DE102007001510B4

DE102007001510B4 - Hydraulisches System mit mehrfachen Druckentlastungspegeln

Info

Publication number: DE102007001510B4
Application number: DE102007001510.2A
Authority: DE
Inventors: David A. Dornbach
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: JP2007239992A; US7222484B1; DE102007001510A1

Abstract

Hydraulisches System, umfassend: eine Zuführleitung (35), die ein unter Druck stehendes Fluid von einer Quelle (33) empfangt; eine Rückführleitung (38) zum Leiten des Fluides zurück zu der Quelle (33); einen Druckentlastungskanal (58); ein erstes Steuerventil (46), welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist und welches einen ersten Arbeitsport zur Verbindung mit einem ersten hydraulischen Aktuator aufweist, wobei das erste Steuerventil (46) eine erste Position einnehmen kann, in welcher die Zuführleitung (35) mit dem ersten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, in welcher die Rückführleitung (38) mit dem ersten Arbeitsport verbunden ist; ein Primardruck-Entlastungsventil (39), welches den Druck in der Zuführleitung (35) auf weniger als eine erste Druckgrenze begrenzt; ein zweites Steuerventil (52), welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist, und welches einen zweiten Arbeitsport zur Verbindung mit einem zweiten hydraulischen Aktuator aufweist, wobei das zweite Steuerventil (52) eine erste Position einnehmen kann, bei der die Zuführleitung (35) mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, bei der die Rückführleitung (38) mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist, wobei das zweite Steuerventil (52) einen ersten Ausgangsport hat, der mit dem Druckentlastungskanal (58) gekoppelt ist; ein drittes Steuerventil, welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist und welches einen dritten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem dritten hydraulischen Aktuator aufweist, wobei das dritte Steuerventil eine erste Position einnehmen kann, bei der die Zuführleitung (35) mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, bei der die Rückführleitung (38) mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist, wobei das dritte Steuerventil einen zweiten Ausgangsport hat, der mit dem Druckentlastungskanal (58) gekoppelt ist; und ein Sekundärdruck-Entlastungsventil (68), welches mit dem Druckentlastungskanal (58) verbunden ist und welches den Druck, den das zweite Steuerventil (52) an den zweiten Arbeitsport anlegt und das dritte Steuerventil an den dritten Arbeitsport anlegt, auf eine niedrigere als eine zweite Druckgrenze begrenzt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Systeme, welche unabhängig voneinander den Betrieb einer Vielzahl hydraulischer Aktuatoren steuern, und mehr im einzelnen solche hydraulischen Systeme, in denen verschiedene hydraulische Aktuatoren unterschiedliche Betriebsdruckgrenzen haben, die durch getrennte Druckentlastungsventile bestimmt sind. Ein derartiges hydraulisches System ist aus der US 4 745 844 A bekannt.
2. Beschreibung des relevanten Standes der Technik
Zahlreiche Maschinentypen haben Komponenten, die von einem hydraulischen System bewegt werden. Beispielsweise ist ein Gabelstapler ein Fahrzeug zum Transportieren von Objekten durch eine Fabrik oder ein Warenlager, und er hat einen Motor, welcher eine Pumpe antreibt, um ein Druckfluid zur Leistungsversorgung verschiedener Funktionen zur Verfügung zu stellen, wie etwa einen Antrieb der Rader zum Vorwärtsbewegen des Fahrzeuges oder ein Anheben der Objekte.
Ein beispielhafter Gabelstapler 10 ist in 1 gezeigt, und er umfasst ein Chassis 12 mit einer Fahrerkabine 14. Ein Teleskopmast 16 mit mehreren Sektionen ist an der Vorderseite des Chassis angeordnet, und er umfasst eine Basissektion 18 sowie einen oder mehrere Teleskopsektionen 20, die in die Basissektion eingeschachtelt sind. Ein Gabelwagen 22 mit den die Last tragenden Gabelzinken 23 ist verschiebbar an einer der Teleskopsektionen montiert, und er wird durch einen Hebezylinder 24 auf und ab bewegt. Typischerweise ist der Hebezylinder 24 mit einem (nicht gezeigten) Mechanismus verbunden, welcher Ketten umfasst, die über Kettenräder laufen, um die Teleskopsektionen 20 relativ zu der Basissektion 18 auszufahren und einzufahren. Ein Kippzylinder 26, welcher zwischen den Vorderrädern 25 des Gabelstaplers 10 horizontal montiert ist, ist an dem Chassis 12 und dem unteren Ende der Mastbasissektion 18 befestigt. Der Kippzylinder 26 schwenkt den Teleskopmast 16 um eine horizontale Welle 28, um die Enden der Gabelzinken 23 nach oben und unten zu kippen, um die Last darauf zu halten. Das Hydraulikfluid, welches die Hebe- und Kippzylinder 24 bzw. 26 antreibt, wird durch Ventile gesteuert, die durch Steuerelemente in der Fahrerkabine 16 betätigt werden.
Der Einsatz des Gabelstaplers 10 erfordert es oft, dass die Hebe- und Kippzylinder 24 bzw. 26 gleichzeitig in Betrieb sind, um den Mast 16 zu kippen, wenn der Gabelwagen angehoben wird. Allerdings hat jede dieser Funktionen eine eigene Druckcharakteristik, die vorgibt, dass ihr Maximaldruck auf unterschiedliche Größen begrenzt wird. Weil der Gabelwagen 22 eine relativ schwere Last tragen kann, kann die Maximaldruckgrenze für den Hebezylinder 24 gleich 200 bar sein, wahrend die Maximaldruckgrenze für den Kippzylinder in der Größenordnung von 140 bar beispielsweise liegt. Diese maximalen Druckpegel werden durch die Einstellung von Druckentlastungsventilen an unterschiedlichen Stellen in dem Hydraulikschaltkreis bestimmt.
Ziemlich oft hatte jede hydraulische Funktion in einer Maschine ein separates Druckentlastungsventil, welches auf eine spezifische Druckgrenze für die zugeordnete Funktion eingestellt war. Diese Art einer Steuerung war relativ teuer, da ein Druckentlastungsventil für jede Funktion erforderlich war, auch wenn einige derselben die gleiche Druckgrenze hatten.
US-Patent Nr. 4,561,463 beschreibt ein alternatives hydraulisches System, welches eine Mehrfachsektions-Ventilanordnung mit einem Paar Entlastungsventilen hat, und zwar eines für eine einzelne Hochdruckfunktion und ein anderes für zwei Funktionen niedrigen Druckes. Ein Hochdruckentlastungsventil steuerte den Druck am Einlass zu der Ventilanordnung und den der ersten Ventilsektion für die Hochdruckfunktion. Der Druck in den nachfolgenden Ventilsektionen wurde durch ein zweites Entlastungsventil gesteuert, welches eine niedrigere Einstellung hatte. Wenn jedoch die zweite Ventilsektion ein Druckfluid zu seinem zugeordneten hydraulischen Aktuator lieferte, war die dritte Ventilsektion außer Betrieb gesetzt. Die zweite und dritte Ventilsektion waren demnach seriell verbunden und es konnten nicht alle hydraulische Funktionen gleichzeitig arbeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, drei oder mehr hydraulische Funktionen, welche unterschiedliche Druckgrenzen erfordern, in die Lage zu versetzen, gleichzeitig zu arbeiten, ohne dass man ein separates Druckentlastungsventil für jede Funktion vorsieht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch hydraulische Systeme nach den Patentansprüchen 1, 8 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein erstes Steuerventil ist sowohl mit der Zuführleitung als auch mit der Ruckführleitung verbunden, und es hat einen ersten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem ersten hydraulischen Aktuator. In einer ersten Position verbindet das erste Steuerventil die Zuführung mit dem ersten Arbeitsport und in einer zweiten Position wird die Rückführleitung mit dem ersten Arbeitsport verbunden.
Ein zweites Steuerventil ist mit der Zuführleitung und mit der Ruckführleitung verbunden, und es hat einen zweiten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem zweiten hydraulischen Aktuator. Ein erster Auslassport ist an den Druckentlastungskanal angeschlossen. Das zweite Steuerventil hat eine erste Position, in der die Zuführleitung mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist, und es hat eine zweite Position, bei der die Ruckführleitung mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist.
Ein drittes Steuerventil ist mit der Zuführleitung und der Ruckführleitung verbunden, und hat einen dritten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem dritten hydraulischen Aktuator. Ein zweiter Auslassport des dritten Steuerventils ist an den Druckentlastungskanal angeschlossen. Das dritte Steuerventil hat eine erste Position, bei der die Zuführleitung mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist, und es hat eine zweite Position, bei der die Rückführleitung mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist.
Ein Sekundardruck-Entlastungsventil ist zwischen dem Druckentlastungskanal und der Rückführleitung angeschlossen. Dieser Anschluss und der Betrieb des Sekundardruck-Entlastungsventils begrenzt sowohl den Druck, den das zweite Steuerventil auf den zweiten Arbeitsport aufbringt, als auch den Druck, den das dritte Steuerventil auf den dritten Arbeitsport aufbringt, auf einen Wert unterhalb einer zweiten Druckgrenze. Typischerweise liegt die erste Druckgrenze hoher als die zweite Druckgrenze.
Das Primardruck-Entlastungsventil stellt sicher, dass der Druck in dem hydraulischen System die erste Druckgrenze niemals überschreitet, und das zweite Druckentlastungsventil verhindert, dass der Druck in dem hydraulischen System die zweite Druckgrenze überschreitet, wenn irgendeine oder beide der zweiten bzw. dritten hydraulischen Funktionen aktiv sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Gabelstaplers, welcher ein hydraulisches System gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
2 ist ein schematisches Schaltbild einer Version des hydraulischen Systems, welches manuell betätigte Ventile mit einer offenen Mittelstellung (open center) verwendet; und
3 ist ein schematisches Schaltbild einer anderen Version des hydraulischen Systems, welches elektrisch betätigte Ventile verwendet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einem hydraulischen System für einen Gabelstapler, wie etwa der in 1 gezeigte, beschrieben, wobei es sich versteht, dass die erfinderischen Konzepte auf hydraulische Systeme für eine große Vielfalt anderer Einrichtungs- und Maschinentypen verwendet werden können.
Mit Bezug auf die 2 hat das hydraulische System für den Gabelstapler 10 eine Quelle 33 eines hydraulischen Fluides, die einen Behälter 32 umfasst, aus dem ein hydraulisches Fluid von einer Pumpe 34 gesaugt und unter Druck zu einem Druckregelventil 31 gedruckt wird. Das Druckregelventil 31 reagiert auf die Hydraulikfluiddruckanforderungen der Antriebsfunktion 40, welche die Räder 25 des Gabelstaplers 10 antreibt. Typischerweise hat der Fahrzeugantrieb Priorität gegenüber anderen hydraulischen Funktionen, und das Druckregelventil stellt sicher, dass diese Druckanforderungen berücksichtigt werden, um den Gabelstapler anzutreiben. Das Druckregelventil 76 leitet demnach das Pumpenausgangsfluid zu der Antriebsfunktion 40, und dasjenige dieses Ausgangsfluides, welches nach einer ausreichenden Versorgung der Antriebsfunktion übrigbleibt, wird über eine Zuführleitung 35 den anderen hydraulischen Funktionen 41, 42 und 43 zugeführt.
Die Zuführleitung 35 ist in mehrere Abschnitte 36a bis 36e zwischen diesen anderen hydraulischen Funktionen 41 bis 43 und in eine parallele Verzweigung 37 aufgeteilt. Eine primäre oder erste hydraulische Funktion 41 betreibt den Hebezylinder 24, wahrend die zweite hydraulische Funktion 42 den Kippzylinder 26 betreibt. Die dritte und vierte hydraulische Funktion 43 bzw. 44 liefern Fluid an Hilfseinrichtungen, die an den Gabelstapler 10 angeschlossen sind. Hydraulisches Fluid kehrt von den hydraulischen Funktionen 40 bis 44 zu dem Tank 32 über eine Rückführleitung 38 zurück.
Der Druck in der Zuführleitung 35 ist auf einen maximalen Pegel mittels eines Primardruck-Entlastungsventils 39 begrenzt, welches öffnet, wenn der Druck einen Pegel übersteigt, der mittels einer einstellbaren Feder eingestellt ist, wobei auch andere Typen von Entlastungsventilen verwendet werden können. Im Falle des Gabelstaplers 10 ist das Primardruck-Entlastungsventil 39 auf einen relativ hohen Druckpegel eingestellt, und zwar beispielsweise etwa 200 bar. Wenn diese Druckgrenze überschritten wird, dann wird ein Weg von der Zuführleitung 35 zu der Tankrückführleitung 38 durch das Primardruck-Entlastungsventil 39 hergestellt. Das Fluid mit relativ hohem Druck wird von der ersten hydraulischen Funktion 41 gefordert, um den Gabelwagen 22 anzuheben, wenn dieser eine sehr schwere Last tragt.
Die erste hydraulische Funktion 41 wird von einem ersten Steuerventil 46 gesteuert, welches manuell über einen Hebel in der Fahrerkabine 14 des Gabelstaplers 10 betätigt wird. Das erste Steuerventil 46 ist ebenso wie die Steuerventile für die anderen hydraulischen Funktionen ein Drei-Stellungsventil mit offener Mittelstellung. In der Mittelstellung ist der Hebezylinder 24 sowohl von der Zuführleitung 35 als auch von der Rückführleitung 38 getrennt. Allerdings erlaubt in dieser Stellung des ersten Steuerventils 46 ein Kanal der offenen Mittelstellung, dass Hydraulikfluid durch das Ventil zwischen den Zuführleitungsabschnitten 36a und 36b fließt.
Wenn das erste Steuerventil 46 in 2 nach oben in eine offene erste Position geschaltet wird, dann wird der erste Zuführleitungsabschnitt 36a von den nachfolgenden Abschnitten 36b bis 36e getrennt, die mit den stromabwärtigen hydraulischen Funktionen 42 bis 44 verbunden sind. Der erste Zuführleitungsabschnitt 36a ist jetzt mit dem Arbeitsport des ersten Steuerventils 46 verbunden, welcher an die Kopfkammer des Hebezylinders 24 angeschlossen ist. Es sei bemerkt, dass Druckfluid dem Hebezylinder 24 nur zum Heben des Gabelwagens 22 zugeführt werden muss, weil die Schwerkraft die Kraft liefert, um den Gabelwagen abzusenken. Als Folge davon ist keine hydraulische Verbindung zu der Kolbenstangenkammer des Hebezylinders 24 vorgesehen. Ein Lastrückschlagventil 50 ist zwischen dem Arbeitsport des ersten Steuerventils 46 und dem Hebezylinder 24 angeschlossen, um zu verhindern, dass eine übermäßige Lastkraft Hydraulikfluid rückwärts durch das erste Steuerventil 46 und in die Zuführleitung 35 treibt.
Wenn das erste Steuerventil 46 in eine offene zweite Position (in der Ausrichtung der 2 nach unten) geschaltet wird, dann wird der erste Zuführleitungsabschnitt 36a mit dem nächsten Abschnitt 36b verbunden, welcher zu den stromabwärtigen Funktionen 42 bis 44 führt. In dieser offenen Position ist der Arbeitsport des Ventils mit der Rückführleitung 38 verbunden, so dass Fluid von dem Hebezylinder 24 ausgeschoben werden kann, wodurch der Gabelwagen 22 unter der Gravitationskraft abgesenkt wird.
Die zweiten, dritten und vierten hydraulischen Funktionen 42 bis 44 sind als sekundäre hydraulische Funktionen ausgelegt, weil jede ein hydraulisches Fluid niedrigeren Druckes benötigt verglichen mit der ersten hydraulischen Funktion 41 für den Hebezylinder 24. Die zweite hydraulische Funktion 42 betreibt den Kippzylinder 26, welcher den Mast 16 mittels eines zweiten Steuerventils 52 schwenkt. Dieses Ventil hat einen Einlaßport, welcher mit der Zuführleitungsverzweigung 37 verbunden ist, und einen anderen Port, welcher mit der Tankrückführleitung 38 verbunden ist. Es sei bemerkt, dass der Kippzylinder 26 doppelt wirkend ist, indem abhängig von der Schwenkrichtung Druckfluid entweder zu der Kopfkammer oder zu der Kolbenstangenkammer dieses Zylinders geleitet wird. Diese Zylinderkammern sind mit verschiedenen Arbeitsports des zweiten Steuerventils 52 verbunden.
Das zweite Steuerventil 52 ist auch ein Drei-Stellungsventil, welches eine Mittelstellung-AUS-Position mit einer offenen Mittelstellung hat derart, dass in dieser Position die Zuführleitungsabschnitte 36b und 36c miteinander verbunden sind, wahrend der Kippzylinder 26 sowohl von der Zuführleitung 35 als auch von der Rückführleitung 38 getrennt ist. Wenn das zweite Steuerventil 52 in einer offenen Position ist, dann wird Druckfluid von der Zuführleitungsverzweigung 37 zu einer der Kammern des Kippzylinders 26 geleitet, und Fluid von der anderen Zylinderkammer wird in die Rückführleitung 38 ausgeschoben. Das Lastrückschlagventil 54 für diese hydraulische Funktion ist zwischen der Zuführleitungsverzweigung 37 und dem Steuerventileinlass angeordnet. Deshalb verhindert ungeachtet dessen, welche Kammer des Kippzylinders 26 mit Leistung versorgt wird, das Lastrückschlagventil 54 ein Rückfließen von hydraulischem Fluid von dem Zylinder in die Zuführleitung. In den offenen Positionen des zweiten Steuerventils 52 wird das Druckfluid, welches durch das Ventil hindurchfließt, auch über einen Druckentlastungsport und ein Rückschlagventil 56 zu einem Druckentlastungskanal 58 geleitet.
Die dritten und vierten Funktionen 43 bzw. 44 können dazu verwendet werden, Fluid für hydraulische Hilfssteuervorrichtungen an dem Gabelstapler vorzusehen. Beispielsweise konnte der Gabelwagen 22 durch eine Arbeitsvorrichtung ersetzt werden, welche eine hydraulische Leistung erfordert. Alternativ dazu kann ein Handwerkzeug oder ein anderes externes Gerat durch das hydraulische System 30 des Gabelstaplers mit Leistung versorgt werden. Jedes der dritten und vierten Funktionen 43 bzw. 44 besitzt ein Steuerventil 60 bzw. 62, die in ihrer Struktur ähnlich dem zweiten Steuerventil 52 sind. Signifikant ist, dass der Lasterfassungskanal der dritten und vierten Steuerventile 60 bzw. 62 einen Druckentlastungsport aufweist, welcher über ein separates Rückschlagventil 64 bzw. 66 mit dem Druckentlastungskanal 58 verbunden ist. Demnach wird der höchste Druck unter den sekundären hydraulischen Funktionen 42 bis 44 durch das jeweilige Rückschlagventil 56, 64 oder 66 in den Druckentlastungskanal 58 abgeleitet.
Der Druckentlastungskanal 58 ist über ein Sekundärdruck-Entlastungsventil 68 mit der Tankrückführleitung 38 verbunden. Das Sekundardruck-Entlastungsventil 68 ist so eingestellt, dass es bei einem niedrigeren Druckpegel öffnet als das Primardruck-Entlastungsventil 39. Wie zuvor bemerkt wurde, erfordern die Kippfunktion, die durch den Kippzylinder 26 ausgeführt wird, ebenso wie die dritten und vierten Hilfsfunktionen 43 bzw. 44 Hydraulikfluid mit einem maximalen Druck, welcher signifikant geringer als der maximale Druck ist, der von dem Hebezylinder 24 gefordert wird, um den Gabelwagen 22 und dessen Last zu heben. Als Konsequenz hat das Sekundärdruck-Entlastungsventil 68 eine Druckeinstellung, die durch die variable Feder bestimmt wird, welche erlaubt, dass es bei annähernd 140 bar beispielsweise öffnet.
Das Hauptmerkmal der Konfiguration des hydraulischen Systems 30 ist, dass alle hydraulischen Funktionen parallel zu den Zufuhr- und Rückführleitungen 35 bzw. 38 angeschlossen sind und mittels zwei Druckgrenzen geregelt werden, die durch lediglich ein Paar Druckentlastungsventile 39 bzw. 68 bestimmt werden. Wenn eine oder mehrere der sekundären hydraulischen Funktionen 42 bis 44 aktiv sind, dann begrenzt auch dann, wenn die erste hydraulische Funktion 41 aktiv ist, das Sekundärdruck-Entlastungsventil 68 den maximalen Zuführleitungsdruck. Wenn nur die primäre oder erste hydraulische Funktion 41 in Betrieb ist, dann begrenzt das Primärdruck-Entlastungsventil 39 den maximalen Druck, welcher in der Zuführleitung 35 auftreten kann. In diesem letzteren Modus sind die Steuerventile 52, 60 und 62 aller sekundären hydraulischen Funktionen 42, 43 und 44 jeweils alle in der geschlossenen Mittelstellung, bei der der Druckentlastungskanal 58 und das Sekundärdruck-Entlastungsventil 68 von der Zuführleitung 35 getrennt sind. Auch wenn mehr als eine primäre hydraulische Funktion in dem hydraulischen System vorhanden ist, dann regelt auch dann, wenn nur die primären hydraulischen Funktionen aktiv sind, nur das Primardruck-Entlastungsventil 39 den Zuführleitungsdruck.
Wie oben bemerkt wurde, fallt dann, wenn sowohl die primären als auch sekundären hydraulischen Funktionen gleichzeitig aktiv sind, das hydraulische System auf die voreingestellte niedrige Druckgrenze des Sekundärdruck-Entlastungsventils 68 zurück. Das könnte die Leistung der primären hydraulischen Funktion beschranken, wenn ein höherer Druck gefordert wird. Wenn das System so konfiguriert würde, dass es auf die voreingestellte höhere Druckgrenze des Primärdruck-Entlastungsventils 39 zurückfiele, dann könnte der maximale Drucknennwert der sekundären hydraulischen Funktionen überschritten werden, was zu einem Versagen hydraulischer Komponenten oder Strukturelementen der Maschine führen konnte. Ungeachtet dessen, ob die hohe oder die niedrige Druckgrenze als Voreinstellung verwendet wird, kann dann, wenn sowohl die primären als auch die sekundären hydraulischen Funktionen gleichzeitig wirksam sind, ein Funktionstyp nachteilig beeinflusst werden.
Diese nachteilige Bedingung kann vermieden werden, indem man das in 3 dargestellte zweite hydraulische System 70 einsetzt. Dieses zweite hydraulische System 70 basiert auf einem gegenwärtigen Trend zu elektrischen Steuerungen hin, mittels derer der Maschinenbediener einen Joystick 71 handhabt, welcher ein elektrisches Signal erzeugt, das die gewünschte Bewegung für eine Komponente der Maschine angibt.
Die Joysticksignale werden als Eingaben an eine elektronische Steuerung 73 gegeben, die dann Ausgangssignale erzeugt, um solenoidbetätigte hydraulische Ventile zu aktivieren, die den Fluidstrom zu den Zylindern 24 und 26 an dem Gabelstapler 10 steuern.
Das zweite hydraulische System 70 umfasst eine Pumpe 72, die Fluid aus einem Tank 74 ansaugt. Ein Druckregelventil 76 reagiert auf die Druckanforderungen der Antriebsfunktion 78 des Gabelstaplers 10 und stellt sicher, dass diese Druckanforderungen erfüllt werden. Das Pumpenausgangsfluid, welches übrigbleibt, nachdem die Anforderungen der Antriebsfunktion 78 erfüllt sind, wird über eine Zuführleitung 80 zu den anderen hydraulischen Funktionen 81, 82 und 83 geliefert. Bei dieser exemplarischen Maschine gibt es eine einzige primäre hydraulische Funktion 81, die den Hebezylinder 24 bedient, um den Mast 16 zu heben und abzusenken, und es gibt zwei sekundäre hydraulische Funktionen 82 und 83. Andere Maschinen können jedoch andere Anzahlen primärer und sekundärer hydraulischer Funktionen haben.
Ein herkömmliches Druckausgleichsventil 79 stellt sicher, dass der Druck in der Zuführleitung 80 ausreicht, um den höchsten, von den anderen hydraulischen Funktionen 81, 82 oder 83 angeforderten Druck zu liefern. Das Druckausgleichsventil 79 reagiert auf die Differenz zwischen dem Druck in der Zuführleitung 80 sowie in einem Lasterfassungskanal 84, welche den höchsten Druck angibt, der von diesen hydraulischen Funktionen angefordert wird. Ein Primärdruck-Entlastungsventil 85 begrenzt das Lasterfassungsleitungs-Drucksignal in der Leitung 84 auf einen maximalen Druckpegel (z. B. 200 bar), welcher die Primärdruckeinstellung für den Hydraulikschaltkreis darstellt.
Die erste oder primäre hydraulische Funktion 81 steuert den Betrieb des Hebezylinders 24, und sie verwendet ein Steuerventil 86, welches von einem Paar proportionaler, pilotgesteuerter Tellerventile (poppet valves) gebildet wird, wie sie etwa in US-Patent Nr. 6,745,992 beschrieben worden sind. Es versteht sich jedoch, dass andere Ventiltypen verwendet werden können. Das erste dieser pilotgesteuerten Tellerventile 88 ist in Reihe mit einem Lastrückschlagventil 90 zwischen der Zuführleitung 80 und der Kopfkammer des Hebezylinders 24 angeschlossen. Wie bei dem zuvor genannten hydraulischen Schaltkreis wird Druckfluid nur der Kopfkammer des Hebezylinders 24 zugeführt, weil die Schwerkraft dazu verwendet wird, den Mast 16 abzusenken. Das zweite pilotgesteuerte Tellerventil 89 ist zwischen dem Hebezylinder 24 und einer Rückführleitung 87 angeschlossen, welche zu dem Tank 74 führt. Weil dieses System elektrisch gesteuert wird, ist ein manuelles Ventil 77 zwischen dem Hebezylinder 24 und der Tankruckführleitung 87 als eine Sicherheitsmaßnahme vorgesehen, um den Mast 16 abzusenken, wenn die elektrische Leistung nicht in der Lage ist, das hydraulische System zu betreiben.
Das hydraulische System 70 hat zwei sekundäre Funktionen 82 und 83. Die zweite hydraulische Funktion 82 steuert den Kippzylinder 26 an dem Gabelstapler 10, und sie verwendet ein zweites Steuerventil 91 mit einem Kolben (spool), welcher durch den hydraulischen Druck an jedem seiner Enden betätigt wird. Diese Drücke werden von einem Paar Solenoidventilen 95 und 96 gesteuert. Indem Druckfluid einem Ende des Kolbens des zweiten Steuerventils zugeführt wird und der Druck an dem entgegengesetzten Ende zu der Rückführleitung 87 abgeleitet wird, wird der Kolben in eine von zwei offenen Stellungen bewegt, wodurch Fluid von der Zuführleitung 80 zu einer Kammer des Kippzylinders 26 geleitet und Fluid von der anderen Kammer zu der Rückführleitung ausgeschoben wird. Ein herkömmliches Lastrückschlagventil 92 verhindert, dass der Fluidstrom von dem Kippzylinder 26 zu der Zuführleitung 80 zurückfließt.
Die dritte Funktion 83 ist ähnlich der zweiten Funktion, und sie ist dazu vorgesehen, eine Hilfseinrichtung an dem Gabelstapler 10 mit Leistung zu versorgen. Die dritte Funktion 83 hat ein drittes Steuerventil 100 mit einem Kolben, welcher sich in Reaktion auf den über ein Paar Solenoidventile 102 und 104 auf dessen Enden aufgebrachten Druck bewegt.
Das zweite Steuerventil 91 hat einen Port 93, welcher über ein Rückschlagventil 94 mit einem Druckentlastungskanal 97 gekoppelt ist, und das dritte Steuerventil 100 hat einen Port, welcher über ein Rückschlagventil 106 mit dem Druckentlastungskanal verbunden ist. Der Druckentlastungskanal 97 ist über ein Sekundardruck-Entlastungsventil 98 mit der Tankrückführleitung 87 gekoppelt. Zusätzlich ist der Druckentlastungskanal 97 mit einem Eingang eines herkömmlichen Lasterfassungs-Zweiwegeventils (shuttle valve) 99 verbunden. Der andere Eingang des Lasterfassungs-Zweiwegeventils 99 ist mit dem Ausgang des ersten Steuerventils 88 für die primäre hydraulische Funktion 81 verbunden. Der Ausgangsdruck des Lasterfassungs-Zweiwegeventils 99 entspricht dem größeren Lastdruck von entweder der ersten hydraulischen Funktion 81 oder dem Druckentlastungskanal 97, welcher auch immer von der zweiten und dritten hydraulischen Funktion 82 bzw. 83 den größeren Lastdruck tragt. Der Ausgangsdruck des Lasterfassungs-Zweiwegeventils 99 wird über einen Lasterfassungskanal 84 auf das Druckausgleichsventil 79 aufgebracht.
Wenn nur die sekundären Funktionen aktiv sind, dann wird der Druck von dem Druckentlastungskanal 97 über das Lasterfassungs-Zweiwegeventil 99 durch den Lasterfassungskanal 84 dem Druckausgleichsventil 79 zugeleitet. Dieser Druck von den sekundären Funktionen steuert den Betrieb des Druckausgleichsventils 79, und er regelt dadurch den Druck in der Zuführleitung 80. Genau gesagt ist der Zuführleitungsdruck gleich dem des Lasterfassungskanals plus einer Marge, die durch das Druckausgleichsventil erstellt wird. Wenn nur die primäre Funktion 81 aktiv ist, dann wird deren Lastdruck durch das Lasterfassungs-Zweiwegeventil 99 und den Lasterfassungskanal 84 an das Druckausgleichsventil 79 gegeben. In Situationen, in denen sowohl die primären als auch die sekundären Funktionen aktiv sind, wird der größte Lastdruck von diesen durch das Lasterfassungs-Zweiwegeventil 99 und den Lasterfassungskanal 84. dem Druckausgleichsventil 79 zugeleitet, um den Druck in der Zuführleitung zu regeln.
Die primären und sekundären Druckentlastungsventile 85 und 98 begrenzen unabhängig voneinander den maximalen Druck, welcher jeweils an die primären und sekundären hydraulischen Funktionen angelegt wird. Die Ausgangsdrücke der sekundären hydraulischen Funktionen 82 und 83 werden von dem jeweiligen Port 93 bzw. 105 des zweiten bzw. dritten Steuerventils 91 bzw. 100 in den Druckentlastungskanal 97 geleitet. Wenn beide sekundären hydraulischen Funktionen gleichzeitig aktiv sind, wird nur der größere Ausgangsdruck durch die Ruckschlagventile 94 und 96 in den Druckentlastungskanal 97 weitergeleitet. Wenn der Druckentlastungskanaldruck die Einstellung des Sekundärdruck-Entlastungsventils 98 übersteigt, dann öffnet dieses Ventil und entlasst den Druck in die Rückführleitung 87, wodurch der maximale Ausgangsdruck der sekundären hydraulischen Funktionen 82 und 83 begrenzt wird.
Das Primärdruck-Entlastungsventil 85 verhindert, dass der Ausgangsdruck der ersten oder primären hydraulischen Funktion 81 deren maximal erlaubte Grenze überschreitet. Weil der maximal erlaubte Druck bei der ersten hydraulischen Funktion 81 größer ist als der maximale Druck, welcher bei den sekundären Funktionen 82 oder 83 erlaubt ist, wird dieser maximale Lastdruck durch das Zweiwegeventil 99 und den Lasterfassungskanal 84 zu dem Primardruck-Entlastungsventil 86 geleitet. Dieses Entlastungsventil öffnet, wenn dessen Druckeinstellung überschritten wird, womit der Druck in die Rückführleitung 87 entlassen wird. Dies begrenzt den Druck in dem Lasterfassungskanal 84, welcher seinerseits den Betrieb des herkömmlichen Druckausgleichsventils 79 steuert, um den Druck zu begrenzen, welcher in der Zuführleitung 80 auftreten kann. Das Zweiwegeventil 99 hindert den Ausgangsdruck der ersten hydraulischen Funktion 81 daran, das Sekundärdruck-Entlastungsventil 98 zu erreichen. Deshalb regelt das Sekundärdruck-Entlastungsventil 98 nur die sekundären hydraulischen Funktionen 82 und 83, und das Primärdruck-Entlastungsventil 86 regelt effektiv nur die primäre hydraulische Funktion 81.

Claims

Hydraulisches System, umfassend: eine Zuführleitung (35), die ein unter Druck stehendes Fluid von einer Quelle (33) empfangt; eine Rückführleitung (38) zum Leiten des Fluides zurück zu der Quelle (33); einen Druckentlastungskanal (58); ein erstes Steuerventil (46), welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist und welches einen ersten Arbeitsport zur Verbindung mit einem ersten hydraulischen Aktuator aufweist, wobei das erste Steuerventil (46) eine erste Position einnehmen kann, in welcher die Zuführleitung (35) mit dem ersten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, in welcher die Rückführleitung (38) mit dem ersten Arbeitsport verbunden ist; ein Primardruck-Entlastungsventil (39), welches den Druck in der Zuführleitung (35) auf weniger als eine erste Druckgrenze begrenzt; ein zweites Steuerventil (52), welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist, und welches einen zweiten Arbeitsport zur Verbindung mit einem zweiten hydraulischen Aktuator aufweist, wobei das zweite Steuerventil (52) eine erste Position einnehmen kann, bei der die Zuführleitung (35) mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, bei der die Rückführleitung (38) mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist, wobei das zweite Steuerventil (52) einen ersten Ausgangsport hat, der mit dem Druckentlastungskanal (58) gekoppelt ist; ein drittes Steuerventil, welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist und welches einen dritten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem dritten hydraulischen Aktuator aufweist, wobei das dritte Steuerventil eine erste Position einnehmen kann, bei der die Zuführleitung (35) mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, bei der die Rückführleitung (38) mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist, wobei das dritte Steuerventil einen zweiten Ausgangsport hat, der mit dem Druckentlastungskanal (58) gekoppelt ist; und ein Sekundärdruck-Entlastungsventil (68), welches mit dem Druckentlastungskanal (58) verbunden ist und welches den Druck, den das zweite Steuerventil (52) an den zweiten Arbeitsport anlegt und das dritte Steuerventil an den dritten Arbeitsport anlegt, auf eine niedrigere als eine zweite Druckgrenze begrenzt.
Hydraulisches System nach Anspruch 1, wobei die erste Druckgrenze höher als die zweite Druckgrenze ist.
Hydraulisches System nach Anspruch 1, wobei das Primärdruck-Entlastungsventil (39) zwischen der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) angeschlossen ist.
Hydraulisches System nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Lasterfassungsschaltkreis, welcher ein Drucksignal erzeugt, das einen höchsten Lastdruck von dem ersten, zweiten und dritten Steuerventil (46, 52) anzeigt; und ein Druckausgleichsventil (39), welches auf das Drucksignal anspricht, um den Druck in der Zuführleitung (35) auf einen definierten Pegel zu begrenzen.
Hydraulisches System nach Anspruch 4, wobei das Primärdruck-Entlastungsventil (39) zwischen dem Lasterfassungsschaltkreis und der Rückführleitung (38) angeschlossen ist und das Drucksignal auf einen definierten Pegel begrenzt.
Hydraulisches System nach Anspruch 2, wobei das Sekundärdruck-Entlastungsventil (68) den Druckentlastungskanal (58) an die Rückführleitung (38) koppelt.
Hydraulisches System nach Anspruch 1, ferner umfassend ein erstes Rückschlagventil (56), welches den ersten Auslassport des zweiten Steuerventils (52) mit dem Druckentlastungskanal (58) koppelt; und ein zweites Rückschlagventil (64), welches den zweiten Auslassport des dritten Steuerventils mit dem Druckentlastungskanal (58) koppelt; wobei das erste Rückschlagventil (56) und das zweite Rückschlagventil (64) einen Fluidstrom von dem Druckentlastungskanal (58) in das zweite und dritte Steuerventil (52) verhindert.
Hydraulisches System umfassend: eine Zuführleitung (35), welche ein unter Druck stehendes Fluid von einer Quelle (33) empfangt; eine Rückführleitung (38) zum Leiten des Fluides zurück zu der Quelle (33); eine erste hydraulische Funktion (81) mit einem ersten hydraulischen Aktuator, welcher Fluid von der Zuführleitung (35) empfangt und Fluid in die Rückführleitung (38) ausschiebt, wobei ein Lastdruck durch eine auf den ersten hydraulischen Aktuator wirkende Kraft erzeugt wird; eine zweite hydraulische Funktion (82) mit einem zweiten hydraulischen Aktuator, welcher Fluid von der Zuführleitung (35) empfängt und Fluid in die Rückführleitung (38) ausschiebt, wobei ein zweiter Lastdruck durch eine auf den zweiten hydraulischen Aktuator wirkende Kraft erzeugt wird; eine dritte hydraulische Funktion (83) mit einem dritten hydraulischen Aktuator, welcher Fluid von der Zuführleitung (35) empfängt und Fluid, in die Rückführleitung (38) ausschiebt, wobei ein dritter Lastdruck durch eine auf den dritten hydraulischen Aktuator wirkende Kraft erzeugt wird; einen Druckentlastungskanal (97), welcher mit der zweiten hydraulischen Funktion (82) und der dritten hydraulischen Funktion (83) verbunden und von der ersten hydraulischen Funktion (81) isoliert ist, und welcher den jeweils größeren von dem zweiten Lastdruck und dem dritten Lastdruck aufnimmt; ein Primärdruck-Entlastungsventil (85), welches den Druck in der Zuführleitung (35) auf einen Druck unterhalb einer ersten Druckgrenze begrenzt; ein Sekundärdruck-Entlastungsventil (98), welches zwischen dem Druckentlastungskanal (97) und der Rückführleitung (38) angeschlossen ist und den Druck in der zweiten hydraulischen Funktion (82) und der dritten hydraulischen Funktion (83) auf einen Druck unterhalb einer zweiten Druckgrenze begrenzt.
Hydraulisches System nach Anspruch 8, wobei die erste Druckgrenze größer als die zweite Druckgrenze ist.
Hydraulisches System nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend ein erstes Rückschlagventil (94), welches die zweite hydraulische Funktion (82) mit dem Druckentlastungskanal (97) koppelt; und ein zweites Rückschlagventil (106), welches die dritte hydraulische Funktion (83) mit dem Druckentlastungskanal (97) koppelt, wobei das erste und zweite Rückschlagventil (94, 106) den jeweils größten von dem zweiten und dritten Lastdruck zu dem Druckentlastungskanal (97) hin leitet.
Hydraulisches System nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Lasterfassungsschaltkreis, welcher ein Drucksignal erzeugt, das den größten Lastdruck von der ersten, zweiten und dritten hydraulischen Funktion (81, 82, 83) anzeigt; und ein Druckausgleichsventil (39), welches auf das Drucksignal reagiert, um den Druck in der Zuführleitung (35) auf einen definierten Pegel zu begrenzen.
Hydraulisches System umfassend: eine Zuführleitung (35), welche ein unter Druck stehendes Fluid von einer Quelle (33) empfängt; eine Rückführleitung (38) zum Leiten des Fluides zurück zu der Quelle (33); einen Druckentlastungskanal (58); ein erstes Steuerventil (46), welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist, und welches einen ersten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem ersten hydraulischen Aktuator aufweist, und welches ferner eine erste Position einnehmen kann, bei der die Zuführleitung (35) mit dem ersten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, bei der die Rückführleitung mit dem ersten Arbeitsport verbunden ist; ein zweites Steuerventil (52), welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist, und welches einen zweiten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem zweiten hydraulischen Aktuator umfasst, und welches ferner eine erste Position einnehmen kann, bei der die Zuführleitung (35) mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, bei der die Rückführleitung (38) mit dem zweiten Arbeitsport verbunden ist, wobei das zweite Steuerventil (52) einen ersten Auslassport aufweist, der mit dem Druckentlastungskanal (58) gekoppelt ist; ein drittes Steuerventil (60), welches mit der Zuführleitung (35) und der Rückführleitung (38) verbunden ist, und welches einen dritten Arbeitsport für eine Verbindung mit einem dritten hydraulischen Aktuator umfasst, und welches ferner eine erste Position einnehmen kann, bei der die Zuführleitung (35) mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist, sowie eine zweite Position, bei der die Rückführleitung (38) mit dem dritten Arbeitsport verbunden ist, wobei das dritte Steuerventil (60) einen zweiten Auslassport aufweist, der mit dem Druckentlastungskanal (58) gekoppelt ist; einen Lasterfassungsschaltkreis, welcher ein Drucksignal erzeugt, das den größten Lastdruck von dem ersten, zweiten und dritten Steuerventil (46, 52, 60) anzeigt; ein Druckausgleichsventil (39), welches auf das Drucksignal reagiert, um einen Druck in der Zuführleitung (35) auf einen definierten Pegel zu begrenzen; ein Primärdruck-Entlastungsventil (39), welches zwischen dem Lasterfassungsschaltkreis und der Rückführleitung (38) angeschlossen ist und das Drucksignal auf einen definierten Pegel begrenzt; und ein Sekundärdruck-Entlastungsventil (68), welches mit dem Druckentlastungskanal (58) verbunden ist und einen Druck, den das zweite Steuerventil (52) an den zweiten Arbeitsport anlegt und das dritte Steuerventil an den dritten Arbeitsport anlegt, auf einen geringeren als eine zweite Druckgrenze begrenzt.
Hydraulisches System nach Anspruch 12, wobei das Sekundärdruck-Entlastungsventil (68) den Druckentlastungskanal (58) mit der Rückführleitung (38) koppelt.
Hydraulisches System nach Anspruch 12, wobei die erste Druckgrenze hoher als die zweite Druckgrenze liegt.
Hydraulisches System nach Anspruch 12, ferner umfassend ein erstes Rückschlagventil (56), welches den ersten Auslassport des zweiten Steuerventils (52) mit dem Druckentlastungskanal (58) koppelt; und ein zweites Rückschlagventil (64), welches den zweiten Auslassport des dritten Steuerventils (60) mit dem Druckentlastungskanal (58) koppelt; wobei das erste und zweite Rückschlagventil (56, 64) einen Fluidstrom von dem Druckentlastungskanal (58) in das zweite und dritte Steuerventil (52) verhindert.
Hydraulisches System nach Anspruch 12, wobei der Lasterfassungsschaltkreis ein Zweiwegeventil umfasst, von welchem ein Einlass mit dem Druckentlastungskanal (58) und ein anderer Einlass mit dem ersten Steuerventil (46) verbunden ist, und welches einen Auslass aufweist, an dem das Drucksignal erzeugt wird und der mit dem Druckausgleichsventil (39) gekoppelt ist.