DE10296738T5

DE10296738T5 - Hydrauliksystem mit drei elektrohydraulischen Ventilen zum Steuern eines Fluidstroms zu einer Last

Info

Publication number: DE10296738T5
Application number: DE2002196738
Authority: DE
Inventors: Dwight B. Delafield Stephenson; Joseph Lawrence Wauwatosa Pfaff
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003042103A; KR100576930B1; GB2392211B; KR20030092121A; GB0327328D0; GB2392211A; DE10296738B4; US6457487B1; WO2002090779A1

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;
ein bidirektionelles erstes Proportionalsteuerventil, das zwischen der ersten Zwischenleitung und dem ersten Arbeitsanschluss zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist; und
ein bidirektionelles zweites Proportionalsteuerventil, das zwischen der zweiten Zwischenleitung und dem zweiten Arbeitsanschluss 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. 5579642 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. 6073652 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 Zylindern 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.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steuerventilaufbau, der drei elektrohydraulische Ventile zum Steuern des Fluidstroms zwischen. einem Hydraulikmotor und sowohl einer Quelle wie einem Tank: nutzt.
Dieser Ventilaufbau umfasst 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 ver}bunden, 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 bidirektionelles erstes Proportionalsteuerventil steht in Verbindung zwischen der ersten Zwischenleitung und dem zweiten Arbeitsanschluss zum Steuern eines Hydraulikfluidstroms dazwischen. Ein bidirektionelles 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 bidirektionellen Proportionalsteuerventils, das in dem Hydraulikkreislauf verwendet wird;
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines in dem Hydraulikkreislauf von 1 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 Hydraulikkreislauf 10 eine Zufuhrleitung 12 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 Tankrückführleitung 14 ist zur Verbindung mit einem Hydrauliksystemtank vorgesehen. Der Hydraulikkreislauf 10 steuert den Fluidstrom zwischen den Zufuhr- und Tankrückführleitungen 12 und 14 und einem Hydraulikmotor 16, wie etwa einer Kombination aus einem Zylinder 18 und einem Kolben 20. Der vorliegend verwendete Begriff "Motor" bezieht sich allgemein auf eine beliebige Vorrichtung, die Hydraulikdruck in mechanische Kraft umsetzt.
Die Zufuhrleitung 12 und die Tankrückführleitung 14 sind mit einem Vierwegerichtungssteuerventil 30 verbunden, das in einer von zwei Stellungen durch ein Solenoid 31 und eine Rückstellfeder positioniert wird. Ein Rückschlagventil 15 ist zwischen der Zufuhrleitung 12 und dem Richtungssteuerventil 30 vorgesehen, um ein Zurückströmen von Hydraulikfluid von dem Richtungssteuerventil in die Fluidzufuhrleitung zu verhindern. Wenn die Kraft der Last, die durch den Kolben 20 angetrieben wird, diejenige Kraft übersteigt, die durch den Zufuhrleitungsdruck im Zylinder 18 erzeugt wird, schließt das Rückschlagventil 15 und verhindert, dass die Lastkraft den Kolben 20 bewegt.
Das Richtungssteuerventil 30 weist zwei Stellungen auf, in denen verschiedene Verbindungen der Zufuhrleitung 12 und der Tankrückführleitung 14 mit den ersten und zweiten Zwischenleitungen 32 und 34 vorgesehen sind. In einer ersten Stellung ist die Zufuhrleitung 12 mit der ersten Zwischenleitung 32 verbunden und die Rückführleitung 14 ist mit der zweiten Zwischenleitung 34 verbunden. In der zweiten Stellung ist die Fluidzufuhrleitung 12 mit der zweiten Zwischenleitung 34 verbunden und die Rückführleitung 14 steht mit der ersten Zwischenleitung 32 in Verbindung.
Die ersten und zweiten Zwischenleitungen 32 und 34 sind jeweils mit ersten und zweiten bidirektionellen Proportionalsteuerventilen 36 und 38 verbunden. Die ersten und zweiten Proportionalsteuerventile 36 und 38 werden durch getrennte elektrische Solenoide betätigt, um den Fluidstrom zu und von den ersten und zweiten Arbeitsanschlüssen. 26 und 28 zu dosieren. Der Zylinder 18 weist eine Stangenkammer 22 auf, die mit dem ersten Arbeitsanschluss 26 verbunden ist, und er weist eine Kopfkammer 24 auf, die mit dem zweiten Arbeitsanschluss 28 verbunden ist.
2 zeigt die Einzelheiten der bidirektionellen Proportionalsteuerventile 36 und 38, die in dem Hydrauliksystem 10 verwendet werden. Das beispielhafte Proportionalsteuerventil 110 umfasst eine erste zylindrische Ventilbuchse 114, die in einer Längsbohrung 116 eines Ventilkörpers 112 angebracht ist. Der Ventilkörper 112 weist einen ersten Queranschluss 118 auf, der mit der Längsbohrung 116 in Verbindung steht. Ein zweiter Anschluss 120 erstreckt sich durch den Ventilkörper und steht mit dem Innenende der Längsbohrung 116 in Verbindung. Ein Ventilsitz 122 ist zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 118 und 120 gebildet.
Ein Hauptventilstößel 124 gleitet in der Längsbohrung 116 relativ zu dem Ventilsitz 122 zum wahlweisen Steuern des Hydraulikfluidstroms zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen. Eine Zentralbohrung 126 ist in dem Hauptventilstößel 124 gebildet und erstreckt sich ausgehend von einer Öffnung am zweiten Anschluss 120 zu einer zweiten Öffnung in einer Steuerkammer 128 auf der entfernten Seite des Hauptventilstößels. Die zentrale Bohrung 126 weist eine Schulter 133 beabstandet von dem ersten Ende auf, das in den zweiten Anschluss 120 mündet. Ein erstes Rückschlagventil 134 ist in dem Hauptventilstößel zwischen der Schulter 133 und der ersten Öffnung angeordnet, um einen Fluidstrom ausschließlich ausgehend von der Stößelzentralbohrung 126 in den zweiten Anschluss 120 zu ermöglichen.
Ein zweites Rückschlagventil 137 ist in dem Hauptventilstößel 124 in einem Durchlass 138 angeordnet, der sich zwischen dem ersten Anschluss 118 und der zentralen Bohrung 126 benachbart zu der Schulter 133 erstreckt. Das zweite Rückschlagventil 137 beschränkt den Fluidstrom in dem Durchlass 138 in lediglich eine Richtung ausgehend von der Stößelbohrung 126 zu dem ersten Anschluss.
Die zweite Öffnung der Bohrung 126 in dem Hauptventilstößel 124 ist durch einen flexiblen Sitz 129 mit einem Steuerdurchbruch 141 verschlossen, der sich dort hindurch erstreckt. Eine federnde rohrförmige Stange 132 innerhalb der zentralen Bohrung 126 spannt den flexiblen Sitz 129 relativ zu der Schulter 133 vor. Gegenüberliegende Seiten des flexiblen Sitzes 129 sind den Drücken in der Steuerkammer 128 und in einem Steuerdurchlass 135 ausgesetzt, der in dem Hauptventilstößel 124 durch die rohrförmige Stange 132 gebildet ist.
Der Ventilkörper 112 enthält ein drittes Rückschlagventil 150 in einem Durchlass 152, der sich zwischen der Steuerkammer 128 und dem zweiten Anschluss 120 erstreckt. Das dritte Rückschlagventil 150 erlaubt es einem Fluid, ausschließlich ausgehend vom zweiten Anschluss 120 in die Steuerkammer 128 zu strömen. Ein viertes Rückschlagventil 154 ist in einem weiteren Durchlass 156 angeordnet, um Fluid ausschließlich ausgehend von dem ersten Anschluss 118 zu der Steuerkammer 128 strömen zu lassen. Beide dieser Rückschlagventildurchlässe 152 und 156 weisen eine Strombegrenzungsöffnung 153 bzw. 157 auf.
Die Bewegung des Hauptventilstößels 124 wird durch ein Solenoid 13o gesteuert, das eine elektromagnetische Wicklung 139, einen Anker 142 und einen Steuerstößel 144 umfasst. Der Anker 142 kommt in einer Bohrung 116 durch die Buchse 114 zu liegen und eine erste Feder 145 spannt den Hauptventilstößel 124 in einer Richtung weg vom Anker vor. Die elektromagnetische Wicklung 139 ist um die Buchse 114 angeordnet und an dieser festgelegt. Der Anker 142 gleitet innerhalb der Buchsenbohrung 116 weg von dem Hauptventilstößel 124 in Reaktion auf ein elektromagnetisches Feld, das durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die elektromagnetische Wicklung 139 erzeugt wird. Der Steuerstößel 144 kommt in einer Bohrung 146 des rohrförmigen Ankers 142 zu liegen und wird in dem Anker durch eine zweite Feder 148 vorgespannt, die im Eingriff mit einer Einstellschraube 160 steht.
Im entregten Zustand der elektromagnetischen Wicklung 139 drängt die zweite Feder 148 den Steuerstößel 144 gegen ein Ende 152 des Ankers 142 und schiebt sowohl den Anker wie den Steuerstößel in Richtung auf den Hauptventilstößel 124. Dies resultiert in einer konischen Spitze des Steuerstößels 144, die in den Steuerdurchbruch 141 in dem federnden Sitz 129 und dem Steuerdurchlass 135 eintritt und diesen Durchbruch verschließt, wodurch die Fluidverbindung zwischen der Steuerkammer 128 und dem zweiten Anschluss 120 unterbrochen bzw. verschlossen wird.
Das Steuerventil 110 misst den Hydraulikfluidstrom zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 118 und 120 proportional zu bzw. dosiert ihn entsprechend. Der elektrische Strom erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das den Anker 142 in das Solenoid 136 hinein und weg von dem Hauptventilstößel 124 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 Anschluss 118 den Druck am zweiten Anschluss 120 übersteigt, wird der höhere Druck in die Steuerkammer 128 durch das vierte Rückschlagventil 154 kommuniziert. Wenn der Anker 142 sich bewegt, wird der Kopf 166 auf dem Steuerstößel 144 weg von dem Hauptventilstößel 124 gedrängt, wodurch der Steuerdurchbruch 141 geöffnet wird. Diese Aktion führt dazu, dass Hydraulikfluid vom ersten Anschluss 118 durch die Steuerkammer 128, den Steuerdurchlass 135 und das erste Rückschlagventil 134 zu dem zweiten Anschluss 120 strömt.
Der Hydraulikfluidstrom durch den Steuerdurchlass 135 verringert den Druck in der Steuerkammer 128 auf denjenigen des zweiten Anschlusses 120. Der höhere Druck in dem ersten Anschluss 118, der an die Fläche 128 angelegt ist, drängt dadurch den Hauptventilstößel 124 aus dem Ventilsitz 122 heraus, wodurch die direkte Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 118 und dem zweiten Anschluss 120 geöffnet wird. Die Bewegung des Hauptventilstößels 124 dauert an, bis ein Druck kraftgleichgewicht sich über dem Hauptstößel 124 eingestellt hat auf Grund des konstanten Stroms durch die Öffnung 157 und die effektive Öffnung der Steueröffnung zu dem Steuerdurchbruch 141. Die Größe dieser Ventilöffnung und der Durchsatz des Hydraulikfluids durch diese hindurch werden deshalb durch die Stellung des Ankers 142 und des Steuerstößels 144 festgelegt. Diese Stellungen ihrerseits werden durch die Höhe des Stroms gesteuert, der durch die elektromagnetische Wicklung 139 fließt.
Wenn der Druck in dem zweiten Anschluss 120 den Druck in der Einlassanschluss 118 übersteigt, kann eine Proportionalströmung aus dem Auslassanschluss zu dem Einlassanschluss erzielt werden unter Aktivieren des Solenoids 136. In diesem Fall wird der höhere zweite Anschlussdruck durch das dritte Rückschlagventil 154 zu der Steuerkammer 128 übertragen, und wenn der Steuerstößel 144 sich aus dem Steuersitz 129 heraus bewegt, strömt Fluid aus der Steuerkammer durch den Steuerdurchlass 135 und das zweite Rückschlagventil 137 zu dem ersten Anschluss 118. Dies führt dazu, dass der Hauptventilstößel 124 sich auf Grund des höheren Drucks öffnet, der auf seine Bodenfläche einwirkt.
Unter erneutem Bezug auf 1 ist die Steuerkammer 128 von jedem Proportionalsteuerventil 36 und 38 mit einem Druckentlastungsventil 44 bzw. 46 verbunden. Beide Druckentlastungsventile 44 und 46 werden zu dem Druck in der Tankrückführleitung 14 und zu dem Druck in den jeweiligen Arbeitsanschlüssen 26 oder 28 in Bezug gesetzt. Das Entlastungsventil 44 bzw. 46 öffnet, wenn der jeweilige Arbeitsanschlussdruck übermäßig hoch ist, wodurch der Druck in der Steuerkammer 128 des zugeordneten Proportionalsteuerventils 36 oder 38 entlastet wird, was dazu führt, dass das Steuerventil öffnet.
Wenn das Entlastungsventil 44 öffnet, wird der Strom zum Tank durch die Entlastungsleitung 45 durch eine Öffnung 47 begrenzt. Hierdurch wird Druck an eine Seite des Vierwegerichtungsventils 30 angelegt, was dazu führt, dass das Ventil sich in die Stellung entgegengesetzt zu derjenigen bewegt, die in 1 dargestellt ist. Hierdurch wird ein Pfad großer Strömung bzw. großen Durchsatzes von dem ersten Proportionalsteuerventil 36 zu dem Tank geöffnet, wodurch der überschüssige Druck rasch entlastet wird, der dazu führt, dass das Entlastungsventil 44 öffnet.
Die Solenoidwicklung 139 von jedem der Proportionalsteuerventile 36 und 38 und das Solenoid 31 des Vierwegerichtungssteuerventils 30 werden durch Signale von einem Steuerknüppel 40 gesteuert, der durch eine Bedienperson der Maschine manipuliert werden kann, an der der Hydraulikkreislauf 10 vorgesehen ist. Der Steuerknüppel kann in entgegengesetzten Richtung entlang einer Achse bewegt werder, die durch Doppelpfeile 42 bezeichnet ist. In diesem Fall befindet sich die Pumpe, die Hydraulikfluid zu der Zufuhrleitung 12 liefert, in einer Hochdruckbereitschaftsbetriebart.
Beispielsweise bezeichnet die Bewegung des Steuerknüppels nach rechts in der Zeichnung den Wunsch, dass die Kolbenstange 21 in den Zylinder 18 zurückgezogen werden soll, was erforderlich macht, dass das unter Druck stehende Fluid von der Zufuhrleitung 12 über die erste Zwischenleitung 32 zu der Stangenkammer 22 des Zylinders überführt wird. Die zweite Zwischenleitung 34 ist mit der Rückführleitung 14 in dieser ersten Stellung des Richtungssteuerventils 30 verbunden. Es wird bemerkt, dass das Vierwegerichtungssteuerventil 30 durch seine Feder in die erste Stellung vorgespannt ist, um dieses Strömungsmuster zu erzielen, ohne das Solenoidventil 31 elektrisch zu aktivieren. Das Bewegungsausmaß des Steuerknüppels 40 aus der zentralen Stellung bezeichnet die gewünschte Rate, mit der der Kolben bewegt werden soll und dadurch das Ausmaß, mit dem jedes Proportionalsteuerventil 36 und 38 geöffnet werden soll. Je größer die Steuerknüppelbewegung ist, desto größer ist deshalb der Strompegel, der an die Solenoidwicklungen 139 der Proportionalsteuerventile 36 und 38 angelegt wird. Die resultierende Betätigung der Proportionalsteuerventile 36 und 38 misst den Fluidstrom zwischen den Zwischenleitungen 32 und 34 und den jeweiligen Arbeitsanschlüssen 26 und 28 zu.
Alternativ bezeichnet die Bewegung des Steuerknüppels in der Zeichnung nach links, dass die Kolbenstange 21 aus dem Zylinder 18 beispielsweise ausgefahren werden soll, was es erforderlich macht, dass das Fluid von der Zufuhrleitung 12 der Zylinderkopfkammer 24 zugeführt werden soll. Diese Betätigung des Steuerknüppels überträgt deshalb ein Signal zu dem Solenoid 31 des Richtungssteuerventils 30, wodurch die Stellung des Ventils ausgehend von derjenigen umgeschaltet wird, die in 1 gezeigt ist. In der resultierenden zweiten Stellung ist die Zufuhrleitung 12 mit der zweiten Zwischenleitung 34 verbunden und die erste Zwischenleitung 32 ist mit der Rückführleitung 14 verbunden. Das Ausmaß der Steuerknüppelbewegung steuert den Grad, mit dem das Proportionalsteuerventil 36 und 38 geöffnet wird, wie vorstehend unter Bezug auf die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung erläutert ist.
Das solenoidbetätigte Richtungssteuerventil 30 ermittelt dadurch die Bewegungsrichtung des Kolbens 20 innerhalb des Zylinders 18 durch Leiten von Fluid von der Zufuhrleitung 12 zu der geeigneten Zylinderkammer 22 bzw. 24. Zu diesem Zeitpunkt stellt das Richtungssteuerventil 30 einen Pfad für Fluid ausgehend von der anderen Zylinderkammer 24 bzw. 22 bereit, damit dieses zur Tankleitung 14 strömt. Eine Betätigung der bidirektionellen Proportionalsteuerventile 36 und 38 dosiert das Hydraulikfluid in und aus den Zylinderkammern 22 und 24, wodurch die Kolbenbewegungsrate gesteuert wird.
3 zweigt ein Dreistellungsrichtungssteuerventil 50, das eine zentrale schwimmende Stellung 52 aufweist, in der die ersten und zweiten Zwischenleitungen beide mit der Rückführleitung 14 verbunden sind. Das Dreistellungsrichtungssteuerventil 50 wird in Einfahr- und Ausfahrstellungen durch ein Paar von Solenoiden angetrieben.
4 zeigt eine alternative Art eines Richtungssteuerventils 60 zur Verwendung anstelle des Richtungssteuerventils 30 in 1. Dieses Richtungssteuerventil 60 stellt eine Regenerationsfunktion bereit, demnach, wenn die Kolbenstange ausgefahren wird, das Fluid, das aus der Zylinderstangenkammer 22 ausgetragen wird, in die Kopfkammer 24 geleitet wird, anstatt zu der Tankrückführleitung 14 ausgeleitet zu werden. Dadurch ist weniger Fluid aus der Zufuhrleitung 12 in dieser Betriebsart erforderlich. Die Kolbenoberfläche in der Kopfkammer 24, die größer ist als in der Stangenkammer 22, veranlasst den Kolben dazu, sich in derjenigen Richtung zu bewegen, in der die Stange 21 sich aus dem Zylinder 18 erstreckt.
Es wird bemerkt, dass weitere Abwandlungen des Richtungssteuerventils 30 möglich sind. Beispielsweise kann der Regenerationsabschnitt des Ventils in 4 anstelle von einem der äußeren Abschnitte des Ventils in 3 verwendet werden. In ähnlicher Weise kann der schwimmende Abschnitt von 3 anstelle eines Abschnitts des Richtungssteuerventils 30 in 1
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 und 38 durch den Steuerknüppel 40, wie in 1 gezeigt, kann der Steuerknüppel 40 mit Eingängen einer auf einen Mikrocomputer basierenden Steuereinheit verbunden sein. Weitere Eingänge der Steuereinheit empfangen Signale von Drucksensoren, die in den Zufuhr- und Tankrückführleitungen 12 und 14 und in jedem Arbeitsanschluss 26 und 28 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform werden die Solenoide der Ventile 30, 36 und 38 durch Ausgangssignale von der Steuereinheit betätigt. Die Steuereinheit steuert den Grad, mit dem die Proportionalsteuerventile 36 und 38 in Reaktion auf die erfassten Drücke öffnen, um den erwünschten Fluidstrom derart bereit zu stellen, dass der Zylinder 18 in gesteuerter Weise betätigt wird.
In 5 ist ein alternativer Hydraulikkreislauf 65 gezeigt, der Fluid von einer Pumpe 72 variabler Verdrängung empfängt, die durch eine Steuereinheit 70 gesteuert wird. In diesem Kreislauf 65 sind Bestandteile, die identisch zu denjenigen des Kreislaufs 10 in 1 sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Der zuletzt genannte Kreislauf 65 umfasst Sensoren, die den Druck an Schlüsselstellen messen und für die Steuereinheit 70 Signale bereit stellen, die den Druck anzeigen. min erster Drucksensor 62 ist an bzw. in dem ersten Arbeitsanschluss 26 angeordnet und ein zweiter Drucksensor 64 ist an bzw. in dem zweiten Arbeitsanschluss 28 angeordnet. Ein weiteres Paar von Sensoren 66 und 68 ermittelt den jeweiliger. Druck der Zufuhr- und Tankleitungen 12 und 14.
Die Steuereinheit 70 empfängt die Sensorsignale zusammen mit Signalen von dem Steuerknüppel 4C. Wenn der Steuerknüppel eine spezielle Betätigung des Hydraulikmotors 16 in erwünschter Weise bezeichnet, reagiert die Steuereinheit durch Betätigen der Ventile, wie unter Bezug auf den Hydraulikkreislauf 10 erläutert. Wenn die Ventile geöffnet sind, überwacht die Steuereinheit die Drücke, die durch die Sensoren 62, 64, 66 und 68 angezeigt sind und steuert die Verdrängung der Pumpe 72 derart, dass der Zufuhrleitungsdruck ausreicht, den Motor 16 abhängig von der Belastung des Motors anzutreiben.
Es wird bemerkt, dass der Hydraulikkreislauf in 5 kein Rückschlagventil in der Pumpenzufuhrleitung 12 am Eingang zu dem Vierwegerichtungssteuerventil 30 aufweist. Die durch das Ventil 15 in 1 bereit gestellte Funktion, die verhindert, dass Hochlastdruck das Fluid in die Pumpenzufuhrleitung 12 zurückdrängt, wird durch die Steuereinheit 70 in Reaktion auf die Signale von den Drucksensoren 6o, 62 und 64 durchgeführt. Wenn die Signale von dieser. Drucksensoren anzeigen, dass der Druck am Arbeitsanschluss 26 oder 28, der mit der Zufuhrleitung verbunden ist, größer als der Zufuhrleitungsdruck ist, schließt die Steuereinheit die zugeordneten bidirektionellen Proportionalsteuerventile 36 oder 38. Diese Aktion verhindert einen Gegenstrom von Fluid durch den Ventilaufbau.
Zusammenfassung
Ein Aufbau aus einem Paar elektrisch betätigter bidirektioneller Proportionalsteuerventile (36, 38) und einen Vierwegerichtungssteuerventil (30) steuern den Fluidstrom zu und von einem Hydraulikzylinder (16). Das Vierwegerichtungssteuerventil verbindet abwechselnd eine Pumpenzufuhrleitung (12) mit einer eines Paars von Zwischenleitungen (32, 34) und eine Tankrückführleitung (14) mit der anderen Zwischenleitung. Diese Verbindung bestimmt die Bewegungsrichtung des Zylinderkolbens (16). Die Zwischenleitungen sind mit Kammern (22, 25) des Zylinders durch ein getrenntes der Proportionalsteuerventile verbunden, das den Fluidstrom zu oder von der jeweiligen Kammer dosiert. Dadurch steuern die Proportionalsteuerventile die Rate der Kolbenbewegung.

Claims

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; ein bidirektionelles erstes Proportionalsteuerventil, das zwischen der ersten Zwischenleitung und dem ersten Arbeitsanschluss zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist; und ein bidirektionelles zweites Proportionalsteuerventil, das zwischen der zweiten Zwischenleitung und dem zweiten Arbeitsanschluss zur Steuerung eines Hydraulikfluidstroms dazwischen in Verbindung gebracht ist.
Ventilaufbau nach Anspruch 1, außerdem aufweisend ein Rückschlagventil, das die Fluidzufuhrleitung mit dem Richtungssteuerventil verbindet und einen Hydraulikfluidstrom von dem Richtungssteuerventil in die Fluidzufuhrleitung verhindert.
Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei in der ersten Stellung des Richtungssteuerventils die Fluidzufuhrleitung mit der ersten Zwischenleitung 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.
Ventilaufbau nach Anspruch 3, wobei das Richtungssteuerventil eine dritte Stellung aufweist, in der sowohl die erste Zwischenleitung wie die zweite Zwischenleitung mit der Rückführleitung verbunden sind.
Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei in der ersten Stellung des Richtungssteuerventils die Fluidzufuhrleitung mit der ersten Zwischenleitung verbunden ist und die Rückführleitung mit der zweiten Zwischenleitung verbunden ist, und wobei in der zweitem Stellung die Fluidzufuhrleitung sowohl mit der ersten Zwischenleitung wie mit der zweiten Zwischenleitung verbunden ist.
Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Proportionalsteuerventil wie das zweite Proportionalsteuerventil ein steuerbetätigtes Ventil mit einem Steuerventilelement und ein Hauptventilelement mit einer Steuerkammer aufweist, die auf einer Seite des Hauptventilelements gebildet ist.
Ventilaufbau nach Anspruch 6, außerdem aufweisend: Ein erstes Druckfreigabeventil, das die Steuerkammer des ersten Proportionalsteuerventils mit der Rückführleitung in Reaktion auf den Druck in dem ersten Arbeitsanschluss verbindet, der den Druck in der Rückführleitung um ein erstes vorab festgelegtes Ausmaß übersteigt; und ein zweites Druckfreigabeventil, das die Steuerkammer des zweiten Proportionalsteuerventils mit der Rückführleitung in Reaktion auf den Druck in dem zweiten Arbeitsanschluss verbindet, der den Druck in der Rückführleitung um ein zweites vorbestimmtes Ausmaß übersteigt.
Ventilaufbau nach Anspruch 7, außerdem aufweisend: Eine Freigabeleitung, die mit dem ersten Druckfreigabeventil und dem Richtungssteuerventil verbunden ist; und eine Öffnung, die die Freigabeleitung mit der Rückführleitung verbindet, wobei der Druck oberhalb des vorab bestimmten Pegels in der Freigabeleitung das Steuerventil in eine Stellung verschiebt, in der die erste Zwischenleitung mit der Rückführleitung verbunden ist.
Ventilaufbau nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Proportionalsteuerventil wie das zweite Vierwegerichtungssteuerventil aufweisen: Einen ersten und einen zweiten Anschluss, durch den Fluid dem Proportionalsteuerventil zuströmt und dieses verlässt; einen Ventilsitz, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gebildet ist; einen Hauptstößel, der wahlweise mit dem Ventilsitz zur Steuerung des Fluidstroms zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss in Eingriff gelangt und eine Steuerkammer auf einer Seite des Hauptstößels entfernt von dem Ventilsitz bildet, wobei ein Steuerdurchlass in dem Hauptstößel mit dem ersten Anschluss, dem zweiten Anschluss und der Steuerkammer in Verbindung steht; ein erstes Stromsteuerelement, das es Fluid erlaubt, aus schließlich von dem Steuerdurchlass in den zweiten Anschluss zu strömen; ein zweites Rückschlagventil, das es Fluid erlaubt, ausschließlich von dem Steuerdurchlass in den ersten Anschluss zu strömen; einen Steuerstößel, der den Steuerdurchlass wahlweise verschließt; ein elektrisch betätigtes Stellorgan, das betriebsmäßig in Verbindung gebracht ist, um den Steuerstößel relativ zum Hauptstößel zu bewegen; einen ersten Durchlass, der sich zwischen der Steuerkammer und dem zweiten Anschluss erstreckt; ein drittes Rückschlagventil, das Fluid durch den ersten Durchlass ausschließlich in der Richtung ausgehend vom zweiten Anschluss zu der Steuerkammer strömen lässt; einen zweiten Durchlass, der sich zwischen der Steuerkammer und dem ersten Anschluss erstreckt; und ein viertes Rückschlagventil, das Fluid durch den zweiten Durchlass ausschließlich in der Richtung ausgehend vom ersten Anschluss zur Steuerkammer strömen lässt.
Ventilaufbau nach Anspruch 9, wobei der Steuerdurchlass von sowohl dem ersten Proportionalsteuerventil wie dem zweiten Vierwegerichtungssteuerventil eine Öffnung in die Steuerkammer aufweist, wobei außerdem ein flexibler Ventilsitz vorgesehen ist, der sich quer über die Öffnung erstreckt und einen Durchbruch dort hindurch aufweist, wobei der Steuerstößel mit dem flexiblen Ventilsitz 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 Zwischenleiung; 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; ein bidirektionelles erstes Proportionalsteuerventil, das zwischen der ersten Zwischenleitung und dem ersten Arbeitsanschluss in Verbindung gebracht ist, um einen Hydraulikfluidstrom dazwischen zu steuern; und ein bidirektionelles zweites Proportionalsteuerventil, das zwischen der zweiten Zwischenleitung und dem zweiten Arbeitsanschluss in Verbindung gebracht ist, um einen Hydraulikfluidstroms dazwischen zu steuern.
Ventilaufbau nach Anspruch 11, wobei das Richtungssteuerventil eine dritte Stellung aufweist, in der die erste Zwischenleitung und die zweite Zwischenleitung beide mit der Rückführleitung verbunden sind.
Ventilaufbau nach Anspruch 1, außerdem aufweisend: Ein erstes Druckfreigabeventil, das die Steuerkammer des ersten Proportionalsteuerventils mit der Rückführleitung in Reaktion auf den Druck in dem ersten Arbeitsanschluss verbindet, der den Druck in der Rückführleitung um ein erstes vorbestimmtes Ausmaß übersteigt; und ein zweites Druckfreigabeventil, das die Steuerkammer des zweiten Proportionalsteuerventils mit der Rückführleitung in Reaktion auf den Druck in dem zweiten Arbeitsanschluss 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 und einen zweiten Anschluss, durch die Fluid dem Proportionalsteuerventil zuströmt und dieses verlässt; einen Ventilsitz, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gebildet ist; einen Hauptstößel cder wahlweise mit dem Ventilsitz in Eingriff gelangt, um den Fluidstrom zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zu steuern und eine Steuerkammer auf einer Seite des Hauptstößels entfernt von dem Ventilsitz zu bilden, wobei ein Steuerdurchlass in dem Hauptstößel mit dem ersten Anschluss, dem zweiten Anschluss und der Steuerkammer in Verbindung steht; ein erstes Stromsteuerelement, das es Fluid erlaubt, ausschließlich von dem Steuerdurchlass in den zweiten Anschluss zu strömen; ein zweites Rückschlagventil, das es Fluid erlaubt, ausschließlich von dem Steuerdurchlass in den ersten Anschluss zu strömen; einen Steuerstößel, der den Steuerdurchlass wahlweise verschließt; ein elektrisch betätigtes Stellorgan, das betriebsmäßig in Verbindung gebracht ist, um den Steuerstößel relativ zum Hauptstößel zu bewegen; einen ersten Durchlass, der sich zwischen der Steuerkammer und dem zweiten Anschluss erstreckt; ein drittes Rückschlagventil, das es dem Fluid erlaubt, durch den ersten Durchlass ausschließlich in der Richtung ausgehend vom zweiten Anschluss zu der Steuerkammer zu strömen; einen zweiten Durchlass, der sich zwischen der Steuerkammer und dem ersten Anschluss erstreckt; und ein viertes Rückschlagventil, das es dem Fluid erlaubt, durch den zweiten Durchlass ausschließlich in der Richtung ausgehend vom ersten Anschluss zur Steuerkammer zu strömen.
Ventilaufbau nach Anspruch 14, wobei der Steuerdurchlass von sowohl dem ersten Proportionalsteuerventil wie dem zweiten Proportionalsteuerventil eine Öffnung in die Steuerkammer aufweist, wobei außerdem ein flexibler Ventilsitz vorgesehen ist, der sich über der Öffnung erstreckt und dort hindurch einen Durchbruch aufweist, wobei der Steuerstößel mit dem flexiblen Ventilsitz in Eingriff gelangt, um den Steuerdurchlass abzudichten.