DE10296738B4 - Ventilaufbau zum Steuern eines Hydraulikmotors - Google Patents
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Abstract
Ventilaufbau
zum Steuern eines Hydraulikmotors, wobei der Ventilaufbau aufweist:
Eine Fluidzufuhrleitung zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid;
eine Rückführleitung zur Verbindung mit einem Tank; eine erste Zwischenleitung und eine zweite Zwischenleitung;
einen ersten Arbeitsanschluss und einen zweiten Arbeitsanschluss zur Verbindung mit dem Hydraulikmotor;
ein Richtungssteuerventil, das mit der Fluidzufuhr- und -rückführleitung verbunden ist und eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, die unterschiedliche Fluidpfade zwischen der Fluidzufuhrleitung und der -rückführleitung und den ersten und zweiten Zwischenleitungen bereit stellen, gekennzeichnet durch ein bidirektionales erstes Proportionalsteuerventil (36), das zwischen der ersten Zwischenleitung (32) und dem ersten Arbeitsanschluss (26) zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist; und
ein bidirektionales zweites Proportionalsteuerventil (38), das zwischen der zweiten Zwischenleitung (34) und dem zweiten Arbeitsanschluss (28) zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist.
Eine Fluidzufuhrleitung zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid;
eine Rückführleitung zur Verbindung mit einem Tank; eine erste Zwischenleitung und eine zweite Zwischenleitung;
einen ersten Arbeitsanschluss und einen zweiten Arbeitsanschluss zur Verbindung mit dem Hydraulikmotor;
ein Richtungssteuerventil, das mit der Fluidzufuhr- und -rückführleitung verbunden ist und eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, die unterschiedliche Fluidpfade zwischen der Fluidzufuhrleitung und der -rückführleitung und den ersten und zweiten Zwischenleitungen bereit stellen, gekennzeichnet durch ein bidirektionales erstes Proportionalsteuerventil (36), das zwischen der ersten Zwischenleitung (32) und dem ersten Arbeitsanschluss (26) zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist; und
ein bidirektionales zweites Proportionalsteuerventil (38), das zwischen der zweiten Zwischenleitung (34) und dem zweiten Arbeitsanschluss (28) zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft Ventilaufbauten, die einen Fluidstrom zu einer Hydrauliklast steuern, wie etwa zu einer Zylinder-Kolben-Kombination; insbesondere betrifft die Erfindung Aufbauten, die elektrohydraulische Ventile enthalten.
- 2 Beschreibung des Standes der Technik
- Eine große Vielfalt von Maschinen weist Arbeitselemente auf, die durch Hydraulikmotoren angetrieben sind, wie etwa durch Zylinder-Kolben-Aufbauten. Jeder Zylinder ist durch den Kolben in zwei Innenkammern unterteilt und ein selektives Anlegen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid an eine der Kammern bewegt den Kolben in entsprechender Richtung. Während diese Aktion stattfindet, wird Fluid aus der anderen Zylinderkammer zu einem Tank für das Hydrauliksystem ausgeleitet bzw. ausgetragen.
- Herkömmlicherweise wurde der Hydraulikfluidstrom zu und von dem Zylinder durch ein manuell betätigtes Ventil gesteuert, wie etwa durch ein solches, das im US-Patent Nr.
US 5579642 A erläutert ist. Es besteht ein Trend weg von manuell betätigten Hydraulikventilen zu elektrohydraulischen Ventilen, die elektrisch gesteuert werden. Diese Technikänderung erleichtert eine Regelung verschiedener Maschinenfunktionen unter Compu tersteuerung. Die elektrische Steuerung vereinfacht außerdem die Installation des Hydrauliksystems, da die Steuerventile in der Nähe von jedem Zylinder und nicht in der Bedienungsstation angeordnet werden können. Dadurch muss lediglich ein einziges Paar von Pumpen- und Tankleitungen zu den Hydraulikstellorganen für die gesamte Maschine verlegt werden. Obwohl getrennte elektrische Leitungen zu jedem Ventil verlegt werden müssen, können diese Leitungen im Vergleich zu Hydraulikleitungen einfacher verlegt und gewartet werden. - Das US-Patent Nr.
US 6073652 A beschreibt einen elektrohydraulischen Ventilaufbau, der vier solenoidbetätigte Proportionalsteuerventile verwendet. Ein Paar von Ventilen steuert den Fluidstrom zu und von einer der Zylinderkammern, während das andere Paar von Ventilen den Fluidstrom zu und von der anderen Kammer steuert. In jedem Paar regelt ein Ventil den Hydraulikfluidstrom von der Pumpenzufuhrleitung zu der zugeordneten Zylinderkammer und das andere Ventil des Paars steuert den Hydraulikfluidstrom von dieser Kammer zu dem Systemtank. Der Zylinder wird deshalb durch Aktivieren von einem einzigen Ventil in jedem Ventilpaar betätigt, um ein unter Druck stehendes Fluid an eine Kammer des Zylinders anzulegen und das Fluid von der anderen Kammer auszuleiten. Die spezielle Kombination von elektrohydraulischen Ventilen, die aktiviert werden, bestimmt die Richtung, in die der Kolben angetrieben wird. - Ein Nachteil dieser Art eines Aufbaus besteht darin, dass vier elektrohydraulische Proportionalventile erforderlich sind, um eine Bewegung des Kolbens in zwei Richtungen hervorzurufen.
- Aus der
DE 199 32 948 A1 ist zwar bereits ein Ventilaufbau bekannt, bei welchem die Betätigungseinrichtung des Hydraulikmotors16 durch ein den Steuerventilen für die Zylinderkammern vorgeschaltetes Richtungssteuerventil14 bestimmt wird. Dabei ist jedoch nur der Kopfkammer des Zylinders ein Proportionalventil52 zugeordnet, so dass eine Proportionalansteuerung der Einfahrbewegung nicht möglich ist. - Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steuerventilaufbau, jeweils gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11, der drei elektrohydraulische Ventile zum Steuern des Fluidstroms zwischen einem Hydraulikmotor und sowohl einer Quelle wie einem Tank verwendet.
- Dieser Ventilaufbau umfasst gemäß den in den Ansprüchen 1 und 11 beschriebenen Lösungen jeweils eine Fluidzufuhrleitung zum Empfangen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid von der Quelle und eine Rückführleitung zur Verbindung mit dem Tank. Eine erste Zwischenleitung und eine zweite Zwischenleitung sind außerdem vorgesehen. Der Ventilaufbau weist erste und zweite Arbeitsanschlüsse zur Verbindung mit dem Hydraulikmotor auf, bei dem es sich beispielsweise um einen Zylinder-Kolben-Aufbau handeln kann.
- Ein Richtungssteuerventil ist mit der Fluidzufuhrleitung, der Rückführleitung und den ersten und zweiten Zwischenleitungen verbunden und wird wahlweise zwischen ersten und zweiten Stellungen durch ein elektrisches Steuersignal betätigt. Die ersten und zweiten Stellungen stellen unterschiedliche Fluidpfade zwischen den Zufuhr- und Rückführleitungen und den ersten und zweiten Zwischenleitungen bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zufuhrleitung mit der ersten Zwischenleitung verbunden und die Rückführleitung ist mit der zweiten Zwischenleitung verbunden, wenn das Richtungssteuerventil sich in der ersten Stellung befindet, und die Fluidzufuhrleitung ist mit der zweiten Zwischenleitung verbunden und die Rückführleitung ist mit der ersten Zwischenleitung verbunden, wenn das Richtungssteuerventil sich in der zweiten Stellung befindet. Eine weitere Ausführungsform des Richtungssteuerventils weist eine Stellung auf, in der eine Regeneration stattfindet, und ein Fluid, das aus dem Motor in ei nen Arbeitsanschluss ausgeleitet wird, dem anderen Arbeitsanschluss zugeführt wird.
- Ein bidirektionales erstes Proportionalsteuerventil steht in Verbindung zwischen der ersten Zwischenleitung und dem zweiten Arbeitsanschluss zum Steuern eines Hydraulikfluidstroms dazwischen. Ein bidirektionales zweites Proportionalsteuerventil steuert den Hydraulikfluidstrom zwischen der zweiten Zwischenleitung und dem zweiten Arbeitsanschluss.
- Das Richtungssteuerventil wird betätigt, um zu ermitteln, in welchen Arbeitsanschluss unter Druck stehendes Fluid von der Quelle zugeführt wird und aus welchem Arbeitsanschluss Fluid ausgetragen wird. Dies legt die Richtung fest, in welche der Motor arbeitet. Die ersten und zweiten Proportionalsteuerventile dienen dazu, den Hydraulikfluidstrom zu und von den Arbeitsanschlüssen zu dosieren und dadurch die Bewegungsrate bzw. -geschwindigkeit des Motors zu steuern. Der vorliegende Aufbau mit drei Ventilen erzielt denselben Steuerungsgrad in Bezug auf den Betrieb des Motors wie Aufbauten gemäß dem Stand der Technik mit vier Proportionalsteuerventilen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt schematisch einen Hydraulikkreislauf, der die vorliegende Erfindung enthält; -
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines bidirektionalen Proportionalsteuerventils, das in dem Hydraulikkreislauf verwendet wird; -
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines in dem Hydraulikkreislauf von1 verwendeten Richtungssteuerventils; -
4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Richtungssteuerventil; und -
5 zeigt schematisch einen weiteren Hydraulikkreislauf, der die vorliegende Erfindung enthält. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Unter Bezug auf
1 weist ein Hydraulikkreislauf10 eine Zufuhrleitung12 auf, in der unter Druck stehendes Fluid von einer Quelle, wie etwa einer Pumpe, aufgenommen ist. Die Pumpe arbeitet beispielsweise in einer Hochdruck-Bereitschaftsbetriebsart. Eine Tankrückführleitung14 ist zur Verbindung mit einem Hydrauliksystemtank vorgesehen. Der Hydraulikkreislauf10 steuert den Fluidstrom zwischen den Zufuhr- und Tankrückführleitungen12 und14 und einem Hydraulikmotor16 , wie etwa einer Kombination aus einem Zylinder18 und einem Kolben20 . Der vorliegend verwendete Begriff "Motor" bezieht sich allgemein auf eine beliebige Vorrichtung, die Hydraulikdruck in mechanische Kraft umsetzt. - Die Zufuhrleitung
12 und die Tankrückführleitung14 sind mit einem Vierwegerichtungssteuerventil30 verbunden, das in einer von zwei Stellungen durch ein Solenoid31 und eine Rückstellfeder positioniert wird. Ein Rückschlagventil15 ist zwischen der Zufuhrleitung12 und dem Richtungssteuerventil30 vorgesehen, um ein Zurückströmen von Hydraulikfluid von dem Richtungssteuerventil in die Fluidzufuhrleitung zu verhindern. Wenn die Kraft der Last, die durch den Kolben20 angetrieben wird, diejenige Kraft übersteigt, die durch den Zufuhrleitungsdruck im Zylinder18 erzeugt wird, schließt das Rückschlagventil15 und verhindert, dass die Lastkraft den Kolben20 bewegt. - Das Richtungssteuerventil
30 weist zwei Stellungen auf, in denen verschiedene Verbindungen der Zufuhrleitung12 und der Tankrückführleitung14 mit den ersten und zweiten Zwischenleitungen32 und34 vorgesehen sind. In einer ersten Stellung ist die Zufuhrleitung12 mit der ersten Zwischenleitung32 verbunden und die Rückführleitung14 ist mit der zweiten Zwischenleitung34 verbunden. In der zweiten Stellung ist die Fluidzufuhrleitung12 mit der zweiten Zwischenleitung34 verbunden und die Rückführleitung14 steht mit der ersten Zwischenleitung32 in Verbindung. - Die ersten und zweiten Zwischenleitungen
32 und34 sind jeweils mit ersten und zweiten bidirektionalen Proportionalsteuerventilen36 und38 verbunden. Die ersten und zweiten Proportionalsteuerventile36 und38 werden durch getrennte elektrische Solenoide betätigt, um den Fluidstrom zu und von den ersten und zweiten Arbeitsanschlüssen26 und28 zu dosieren. Der Zylinder18 weist eine Stangenkammer22 auf, die mit dem ersten Arbeitsanschluss26 verbunden ist, und er weist eine Kopfkammer24 auf, die mit dem zweiten Arbeitsanschluss28 verbunden ist. -
2 zeigt die Einzelheiten der bidirektionalen Proportionalsteuerventile36 und38 , die in dem Hydrauliksystem10 verwendet werden. Das beispielhafte Proportionalsteuerventil110 umfasst eine erste zylindrische Ventilbuchse114 , die in einer Längsbohrung116 eines Ventilkörpers112 angebracht ist. Der Ventilkörper112 weist einen ersten Queranschluss118 auf, der mit der Längsbohrung116 in Verbindung steht. Ein zweiter Anschluss120 erstreckt sich durch den Ventilkörper und steht mit dem Innenende der Längsbohrung116 in Verbindung. Ein Ventilsitz122 ist zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen118 und120 gebildet. - Ein Hauptventilstößel
124 gleitet in der Längsbohrung116 relativ zu dem Ventilsitz122 zum wahlweisen Steuern des Hydraulikfluidstroms zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen. Eine Zentralbohrung126 ist in dem Hauptventilstößel124 gebildet und erstreckt sich ausgehend von einer Öffnung am zweiten Anschluss120 zu einer zweiten Öffnung in einer Steuerkammer128 auf der entfernten Seite des Hauptventilstößels. Die zentrale Bohrung126 weist eine Schulter133 beabstandet von dem ersten Ende auf, das in den zweiten Anschluss120 mündet. Ein erstes Rückschlagventil134 ist in dem Hauptventilstößel zwischen der Schulter133 und der ersten Öffnung angeordnet, um einen Fluidstrom ausschließlich ausgehend von der Stößelzentralbohrung126 in den zweiten Anschluss120 zu ermöglichen. - Ein zweites Rückschlagventil
137 ist in dem Hauptventilstößel124 in einem Durchlass138 angeordnet, der sich zwischen dem ersten Anschluss118 und der zentralen Bohrung126 benachbart zu der Schulter133 erstreckt. Das zweite Rückschlagventil137 beschränkt den Fluidstrom in dem Durchlass138 in lediglich eine Richtung ausgehend von der Stößelbohrung126 zu dem ersten Anschluss. - Die zweite Öffnung der Bohrung
126 in dem Hauptventilstößel124 ist durch einen Sitz129 mit einem Steuerdurchbruch141 verschlossen, der sich dort hindurch erstreckt. Eine federnde rohrförmige Stange132 innerhalb der zentralen Bohrung126 spannt den Sitz129 relativ zu der Schulter133 vor. Gegenüberliegende Seiten des Sitzes129 sind den Drücken in der Steuerkammer128 und in einem Steuerdurchlass135 ausgesetzt, der in dem Hauptventilstößel124 durch die rohrförmige Stange132 gebildet ist. - Der Ventilkörper
112 enthält ein drittes Rückschlagventil150 in einem Durchlass152 , der sich zwischen der Steuerkammer128 und dem zweiten Anschluss120 erstreckt. Das dritte Rückschlagventil150 erlaubt es einem Fluid, ausschließlich ausgehend vom zweiten Anschluss120 in die Steuerkammer128 zu strömen. Ein viertes Rückschlagventil154 ist in einem weiteren Durchlass156 angeordnet, um Fluid ausschließlich ausgehend von dem ersten Anschluss118 zu der Steuerkammer128 strömen zu lassen. Beide dieser Rückschlagventildurchlässe152 und156 weisen eine Strombegrenzungsöffnung153 bzw.157 auf. - Die Bewegung des Hauptventilstößels
124 wird durch ein Solenoid136 gesteuert, das eine elektromagnetische Wicklung139 , einen Anker142 und einen Steuerstößel144 umfasst. Der Anker142 kommt in einer Bohrung116 durch die Buchse114 zu liegen und eine erste Feder145 spannt den Hauptventilstößel124 in einer Richtung weg vom Anker vor. Die elektromagnetische Wicklung139 ist um die Buchse114 angeordnet und an dieser festgelegt. Der Anker142 gleitet innerhalb der Buchsenbohrung116 weg von dem Hauptventilstößel124 in Reaktion auf ein elektromagnetisches Feld, das durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die elektromagnetische Wicklung139 erzeugt wird. Der Steuerstößel144 kommt in einer Bohrung146 des rohrförmigen Ankers142 zu liegen und wird in dem Anker durch eine zweite Feder148 vorgespannt, die im Eingriff mit einer Einstellschraube160 steht. - Im entregten Zustand der elektromagnetischen Wicklung
139 drängt die zweite Feder148 den Steuerstößel144 gegen ein Ende152 des Ankers142 und schiebt sowohl den Anker wie den Steuerstößel in Richtung auf den Hauptventilstößel124 . Dies resultiert in einer konischen Spitze des Steuerstößels144 , die in den Steuerdurchbruch141 in dem Sitz129 und dem Steuerdurchlass135 eintritt und diesen Durchbruch verschließt, wodurch die Fluidverbindung zwischen der Steuerkammer128 und dem zweiten Anschluss120 unterbrochen bzw. verschlossen wird. - Das Steuerventil
110 misst den Hydraulikfluidstrom zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen118 und120 proportional zu bzw. dosiert ihn entsprechend. Der elektrische Strom erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das den Anker142 in das Solenoid136 hinein und weg von dem Hauptventilstößel124 zieht. Die Höhe dieses elektrischen Stroms bestimmt das Ausmaß, mit dem das Ventil öffnet und die Rate des Hydraulikfluidstroms durch das Ventil ist proportional zu diesem Strom. Insbesondere dann, wenn der Druck am ersten Anschluss118 den Druck am zweiten Anschluss120 übersteigt, wird der höhere Druck in die Steuerkammer128 durch das vierte Rückschlagventil154 kommuniziert. Wenn der Anker142 sich bewegt, wird der Kopf166 auf dem Steuerstößel144 weg von dem Hauptventilstößel124 gedrängt, wodurch der Steuerdurchbruch141 geöffnet wird. Diese Aktion führt dazu, dass Hydraulikfluid vom ersten Anschluss118 durch die Steuerkammer128 , den Steuerdurchlass135 und das erste Rückschlagventil134 zu dem zweiten Anschluss120 strömt. - Der Hydraulikfluidstrom durch den Steuerdurchlass
135 verringert den Druck in der Steuerkammer128 auf denjenigen des zweiten Anschlusses120 . Der höhere Druck in dem ersten Anschluss118 , der an die Fläche128 angelegt ist, drängt dadurch den Hauptventilstößel124 aus dem Ventilsitz122 heraus, wodurch die direkte Verbindung zwischen dem ersten Anschluss118 und dem zweiten Anschluss120 geöffnet wird. Die Bewegung des Hauptventilstößels124 dauert an, bis ein Druck kraftgleichgewicht sich über dem Hauptstößel124 eingestellt hat auf Grund des konstanten Stroms durch die Öffnung157 und die effektive Öffnung der Steueröffnung zu dem Steuerdurchbruch141 . Die Größe dieser Ventilöffnung und der Durchsatz des Hydraulikfluids durch diese hindurch werden deshalb durch die Stellung des Ankers142 und des Steuerstößels144 festgelegt. Diese Stellungen ihrerseits werden durch die Höhe des Stroms gesteuert, der durch die elektromagnetische Wicklung139 fließt. - Wenn der Druck in dem zweiten Anschluss
120 den Druck in der Einlassanschluss118 übersteigt, kann eine Proportionalströmung aus dem Auslassanschluss zu dem Einlassanschluss erzielt werden unter Aktivieren des Solenoids136 . In diesem Fall wird der höhere zweite Anschlussdruck durch das dritte Rückschlagventil154 zu der Steuerkammer128 übertragen, und wenn der Steuerstößel144 sich aus dem Steuersitz129 heraus bewegt, strömt Fluid aus der Steuerkammer durch den Steuerdurchlass135 und das zweite Rückschlagventil137 zu dem ersten Anschluss118 . Dies führt dazu, dass der Hauptventilstößel124 sich auf Grund des höheren Drucks öffnet, der auf seine Bodenfläche einwirkt. - Unter erneutem Bezug auf
1 ist die Steuerkammer128 von jedem Proportionalsteuerventil36 und38 mit einem Druckentlastungsventil44 bzw.46 verbunden. Beide Druckentlastungsventile44 und46 werden zu dem Druck in der Tankrückführleitung14 und zu dem Druck in den jeweiligen Arbeitsanschlüssen26 oder28 in Bezug gesetzt. Das Entlastungsventil44 bzw.46 öffnet, wenn der jeweilige Arbeitsanschlussdruck übermäßig hoch ist, wodurch der Druck in der Steuerkammer128 des zugeordneten Proportionalsteuerventils36 oder38 entlastet wird, was dazu führt, dass das Steuerventil öffnet. - Wenn das Entlastungsventil
44 öffnet, wird der Strom zum Tank durch die Entlastungsleitung45 durch eine Öffnung47 begrenzt. Hierdurch wird Druck an eine Seite des Vierwegerichtungsventils30 angelegt, was dazu führt, dass das Ventil sich in die Stellung entgegengesetzt zu derjenigen bewegt, die in1 dargestellt ist. Hierdurch wird ein Pfad großer Strömung bzw. großen Durchsatzes von dem ersten Proportionalsteuerventil36 zu dem Tank geöffnet, wodurch der überschüssige Druck rasch entlastet wird, der dazu führt, dass das Entlastungsventil44 öffnet. - Die Solenoidwicklung
139 von jedem der Proportionalsteuerventile36 und38 und das Solenoid31 des Vierwegerichtungssteuerventils30 werden durch Signale von einem Steuerknüppel40 gesteuert, der durch eine Bedienperson der Maschine manipuliert werden kann, an der der Hydraulikkreislauf10 vorgesehen ist. Der Steuerknüppel kann in entgegengesetzten Richtung entlang einer Achse bewegt werden, die durch Doppelpfeile42 bezeichnet ist. In diesem Fall befindet sich die Pumpe, die Hydraulikfluid zu der Zufuhrleitung12 liefert, in einer Hochdruckbereitschaftsbetriebart. - Beispielsweise bezeichnet die Bewegung des Steuerknüppels nach rechts in der Zeichnung den Wunsch, dass die Kolbenstange
21 in den Zylinder18 zurückgezogen werden soll, was erforderlich macht, dass das unter Druck stehende Fluid von der Zufuhrleitung12 über die erste Zwischenleitung32 zu der Stangenkammer22 des Zylinders überführt wird. Die zweite Zwischenleitung34 ist mit der Rückführleitung14 in dieser ersten Stellung des Richtungssteuerventils30 verbunden. Es wird bemerkt, dass das Vierwegerichtungssteuerventil30 durch seine Feder in die erste Stellung vorgespannt ist, um dieses Strömungsmuster zu erzielen, ohne das Solenoidventil31 elektrisch zu aktivieren. Das Bewegungsausmaß des Steuerknüppels40 aus der zentralen Stellung bezeichnet die gewünschte Rate, mit der der Kolben bewegt werden soll und dadurch das Ausmaß, mit dem jedes Proportionalsteuerventil36 und38 geöffnet werden soll. Je größer die Steuerknüppelbewegung ist, desto größer ist deshalb der Strompegel, der an die Solenoidwicklungen139 der Proportionalsteuerventile36 und38 angelegt wird. Die resultierende Betätigung der Proportionalsteuerventile36 und38 misst den Fluidstrom zwischen den Zwischenleitungen32 und34 und den jeweiligen Arbeitsanschlüssen26 und28 zu. - Alternativ bezeichnet die Bewegung des Steuerknüppels in der Zeichnung nach links, dass die Kolbenstange
21 aus dem Zylinder18 beispielsweise ausgefahren werden soll, was es erforderlich macht, dass das Fluid von der Zufuhrleitung12 der Zylinderkopfkammer24 zugeführt werden soll. Diese Betätigung des Steuerknüppels überträgt deshalb ein Signal zu dem Solenoid31 des Richtungssteuerventils30 , wodurch die Stellung des Ventils ausgehend von derjenigen umgeschaltet wird, die in1 gezeigt ist. In der resultierenden zweiten Stellung ist die Zufuhrleitung12 mit der zweiten Zwischenleitung34 verbunden und die erste Zwischenleitung32 ist mit der Rückführleitung14 verbunden. Das Ausmaß der Steuerknüppelbewegung steuert den Grad, mit dem das Proportionalsteuerventil36 und38 geöffnet wird, wie vorstehend unter Bezug auf die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung erläutert ist. - Das solenoidbetätigte Richtungssteuerventil
30 ermittelt dadurch die Bewegungsrichtung des Kolbens20 innerhalb des Zylinders18 durch Leiten von Fluid von der Zufuhrleitung12 zu der geeigneten Zylinderkammer22 bzw.24 . Zu diesem Zeitpunkt stellt das Richtungssteuerventil30 einen Pfad für Fluid ausgehend von der anderen Zylinderkammer24 bzw.22 bereit, damit dieses zur Tankleitung14 strömt. Eine Betätigung der bidirektionellen Proportionalsteuerventile36 und38 dosiert das Hydraulikfluid in und aus den Zylinderkammern22 und24 , wodurch die Kolbenbewegungsrate gesteuert wird. -
3 zweigt ein Dreistellungsrichtungssteuerventil50 , das eine zentrale schwimmende Stellung52 aufweist, in der die ersten und zweiten Zwischenleitungen beide mit der Rückführleitung14 verbunden sind. Das Dreistellungsrichtungssteuerventil50 wird in Einfahr- und Ausfahrstellungen durch ein Paar von Solenoiden angetrieben. -
4 zeigt eine alternative Art eines Richtungssteuerventils60 zur Verwendung anstelle des Richtungssteuerventils30 in1 . Dieses Richtungssteuerventil60 stellt eine Regenerationsfunktion bereit, demnach, wenn die Kolbenstange ausgefahren wird, das Fluid, das aus der Zylinderstangenkammer22 ausgetragen wird, in die Kopfkammer24 geleitet wird, anstatt zu der Tankrückführleitung14 ausgeleitet zu werden. Dadurch ist weniger Fluid aus der Zufuhrleitung12 in dieser Betriebsart erforderlich. Die Kolbenoberfläche in der Kopfkammer24 , die größer ist als in der Stangenkammer22 , veranlasst den Kolben dazu, sich in derjenigen Richtung zu bewegen, in der die Stange21 sich aus dem Zylinder18 erstreckt. - Es wird bemerkt, dass weitere Abwandlungen des Richtungssteuerventils
30 möglich sind. Beispielsweise kann der Regenerationsabschnitt des Ventils in4 anstelle von einem der äußeren Abschnitte des Ventils in3 verwendet werden. In ähnlicher Weise kann der schwimmende Abschnitt von3 anstelle eines Abschnitts des Richtungssteuerventils30 in1 verwendet werden, bei dem dieser Abschnitt verwendet wird, um eine Last ausschließlich durch Schwerkraft zu verringern, wie etwa in einem Gabel(stapler)lift. - Anstelle einer direkten Betätigung der Ventile
30 ,36 und38 durch den Steuerknüppel40 , wie in1 gezeigt, kann der Steuerknüppel40 mit Eingängen einer auf einen Mikrocomputer basierenden Steuereinheit verbunden sein. Weitere Eingänge der Steuereinheit empfangen Signale von Drucksensoren, die in den Zufuhr- und Tankrückführleitungen12 und14 und in jedem Arbeitsanschluss26 und28 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform werden die Solenoide der Ventile30 ,36 und38 durch Ausgangssignale von der Steuereinheit betätigt. Die Steuereinheit steuert den Grad, mit dem die Proportionalsteuerventile36 und38 in Reaktion auf die erfassten Drücke öffnen, um den erwünschten Fluidstrom derart bereit zu stellen, dass der Zylinder18 in gesteuerter Weise betätigt wird. - In
5 ist ein alternativer Hydraulikkreislauf65 gezeigt, der Fluid von einer Pumpe72 variabler Verdrängung empfängt, die durch eine Steuereinheit70 gesteuert wird. In diesem Kreislauf65 sind Bestandteile, die identisch zu denjenigen des Kreislaufs10 in1 sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Der zuletzt genannte Kreislauf65 umfasst Sensoren, die den Druck an Schlüsselstellen messen und für die Steuereinheit70 Signale bereit stellen, die den Druck anzeigen. Ein erster Drucksensor62 ist an bzw. in dem ersten Arbeitsanschluss26 angeordnet und ein zweiter Drucksensor64 ist an bzw. in dem zweiten Arbeitsanschluss28 angeordnet. Ein weiteres Paar von Sensoren66 und68 ermittelt den jeweiligen Druck der Zufuhr- und Tankleitungen12 und14 . - Die Steuereinheit
70 empfängt die Sensorsignale zusammen mit Signalen von dem Steuerknüppel40 . Wenn der Steuerknüppel eine spezielle Betätigung des Hydraulikmotors16 in erwünschter Weise bezeichnet, reagiert die Steuereinheit durch Betätigen der Ventile, wie unter Bezug auf den Hydraulikkreislauf10 erläutert. Wenn die Ventile geöffnet sind, überwacht die Steuereinheit die Drücke, die durch die Sensoren62 ,64 ,66 und68 angezeigt sind und steuert die Verdrängung der Pumpe72 derart, dass der Zufuhrleitungsdruck ausreicht, den Motor16 abhängig von der Belastung des Motors anzutreiben. - Es wird bemerkt, dass der Hydraulikkreislauf in
5 kein Rückschlagventil in der Pumpenzufuhrleitung12 am Eingang zu dem Vierwegerichtungssteuerventil30 aufweist. Die durch das Ventil15 in1 bereit gestellte Funktion, die verhindert, dass Hochlastdruck das Fluid in die Pumpenzufuhrleitung12 zurückdrängt, wird durch die Steuereinheit70 in Reaktion auf die Signale von den Drucksensoren66 ,62 und64 durchgeführt. Wenn die Signale von diesen Drucksensoren anzeigen, dass der Druck am Arbeitsanschluss26 oder28 , der mit der Zufuhrleitung verbunden ist, größer als der Zufuhrleitungsdruck ist, schließt die Steuereinheit die zugeordneten bidirektionalen Proportionalsteuerventile36 oder38 . Diese Aktion verhindert einen Gegenstrom von Fluid durch den Ventilaufbau.
Claims (15)
- Ventilaufbau zum Steuern eines Hydraulikmotors, wobei der Ventilaufbau aufweist: Eine Fluidzufuhrleitung zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid; eine Rückführleitung zur Verbindung mit einem Tank; eine erste Zwischenleitung und eine zweite Zwischenleitung; einen ersten Arbeitsanschluss und einen zweiten Arbeitsanschluss zur Verbindung mit dem Hydraulikmotor; ein Richtungssteuerventil, das mit der Fluidzufuhr- und -rückführleitung verbunden ist und eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, die unterschiedliche Fluidpfade zwischen der Fluidzufuhrleitung und der -rückführleitung und den ersten und zweiten Zwischenleitungen bereit stellen, gekennzeichnet durch ein bidirektionales erstes Proportionalsteuerventil (
36 ), das zwischen der ersten Zwischenleitung (32 ) und dem ersten Arbeitsanschluss (26 ) zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist; und ein bidirektionales zweites Proportionalsteuerventil (38 ), das zwischen der zweiten Zwischenleitung (34 ) und dem zweiten Arbeitsanschluss (28 ) zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist. - Ventilaufbau nach Anspruch 1, außerdem aufweisend ein Rückschlagventil (
15 ), das die Fluidzufuhrleitung (12 ) mit dem Richtungssteuerventil (30 ) verbindet und einen Hydraulikfluidstrom von dem Richtungssteuerventil in die Fluidzufuhrleitung verhindert. - Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei in der ersten Stellung des Richtungssteuerventils (
30 ) die Fluidzufuhrleitung (12 ) mit der ersten Zwischenleitung verbunden ist und die Rückführleitung (14 ) mit der zweiten Zwischenleitung (34 ) verbunden ist, und wobei in der zweiten Stellung die Fluidzufuhrleitung (12 ) mit der zweiten Zwischenleitung (34 ) verbunden ist und die Rückführleitung (14 ) mit der ersten Zwischenleitung (32 ) verbunden ist. - Ventilaufbau nach Anspruch 3, wobei das Richtungssteuerventil (
50 ) eine dritte Stellung aufweist, in der sowohl die erste Zwischenleitung (32 ) wie die zweite Zwischenleitung (34 ) mit der Rückführleitung (14 ) verbünden sind. - Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei in der ersten Stellung des Richtungssteuerventils (
60 ) die Fluidzufuhrleitung (12 ) mit der ersten Zwischenleitung (32 ) verbunden ist und die Rückführleitung (14 ) mit der zweiten Zwischenleitung (34 ) verbunden ist, und wobei in der zweiten Stellung die Fluidzufuhrleitung (12 ) sowohl mit der ersten Zwischenleitung (32 ) wie mit der zweiten Zwischenleitung (34 ) verbunden ist. - Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Proportionalsteuerventil (
36 ) wie das zweite Proportionalsteuerventil (38 ) ein steuerbetätigtes Ventil mit einem Steuerventilelement und ein Hauptventilelement mit einer Steuerkammer (128 ) aufweist, die auf einer Seite des Hauptventilelements gebildet ist. - Ventilaufbau nach Anspruch 6, außerdem aufweisend: Ein erstes Druckfreigabeventil (
44 ), das die Steuerkammer (128 ) des ersten Proportionalsteuerventils (36 ) mit der Rückführleitung (14 ) in Reaktion auf den Druck in dem ersten Arbeitsanschluss (26 ) verbindet, der den Druck in der Rückführleitung (14 ) um ein erstes vorab festgelegtes Ausmaß übersteigt; und ein zweites Druckfreigabeventil (46 ), das die Steuerkammer (128 ) des zweiten Proportionalsteuerventils (38 ) mit der Rückführleitung (14 ) in Reaktion auf den Druck in dem zweiten Arbeitsanschluss (28 ) verbindet, der den Druck in der Rückführleitung (14 ) um ein zweites vorbestimmtes Ausmaß übersteigt. - Ventilaufbau nach Anspruch 7, außerdem aufweisend: Eine Freigabeleitung, die mit dem ersten Druckfreigabeventil und dem Richtungssteuerventil (
30 ) verbunden ist; und eine Öffnung, die die Freigabeleitung mit der Rückführleitung (14 ) verbindet, wobei der Druck oberhalb des vorab bestimmten Pegels in der Freigabeleitung das Steuerventil (30 ) in eine Stellung verschiebt, in der die erste Zwischenleitung (32 ) mit der Rückführleitung (14 ) verbunden ist. - Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Proportionalsteuerventil (
36 ) wie das zweite Proportionalsteuerventil (38 ) aufweisen: Einen ersten (118 ) und einen zweiten (120 ) Anschluss, durch den Fluid dem Proportionalsteuerventil zuströmt und dieses verlässt; einen Ventilsitz (122 ), der zwischen dem ersten Anschluss (118 ) und dem zweiten Anschluss (120 ) gebildet ist; einen Hauptstößel (124 ), der wahlweise mit dem Ventilsitz (122 ) zur Steuerung des Fluidstroms zwischen dem ersten Anschluss (118 ) und dem zweiten Anschluss (120 ) in Ein griff gelangt und eine Steuerkammer (128 ) auf einer Seite des Hauptstößels entfernt von dem Ventilsitz bildet, wobei ein Steuerdurchlass (135 ) in dem Hauptstößel mit dem ersten Anschluss (118 ), dem zweiten Anschluss (120 ) und der Steuerkammer (128 ) in Verbindung steht; ein erstes Stromsteuerelement (134 ), das es Fluid erlaubt, ausschließlich von dem Steuerdurchlass (135 ) in den zweiten Anschluss (120 ) zu strömen; ein zweites Rückschlagventil (137 ), das es Fluid erlaubt, ausschließlich von dem Steuerdurchlass (135 ) in den ersten Anschluss (118 ) zu strömen; einen Steuerstößel (144 ), der den Steuerdurchlass (135 ) wahlweise verschließt; ein elektrisch betätigtes Stellorgan (139 ), das betriebsmäßig in Verbindung gebracht ist, um den Steuerstößel (144 ) relativ zum Hauptstößel (124 ) zu bewegen; einen ersten Durchlass (152 ), der sich zwischen der Steuerkammer (128 ) und dem zweiten Anschluss (120 ) erstreckt; ein drittes Rückschlagventil (150 ), das Fluid durch den ersten Durchlass (152 ) ausschließlich in der Richtung ausgehend vom zweiten Anschluss (120 ) zu der Steuerkammer (128 ) strömen lässt; einen zweiten Durchlass (156 ), der sich zwischen der Steuerkammer (128 ) und dem ersten Anschluss (118 ) erstreckt; und ein viertes Rückschlagventil (154 ), das Fluid durch den zweiten Durchlass (156 ) ausschließlich in der Richtung ausgehend vom ersten Anschluss (118 ) zur Steuerkammer (128 ) strömen lässt. - Ventilaufbau nach Anspruch 9, wobei der Steuerdurchlass (
135 ) von sowohl dem ersten Proportionalsteuerventil (36 ) wie dem zweiten Proportionalsteuerventil (38 ) eine Öff nung in die Steuerkammer (128 ) aufweist, wobei außerdem ein Ventilsitz (129 ) vorgesehen ist, der sich quer über die Öffnung erstreckt und einen Durchbruch (141 ) dort hindurch aufweist, wobei der Steuerstößel (144 ) mit dem Ventilsitz (129 ) in Eingriff gelangt, um den Steuerdurchlass abzudichten. - Ventilaufbau zum Steuern eines Hydraulikmotors, wobei der Ventilaufbau aufweist: Eine Fluidzufuhrleitung zum Aufnehmen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid; eine Rückführleitung zur Verbindung mit einem Tank; eine erste Zwischenleitung und eine zweite Zwischenleitung; einen ersten Arbeitsanschluss und einen zweiten Arbeitsanschluss zur Verbindung mit dem Hydraulikmotor; ein Richtungssteuerventil, das eine erste, Stellung und eine zweite Stellung aufweist, die durch ein elektrisches Steuersignal bestimmt sind, wobei in der ersten Stellung die Fluidzufuhrleitung mit der ersten Zwischenleitungen verbunden ist und die Rückführleitung mit der zweiten Zwischenleitung verbunden ist, und wobei in der zweiten Stellung die Fluidzufuhrleitung mit der zweiten Zwischenleitung verbunden ist und die Rückführleitung mit der ersten Zwischenleitung verbunden ist; ein Rückschlagventil, das die Fluidzufuhrleitung mit dem Richtungssteuerventil verbindet und einen Hydraulikfluidstrom von dem Richtungssteuerventil in die Fluidzufuhrleitung verhindert, gekennzeichnet durch ein bidirektionales erstes Proportionalsteuerventil (
36 ), das zwischen der ersten Zwischenleitung (32 ) und dem ersten Arbeitsanschluss (26 ) in Verbindung gebracht ist, um einen Hydraulikfluidstrom dazwischen zu steuern; und ein bidirektionales zweites Proportionalsteuerventil (38 ), das zwischen der zweiten Zwischenleitung (34 ) und dem zweiten Arbeitsanschluss (28 ) in Verbindung gebracht ist, um einen Hydraulikfluidstroms dazwischen zu steuern. - Ventilaufbau nach Anspruch 11, wobei das Richtungssteuerventil (
50 ) eine dritte Stellung aufweist, in der die erste Zwischenleitung (32 ) und die zweite Zwischenleitung (34 ) beide mit der Rückführleitung (14 ) verbunden sind. - Ventilaufbau nach Anspruch 11, außerdem aufweisend: Ein erstes Druckfreigabeventil (
44 ), das die Steuerkammer (128 ) des ersten Proportionalsteuerventils (36 ) mit der Rückführleitung (14 ) in Reaktion auf den Druck in dem ersten Arbeitsanschluss (26 ) verbindet, der den Druck in der Rückführleitung (14 ) um ein erstes vorbestimmtes Ausmaß übersteigt; und ein zweites Druckfreigabeventil (46 ), das die Steuerkammer (128 ) des zweiten Proportionalsteuerventils (38 ) mit der Rückführleitung (14 ) in Reaktion auf den Druck in dem zweiten Arbeitsanschluss (28 ) verbindet, der den Druck in der Rückführleitung um ein zweites vorbestimmtes Ausmaß übersteigt. - Ventilaufbau nach Anspruch 11, wobei sowohl das erste Proportionalsteuerventil wie das zweite Proportionalsteuerventil aufweisen: Einen ersten (
118 ) und einen zweiten (120 ) Anschluss, durch die Fluid dem Proportionalsteuerventil zuströmt und dieses verlässt; einen Ventilsitz (122 ), der zwischen dem ersten Anschluss (118 ) und dem zweiten Anschluss (120 ) gebildet ist; einen Hauptstößel (124 ), der wahlweise mit dem Ventilsitz (122 ) in Eingriff gelangt, um den Fluidstrom zwischen dem ersten Anschluss (118 ) und dem zweiten Anschluss (120 ) zu steuern und eine Steuerkammer (128 ) auf einer Seite des Hauptstößels entfernt von dem Ventilsitz zu bilden, wobei ein Steuerdurchlass (135 ) in dem Hauptstößel (124 ) mit dem ersten Anschluss (118 ), dem zweiten Anschluss (120 ) und der Steuerkammer (128 ) in Verbindung steht; ein erstes Stromsteuerelement (134 ), das es Fluid erlaubt, ausschließlich von dem Steuerdurchlass (135 ) in den zweiten Anschluss (120 ) zu strömen; ein zweites Rückschlagventil (137 ), das es Fluid erlaubt, ausschließlich von dem Steuerdurchlass (135 ) in den ersten Anschluss (118 ) zu strömen; einen Steuerstößel (144 ), der den Steuerdurchlass (135 ) wahlweise verschließt; ein elektrisch betätigtes Stellorgan (139 ), das betriebsmäßig in Verbindung gebracht ist, um den Steuerstößel (144 ) relativ zum Hauptstößel (124 ) zu bewegen; einen ersten Durchlass (152 ), der sich zwischen der Steuerkammer (128 ) und dem zweiten Anschluss (120 ) erstreckt; ein drittes Rückschlagventil (150 ), das es dem Fluid erlaubt, durch den ersten Durchlass (152 ) ausschließlich in der Richtung ausgehend vom zweiten Anschluss (120 ) zu der Steuerkammer (128 ) zu strömen; einen zweiten Durchlass (156 ), der sich zwischen der Steuerkammer (128 ) und dem ersten Anschluss (118 ) erstreckt; und ein viertes Rückschlagventil (154 ), das es dem Fluid erlaubt, durch den zweiten Durchlass (156 ) ausschließlich in der Richtung ausgehend vom ersten Anschluss (118 ) zur Steuerkammer (128 ) zu strömen. - Ventilaufbau nach Anspruch 14, wobei der Steuerdurchlass (
135 ) von sowohl dem ersten Proportionalsteuerventil (36 ) wie dem zweiten Proportionalsteuerventil (38 ) eine Öffnung in die Steuerkammer (128 ) aufweist, wobei außerdem ein Ventilsitz (129 ) vorgesehen ist, der sich über der Öffnung erstreckt und dort hindurch einen Durchbruch (141 ) aufweist, wobei der Steuerstößel (144 ) mit dem Ventilsitz (129 ) in Eingriff gelangt, um den Steuerdurchlass abzudichten.
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