welche beispielhaft einen hydraulischen
Zylinder 1 zeigt, welcher in Ausgestaltungen eines Hydraulikkreises
für einen
hydraulischen Zylinder gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden soll.
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Der
hydraulische Zylinder 1 umfasst einen Zylinder 2,
einen Zylinderkolben 5, welcher in den Zylinder 2 eingesetzt
ist und den Zylinder 2 in eine erste Zylinderkammer 3 und
eine zweite Zylinderkammer 4 aufteilt, und einen Zylinderstößel 6,
an dessen einem Ende der Zylinderkolben 5 befestigt ist.
An dem rechten Ende des Zylinders 2 bzw. dem linken Ende
des Zylinderstößels 6 sind
ein Stößelkopf 7 bzw.
ein Zylinderkopf 8 befestigt, deren jeder eine Öffnung zum Anschließen eines
Gerätes,
wie etwa einer Arbeitsmaschine hat.
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Der
Zylinderstößel 6 hat
eine konzentrische Dreifachrohr struktur, umfassend ein erstes Führungsrohr 10 mit
einem kleinen Durchmesser, ein zweites Führungsrohr 11 mit
einem mittleren Durchmesser, welches das erste Führungsrohr 10 umgibt, und
ein drittes Führungsrohr 12 mit
einem großen Durchmesser,
welches das zweite Führungsrohr 11 umgibt.
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Bei
diesen ersten bis dritten Führungsrohren 10, 11, 12 steht
das rechte Ende des ersten Führungsrohres 10 mit
der zweiten Zylinderkammer 4 in Verbindung, und sein linkes
Ende steht mit einer oberen Seitenöffnung 20 in Verbindung,
welche in dem Stößelkopf 7 ausgebildet
ist.
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Bei
dem zweiten Führungsrohr 11 steht
dessen rechtes Ende mit der ersten Zylinderkammer 3 über eine
in dem Zylinderkolben 5 ausgebildete Öffnung 5a in Verbindung,
und sein linkes Ende steht mit einer unteren Seitenöffnung 21 in
Verbindung, die in dem Stößelkopf 7 ausgebildet
ist.
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Ein
Akkumulator 30 mit einer Stoßdämpfungsfunktion, welcher eine
wesentliche Komponente der vorliegenden Erfindung darstellt, ist
in dem dritten Führungsrohr 12 angeordnet,
welches den größten Durchmesser
hat.
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Der
Akkumulator 30 umfasst einen Akkumulatorkolben 33,
welcher in das dritte Führungsrohr 12 eingesetzt
ist und das dritte Führungsrohr 12 in
eine erste Zylinderstößelkammer 31 und
eine zweite Zylinderstößelkammer 32 aufteilt,
ferner ein Druckgas 34, welches in die zweite Zylinderstößelkammer 32 eingefüllt ist,
und eine Akkumulieröffnung 22,
die in dem Stößelkopf 7 ausgebildet
ist und mit der ersten Zylinderstößelkammer 31 in Verbindung
steht.
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Die
obere Seitenöffnung 20,
die untere Seitenöffnung 21 und
die Akkumulieröffnung 22 sind
in nebeneinander liegenden Positionen in dem Stößelkopf 7 ausgebildet.
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Die
Wirkungsweise des hydraulischen Zylinders 1 wird beschrieben,
und seine Struktur wird ebenfalls mehr im einzelnen beschrieben.
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Es
wird auf die 2 Bezug genommen; wenn der Zylinderstößel 6 bei
einem normalen Betrieb ausgefahren wird, dann wird ein Betriebsöl A unter
Druck über
die obere Seitenöffnung 20 in
das erste Führungsrohr 10 gefördert, und
zwar unter Verwendung einer Betriebsölliefervorrichtung (nicht gezeigt)
mit einem Hydraulikmotor, einem Steuerventil usw., wodurch die zweite
Zylinderkammer 4 mit dem Betriebsöl gefüllt wird. Der Zylinderstößel 6 wird
demnach mittels des Zylinderkolbens 5 ausgefahren, wie durch
einen Pfeil B angegeben ist. Um den Zylinderstößel 6 auszufahren,
fließt
das die erste Zylinderkammer 3 füllende Betriebsöl durch
die Öffnung 5a in das
zweite Führungsrohr 11,
und das in das zweite Führungsrohr 11 geflossene
Betriebsöl
wird durch die untere Seitenöffnung 21 nach
außen
abgeführt, wie
durch einen Pfeil C angegeben ist.
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Wenn,
mit Bezug auf die 3, andererseits der Zylinderstößel 6 bei
einem normalen Betrieb eingefahren wird, dann wird das Betriebsöl A unter Druck über die
untere Seitenöffnung 21 in
das zweite Führungsrohr 11 gefördert, wodurch
das Betriebsöl durch
die Öffnung 5a in
die erste Zylinderkammer 3 eingefüllt wird. Der Zylinderstößel 6 wird
demnach mittels des Zylinderkolbens 5 eingefahren, wie
durch den Pfeil B angegeben ist. Um den Zylinderstößel 6 einzufahren,
fließt
das die zweite Zylinderkammer 4 füllende Betriebsöl in das
erste Führungsrohr 10,
und das in das erste Führungsrohr 10 geflossene
Betriebsöl
wird durch die obere Seitenöffnung 20 abgeführt, wie
durch den Pfeil C angegeben ist.
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Es
wird jetzt beispielhaft ein Betriebsablauf beschrieben, um den Zylinderstößel 6 im
Fall des Ausfahrens des Zylinderstößels 6 in einer gewünschten
Position zu stoppen, in die sich der Zylinderstößel 6 in einem normalen
Betrieb bewegt.
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In
diesem Fall werden ein in 2 gezeigtes Zufließen des
Betriebsöls
A und ein Abfließen
des Betriebsöls
C beispielsweise durch ein Steuerventil gestoppt.
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Dann
wird das Betriebsöl,
welches sich in der ersten Zylinderkammer 3 angesammelt
hat, durch die Trägheitskraft
des Zylinderkolbens 5 komprimiert. Zu diesem Zeitpunkt
wirkt das Betriebsöl,
welches sich in der ersten Zylinderkammer 3 angesammelt hat,
wegen der Inkompressibilität
des in der ersten Zylinderkammer 3 angesammelten Betriebsöls als ein
großer
Widerstand. Dann wird der Zylinderstößel 6 plötzlich gestoppt,
um so exakt in einer gewünschten
Position anzuhalten. In diesem Fall besteht natürlich eine Möglichkeit,
dass der Zylinder selbst einen starken Stoß verursacht, weil der hydraulische
Zylinder die gleiche Funktion hat wie zuvor.
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Wenn
man beispielsweise wünscht,
den Zylinderstößel 6 plötzlich in
einer vorgegebenen Position anzuhalten, während er bei einem normalen
Betrieb einfährt,
dann werden das in 3 gezeigte Zufließen des
Betriebsöls
A und das Abfließen
des Betriebsöls
C beispielsweise durch das Steuerventil gestoppt.
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Dann
wird das in der zweiten Zylinderkammer 4 angesammelte Betriebsöl durch
die Trägheitskraft
des Zylinderkolbens 5 komprimiert; das in der zweiten Zylinderkammer 4 angesammelte
Betriebsöl wirkt
wegen der Inkompressibilität
des in der zweiten Zylinderkammer 4 angesammelten Betriebsöls als ein
großer
Widerstand, und der Zylinderstößel 6 wird plötzlich abgestoppt,
um genau in einer gewünschten Position
anzuhalten. Es besteht natürlich
eine Möglichkeit,
dass der Zylinder selbst einen starken Stoß verursacht, weil der hydraulische
Zylinder nach wie vor die gleiche Funktion wie bei dem herkömmlichen hydraulischen
Zylinder hat.
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Als
ein Beispiel des oben beschriebenen Falles, in welchem es erforderlich
ist, den Zylinderstößel 6 schnell
in einer gewünschten
Position zu stoppen, dient ein Fall, in welchem eine Arbeitsmaschine,
wie etwa ein mit dem Zylinderstößel verbundenes
Schaufelblatt oder ein Förderkübel schnell
und genau auf der Grundfläche
abgesetzt werden soll, um eine Bodeneinebnungsarbeit durch eine
Tiefbaumaschine durchzuführen.
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Sodann
wird die oben beschriebene Stoßdämpfungsfunktion
unter Einsatz des Akkumulators 30 des hydraulischen Zylinders 1 beschrieben.
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Wenn,
wie in 2 gezeigt ist, der Zylinderstößel 6, welcher ausgefahren
wird, durch die Stoßdämpfungsfunktion
des Akkumulators 30 in seiner Bewegung auf der Bodenseite
des Zylinders 2 gestoppt wird, dann wird ein Steuerventil
oder dergleichen (nicht gezeigt) verwendet, um die Zufuhr des Betriebsöls A, welches
unter Druck von der oberen Seitenöffnung 20 her in das
erste Führungsrohr 10 gefördert wird,
zu stop pen, wie in 4 gezeigt ist. Gleichzeitig
werden die untere Seitenöffnung 21 und die
Akkumulieröffnung 22 miteinander
in Verbindung gebracht, um das aus der unteren Seitenöffnung 21 fließende Betriebsöl C der
ersten Zylinderkammer 3 in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 zu leiten.
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Wenn
das aus der unteren Seitenöffnung 21 fließende Betriebsöl C der
ersten Zylinderkammer 3 in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleitet wird, dann wird demnach der Akkumulatorkolben 33 durch
den Druck des durch den Zylinderkolben 5 komprimierten
Betriebsöls
C gedrückt, wie
in 5 gezeigt ist, und dessen Druck F verringert sich
nach und nach, bis der Druck F über
den dazwischen angeordneten Akkumulatorkolben 33 mit einem
Druck G von dem Druckgas 34 im Gleichgewicht ist, welches hermetisch
abgedichtet in die zweite Zylinderstößelkammer 32 geladen
wurde.
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Bei
der Verwendung des Akkumulators 30 ermöglicht demnach die Dämpfungsfunktion
des die Kompressibilität
des Gases 34 nutzenden Akkumulators 30, einen
Stoß zu
absorbieren, welcher erzeugt wird, wenn der Zylinderstößel 6 bei
der Ausfahrbewegung plötzlich
gestoppt wird.
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Wenn
die Bewegung des Zylinderstößels 6 auf
der Kopfseite des Zylinders 2 unter Verwendung der Stoßdämpfungsfunktion
durch den Akkumulator 30 gestoppt werden soll, wenn der
Zylinderstößel 6 eingefahren
wird, dann wird in ähnlicher
Weise ein Steuerventil oder dergleichen (nicht gezeigt) eingesetzt,
um die Zuführung
des Betriebsöls
A, welches unter Druck über
die untere Seitenöffnung 21 in
das zweite Führungsrohr 11 gefördert wird,
zu stoppen, wie in 6 gezeigt ist. Gleichzei tig
werden die obere Seitenöffnung 20 und
die Akkumulieröffnung 22 miteinander
in Verbindung gebracht, um das aus der oberen Seitenöffnung 20 fließende Betriebsöl C der zweiten
Zylinderkammer 4 in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 zu leiten.
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Wenn
das Betriebsöl
C, welches die zweite Zylinderkammer 4 füllt und
aus der oberen Seitenöffnung 20 ausfließt, in die
erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleitet wird, dann verringert sich demnach
der Druck des Betriebsöls
C nach und nach, bis der Druck F des Betriebsöls C, welches durch den Zylinderkolben 5 komprimiert
wird, und der Druck G des Gases 34, welches hermetisch
abdichtend in die zweite Zylinderstößelkammer 32 geladen wird, über denn
dazwischen angeordneten Akkumulatorkolben 33 im Gleichgewicht
sind, wie in 7 gezeigt ist. Ein Stoß, welcher
verursacht wird, wenn der Zylinderstößel 6 während des
Einfahrens durch die die Kompressibilität des Gases 34 nutzende Dämpfungsfunktion
plötzlich
gestoppt wird, kann ebenfalls absorbiert werden.
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In
der oben stehenden Beschreibung wurde die Stoßdämpfungsfunktion des wirksamen
Akkumulators 30 dann, wenn der Zylinderkolben 5 auf
der Kopfseite oder der Bodenseite des Zylinderkolbens 5 in
dem Zylinder 2 gestoppt wird, im einzelnen erläutert. In
dem hydraulischen Zylinder 1 kann jedoch die Stoßdämpfungsfunktion
des Akkumulators 30 auch aktiviert werden, wenn der Zylinderkolben 5 in
dem Zylinder 2 in einer gewünschten Position zwischen der
Kopfseite und der Bodenseite des Zylinderkolbens 5 gestoppt
wird.
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Insbesondere
wird, wenn beispielsweise der Zylinderstößel 6 eingefahren
und in einer gewünschten
Position gestoppt wird, wie in 3 gezeigt
ist, und wenn die Stoßdämpfungsfunktion
des Akkumulators 30 zu dieser Zeit aktiviert ist, ein Steuerventil oder
dergleichen (nicht gezeigt) verwendet, um die Zuführung des
Betriebsöls
A, welches unter Druck von der unteren Seitenöffnung 21 in das zweite
Führungsrohr 11 gefördert wird,
zu stoppen, wie in 8 gezeigt ist, und gleichzeitig
werden die obere Seitenöffnung 20 und
die Akkumulieröffnung 22 wechselseitig
miteinander in Verbindung gebracht, um das aus der oberen Seitenöffnung 20 fließende Betriebsöl C in die
erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 zu leiten.
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Wenn
demnach das aus der oberen Seitenöffnung 20 fließende Betriebsöl C der
zweiten Zylinderkammer 4 in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleitet wird, dann wird der Akkumulatorkolben 33 durch
den Druck des Betriebsöls C,
welches durch den Zylinderkolben 5 komprimiert wird, gedrückt, wie
in 9 gezeigt ist. Der Druck F verringert sich nach
und nach, bevor der Druck F und der Druck G aufgrund des hermetisch
abgedichtet in die zweite Zylinderstößelkammer 32 geladenen Druckgases 34 über den
zwischen diesen angeordneten Akkumulatorkolben 33 miteinander
im Gleichgewicht sind.
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Wenn
der Akkumulator 30 eingesetzt wird, kann deshalb ein Stoß, welcher
erzeugt wird, wenn der Zylinderkolben 5 in einer gewünschten
Position zwischen der Kopfseite und der Bodenseite des Zylinderkolbens 5 in
dem Zylinder 2 gestoppt wird, auch auf die gleiche Weise
durch die Dämpfungsfunktion des
die Kompressibilität
des Gases 34 nutzenden Akkumulators 30 absorbiert
werden.
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In
dem oben beschriebenen Beispiel wird der Akkumulator 30 nur
für die
Stoßdämpfungsfunktion des
hydraulischen Zylinders 1 eingesetzt. Der Akkumulator 30 kann
auch als ein Einzelakkumulator in dem Hydraulikkreis eingesetzt
werden, welcher in seiner eigentlichen Funktion als Einzelakkumulator zum
Verhindern des Pulsierens des hydraulischen Druckes in dem Hydraulikkreis
dient, um so den Hydraulikkreis klein und kompakt zu gestalten.
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In
dem oben beschriebenen Beispiel wurden die hydraulischen Zylinder 1, 40 hauptsächlich im Hinblick
auf die Stoßdämpfungsfunktion
des Akkumulators 30 beschrieben. Der Akkumulator 30 der
hydraulischen Zylinder 1, 40 gemäß der vorliegenden Erfindung
kann nicht nur die Stoßdämpfungsfunktion ausführen, sondern
auch die Dämpfungsfunktion, wenn
die hydraulischen Zylinder 1, 40 gestoppt werden.
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Insbesondere
wird in einer Baumaschine wie etwa einem Radlader der Kübel durch
den hydraulischen Zylinder angetrieben, um Erde und Sand in den
Kübel zu
laden; der Betrieb des hydraulischen Zylinders wird gestoppt, um
den hydraulischen Zylinder in einen Haltezustand zu bringen. Wenn
danach die Baumaschine sich mit in den Kübel eingeladener Erde und eingeladenem
Sand bewegt, dann empfängt
sie Stöße und vibriert
wegen der Prellstöße oder
dergleichen auf einer Straßenoberfläche.
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Infolgedessen
können
die Erde und der Sand, welche in den Kübel geladen sind, aus dem Kübel herausfallen.
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Um
das zu verhindern, ist in einem herkömmlichen hydraulischen Zylinder
der Akkumulator mit dem hydraulischen Zylinder unabhängig von
dem Hydraulikkreis des Kübelzylinders
verbun den, welcher den hydraulischen Zylinder mit dem Betriebsöl versorgt,
um so einen auf das Fahrzeug aufgebrachten Stoß mittels der Kompressibilität des in
den Akkumulator eingefüllten
Gases zu absorbieren oder zu reduzieren. Der Akkumulator 30 für die hydraulischen Zylinder 1, 40 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann natürlich
die Dämpfungsfunktion
zu der oben beschriebenen Zeit beim Halten des Zylinders aktivieren.
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Wie
in 9 gezeigt ist, dann wird, falls ein Stoß auf den
hydraulischen Zylinder 1 aufgebracht wird, wenn dieser
bei gestopptem Zylinderstößel gehalten
wird, ein Druck auf das Betriebsöl
C aufgebracht, wenn der an dem Zylinderstößel befestigte Zylinderkolben
sich bewegt. Der Akkumulatorkolben 33 wird durch diesen
Druck gedrückt.
Sein Druck F verringert sich nach und nach, bevor der Druck F und der
Druck G des Druckgases 34, welches hermetisch abgedichtet
in die zweite Zylinderstößelkammer 32 geladen
wurde, über
den zwischen diesen angeordneten Akkumulatorkolben 33 in
ein gegenseitiges Gleichgewicht gebracht werden.
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Deshalb
kann der Akkumulator 30 für den hydraulischen Zylinder 1 die
Dämpfungsfunktion
beim Halten des Zylinders erfüllen,
wie oben beschrieben wurde, und der Akkumulator 30 ist
innerhalb des Zylinderstößels 6 angeordnet,
so dass die Dämpfungsfunktion
beim Halten des Zylinders im Vergleich mit der herkömmlichen
Verbindung des Akkumulators, unabhängig von dem Hydraulikkreis
des Kübelzylinders
zum Versorgen des hydraulischen Zylinders mit Betriebsöl, kompakt
sein kann.
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Der
hydraulische Zylinder 1 ist so konfiguriert, dass dann,
wenn der Zylinderstößel 6 unter
seinem eigenen Gewicht oder unter einem Ladegewicht frei in einer
Richtung abfällt,
bei der der hydraulische Zylinder 1 eingefahren ist, die
obere Seitenöffnung 20 und
die Akkumulieröffnung 22 miteinander
in Verbindung gebracht werden, wie in 7 gezeigt
ist, um das Betriebsöl
C der zweiten Zylinderkammer 4, welches aus der oberen
Seitenöffnung 20 fließt, in die
erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 zu leiten, so dass das Druckgas 34,
welches hermetisch abgedichtet in die zweite Zylinderstößelkammer 32 geladen
wurde, komprimiert und in dem Akkumulator 30 gesammelt
wird. Mit dieser Konfiguration wird, wenn der Zylinderstößel 6 des
hydraulischen Zylinders 1 ausgefahren wird, der in dem
Akkumulator 30 akkumulierte Druck über das Betriebsöl C auf
die zweite Zylinderkammer 4 übertragen und aus dieser abgelassen.
Die akkumulierte Energie wird dazu verwendet, den Zylinderstößel 6 des
hydraulischen Zylinders 1 leicht auszufahren. Auf diese Weise
kann die in dem Akkumulator 30 akkumulierte Energie wiedergewonnen
und wiederverwendet werden, um auf diese Weise Energieeinsparungen
zu erzielen. Die Wiedergewinnung und Wiederverwendung der in dem
Akkumulator 30 akkumulierten Energie ist sehr wirksam,
wenn der hydraulische Zylinder 1 speziell für einen
Gabelstapler oder ein Hebebühnenfahrzeug
für Arbeiten
an einem hochgelegenen Ort eingesetzt wird.
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Es
wird jetzt eine Ausgestaltung 1 des Hydraulikkreises für die Antriebssteuerung
des hydraulischen Zylinders 1 beschrieben, in welchem der
Akkumulator 30 eingebaut ist.
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[AUSGESTALTUNG 1]
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Der
hydraulische Zylinder 1 wird durch ein Symbol dargestellt,
welches in 10A gezeigt ist, und der Akkumulator 30 wird
durch ein Symbol dargestellt, welches in 10B gezeigt
ist.
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Der
hydraulische Zylinder 1, in welchem der Akkumulator 30 angeordnet
ist, wird durch ein Symbol dargestellt, welches in 10C gezeigt ist. Die obere Seitenöffnung 20,
die untere Seitenöffnung 21 und
die Akkumulieröffnung 22 sind
dargestellt, wie in 10C gezeigt.
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Die 11A und 11B zeigen
einen Hydraulikkreis für
die Antriebssteuerung des in den Akkumulator 30 eingebauten
hydraulischen Zylinders 1.
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Der
hydraulische Zylinder 1 und ein Dämpfungssteuerventil v1, welches
ein 3-Positionsschaltventil zum Steuern des hydraulischen Zylinders 1 ist, sind
an der Arbeitsmaschine A angeordnet, und das Dämpfungssteuerventil v1 ist
integral mit oder in der Nähe
des hydraulischen Zylinders 1 angeordnet.
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An
einer Fahrzeugkarosserie B sind ein Tank t zum Aufbewahren des Betriebsöls, ein
hydraulischer Motor p zum Zuführen
des Betriebsöls
von dem Tank t zu der Arbeitsmaschine A, ein Sperrventil g, ein
Druckbegrenzungsventil rv zum Begrenzen eines Hydraulikkreisdruckes
und ein Richtungsschaltventil kv zum Schalten des hydraulischen
Zylinders 1 zwischen Ausfahr-, Einfahr- und Haltebetrieben
angeordnet.
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Das
Dämpfungssteuerventil
v1 ist ein 5-Anschluss-3-Positionsschaltventil, wie in 13A gezeigt, und es hat Sammelanschlüsse ap1,
ap2, ap3, die mit dem Akkumulator 30 verbunden sind, erste Ausfahr-/Einfahranschlüsse sp1,
sp2, sp3, die mit der zweiten Zylinderkammer 4 verbunden
sind, und zweite Aus fahr-/Einfahranschlüsse cp1, cp2, cp3, die mit
der ersten Zylinderkammer 3, jeweils an dem hydraulischen
Zylinder 1, verbunden sind, und es hat auch erste Zuführ-/Abführanschlüsse ka1,
ka2, ka3 sowie zweite Zuführ-/Abführanschlüsse kb1,
kb2, kb3, welche zum Zuführen
oder Abführen
des bei dem hydraulischen Motor p und dem Tank t vorgesehenen Betriebsöls verwendet
werden.
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Die
Verbindung zu dem Akkumulator 30 ist bei einer ersten,
in 13A gezeigten Schaltposition v11 blockiert, der
erste Ausfahr-/Einfahranschluss ist mit einem ersten Zuführ-/Abführrohr kh1
verbunden, der zweite Ausfahr-/Einfahranschluss cp1 ist mit einem
zweiten Zuführ-/Abführrohr kh2
verbunden, und das Betriebsöl
wird mit Bezug auf die erste Zylinderkammer 3 und die zweite
Zylinderkammer 4 zugeführt
bzw. abgeführt.
So wird der hydraulische Zylinder 1 ausgefahren oder eingefahren.
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Eine
zweite, in 13B gezeigte Schaltposition
v12 ist eine Position, bei der ein Schaltvorgang zum Zeitpunkt des
Stoppens des Einfahrbetriebes durchgeführt wird, nachdem das Betriebsöl der ersten
Zylinderkammer 3 des hydraulischen Zylinders 1 zugeführt wurde
und das Betriebsöl
aus der zweiten Zylinderkammer 4 abgeführt wurde, um den hydraulischen
Zylinder 1 einzufahren.
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Eine
dritte Schaltposition v13, die in 13C gezeigt
ist, ist eine Position, bei der ein Schaltvorgang zum Zeitpunkt
des Stoppens des Ausfahrbetriebes durchgeführt wird, nachdem das Betriebsöl der zweiten
Zylinderkammer 4 des hydraulischen Zylinders 1 zugeführt wurde
und das Betriebsöl
aus der ersten Zylinderkammer 3 abgeführt wurde, um den hydraulischen
Zylin der 1 auszufahren.
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Es
wird jetzt ein Betrieb des hydraulischen Zylinders 1 des
Hydraulikkreises beschrieben.
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Um
den hydraulischen Zylinder 1 einzufahren, wird das Richtungsschaltventil
kv in eine erste Schaltposition kv1 geschaltet, und das Dämpfungssteuerventil
v1 wird in die erste Schaltposition v11 geschaltet, wie in 11A gezeigt ist.
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In
diesem Fall wird das Betriebsöl
der ersten Zylinderkammer 3 des hydraulischen Zylinders 1 zugeführt, und
das Betriebsöl
wird aus der zweiten Zylinderkammer 4 abgeführt, um
den hydraulischen Zylinder 1 einzufahren. In diesem Fall
ist die Verbindung zu dem Akkumulator 30 blockiert, und
das Betriebsöl wird
nicht zugeführt
oder abgeführt,
so dass der Akkumulator 30 nicht arbeitet.
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Sodann
wird der hydraulische Zylinder 1 in eine vorgegebene Position
eingefahren, so dass er die Stoppposition erreicht, das Richtungsschaltventil kv
wird in eine zweite Schaltposition kv2 geschaltet, und das Dämpfungssteuerventil
v1 wird in die zweite Schaltposition v12 geschaltet, wie in 12A gezeigt ist.
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Zu
diesem Zeitpunkt ist die Verbindung des zweiten Zuführ-/Abführrohres
kh2 mit dem hydraulischen Motor p durch das Richtungsschaltventil
kv blockiert, um die Zufuhr des Betriebsöls zu der ersten Zylinderkammer 3 zu
stoppen, und die Verbindung des ersten Zuführ-/Abführrohres kh1 zu dem Tank ist blockiert.
Auf diese Weise wird die Abführung
des Betriebsöls
aus der zweiten Zylinderkammer 4 gestoppt.
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Bei
dem Dämpfungssteuerventil
v1 sind der Akkumulieranschluss ap2 und der erste Ausfahr-/Einfahranschluss
sp2 bei der zweiten Schaltposition v12 wechselseitig angeschlossen,
wie in 13B gezeigt ist; das Betriebsöl in der
zweiten Zylinderkammer 4 wird in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleitet.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird ein Dämpfungsbetrieb
ausgeführt,
wie oben beschrieben wurde, bis der Druck des aus der zweiten Zylinderkammer 4 in die
erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleiteten Betriebsöls und der Druck des Gases 34,
welches hermetisch abgedichtet in die zweite Zylinderstößelkammer 32 des
Akkumulators 30 geladen wurde, über den dazwischen angeordneten
Akkumulatorkolben 33 in gegenseitigem Gleichgewicht ist,
und die Dämpfungsfunktion
kann ausgeführt
werden. Außerdem
kann ein Stoß wegen
des Stoppens der Einfahrbewegung, welcher verursacht wird, wenn der
Zylinderstößel 6 nach
seinem Einfahrbetrieb gestoppt wird, absorbiert werden. Auf diese
Weise kann das Auftreten eines Stoßes verhindert werden.
-
Gleichzeitig
kann potentielle Energie des Einfahrbetriebes des hydraulischen
Zylinders 1 als Druck des Gases 34 in der zweiten
Zylinderstößelkammer 32 des
Akkumulators 30 akkumuliert werden.
-
Als
Dämpfungssteuerventil
v1, welches in den 13A bis 13C gezeigt
ist, kann ein Dämpfungssteuerventil
v2 bestimmt werden, welches einstellbare Drosseln (erste Drosselvorrichtung) ks1,
(zweite Drosselvorrichtung) ks2 beinhaltet, die die Einschnürung der
Querschnittsfläche
justieren können,
wie in den 14A und 14B gezeigt
ist.
-
Das
Dämpfungssteuerventil
v2 ist mit dem Richtungsschaltventil kv über das erste Zuführ-/Abführrohr kh1
und das zweite Zuführ-/Abführrohr kh2 zum
Zuführen/Abführen des
Betriebsöls
verbunden.
-
Wie
in 14A gezeigt ist, sind ein Akkumulieranschluss
ap2' und die zweite
Zylinderkammer 4 mit dem ersten Zuführ-/Abführrohr
kh1 über
die einstellbare Drossel ks1 bei einer zweiten Schaltposition v22
des Dämpfungssteuerventils
v2 verbunden. Wie in 14B gezeigt ist, sind ein Akkumulieranschluss ap3' und die erste Zylinderkammer 3 mit
dem zweiten Zuführ-/Abführrohr kh2 über die
einstellbare Drossel ks2 bei einer dritten Schaltposition v23 des
Dämpfungssteuerventils
v2 verbunden.
-
Das
Dämpfungssteuerventil
v2 ist in der gleichen Weise konfiguriert wie das Dämpfungssteuerventil
v1 mit der Ausnahme, dass das Dämpfungssteuerventil
v1 einstellbare Drosseln ks1, ks2 beinhaltet. Deshalb sind die Komponenten
des Dämpfungssteuerventils
v1 ihren Bezugszahlen zugeordnet, und ihre ins einzelne gehenden
Beschreibungen wurden fortgelassen.
-
Wenn
das Dämpfungssteuerventil
v2 verwendet wird, dann wird die Zufuhr des Betriebsöls zu der
ersten Zylinderkammer 3 bei der zweiten Schaltposition
v22 gestoppt, wie in 14A gezeigt ist, die Abführung des
Betriebsöls
aus der zweiten Zylinderkammer 4 wird gestoppt, und gleichzeitig
wird das Betriebsöl
der zweiten Zylinderkammer 4 in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleitet.
-
Zu
diesem Zeitpunkt fließt
das aus der zweiten Zylinderkammer 4 abgeführte Betriebsöl teilweise über die
einstellbare Drossel ks1 zu dem ersten Zuführ-/Abführrohr kh1, so dass eine Dämpfungsjustierung
des Einfahrbetriebes des hydraulischen Zylinders 1 und
eine Justierung der Akkumulierung der potentiellen Energie durch
den Einfahrbetrieb durch Justieren der einstellbaren Drossel ks1
durchgeführt werden
können.
-
Wenn
der hydraulische Zylinder 1 ausgefahren wird, dann wird
das Richtungsschaltventil kv in eine dritte Schaltposition kv3 geschaltet,
und das Dämpfungssteuerventil
v1 wird in die erste Schaltposition v11 geschaltet, wie in 11B gezeigt ist.
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In
diesem Fall wird das Betriebsöl
der zweiten Zylinderkammer 4 des hydraulischen Zylinders 1 zugeführt, und
das Betriebsöl
wird aus der ersten Zylinderkammer 3 abgeführt, um
den hydraulischen Zylinder 1 zu expandieren. In diesem
Fall ist die Verbindung zu dem Akkumulator 30 blockiert,
und das Betriebsöl
wird weder zugeführt
noch abgeführt.
Deshalb arbeitet der Akkumulator 30 nicht.
-
Wenn
der hydraulische Zylinder 1 bis zu einer vorgegebenen Position
ausgefahren wird und die Stoppposition erreicht, dann wird das Richtungsschaltventil
kv in die zweite Schaltposition kv2 geschaltet, und das Dämpfungssteuerventil
v1 wird in die dritte Schaltposition v13 geschaltet, wie in 12B gezeigt ist.
-
Zu
diesem Zeitpunkt ist die Verbindung des ersten Zuführ-/Abführrohres
kh1 mit dem hydraulischen Motor p durch das Richtungsschaltventil
kv blockiert, um die Zufuhr des Be triebsöls zu der zweiten Zylinderkammer 4 zu
stoppen, und die Verbindung des zweiten Zuführ-/Abführrohres kh2 mit dem Tank ist
blockiert, um die Abführung
des Betriebsöls aus
der ersten Zylinderkammer 3 zu stoppen.
-
Der
Akkumulieranschluss ap3 und der zweite Ausfahr-/Einfahranschluss
cp3 des Dämpfungssteuerventils
v1 sind bei der dritten Schaltposition v13 so angeschlossen, wie
es in der 13C gezeigt ist, und das Betriebsöl in der
ersten Zylinderkammer 3 wird in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleitet.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird die Dämpfungsbewegung
durchgeführt,
bis der Druck des aus der ersten Zylinderkammer 3 in die
erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleiteten Betriebsöls und der Druck des Gases 34,
welches hermetisch abgedichtet in die zweite Zylinderstößelkammer 32 des Akkumulators 30 geladen
wurde, über
den zwischen diesen angeordneten Akkumulatorkolben 33 in
ein gegenseitiges Gleichgewicht gebracht sind, wie oben beschrieben
wurde, und die Dämpfungsfunktion kann
ausgeführt
werden. Ein Stoß wegen
des Stoppens der Ausfahrbewegung, welcher verursacht wird, wenn
der Zylinderstößel 6 nach
seinem Ausfahrbetrieb gestoppt wird, kann absorbiert werden. Auf
diese Weise kann das Auftreten eines Stoßes verhindert werden.
-
Gleichzeitig
kann die potentielle Energie des Ausfahrbetriebes des hydraulischen
Zylinders 1 als Druck des Gases 34 in der zweiten
Zylinderstößelkammer 32 des
Akkumulators 30 akkumuliert werden.
-
Das
Dämpfungssteuerventil
v1, welches in den 13A bis 13C gezeigt
ist, kann das Dämpfungssteuerventil
v2 mit einstellbaren Drosseln ks1, ks2 sein, welche in der Lage
sind, die Einschnürung
der Querschnittsfläche
zu justieren, wie in den 14A und 14B gezeigt ist.
-
Wenn
das Dämpfungssteuerventil
v2 verwendet wird, dann wird die Zufuhr des Betriebsöls zu der
zweiten Zylinderkammer 4 bei einer dritten Schaltposition
v23 gestoppt, wie in 14B gezeigt ist; die Abführung des
Betriebsöls
aus der ersten Zylinderkammer 3 wird gestoppt. Gleichzeitig
wird das Betriebsöl
in der ersten Zylinderkammer 3 in die erste Zylinderstößelkammer 31 des
Akkumulators 30 geleitet.
-
Zu
diesem Zeitpunkt fließt
das aus ersten Zylinderkammer 3 abgeführte Betriebsöl teilweise über die
einstellbare Drossel ks2 zu dem zweiten Zuführ-/Abführrohr kh2, so dass die Justierung
der einstellbaren Drossel ks2 es erlaubt, die Dämpfung des Ausfahrbetriebes
des hydraulischen Zylinders 1 und die Akkumulierung der
potentiellen Energie aus dem Ausfahrbetrieb zu justieren.
-
Der
Einsatz des Dämpfungssteuerventils
v2 erlaubt es demnach, die Dämpfungsjustierung
und die Akkumulierungsjustierung durch das Ventil mit den einstellbaren
Drosseln ks1, ks2 durchzuführen.
-
In
der oben stehenden Beschreibung wurde der hydraulische Zylinder 1 für einen
Kran, ein Bulldozer-Schaufelblatt und dergleichen verwendet, und eine
Dämpfung
wurde angewendet, wenn deren Betrieb gestoppt wurde. Wenn man jedoch
wünscht, dass
der hydraulische Zylinder 1 starr ohne Anwendung einer
Dämpfung
betrieben wird, um diesen in einem Fall einer Boden umwälzung durch
den Kübel
zu stoppen, dann reicht es aus, dass das Richtungsschaltventil kv,
wie in den 12A und 12B,
in die zweite Schaltposition kv2 geschaltet wird und das Dämpfungssteuerventil
v1 in die erste Schaltposition v11 geschaltet wird.
-
Gemäß der oben
beschriebenen Konfiguration erhält
man das Steuerventil und den Hydraulikkreis für eine Antriebssteuerung des
hydraulischen Zylinders 1 mit dem darin vorgesehenen Akkumulator 30,
die Dämpfungsfunktion
kann verwirklicht werden, wenn der Betrieb des hydraulischen Zylinders 1 gestoppt
wird, und ein Stoppstoß,
der verursacht wird, wenn der hydraulische Zylinder nach dem Betrieb
gestoppt wird, kann absorbiert werden, und das Auftreten des Stoßes kann
verhindert werden.
-
Auch
kann die potentielle Energie aus dem Betrieb des hydraulischen Zylinders 1 als
ein Druck des Gases 34 in der zweiten Zylinderstößelkammer 32 des
Akkumulators 30 akkumuliert werden, und sie kann als eine
Zusatzkraft bei dem nächsten
Start des hydraulischen Zylinders 1 eingesetzt werden.
-
Insbesondere
kann die Wiedergewinnung und Wiederverwendung der Energie in dem
Prozess des Akkumulierens in dem Akkumulator 30 und der Freigabe
von dessen Energie durchgeführt
werden, und es kann eine Energieeinsparung erzielt werden.
-
Wenn
das Dämpfungssteuerventil
v2 mit den einstellbaren Drosseln ks1, ks2, die in der Lage sind, die
Einschnürung
der Querschnittsfläche
zu justieren, anstelle des Dämpfungssteuerventils
v1 verwendet wird, dann erlaubt die Justierung der einstellbaren
Drosseln ks1, ks2 es, die Dämpfungsaktion
und den Akkumulierungseffekt zum Zeitpunkt des Stoppens des Einfahrbetriebes
und des Stoppens des Ausfahrbetriebes des hydraulischen Zylinders 1 zu justieren.
-
Das
Richtungsschaltventil kv ist an der Fahrzeugkarosserie B angeordnet,
und die Dämpfungssteuerventile
v1, v2 sind an der Arbeitsmaschine A angeordnet, wie in den 11A und 11B sowie in
den 12A und 12B gezeigt
ist.
-
Deshalb
wird eine Rohrdistanz des ersten Zuführ-/Abführrohres kh1 und des zweiten
Zuführ-/Abführrohres
kh2 zwischen dem Richtungsschaltventil kv und den Dämpfungssteuerventilen
v1, v2 lang.
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Um
den hydraulischen Zylinder 1 einzufahren, wie oben beschrieben
wurde, wird ein Hochdruck-Betriebsöl durch das zweite Zuführ-/Abführrohr kh2
geleitet, um die erste Zylinderkammer 3 mit dem Betriebsöl zu versorgen,
wie in 11A gezeigt ist, und ein Niederdruck-Betriebsöl wird durch
das erste Zuführ-/Abführrohr kh1
geleitet, um das Betriebsöl aus
der zweiten Zylinderkammer 4 abzuführen.
-
Um
den hydraulischen Zylinder 1 auszufahren, wird umgekehrt
ein Hochdruck-Betriebsöl
durch das erste Zuführ-/Abführrohr kh1
geleitet, um die zweite Zylinderkammer 4 mit dem Betriebsöl zu versorgen,
wie in 11B gezeigt ist, und um das
Betriebsöl
aus der ersten Zylinderkammer 3 abzuführen, wird ein Niederdruck-Betriebsöl durch
das zweite Zuführ-/Abführrohr kh2
geleitet.
-
Wie
oben beschrieben wurde, wird der Druck des durch das erste Zuführ-/Abführrohr kh1
und das zweite Zuführ-/Abführ rohr kh2
strömenden
Betriebsöls
zwischen einem Niederdruck und einem Hochdruck ausgetauscht, abhängig von
dem Betrieb des hydraulischen Zylinders 1, so dass dann,
wenn das erste Zuführ-/Abführrohr kh1
und das zweite Zuführ-/Abführrohr kh2
lang sind, eine Zeitverzögerung auftritt,
wenn zwischen dem Ausfahrbetrieb und dem Einfahrbetrieb umgeschaltet
wird, so dass eine Umschaltreaktion nicht schnell erfolgen könnte.
-
Wie
oben beschrieben wurde, werden das Hochdruck-Betriebsöl und das
Niederdruck-Betriebsöl
durch das erste Zuführ-/Abführrohr kh1
bzw. das zweite Zuführ-/Abführrohr kh2
jeweils in entgegengesetzten Richtungen geleitet.
-
Deshalb
ist es erforderlich, dass das Zuführ-/Abführrohr kh1 und das zweite Zuführ-/Abführrohr kh2
gegen den Hochdruck beständig
sind und das diese lang sind, was zu steigenden Kosten führt. Es
ist besonders nachteilig bezüglich
der Kosten, wenn diese bei einem großen Fahrzeug verwendet werden.
-
[AUSGESTALTUNG 2]
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Die
Ausgestaltung 2, bei der der oben beschriebene Nachteil behoben
ist, ist in den 15A und 15B sowie
den 16A und 16B gezeigt.
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Bei
der Ausgestaltung 2 ist das Richtungsschaltventil kv' der Ausgestaltung
1 mit einem Dämpfungssteuerventil
v1' integriert oder
näher zu
diesem angeordnet.
-
Deshalb
sind das Dämpfungssteuerventil
v1' und das Richtungsschaltventil
kv' integral mit
oder näher
an dem hydraulischen Zylinder 1 bei der Arbeitsmaschine
A angeordnet.
-
In
dieser Konfiguration sind die Rohre ks1, ks2 zum Verbinden des Richtungsschaltventils
kv' bei der Arbeitsmaschine
A und der Hydraulikeinrichtung, wie etwa dem hydraulischen Motor
p an der Fahrzeugkarosserie B, lang verlegt.
-
Ausgestaltung
2 ist in der gleichen Weise konfiguriert wie die erste Ausgestaltung,
mit Ausnahme der oben beschriebenen Konfiguration, und es werden
gleiche Bezugszahlen verwendet, um die gleichen Komponenten zu bezeichnen;
ihre ins einzelne gehenden Beschreibungen wurden fortgelassen.
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Wenn
der hydraulische Zylinder 1 eingefahren wird, dann wird
das Richtungsschaltventil kv' in eine
erste Schaltposition kv1' geschaltet,
wie in 15A gezeigt ist, und das Dämpfungssteuerventil v1' wird in eine erste
Schaltposition v11' geschaltet.
-
Deshalb
ist das Rohr ks1 so angeschlossen, dass es ein Hochdruck-Betriebsöl in die
erste Zylinderkammer 3 liefert, und das Betriebsöl in der
zweiten Zylinderkammer 4 mit einem niedrigen Druck wird über das
angeschlossene Rohr ks2 abgeführt.
-
15A zeigt einen Zustand derart, dass dann, wenn
der Einfahrbetrieb gestoppt wird, das Betriebsöl aus der zweiten Zylinderkammer 4 in
den Akkumulator 30 geleitet wird, um eine Dämpfungsaktion auszuführen.
-
Wenn
der hydraulische Zylinder 1 ausgefahren wird, dann wird
das Richtungsschaltventil kv' in eine
dritte Schaltposition kv3' geschaltet,
wie in 15B gezeigt ist, und das Dämpfungssteuerventil v1' wird in die erste
Schaltposition v11' geschaltet.
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Das
Rohr ks1 ist so angeschlossen, dass es das Hochdruck-Betriebsöl in die
zweite Zylinderkammer 4 liefert, und das Betriebsöl in der
ersten Zylinderkammer 3 mit einem niedrigen Druck wird über das
angeschlossene Rohr ks2 abgeführt.
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16B zeigt, dass eine Dämpfungsaktion ausgeführt wird,
indem man das Betriebsöl
in der ersten Zylinderkammer 3 zu dem Akkumulator 30 leitet, um
den Ausfahrbetrieb zu stoppen.
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Durch
eine Konfigurierung, wie sie oben beschrieben wurde, werden das
Richtungsschaltventil kv' und
das Dämpfungssteuerventil
v1' integral miteinander
oder nahe beieinander angeordnet. Deshalb ist die Distanz zwischen
dem Richtungsschaltventil kv' und
dem Dämpfungssteuerventil
v1' kurz, so dass
das Rohr so kurz wie möglich
ausgeführt werden
kann. So kann ein Umschalten von dem hohen Druck auf den niedrigen
Druck des Betriebsöls und
umgekehrt in dem Rohr zum Zeitpunkt des Zuführens und Abführens stoßfrei durchgeführt werden.
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Deshalb
kann ein Umschalten von dem Ausfahrbetrieb zu dem Einfahrbetrieb
des hydraulischen Zylinders 1 und umgekehrt stoßfrei und
schnell durchgeführt
werden, und die Betriebsschaltreaktion des hydraulischen Zylinders 1 wird
verbessert.
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Wie
oben beschrieben wurde, strömt
das Hochdruck-Betriebsöl
zum Zeitpunkt des in 15A gezeigten Einfahrbetriebes
und des in 15B gezeigten Ausfahrbetriebes
des hydraulischen Zylinders 1 beständig in der Richtung des Pfeiles
durch das Rohr ks1, und das Niederdruck-Betriebsöl fließt in der Richtung des Pfeiles
durch das Rohr ks2.
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Deshalb
können
die Rohre ks1, ks2, welche die Hydraulikeinrichtung an der Arbeitsmaschine
A und die Hydraulikeinrichtung an der Fahrzeugkarosserie B miteinander
verbinden, als Hochdruckrohr bzw. Niederdruckrohr ausgelegt werden.
Außerdem kann
die Fließrichtung
des Betriebsöls
entsprechend einer vorgegebenen Richtung festgelegt werden. Auf diese
Weise kann die Konstruktion der Rohre ks1, ks2 optimiert werden.
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Es
ist unnötig
zu sagen, dass das Dämpfungssteuerventil
v1' durch das oben
beschriebene Dämpfungssteuerventil
v2 mit den einstellbaren Drosseln ks1, ks2 ersetzt werden kann,
die in der Lage sind, die Einschnürung der Querschnittsfläche zu justieren
(siehe 14A und 14B).
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In
diesem Fall, in welchem das Dämpfungssteuerventil
v2 mit den darin angeordneten einstellbaren Drosseln ks1, ks2 verwendet
wird, erlaubt die Justierung der einstellbaren Drosseln ks1, ks2
eine Justierung des Dämpfungsbetriebes
und eine Justierung des Akkumulierungseffektes, wenn der Einfahrbetrieb
und der Ausfahrbetrieb des hydraulischen Zylinders 1 gestoppt
werden.
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In
der oben beschriebenen Ausgestaltung wird vorausgesetzt, dass die
Richtungsschaltventile kv, kv' und
die Dämpfungssteuerventile
v1, v1', v2 Solenoidventile
sind; sie können
jedoch beliebige Ventile, wie etwa ein Hydraulikventil für einen
Pilotdruck oder andere Ventiltypen sein.
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Wie
oben beschrieben wurde, schafft die vorliegende Erfindung einen
optimalen Hydraulikkreis für
einen hydraulischen Zylinder, welcher nach Wunsch die Ausführung bzw.
die Beendigung einer Stoßdämpfungsfunktion
eines innerhalb eines Zylinderstößels angeordneten
Akkumulators verwirklichen kann, so dass er bei verschiedenen Maschinentypen
eingesetzt werden kann, einschließlich Baumaschinen wie etwa
Krane und Bulldozer sowie Werkzeugmaschinen, wie etwa Pressen, wenn
diese den hydraulischen Zylinder einsetzen.
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Ein
Hydraulikkreis für
einen hydraulischen Zylinder, welcher in der Lage ist, eine Stoßdämpfungsfunktion
zum Zeitpunkt des Stoppens des Betriebes eines Zylinderkolbenstößels auszuführen und zu
justieren sowie diese Funktion freizugeben, umfasst ein Dämpfungssteuerventil
(v1) mit einer ersten Schaltposition (v11), welche die Verbindung
der Akkumulieröffnung
(22) mit der Außenseite
blockiert und eine Zuführung
bzw. Abführung
oder eine Abführung
bzw. Zuführung
des Betriebsöls
bezüglich
der ersten Zylinderkammer (3) bzw. der zweiten Zylinderkammer
(4) ausführt,
eine zweite Schaltposition (v12), welche wenigstens die Akkumulieröffnung (22) und
die zweite Zylinderkammer (4) miteinander verbindet, und
eine dritte Schaltposition (v13), welche wenigstens die Akkumulieröffnung (22)
und die erste Zylinderkammer (3) miteinander verbindet.