DE10247461A1

DE10247461A1 - Strömungsmittelsteuersystem mit unabhängigem Betriebszustand und regenerativem Betriebszustand

Info

Publication number: DE10247461A1
Application number: DE10247461A
Authority: DE
Inventors: Jun Thomas J Hajek; James D Linerode; Srikrishnan T Tolappa
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2022-10-12
Also published as: DE10247461B4; JP4246467B2; JP2003184813A; US20030106422A1; US6701822B2

Abstract

Ein Strömungsmittelsteuersystem wird offenbart, welches eine erste doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung und eine zweite doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung aufweist. Ein erstes unabhängiges Zumessventil hat einen ersten Steueranschluss, der mit der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, einen zweiten Steueranschluss, der mit der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, erste und zweite unabhängig betätigbare Ventile, die zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten Steueranschlüssen angeordnet sind, und einen ersten Rückschlagsteuermechanismus mit einem Haupt-Rückschlagventil zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen. Der erste Rückschlagsteuermechanismus steuert das Haupt-Rückschlagventil, um zu gestatten, dass die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen entweder in einem Betriebszustand mit unabhängiger Funktion oder in einem Betriebszustand mit regenerativer Funktion arbeiten. Ein zweites unabhängiges Zumessventil hat einen ersten Steueranschluss, der mit der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, einen zweiten Steueranschluss, der mit der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, erste und zweite unabhängig betätigbare Ventile, die zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten Steueranschlüssen angeordnet sind, und ein Haupt-Rückschlagventil, welches zwischen dem Einlassanschluss und den ersten ...

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsmittelsteuersystem zum Betrieb von Betätigungsvorrichtungen. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Strömungsmittelsteuersystem zum Betrieb von mehreren Betätigungsvorrichtungen in Betriebszuständen mit unabhängiger Funktion und regenerativer Funktion gerichtet.

Hintergrund

Einige Strömungsmittelsteuersysteme betreiben eine doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung mit einer Regenerationsfähigkeit. Die Strömungsmittelsteuersysteme mit dieser Regenerationsfähigkeit leiten einen Teil des Strömungsmittels, welches aus einer sich zusammenziehenden Kammer einer doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung ausgestossen wird, zu einer expandierenden Kammer der Betätigungsvorrichtung.
In der Vergangenheit ist ein Regenerationsventil zwischen einem Haupt- Richtungssteuerventil und einer Betätigungsvorrichtung angeordnet worden, um eine schnellere Abfall- bzw. Ablauffähigkeit für die Betätigungsvorrichtung vorzusehen, die in einer Richtung durch Schwerkraftbelastung angetrieben wird. Bei einer solchen Konfiguration hat ein Bediener jedoch wenig oder keine Steuerung über die Menge des regenerierten Strömungsmittels, welches von der sich zusammenziehenden Kammer zu der expandierenden Kammer rückzirkuliert wird.
Ein Strömungsmittelsteuersystem mit einer relativ einfachen Regenerationsfähigkeit ist in Assoziation mit einer Pumpe, einem Tank und einer doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung mit einem Paar von Betätigungskammern vorgesehen worden. Beispielsweise offenbart das US-Patent 6161467 ein Strömungsmittelsteuersystem mit einer Regenerationsfähigkeit. Das System weist eine Pumpe, einen Tank, zwei doppelt wirkende Betätigungsvorrichtungen mit Betätigungskammern und ein Steuerventil auf. Das Steuerventil bewegt sich von einer ersten Position in eine zweite Position in einem Regenerationsbetriebszustand. Dieses Strömungsmittelsteuersystem gestattet jedoch nicht den Betrieb von mehreren Betätigungsvorrichtungen sowohl regenerativ als auch unabhängig. Es ist wünschenswert, ein Strömungsmittelsteuersystem vorzusehen, welches eine genaue Steuerung der Betätigungsvorrichtungen vorsieht und eine kompakte Grösse hat.
Entsprechend ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäss eines Aspektes der Erfindung weist ein Strömungsmittelsteuersystem eine erste doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung und eine zweite doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung auf. Ein erstes unabhängiges Zumessventil hat einen ersten Steueranschluss, der mit der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, einen zweiten Steueranschluss, der mit der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, erste und zweite unabhängig betätigbare Ventile, die zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten Steueranschlüssen angeordnet sind, und einen ersten Rückschlagsteuermechanismus mit einem Haupt-Rückschlagventil zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen. Der erste Rückschlagsteuermechanismus steuert das Haupt-Rückschlagventil, um zu gestatten, dass die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen entweder in einem Betriebszustand mit unabhängiger Funktion oder in einem Betriebszustand mit regenerativer Funktion arbeiten. Ein zweites unabhängiges Zumessventil hat einen ersten Steueranschluss, der mit der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, einen zweiten Steueranschluss, der mit der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist, erste und zweite unabhängig betätigbare Ventile, die zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten Steueranschlüssen angeordnet sind, und ein Haupt-Rückschlagventil, welches zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten unabhängig betreibbaren Ventilen angeordnet ist.
Gemäss eines weiteren Aspektes der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um den Strömungsmittelfluss zu und von den ersten und zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtungen in einem Betriebszustand mit unabhängiger Funktionen und in einem Betriebszustand mit regenerativer Funktion zu steuern. Das Verfahren weist das Vorsehen eines ersten unabhängigen Zumessventils mit einem ersten Rückschlagsteuermechanismus in Strömungsmittelverbindung mit den ersten und zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtungen auf, weiter das Vorsehen eines zweiten unabhängigen Zumessventils mit einem Haupt-Rückschlagventil in Strömungsmittelverbindung mit der ersten und zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung und den Betrieb des ersten Rückschlagsteuermechanismus, um zu gestatten, dass die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen selektiv in Betriebszuständen mit unabhängiger und regenerativer Funktion arbeiten.
Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind, und dass sie die Erfindung, wie sie beansprucht wird, nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die zu dieser Beschreibung gehören und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Fig. 1 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Strömungsmittelsteuersystems gemäss eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Rückschlagmechanismus für das Strömungsmittelsteuersystem der Fig. 1; und
Fig. 3 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Rückschlagmechanismus für das Strömungsmittelsteuersystem der Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung

Es wird nun im Detail Bezug auf die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo es immer möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um sich auf ähnliche oder gleiche Teile zu beziehen.
Fig. 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Strömungsmittelsteuersystems der vorliegenden Erfindung mit Betriebszuständen mit regenerativer und unabhängiger Funktion. Das Strömungsmittelsteuersystem 10 hat eine Pumpe 12 und ein Reservoir 14 in Strömungsmittelverbindung mit der Pumpe 12. Die Pumpe 12 und wird typischerweise durch einen (in der Figur nicht gezeigten) Motor angetrieben, wie beispielsweise durch einen (Verbrennungs-)Motor, und nimmt Strömungsmittel von dem Reservoir 14 auf. Die Pumpe 12 hat einen Pumpenauslassanschluss 16, der mit einer Versorgungsleitung 18 verbunden ist.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel weist das Strömungsmittelsteuersystem 10 eine erste doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung 20 auf. Die erste doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung 20 hat ein Paar von Betätigungskammern, nämlich eine Kopfenden-Betätigungskammer 22 und eine Stangenenden-Betätigungskammer 24. Die Kopfenden-Kammer 22 und die Stangenenden-Kammer 24 werden durch einen Kolben 26 mit einer Kolbenstange 28 getrennt. Die doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung 20 kann ein Hydraulikzylinder oder irgend eine andere geeignete Werkzeugvorrichtung sein, die zum Anheben, Absenken oder Kippen von Teilen einer Maschine verwendet wird, wie beispielsweise von einem Bagger oder einem Raupenlader.
Das Strömungsmittelsteuersystem 10 hat eine zweite doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung 30. In ähnlicher Weise wie die erste Betätigungsvorrichtung 20 hat die zweite doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung 30 eine Kopfenden-Kammer 32 und eine Stangenenden-Kammer 34, die von einem Kolben 36 getrennt werden. Eine Kolbenstange 38 ist mit dem Kolben 36 verbunden. Die zweite doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung 30 kann auch ein Hydraulikzylinder oder irgend eine andere geeignete Werkzeugvorrichtung sein.
Das Strömungsmittelsteuersystem 10 weist ein erstes unabhängiges Zumessventil (IMV) 40 auf. Wie in Fig. 1 gezeigt hat das erste unabhängige Zumessventil 40 einen Einlassanschluss 42 und zwei Auslassanschlüsse 44. Der Einlassanschluss 42 ist mit der Pumpe 12 über die Versorgungsleitung 18 verbunden und nimmt unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Pumpe auf. Die Auslassanschlüsse 44 können mit einem Reservoir verbunden sein (wobei die Verbindung in der Figur nicht gezeigt ist) um Strömungsmittel aus dem ersten unabhängigen Zumessventil 40 auszulassen. In einem Ausführungsbeispiel kann dieses Reservoir das Reservoir 14 sein, welches mit der Pumpe 12 verbunden ist.
Das erste unabhängige Zumessventil 40 hat auch erste und zweite Steueranschlüsse 46 bzw. 48. Der erste Steueranschluss 46 ist mit der Stangenenden-Kammer 24 der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung 20 durch eine Leitung 50 verbunden. Der zweite Steueranschluss 48 ist mit der Kopfenden-Kammer 32 der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung 30 durch eine Leitung 52 verbunden.
Das erste unabhängige Zumessventil 40 hat vier unabhängig betreibbare Ventile. Ein erstes unabhängig betreibbares Ventil 54 ist zwischen dem Einlassanschluss 42 und dem ersten Steueranschluss 46 angeordnet, und ein zweites unabhängig steuerbares Ventil 56 ist zwischen dem Einlassanschluss 42 und dem zweiten Steueranschluss 48 angeordnet. Ein ein drittes unabhängig betätigbares Ventil 58 ist zwischen dem Auslassanschluss 44 und dem ersten Steueranschluss 46 angeordnet, und ein viertes unabhängig betreibbares Ventil 60 ist zwischen dem Auslassanschluss 44 und dem zweiten Steueranschlüsse 48 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel sind diese unabhängig betreibbaren Ventilen Proportionalventile, die einen Strömungsmittelfluss durch die Ventil basierend auf den Lastanforderungen variieren können. Jedes der Ventile kann mit einer (nicht gezeigten) Feder ausgerüstet sein, um die Ventile in einer geschlossenen Position zu halten, wenn die Ventile nicht aktiviert sind.
Das erste unabhängige Zumessventil 40 hat einen Elektromagneten 62, der mit dem ersten unabhängig betreibbaren Ventil 54 gekoppelt ist, um das Ventil zu betätigen, wenn der Elektromagnet erregt ist. Ein zweiter Elektromagnet 64, ein dritter Elektromagnet 66 und ein vierter Elektromagnet 68 sind mit den zweiten, dritten und vierten unabhängig betätigbaren Ventilen 56 bzw. 58 bzw. 60 gekoppelt, um die Ventile in ähnlicher Weise zu betätigen. Diese Elektromagneten werden durch eine (nicht gezeigte) Steuereinheit erregt, um selektiv die unabhängig betätigbaren Ventile zu öffnen und zu schliessen.
Das erste unabhängige Zumessventil 40 weist ein Haupt-Rückschlagventil 70 zwischen dem Einlassanschluss 42 und den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen 54, 56 auf. Das Haupt-Rückschlagventil 70 kann nahe dem Einlassanschluss 42 gelegen sein und kann zu einer geschlossenen Position durch eine (in Fig. 1 nicht gezeigte) Feder vorgepannt sein. Wenn die Pumpe 14 das Haupt-Rückschlagventil mit einem ausreichenden Strömungsmitteldruck über die Versorgungsleitung 18 und den Einlassanschluss 42 versorgt, wird das Haupt-Rückschlagventil 70 durch den Strömungsmitteldruck aufgedrückt, und das Strömungsmittel von der Pumpe 12 fliesst durch das Rückschlagventil 70 zu den ersten und zweiten Ventilen 54, 56 des ersten unabhängigen Zumessventils 40.
Das Strömungsmittelsteuersystems 10 weist auch ein zweites unabhängiges Zumessventil (IMV) 72 auf. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist das zweite unabhängige Zumessventil 72 parallel zum ersten unabhängigen Zumessventil 40 angeordnet, sodass die Gesamtgrösse des Strömungsmittelsteuersystems 10 minimiert werden kann. Die Struktur des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 kann ähnlich wie jene des ersten unabhängigen Zumessventils 40 sein. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat das zweite unabhängige Zumessventil 40 einen Einlassanschluss 74 und zwei Auslassanschlüsse 76. Der Einlassanschluss 74 ist mit der Pumpe 12 über die Versorgungsleitung 18 verbunden und nimmt das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Pumpe auf. Fig. 1 veranschaulicht die Versorgungsleitung 18, die in zwei Leitungen verzweigt wird, um unter Druck gesetztes Strömungsmittel zum Einlassanschluss 74 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 zu liefern, und auch zum Einlassanschluss 42 des ersten unabhängigen Zumessventils 40. Die Auslassanschlüsse 76 können mit einem Reservoir verbunden sein (wobei die Verbindung in der Figur nicht gezeigt ist), um Strömungsmittel aus dem zweiten unabhängigen Zumessventil 72 auszulassen. Dieses Reservoir kann das gleiche Reservoir 14 sein, welches mit der Pumpe 12 verbunden ist.
Das zweite unabhängige Zumessventil 72 hat auch erste und zweite Steueranschlüsse 78 bzw. 80. Der erste Steueranschluss 78 ist mit der Kopfenden- Kammer 22 der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung 20 durch eine Leitung 82 verbunden. Der zweite Steueranschluss 80 ist mit der Stangenenden-Kammer 34 der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung 30 durch eine Leitung 84 verbunden.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht hat das zweite unabhängige Zumessventil 72 vier unabhängig betätigbare Ventile, nämlich die ersten, zweiten, dritten und vierten unabhängig betätigbaren Ventilen 86 bzw. 88 bzw. 90 bzw. 92. Das erste unabhängig betätigbare Ventil 86 ist zwischen dem Einlassanschluss 74 und dem ersten Steueranschluss 78 angeordnet, und das zweite unabhängig betätigbare Ventil 88 ist zwischen dem Einlassanschluss 74 und dem zweiten Steueranschluss 80 angeordnet. Das dritte unabhängig betätigbare Ventil 90 ist zwischen dem Auslassanschluss 76 und dem ersten Steueranschluss 78 angeordnet. Das vierte unabhängig betätigbare Ventil 92 ist zwischen dem Auslassanschluss 76 und dem zweiten Steueranschluss 80 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel sind diese unabhängig betätigbaren Ventile Proportionalventile, die einen Strömungsmittelfluss durch die Ventile basierend auf den Lastanforderungen variieren können. Jedes der Ventile kann mit einer (nicht gezeigten) Feder ausgerüstet sein, um die Ventile in einer geschlossenen Position zu halten, wenn die Ventile nicht aktiviert sind.
In ähnlicher Weise wie das erste unabhängige Zumessventil 40 hat das zweite unabhängige Zumessventil 72 auch einen ersten Elektromagneten 94, der mit dem ersten unabhängig betätigbaren Ventil 86 gekoppelt ist, um das Ventil zu betätigen, wenn der Elektromagnet erregt wird. Ein zweiter Elektromagnet 96, ein dritter Elektromagnet 98 und ein vierter Elektromagnet 100 sind mit den zweiten, dritten und vierten unabhängig betätigbaren Ventilen 88 bzw. 90 bzw. 92 gekoppelt, um die Ventile zu betätigen. Diese Elektromagneten werden durch eine (nicht gezeigte) Steuereinheit erregt, um selektiv die unabhängig betätigbaren Ventile zu öffnen.
Das zweite unabhängige Zumessventil 72 weist ein Haupt-Rückschlagventil 102 zwischen dem Einlassanschluss 74 und den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen 86, 88 auf. Das Haupt-Rückschlagventil 102 kann nahe dem Einlassanschluss 74 gelegen sein und kann zu einer geschlossenen Position durch eine (in Fig. 1 nicht gezeigte) Feder vorgespannt sein. Wenn die Pumpe 14 das Haupt-Rückschlagventil 102 mit einem ausreichenden Strömungsmitteldruck über die Versorgungsleitung 18 und den Einlassanschluss 74 beliefert, wird das Haupt-Rückschlagventil 102 durch den Strömungsmitteldruck geöffnet, und Strömungsmittel fliesst durch das Haupt-Rückschlagventil 102 zu den ersten und zweiten Ventilen 86, 88 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72.
Wie in Fig. 1 gezeigt hat das erste unabhängige Zumessventil 40 einen ersten Rückschlagsteuermechanismus 104 zur Steuerung des Haupt- Rückschlagventils 70. Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des ersten Rückschlagsteuermechanismus 104. Wie in Fig. 2 gezeigt hat der erste Rückschlagsteuermechanismus 104 ein Proportionalventile 106, welches mit dem Haupt-Rückschlagventil 70 über eine Leitung 108 gekoppelt ist. Das Proportionalventil 106 kann entweder normal geöffnet oder geschlossen werden und kann zum Schliessen oder Öffnen durch Erregung eines Elektromagneten 110 betätigt werden, der mit dem Proportionalventil 106 assoziiert ist. Ein normalerweise geöffnetes Proportionalventil ist in Fig. 2 veranschaulicht. Das Proportionalventil 106 ist mit den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen 54, 56 über eine Leitung 116 verbunden.
Das Haupt-Rückschlagventil 70 weist einen Körper 112 mit einem Einlassanschluss 114 und zwei Auslassanschlüssen auf, nämlich einen ersten Auslassanschluss 117 und einen zweiten Auslassanschluss 119. Der Einlassanschluss 114 ist in Verbindung mit der Pumpe 12 über die Versorgungsleitung 18 und den Einlassanschluss 42. Der erste Auslassanschluss 117 ist mit den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen 54, 56 über eine Leitung 118 verbunden, und der zweite Auslassanschluss 119 ist mit dem Proportionalventil 106 über die Leitung 108 verbunden. Das Haupt- Rückschlagventil 70 hat auch ein Ventilelement 120, welches verschiebbar innerhalb des Körpers 112 positioniert ist. Eine Pumpen-Seitenkammer 122 wird an der Pumpenseite des Ventilelementes 120 ausgebildet, und eine Proportionalventil-Seitenkammer 124 ist an der Proportionalventil-Seite ausgebildet. Die Pumpen-Seitenkammer 122 ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Einlassanschluss 42 des ersten unabhängigen Zumessventils 40. Das Ventilelement 120 ist bewegbar zwischen einer geschlossenen Position, wo der Einlassanschluss 114 von einer Verbindung mit dem ersten Auslassanschluss 117 abgeblockt ist (siehe Fig. 2) und einer offenen Position, wo der erste Auslassanschluss 117 in Verbindung mit dem Einlassanschluss 114 ist. Eine Feder 126 ist innerhalb der Proportionalventil-Seitenkammer 124 vorgesehen und spannt das Ventilelement 120 in die geschlossene Position vor. Das Ventilelement 120 kann in die offene Position bewegt werden, wenn der Strömungsmitteldruck in der Pumpen-Seitenkammer 122 den Strömungsmitteldruck in der Proportionalventil-Seitenkammer 124 und die Kraft der Feder 126 überwindet. Das Ventilelement 120 wird zu der geschlossenen Position bewegt, wenn die Federvorspannkraft und die Kraft auf Grund des Strömungsmitteldruckes in der Proportionalventil-Seitenkammer 124 grösser werden als die Kraft auf Grund des Strömungsmitteldruckes in der Pumpen-Seitenkammer 122.
Wie in Fig. 2 gezeigt hat das Ventilelement 120 ein erstes Rückschlagventil 128 und eine Steuerzumessöffnung 130, die in Verbindung mit der Pumpen- Seitenkammer 122 und der Proportionalventil-Seitenkammer 124 angeordnet ist. Das Ventilelement 120 hat auch ein zweites Rückschlagventil 132, welches die Proportionalventil-Seitenkammer 124 und den ersten Auslassanschluss 117 verbindet. In dieser Konfigurationen ist der Strömungsmitteldruck in der Proportionalventil-Seitenkammer 124 gleich dem höheren Druck, d. h. gleich dem Strömungsmitteldruck in der Pumpen-Seitenkammer 122 oder am ersten Auslass 117.
Fig. 3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rückschlagsteuermechanismus 104. Der Rückschlagsteuermechanismus 104 in Fig. 3 hat das Haupt-Rückschlagventil 70 und das Proportionalventil 106, welches von dem Elektromagneten 110 betätigt wird. Anders als der in Fig. 2 gezeigte Rückschlagsteuermechanismus jedoch hat der Rückschlagsteuermechanismus in Fig. 3 das erste Rückschlagventil 128 und die Steuerzumessöffnung 130 ausserhalb, d. h. nicht in dem Ventilelement 120. Das Rückschlagventil 128 und die Steuerzumessöffnung 130 sind in Verbindung mit der Pumpen-Seitenkammer 122 und der Proportionalventil- Seitenkammer 124 angeordnet. Die Relativpositionen des Rückschlagventils 128 und der Steuerzumessöffnung 130 können umgekehrt sein. In diesem Ausführungsbeispiel hat das Ventilelement 120 das zweite Rückschlagventil 132, welches die Proportionalventil-Seitenkammer 124 und den ersten Auslassanschluss 117 verbindet.
In Fig. 1 hat das zweite unabhängige Zumessventil 72 einen zweiten Rückschlagsteuermechanismus 105, der ähnlich dem Rückschlagsteuermechanismus 104 für das erste unabhängige Zumessventil 40 ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel jedoch kann das Strömungsmittelsteuersystem 10 nicht mit dem zweiten Rückschlagsteuersystem 105 ausgerüstet sein.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Betrieb des Strömungsmittelsteuersystems 10, wie in Fig. 1 veranschaulicht, wird später beschrieben. Wenn die Pumpe 12 betrieben wird, fliesst unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Pumpe 12 zum Einlassanschluss 42 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 und zum Einlassanschluss 74 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 über die geteilte Leitung 18. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel wird auf die Pumpen-Seitenkammer 122 des ersten Rückschlagsteuermechanismus 104 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 und auf den zweiten Rückschlagsteuermechanismus 105 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 aufgebracht.
Das Ventilelement 120 des Rückschlagsteuermechanismus 104 ist anfänglich in der geschlossenen Position, wobei der Einlassanschluss 114 von einer Verbindung mit dem ersten Auslassanschluss 117 abgeblockt ist. Wenn der Strömungsmitteldruck von der Pumpe 12 ausreichend klein ist, hält die Feder 126 das Ventilelement 120 in der geschlossenen Position. Das Strömungsmittel in der Pumpenseitenkammer 122 läuft durch das Rückschlagventil 128 und die Steuerzumessöffnung 130 zu der Proportionalventil- Seitenkammer 124, wenn das Ventilelement 120 in der geschlossenen Position ist.
Wenn das Strömungsmittelsteuersystem 10 in dem Betriebszustand mit unabhängiger Funktion ist, ist das Proportionalventil 106 des Rückschlagsteuermechanismus 104 in der offenen Position. Sobald der Druck in der Pumpen-Seitenkammer 122 den Strömungsmitteldruck in der Proportionalventil- Seitenkammer 124 und die Vorspannkraft der Feder 126 überwindet, und das Proportionalventil 106 offen ist, bewegt der Strömungsmitteldruck in der Pumpen-Seitenkammer 122 das Ventilelement 120 in die offene Position, wo der Einlassanschluss 114 in Strömungsmittelverbindung mit dem ersten Auslassanschluss 117 ist. Somit fliesst das Strömungsmittel von der Pumpe 12 durch den ersten Rückschlagsteuermechanismus 104 zu den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen 54, 56 des ersten unabhängigen Zumessventils 40. In ähnlicher Weise fliesst Strömungsmittel von der Pumpe 12 durch den zweiten Rückschlagsteuermechanismus 105 zu den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen 86, 88 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72, wenn das Ventilelement 120 des zweiten Rückschlagsteuermechanismus 105 sich öffnet.
Um die Kopfenden-Kammer 22 der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung 20 unter Druck zu setzen, wird das erste Ventil 86 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 selektiv geöffnet, und das dritte Ventil 90 wird geschlossen. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Pumpe 12 fliesst dann durch das zweite unabhängige Zumessventil 72 zur Kopfenden-Kammer 22 der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung 20, und der Kolben 26 und die Kolbenstange 28 bewegen sich in Aufwärtsrichtung entsprechend der Orientierung in Fig. 1. Zum gleichen Zeitpunkt fliesst das Strömungsmittel in der Stangenenden-Kammer 24 der ersten Betätigungsvorrichtung 20 zum ersten unabhängigen Zumessventil 40 durch die Leitung 50 und den ersten Steueranschluss 46. Das dritte Ventil 58 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 wird geöffnet, und das Strömungsmittel von der Stangenenden-Kammer 24 der Betätigungsvorrichtung 20 kann zum Reservoir durch das dritte Ventil 58 austreten. In diesem Fall sollte das erste Ventil 54 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 geschlossen sein, sodass das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Pumpe 12 nicht durch das erste Ventil 54 fliesst.
Die Betätigungsrichtung der ersten Betätigungsvorrichtung 20 kann durch Öffnung des ersten Ventils 54 und Schliessen des dritten Ventils 58 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 umgekehrt werden, und durch Öffnen des dritten Ventils 90 und Schliessen des ersten Ventils 86 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Pumpe 12 wird durch das erste Ventil 54 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 zur Stangenenden-Kammer 24 der ersten Betätigungsvorrichtung 20 fliessen, und der Kolben 26 und die Kolbenstange 28 werden sich in Abwärtsrichtung gemäss der Orientierung in Fig. 1 bewegen. Das Strömungsmittel in der Kopfenden-Kammer 22 fliesst zum Reservoir 14 durch das dritte Ventil 90 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72.
In ähnlicher Weise kann das zweite Ventil 56 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 geöffnet werden um, einen Strömungsmittelfluss durch das zweite Ventil 56 zur Kopfenden-Kammer 32 der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 zuzulassen, um den Kolben 36 und die Kolbenstange 38 zu bewegen. Simultan fliesst Strömungsmittel von der Stangenenden-Kammer 34 der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 über die Leitung 84 zum zweiten unabhängigen Zumessventil 72. Das vierte Ventil 92 sollte offen sein, um das Strömungsmittel aus der Stangenenden-Kammer 34 zum Reservoir 14 hin auszulassen. Während dieses Vorgangs sollten das vierte Ventil 60 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 und das zweite Ventil 88 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 geschlossen sein. Um die Richtung der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 umzukehren sollten das zweite Ventil 88 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 und das vierte Ventil 60 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 geöffnet sein, und das erste Ventil 56 und das vierte Ventil 92 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 sollten geschlossen sein. Die ersten und zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtungen 20, 30 werden geöffnet und unabhängig gesteuert, wie oben beschrieben.
Der Betrieb des Strömungsmittelsteuersystems 10 in dem Betriebszustand mit regenerativer Funktion wird nun beschrieben. Dieser Betriebszustand mit regenerativer Funktion wird oft als "Chicago-Dump" bezeichnet.
In dem Betriebszustand mit regenerativer Funktion ist das Proportionalventil 106 von entweder dem ersten Rückschlagsteuermechanismus 104 für das erste unabhängige Zumessventil 40 oder der zweite Rückschlagsteuermechanismus 105 für das zweite unabhängige Zumessventil 72 geschlossen. Wenn das Proportionalventil 106 des Rückschlagsteuermechanismus 104 geschlossen ist, wird das Haupt-Rückschlagventil 70 in der geschlossenen Position gehalten, um das Strömungsmittel von der Pumpe 12 dagegen abzublocken, dass es den ersten Auslassanschluss 117 erreicht, und zwar trotz dem Strömungsmitteldruck von der Pumpe 12. Somit erreicht das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Pumpe 12 keines der unabhängig gesteuerten Ventile des ersten unabhängigen Zumessventils 40.
Wenn das Proportionalventile 106 des Rückschlagsteuermechanismus 105 für das zweite unabhängige Zumessventil 72 offen ist, gestattet das Haupt- Rückschlagventil 70, dass das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Pumpe 12 zu den ersten und zweiten Ventilen 94, 96 des zweiten unabhängigen Zumessventils 72 fliesst. Wenn das erste Ventil 86 geöffnet wird, fliesst das Strömungsmittel von der Pumpe 12 durch das erste Ventil 86 in die Kopfenden-Kammer 22 der ersten Betätigungsvorrichtung 20 über die Leitung 82 in dem Betriebszustand mit regenerativer Funktion. Das Strömungsmittel in der Stangenenden-Kammer 24 fliesst aus dem ersten unabhängigen Zumessventil 40 über die Leitung 50. In dem Betriebszustand mit regenerativer Funktion sollten die dritten und vierten Ventile 58, 60 des ersten unabhängigen Zumessventils 40 geschlossen sein, und die ersten und zweiten Ventile 54, 56 sollten geöffnet sein, sodass Strömungsmittel von der Stangenenden-Kammer 24 der ersten Betätigungsvorrichtung 20 in die Kopfenden-Kammer 32 der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 über die ersten und zweiten Ventilen 54, 56 fliesst. Weil das Haupt-Rückschlagventil 70 in der geschlossenen Position gehalten wird, wird der regenerative Strömungsmittelfluss nicht durch den unter Druck gesetzten Fluss von der Pumpe 12 zum ersten unabhängigen Zumessventil 40 gestört, und der regenerative Fluss läuft durch das erste unabhängige Zumessventil 40. Dieser regenerative Fluss zur Kopfenden-Kammer 32 wirkt dahingehend, dass er die Kolbenstange 38 ausfährt. Gleichzeitig fliesst das Strömungsmittel in der Stangenenden-Kammer 34 der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 nach draussen zum zweiten unabhängigen Zumessventil 72 über die Leitung 84. Das zweite Ventil 88 sollte geschlossen sein, und das vierte Ventil 92 sollte offen sein, so dass das Strömungsmittel zum Reservoir 14 ausgelassen werden kann, und dass das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Pumpe 12 nicht durch das zweite Ventil 88 eintritt. In dieser Konfiguration wird die zweite Betätigungsvorrichtung 30 unter niedrigerem Druck betrieben, als die erste Betätigungsvorrichtung 20.
Die Betätigungsrichtung der Betätigungsvorrichtungen 20, 30 kann umgekehrt werden durchschliessen der ersten und vierten Ventile 86, 92 des zweiten unabhängigen Zumessventils und durch Öffnen der zweiten und dritten Ventile 88, 90. In diesem Fall wird die Stangenenden-Kammer 34 der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 mit einem höheren Strömungsmitteldruck betrieben, als die Stangenenden-Kammer 24 der ersten Betätigungsvorrichtung 20.
Alternativ kann das Proportionalventil 106 des ersten Rückschlagsteuermechanismus 104 geöffnet werden, und das Proportionalventil 106 des zweiten Rückschlagsteuermechanismus 105 kann geschlossen werden. Wenn das Proportionalventil 106 des Rückschlagsteuermechanismus 105 für das zweite unabhängige Zumessventil 72 geschlossen wird, wird das Haupt- Rückschlagventil 70 in der geschlossenen Position gehalten, und das Strömungsmittel von der Pumpe 12 wird davon abgehalten, irgend eines der unabhängig gesteuerten Ventile des zweiten unabhängigen Zumessventils 72zu erreichen. Dies gestattet, dass die Stangenenden-Kammer 24 der ersten Betätigungsvorrichtung 20 oder die Kopfenden-Kammer 32 der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 unter einem höheren Strömungsmitteldruck arbeiten, als die Stangenenden-Kammer 34 der zweiten Betätigungsvorrichtung 30 bzw. die Kopfenden-Kammer 22 der ersten Betätigungsvorrichtung 20.
Somit sieht die vorliegende Erfindung ein Strömungsmittelsteuersystems vor, um genau den Betrieb von mehreren doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtungen in unabhängigen und regenerativen Betriebszuständen zu steuern. Das Strömungsmittelsteuersystem ist in vieler Hinsicht vorteilhaft, wobei eine die Tatsache ist, dass es effizient zwischen den Betriebszuständen mit unabhängiger Funktion und mit regenerativer Funktion umschalten kann.
Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem elektrohydraulischen Pumpensteuersystem der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Kern der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es wird beabsichtigt, dass die Beschreibung und Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden können, wobei ein wahrer Kern und Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche aufgezeigt wird.

Claims

1. Strömungsmittelsteuersystem, welches Folgendes aufweist:
eine erste doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung;
eine zweite doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung;
ein erstes unabhängiges Zumessventil mit:
einem Einlassanschluss;
einem ersten Steueranschluss, der mit der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist;
einem zweiten Steueranschluss, der mit der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist;
ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen, die zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten Steueranschlüssen angeordnet sind; und
einem ersten Rückschlagsteuermechanismus mit einem Haupt- Rückschlagventil zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen, wobei der ersten Rückschlagsteuermechanismus das Haupt-Rückschlagventil steuert, um zu gestatten, dass die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen entweder in einem Betriebszustand mit unabhängiger Funktion oder in einem Betriebszustand mit regenerativer Funktion arbeiten; und
ein zweites unabhängiges Zumessventil mit:
einem Einlassanschluss;
einem ersten Steueranschluss, der mit der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist; einem zweiten Steueranschluss, der mit der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden ist;
ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen, die zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten Steueranschlüssen angeordnet sind; und
einem Haupt-Rückschlagventil, welches zwischen dem Einlassanschluss und den ersten und zweiten unabhängig betätigbaren Ventilen angeordnet ist.

2. Strömungsmittelsteuersystem nach Anspruch 1, welches weiter eine Pumpe in Strömungsmittelverbindung mit dem Einlassanschluss des ersten unabhängigen Zumessventils und mit dem Einlassanschluss des zweiten unabhängigen Zumessventils aufweist, und wobei die erste doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung eine erste Kopfenden- Kammer und eine erste Stangenenden-Kammer aufweist, und wobei die zweite doppelt wirkende Betätigungsvorrichtung eine zweite Kopfenden-Kammer und eine zweite Stangenenden-Kammer aufweist.

3. Strömungsmittelsteuersystem nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Steueranschlüsse des ersten unabhängigen Zumessventils mit der Stangenenden-Kammer der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung bzw. der Kopfenden-Kammer der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden sind, und wobei die ersten und zweiten Steueranschlüsse des zweiten unabhängigen Zumessventils mit der Kopfenden-Kammer der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung bzw. der Stangenenden-Kammer der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung verbunden sind.

4. Strömungsmittelsteuersystem nach Anspruch 3, wobei das Haupt- Rückschlagventil des ersten Rückschlagsteuermechanismus für den Betriebszustand mit unabhängiger Funktion geöffnet ist und für den Betriebszustand mit regenerativer Funktion geschlossen ist.

5. Strömungsmittelsteuersystem nach Anspruch 4, wobei in dem Betriebszustand mit regenerativer Funktion das Strömungsmittel in der Stangenenden-Kammer der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung zur Kopfenden-Kammer der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung fliesst, oder das Strömungsmittel in der Kopfenden-Kammer der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung zur Stangenenden-Kammer der ersten Betätigungsvorrichtung fliesst.

6. Strömungsmittelsteuersystem nach Anspruch 2, wobei der erste Rückschlagsteuermechanismus erste und zweite Rückschlagventile aufweist, und ein Proportionalventil, welches für den Betriebszustand mit unabhängiger Funktion geöffnet ist und für den Betriebszustand mit regenerativer Funktion geschlossen ist.

7. Strömungsmittelsteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6 welches weiter einen zweiten Rückschlagsteuermechanismus aufweist, um das Haupt-Rückschlagventil des zweiten unabhängigen Zumessventils zusteuern, und wobei in dem Betriebszustand mit regenerativer Funktion das Strömungsmittel in der Stangenenden-Kammer der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung zur Kopfenden- Kammer der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung fliesst, oder das Strömungsmittel in der Kopfenden-Kammer der ersten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung zum Stangenende der zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung fliesst.

8. Verfahren zur Steuerung eines Strömungsmittelflusses zu und von ersten und zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtungen in einem Betriebszustand mit unabhängiger Funktion und einem Betriebszustand mit regenerativer Funktion, welches Folgendes aufweist:
Vorsehen eines ersten unabhängigen Zumessventils mit einem ersten Rückschlagsteuermechanismus in Strömungsmittelverbindung mit den ersten und zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtungen;
Vorsehen eines zweiten unabhängigen Zumessventils mit einem Haupt-Rückschlagventil in Strömungsmittelverbindung mit der ersten und zweiten doppelt wirkenden Betätigungsvorrichtung;
Betrieb des ersten Rückschlagsteuermechanismus, um zu gestatten, dass die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen selektiv in Betriebszuständen mit unabhängiger und regenerativer Funktion arbeiten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Rückschlagsteuermechanismus ein Haupt-Rückschlagventil besitzt, und wobei das Haupt- Rückschlagventil für den Betriebszustand mit unabhängiger Funktion geöffnet ist und für den Betriebszustand mit regenerativer Funktion geschlossen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zweite unabhängige Zumessventil mit einem zweiten Rückschlagsteuermechanismus versehen ist, und wobei das Haupt-Rückschlagventil des zweiten unabhängigen Zumessventils für den Betriebszustand mit unabhängiger Funktion geöffnet ist und für den Betriebszustand mit regenerativer Funktion geschlossen ist.