DE10239723A1 - Hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät - Google Patents

Hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät

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Abstract

Ein Betätigungszylinder wird vor einem abrupten Absenken bewahrt, durch Zuführen eines hydraulischen Hochdruckfluids, welches beim Absenken des Betätigungszylinders abgelassen wird, in einen Pfad auf einer Speisungsseite des Betätigungszylinders, zur Verfügung gestellt wird ein Hauptkolben, der in einem Pfad zwischen einer hydraulischen Pumpe und dem Betätigungszylinder montiert ist und der den Antrieb des Betätigungszylinders steuert, ein Tellerventil, das in einem Pfad zwischen dem Hauptkolben und dem Betätigungszylinder montiert ist und den Betätigungszylinder vor dem Absenken bewahrt, ein Kolben, der zwischen einer Gegendruckkammer und einem Rückflusspfad des Tellerventils montiert ist und die Gegendruckkammer mit einem Pfad an einem Auslass des Hauptkolbens nach dem Schalten in Verbindung setzt, und einen fluidströmungsreduzierenden Pfad, der die Gegendruckkammer mit dem Rückflussweg nach dem Schalten des Kolbens in Verbindung setzt und das hydraulische Fluid reduziert, welches von dem Betätigungszylinder abgelassen wird.

Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät, die geeignet ist, eine kleine Menge von hydraulischem Hochdruckfluid, welches beim Absenken eines hydraulischen Betätigungszylinders abgelassen wird, in Richtung eines den Betätigungszylinder haltenden Kolbens und eines Hauptkolbens zu leiten, um zu verhindern, dass der Betätigungszylinder abrupt abgesenkt wird, wenn der Hauptkolben in eine Neutralstellung gebracht wird oder geschaltet wird.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Die Fig. 1 zeigt die Hauptteile einer herkömmlichen hydraulischen Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, weist die hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät eine hydraulische Pumpe auf, einen Betätigungszylinder 15, der mit der hydraulischen Pumpe verbunden ist und angetrieben wird durch das Zuführen von hydraulischem Fluid, ein Tellerventil 10 zum Öffnen und Schließen eines Pfades 12, der dem Betätigungszylinder 15 das hydraulische Fluid zuführt, welches von der Hydraulikpumpe abgegeben wird, und eines Pfades 13, der verbunden ist mit dem Betätigungszylinder 15, eine Gegendruckkammer 16, welche mit einer Öffnung 11 des Tellerventils 10 in Verbindung steht und zum Speichern von hydraulischem Fluid dient, welches von einer großen Kammer 15a des Betätigungszylinders 15 entladen wird, und einen den Betätigungszylinder haltenden Kolben 2, der in die linke oder rechte Richtung geschaltet wird, basierend auf einer Aufbringung eines Vorsteuersignaldruckes Pi, und der zum Ablassen/Abführen des hydraulischen Fluides der Gegendruckkammer 16 in eine hydraulische Pumpe durch eine variable Öffnung 5, die mit einem Pfad 8 in Verbindung steht, dient.
  • Ein Bezugszeichen 3, welches in der Zeichnung nicht näher beschrieben ist, bezeichnet ein elastisches Element zum Druckabstützen des Kolbens 2 und zum elastischen Drücken der geschlossenen Ablassöffnung 7 in einen Anfangszustand, und 9 bezeichnet ein elastisches Element zum Druckabstützen des Kolbens 10 und zum elastischen Drücken des Pfades 12 des Hauptkolbens und des Pfades 13 des Betätigungszylinders 15, welche geschlossen sind, in einen Anfangszustand.
  • Das hydraulische Hochdruckfluid, welches abgelassen wird aus der großen Kammer 15a beim Absenken des Betätigungszylinders 15, wird entladen in die Gegendruckkammer 16 durch den Pfad 13, welcher mit der großen Kammer 15a verbunden ist, und eine Öffnung des Kolbens 10, und, zu der gleichen Zeit, strömt der Vorsteuersignaldruck Pi in die Vorsteueröffnung 6, um den Kolben 2 in der Richtung nach links in der Zeichnung zu versetzen, so dass die variable Öffnung 5 mit der Ablassöffnung 7 in Verbindung gesetzt wird.
  • Dementsprechend wird das hydraulische Fluid mit hohem Druck, welches in die Gegendruckkammer 16 entladen wird, abgelassen in den Hydrauliktank durch den Pfad 8, die variable Öffnung 5 und die Ablassöffnung 7 in dieser Reihenfolge, so dass, wenn der Betätigungszylinder nach oben bewegt wird von dem Boden, gestoppt wird und wieder abgesenkt wird, ein Ereignis, dass der Betätigungszylinder 15 abrupt abgesenkt wird in einen Anfangszustand, entwickelt wird, was seine Handhabung verschlechtert, und dabei ein Problem verursacht, was zur Ermüdung des Fahrers führt, in dem Fall, dass er Ankopplungsarbeiten ausführt, in einem Zustand, in dem schwere Rohre emporgehoben werden.
  • Zudem, wenn sich der Kolben 2 in einer Neutralposition befindet, ergibt sich zu jeder Zeit, dass das hydraulische Hochdruckfluid auf der Seite der Gegendruckkammer 16 mit der variablen Öffnung 5 des Kolbens 2 in Verbindung gesetzt wird, so dass das hydraulische Hochdruckfluid eines Halsbereiches des Kolbens 2 als Leckage durch einen ringförmigen Spalt auf der linken oder der rechten Seite austritt. Das bedeutet, dass eine ernsthafte Fluidleckage durch den ringförmigen Spalt zwischen einer Abdeckung 1 und dem Kolben 2 auftritt.
  • Zu dieser Zeit, weil die Menge des Fluids ansteigt, wenn der Druck ansteigt, steigt eine Leckagemenge des Fluids an, wenn eine Arbeitseinrichtung eine höhere Belastung aufweist, so dass der Betätigungszylinder 15 automatisch in Richtung des Bodens nach einem Zeitablauf abgesenkt wird, wodurch ein Problem verursacht wird, nämlich die Verschlechterung der Sicherheit des schweren Baugerätes.
  • Die Fig. 5 ist ein Graph zum Zeigen der Leckagen von hydraulischem Fluid, basierend auf den Hüben des Hauptkolbens.
  • Wie in der Fig. 5 gezeigt wird, wenn ein Schaltzeitpunkt des den Betätigungszylinder haltenden Kolbens 2 zuerst auftritt, verglichen mit dem Öffnungszeitpunkt des Hauptkolbens, basierend auf dem Öffnungszeitpunkt des Hauptkolbens, wird der Betätigungszylinder 15 abrupt um das Ausmaß des Fluids abgesenkt, welches aus der großen Kammer 15a des Betätigungszylinders 15 abgelassen wird, wie in "A" dargestellt ist.
  • In der Zwischenzeit, wenn der den Betätigungszylinder haltende Kolben geöffnet wird, nach dem Öffnungszeitpunkt des Hauptkolbens, wie in "B" dargestellt ist, wird der Druck der Gegendruckkammer 16 über dem Tellerventil 10 übertragen, wie er ist, über das Tellerventil 10, aufgrund des Einflusses des Gegendrucks, der ausgebildet wird, weil die Quantität des Fluids ansteigt.
  • Dementsprechend bewegt sich das Tellerventil 10 nicht normal und gleichförmig nach oben und ist Vibrationen ausgesetzt, wenn das Tellerventil 10 sich bewegt, basierend auf den Veränderungen des Gegendruckes, und der Betätigungszylinder 15 unterliegt ebenfalls Schwingungen und Nachlauferscheinungen in Formen von Absenkung-Stop-Absenkung-Stop, wenn er sich abwärts bewegt, wodurch ein Problem verursacht wird, nämlich dass der Fahrer seine Aufmerksamkeit während der Arbeit verliert, seine Müdigkeit gesteigert wird und die Arbeitseffizienz verschlechtert wird.
  • Dementsprechend existieren Probleme darin, dass es schwierig ist, den Aufbau so zu gestalten, dass der Öffnungszeitpunkt des Hauptkolbens und der Betriebszeitpunkt des den Betätigungszylinder haltenden Kolbens 2 miteinander übereinstimmen, und eine abstruse Struktur derselben verschlechtert die Ausführungszeichnungen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät zur Verfügung zu stellen, die geeignet ist, die Handhabung des Geräts zu verbessern, durch Verhindern, dass ein Betätigungszylinder abrupt abgesenkt wird, sogar dann, wenn ein Hauptkolben in seiner Neutralposition verbleibt oder geschaltet wird, durch Rückführen eines Teils des hydraulischen Hochdruckfluids, welches abgelassen wird, wenn ein Betätigungszylinder abgesenkt wird, in Richtung eines Hauptkolbens.
  • Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät zur Verfügung zu stellen, die geeignet ist, die Ausführungszeichnungen zu verbessern, durch ein Design, welches das Timing des Hauptkolbens und des den Betätigungszylinder haltenden Kolbens außer acht lässt, welche zueinander zugeordnet sind, mit einer geringen Leckagemenge von hydraulischem Fluid durch eine Lücke zwischen einem Block und dem Kolben.
  • Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät zur Verfügung zu stellen, die geeignet ist, die Müdigkeit des Fahrers zu reduzieren und das Arbeitsvermögen wesentlich zu vergrößern, durch Ermöglichen eines gleichmäßigen Absenkens eines Betätigungszylinders.
  • Um die obigen Aufgaben zu lösen, umfasst die hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät der vorliegenden Erfindung eine Hydraulikpumpe; einen Betätigungszylinder (Aktuator), welcher mit der Hydraulikpumpe verbunden ist und angetrieben wird durch die Zufuhr von hydraulischem Fluid; einen Hauptkolben, welcher in einem Pfad zwischen der hydraulischen Pumpe und dem Betätigungszylinder montiert ist und geschaltet wird auf einen Steuersignaldruck, um den Start, den Stop und die Richtungsschaltung des Betätigungszylinders zu steuern; ein Tellerventil, welches montiert ist, um in einem Pfad zwischen dem Hauptkolben und dem Betätigungszylinder geöffnet und geschlossen zu werden, und zum Verhindern, dass der Betätigungszylinder abgesenkt wird; einen Kolben, der zwischen einer Gegendruckkammer und einem Rückführweg/Rückführpfad des Tellerventils montiert ist und geschaltet wird auf eine Beaufschlagung mit einem Vorsteuersignaldruck, um die Gegendruckkammer mit einem Pfad an einem Auslass des Hauptkolbens in Verbindung zu setzten; und einen die Fluidströmung reduzierenden Pfad, der die Gegendruckkammer und den Kolben miteinander verbindet und die Gegendruckkammer mit dem Rückflusspfad nach dem Schalten des Kolbens in Verbindung setzt, um hydraulisches Fluid zu vermindern, welches aus dem Betätigungszylinder abgelassen wird/entweicht.
  • Vorzugsweise ist ein Durchmesser des die Fluidströmung reduzierenden Pfades derart ausgebildet, dass er relativ kleiner ist als ein Durchmesser des Pfades am Auslass des Hauptkolbens.
  • Zudem ist eine Öffnung, welche den Betätigungszylinder mit der Gegendruckkammer in Verbindung setzt, in einer linken und rechten Symmetrie auf dem Tellerventil ausgebildet.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obige Aufgabe und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden verständlicher werden durch eine Beschreibung im Detail einer vorzuziehenden Ausführung derselben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
  • Fig. 1 eine quergeschnittene Ansicht eines Hauptteils eines herkömmlichen Hydraulikventils für schweres Baugerät ist;
  • Fig. 2 eine quergeschnittene Ansicht eines Hydraulikventils für schweres Baugerät gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 3 eine quergeschnittene Ansicht ist, gezogen entlang der Linie A-A aus Fig. 2;
  • Fig. 4 ein Hydraulikschaltkreis einer hydraulischen Ventilsteuereinrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist; und
  • Fig. 5 ein Graph ist, zum Zeigen der Fluidleckagen, welche auftreten, während der Hübe eines Hauptkolbens.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORZUZIEHENDEN AUSFÜHRUNG
  • Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung einer hydraulischen Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät gemäß einer vorzuziehenden Ausführung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausgeführt.
  • Die Fig. 2 ist eine quergeschnittene Ansicht einer hydraulischen Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die Fig. 3 ist eine quergeschnittene Ansicht, aufgenommen entlang der Linie A-A aus Fig. 2, und die Fig. 4 ist eine Ansicht zum Zeigen eines hydraulischen Schaltkreises einer hydraulischen Ventilsteuereinrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt wird, weist eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät eine hydraulische Pumpe auf, die nicht gezeigt ist, einen Betätigungszylinder 40, der mit der hydraulischen Pumpe verbunden ist und angetrieben wird, wenn hydraulisches Fluid zugeführt wird, einen Hauptkolben 42, der in einem Pfad zwischen der hydraulischen Pumpe und dem Betätigungszylinder 40 montiert ist und schaltet, basierend auf einem (Vor-) Steuersignaldruck Pi, und zum Steuern der Betätigung, des Stops und des Richtungsschaltens des Betätigungszylinders 40 dient, und ein Tellerventil 34, welches montiert ist, um einen Pfad zwischen dem Hauptkolben 42 und dem Betätigungszylinder 40 zu öffnen und zu schließen und welches eine Öffnung aufweist, die in einer linken und rechten Symmetrie ausgebildet ist, und zum Verhindern, dass der Betätigungszylinder 40 abgesenkt wird, dient.
  • Die hydraulische Ventilsteuereinrichtung umfasst zudem den Hauptkolben 42, der zwischen einer Gegendruckkammer 41 über dem Tellerventil 34 und einem Rückführpfad montiert ist und der schaltet bei einer Aufbringung des Vorsteuersignaldruckes Pi, um die Gegendruckkammer 41 mit einem Pfad 36 an einem Auslass des Hauptkolbens 42 in Verbindung zu setzen, und mit einem Pfad 37 mit einem kleineren Durchmesser zum Reduzieren einer Fluidmenge, welcher mit einem Pfad 39 in Verbindung steht, der mit der Gegendruckkammer 41 verbunden ist, und der ein hydraulisches Fluid mit hohem Druck aus der Gegendruckkammer 41 in den Pfad 36 des Hauptkolbens 42 durch den Kolben 22 und die Rückflusspfade 29, 30, 32 und 33 in dieser Reihenfolge ablässt, nach dem Schalten des Kolbens 22.
  • Ein Bezugszeichen 23, welches nicht näher beschrieben ist, bezeichnet eine Ventilfeder, welche den Kolben 22 druckabstützt und zum elastischen Drücken des geschlossenen Pfades an der Gegendruckkammer 41 und des Hauptkolbens 42 in einen Anfangszustand dient, und 38 eine Ventilfeder, die das Tellerventil 34 druckabstützt und zum elastischen Drücken des geschlossenen Pfades auf dem Hauptkolben 42 und des Betätigungszylinders 40 in einen Anfangszustand dient.
  • Nachfolgend wird der Betrieb der hydraulischen Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät gemäß einer vorzuziehenden Ausführung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, wenn der Vorsteuersignaldruck Pi einströmt durch die Vorsteueröffnung 25 und die elastische Kraft der Ventilfeder 23 überwindet, um den Kolben 22 in der Richtung nach links in der Zeichnung der Fig. 2 zu schalten, werden der Pfad mit einem kleineren Durchmesser, welcher ein infinitesimaler Durchmesser sein kann, und ein Halsbereich des Kolbens in Verbindung gesetzt, so dass ein hydraulisches Fluid mit hohem Druck in der Gegendruckkammer 41 die Pfade 39 und 27 durchtritt, den Halsbereich 28 des Kolbens und die Rückflusspfade 29, 30, 32 und 33 in dieser Reihenfolge und sich dann bewegt in einen Pfad 36 zwischen dem Tellerventil 34 und dem Hauptkolben 42.
  • Zudem wird der Vorsteuersignaldruck Pi aufgebracht auf das rechte Ende des Hauptkolbens 42 und dementsprechend wird der Hauptkolben 42 gleichzeitig in die linke Richtung in der Zeichnung der Fig. 4 geschaltet, so dass das hydraulische Fluid, welches entlang des Pfades 36 abgelassen/abgeführt wird, in den hydraulischen Tank über den versetzten Hauptkolben 42 abgelassen wird, was den Druck der Gegendruckkammer 41 auf einen niedrigeren Druck absenkt.
  • Dementsprechend überwindet das hydraulische Fluid mit hohem Druck in dem Pfad 37, der mit einer großen Kammer 40a des Betätigungszylinders 40 in Verbindung steht, die elastische Kraft der Ventilfeder 38, welche das Tellerventil 34 druckabstützt, und bewegt das Tellerventil 34 nach oben in der Zeichnung der Fig. 2, so dass der Betätigungszylinder 40 nach und nach absinkt aufgrund der Verbindung mit dem Pfad 36 an dem Auslass des Hauptkolbens 42.
  • Zu dieser Zeit, wird, weil die Menge an Fluid, welches abgelassen wird, wenn der Betätigungszylinder 40 absinkt, entfernt wird durch den kleinen Pfad 279 bevor sich das Tellerventil 34 nach oben bewegt, die Leckagemenge des Fluids bemerkenswert reduziert, wodurch verhindert wird, dass der Betätigungszylinder 40 abrupt abgesenkt wird.
  • Das bedeutet, dass die Menge der Strömung, welche abgelassen wird, gleich

    Q = Cd × A × √ΔPist. (Hier bedeutet Cd: Strömungskoeffizient, A: Querschnittsfläche für die Fluidströmung und ΔP: Druckverlust).
  • Wie oben ist die Menge der Strömung von Fluid (Q), welches durch Leckage abgeführt wird, proportional zu der Querschnittsfläche (A) oder dem Belastungsdruck (P), so dass die Strömungsmenge (Q) anwächst, wenn der Lastdruck (P) größer wird oder die Querschnittsfläche (A), durch welche das hydraulische Fluid hindurchtritt, vergrößert wird.
  • Dementsprechend wird das hydraulische Fluid mit hohem Druck, welches abgelassen wird beim Absenken des Betätigungszylinders 40, zurückgeführt in Richtung des Hauptkolbens 42 durch den kleinen Pfad 27, ungeachtet des Öffnungstimings/-zeitpunktes des Hauptkolbens 42 (worauf als "C" in Fig. 5 Bezug genommen wird), so dass der Betätigungszylinder 40 davor bewahrt wird, sich abrupt abzusenken, wenn der Hauptkolben 42 sich in dem Neutralzustand befindet oder geschaltet wird, um die Handhabung des Geräts zu verbessern, um dadurch das Arbeitsvermögen zu vergrößern.
  • Zudem ermöglicht die Reduktion der Fluidleckage durch die Lücke/den Spalt zwischen dem Block und dem Kolben 22, dass die zusammengehörigen Schaltzeitpunkte des Hauptkolbens 42 und des den Betätigungszylinder haltenden Kolbens 22 ungeachtet der Fluidleckage ausgeführt werden können, so dass die Ausführungszeichnungen verbessert werden und das gleichmäßige Absenken des Betätigungszylinders 40 ermöglicht wird, um die Konzentration der Fahrer zu vergrößern, genauso wie um die Müdigkeit der Fahrer zu reduzieren, wodurch ihr Arbeitsvermögen vergrößert wird.
  • Obwohl die vorzuziehende Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, wird es für den Fachmann verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die beschriebene vorzuziehende Ausführung begrenzt werden soll, sondern verschiedene Abwandlungen und Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens und des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, wie sie durch die beigefügten Ansprüche beschrieben werden.

Claims (3)

1. Eine hydraulische Ventilsteuereinrichtung für schweres Baugerät, umfassend:
eine hydraulische Pumpe;
einen Betätigungszylinder, welcher mit der hydraulischen Pumpe verbunden ist und angetrieben wird, wenn hydraulisches Fluid zugeführt wird;
einen Hauptkolben, der in einem Pfad zwischen der hydraulischen Pumpe und dem Betätigungszylinder montiert ist und geschaltet wird auf einen Vorsteuersignaldruck, um den Start, den Stop und das Richtungsschalten des Betätigungszylinders zu steuern;
ein Tellerventil, welches montiert ist, um in einem Pfad zwischen dem Hauptkolben und dem Betätigungszylinder geöffnet und geschlossen zu werden, und zum Verhindern, dass der Betätigungszylinder abgesenkt wird; einen Kolben, der zwischen einer Gegendruckkammer und einem Rückflusspfad des Tellerventils montiert ist und geschaltet wird nach der Aufbringung des Vorsteuersignaldruckes, um die Gegendruckkammer mit einem Pfad an dem Auslass des Hauptkolbens in Verbindung zu setzten; und
einen fluidströmungsreduzierenden Pfad, welcher die Gegendruckkammer und den Kolben miteinander verbindet und die Gegendruckkammer mit dem Rückflusspfad nach dem Schalten des Kolbens in Verbindung setzt, um das hydraulische Fluid, welches aus dem Betätigungszylinder abgelassen wird, zu reduzieren.
2. Die hydraulische Ventilsteuereinrichtung, wie beansprucht in Anspruch 1, wobei ein Durchmesser des fluidströmungsreduzierenden Pfades derart ausgebildet ist, dass er relativ kleiner ist als ein Durchmesser des Pfades an dem Auslass des Hauptkolbens.
3. Die hydraulische Ventilsteuereinrichtung, wie beansprucht in Anspruch 1, wobei eine Öffnung, welche den Betätigungszylinder mit der Gegendruckkammer in Verbindung setzt, in einer linken und rechten Symmetrie an dem Tellerventil ausgebildet ist.
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