DE10296739T5

DE10296739T5 - Hydraulikkreislauf mit Rückführleitungsdosierventil und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE10296739T5
Application number: DE10296739T
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: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2002372006A; GB2392258A; JP3679380B2; GB0327330D0; GB2392258B; US6467264B1; WO2002090780A1; US20020162327A1; DE10296739B4

Abstract

Hydrauliksystem, aufweisend:
Eine Quelle für unter Druck stehendes Hydraulikfluid;
einen Tank für das Hydraulikfluid;
eine gemeinsame Rückführleitung;
ein Rückführleitungsdosierventil, das mit der gemeinsamen Rückführleitung zu dem Tank verbunden ist;
mehrere Hydraulikfunktionen, die mit der Quelle und mit der gemeinsamen Rückführleitung verbunden sind, um mechanische Elemente der Maschine zu betätigen, wobei zumindest eine der mehreren Hydraulikfunktionen ein Stellorgan und einen Ventilaufbau umfasst, der das Fluid zwischen dem Stellorgan und sowohl der Quelle wie der gemeinsamen Rückführleitung steuert;
einen Sensormechanismus, der einen Druckabfall über dem Ventilaufbau erfasst; und
eine Steuereinheit mit einem Eingang, der mit dem Sensormechanismus verbunden ist und Ausgänge aufweist, die mit dem Ventilaufbau und dem Rückführleitungsdosierventil verbunden sind, wobei die Steuereinheit durch Betätigen des Rückführleitungsdosierventils zum Steuern einer Druckhöhe in der gemeinsamen Rückführleitung auf ein Signal von dem Sensormechanismus reagiert.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikkreisläufe zur Steuerung von Triebwerken bzw. Maschinen. Insbesondere betrifft sie die Steuerung des Drucks und Durchsatzes bzw. der Strömung von Hydraulikfluid, das kraftangetriebenen Stellorganen dieser Triebwerke bzw. Maschinen zugeführt wird.
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 e lektrisch gesteuert werden. Diese Technikänderung erleichtert eine Regelung verschiedener Maschinenfunktionen unter Computersteuerung. 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.
Elektrisch gesteuerte Dosierventile sind mit dem potentiellen Problem behaftet, dass sie unter Steuerung nicht schließen, weil eine Verstopfung über einem Dosierelement auf Grund von Fluidverschmutzung dazu führt, dass der Solenoidanker blockiert. Unter diesem Umstand geht die Kontrolle über den Zylinder und das Maschinenelement, das durch den Zylinder betätigt wird, verloren. Dies kann zu einer potentiell gefährlichen Situation führen, in der ein offenes Ventil es Fluid erlaubt, aus dem Zylinder abzulaufen, wodurch das Maschinenelement veranlasst wird, auf Grund von Schwerkraft herunter zu fallen.
Ferner kann ein Zustand auftreten, in dem eine einzige Pumpe unter Druck stehendes Fluid mehreren Funktionen für die Maschine bereit stellt. Beispielsweise weist ein Bagger einen Ausleger auf, der mit einem Arm gekoppelt ist, der an einem entfernten Ende eine bewegliche Schaufel aufweist. Jeder dieser drei Bestandteile wird unabhängig durch einen getrennten Hydraulikzylinder betätigt. Während einer komplexen Bewegung kann der Ausleger durch Schwerkraft absinken, wobei das abfließende Hydrauliköl direkt in den Tank ausgetragen wird, während der Arm durch unter Druck stehendes Fluid von der Pumpe mit Kraft versorgt wird. In dieser Situation geht Energie in dem abfließenden Fluid verloren und zusätzliche Kraft muss durch die Pumpe aufgebracht werden, um das unter Druck stehende Fluid für die Betätigung des Arms und ggf. weitere Funktionen der Maschine bereit zu stellen. Dies begrenzt die Rate bzw. Geschwindigkeit dieser mit Kraft versorgten Funktionen und verlangsamt entsprechend die Arbeitsfunktionszykluszeit. Diese Betätigung bzw. dieser Betrieb ist deshalb mit einem Grad an Ineffizienz behaftet.
Ein weiteres Problem bei Hydrauliksystemen ist, dass einige Ventile auf den Druckabfall über ihre Dosierelemente ansprechen. Insbesondere kann die Auflösung des Dosiervorgangs beeinträchtigt sein, wenn der Druckabfall zunimmt. 1 zeigt die typische Beziehung zwischen dem elektrischen Strom, der an das Ventilstellorgan angelegt ist, und dem Fluiddurchsatz durch das Ventil bei unterschiedlichen Druckabfällen über dem Ventil. Demnach erzeugt eine Änderung in dem Stellorganstrom von einem Pegel I1 auf einen höheren Pegel I2 eine relativ geringe Änderung des Durchsatzes, wenn die Druckdifferenz relativ klein ist und beispielsweise 20 bar beträgt. Im Gegensatz zu einem größeren Druckabfall, wie etwa 200 bar, erzeugt dieselbe Änderung des Ventilstellorganstroms (I1 bis I2) eine viel größere Änderung des Durchsatzes. Mit anderen Worten gilt, je niedriger der Druckabfall über dem Ventilelement ist, desto feiner wird die Auflösung der Durchsatz- bzw. Stromdosierung.
Ein kleiner Fehler bezüglich der Steuerung des Stellorganstroms bzw. eine kleine Änderung der Ventilreaktion kann folglich eine dramatische Auswirkung auf den Durchsatz bei höheren Druckabfällen haben. Dies kann zu einer signifikanten Differenz der Bewegung des Maschinenelements führen, das durch das Ventil gesteuert wird. Wenn eine feine Dosiersteuerung erwünscht ist, muss deshalb der Druckabfall über dem Ventil auf einem relativ kleinen Pegel gehalten werden oder eine sehr genaue Steuerung des Stellorganstroms muss bewirkt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Hydrauliksystem, das jedes der vorstehend genannten Probleme überwindet.
Dieses Hydrauliksystem weist eine Quelle eines unter Druck stehenden Hydraulikfluids und einen Tank zum Bevorraten des Hydraulikfluids auf. Eine gemeinsame Fluidrückführleitung ist mit dem Tank durch ein elektrisch angetriebenes Rückführleitungsventil verbunden. Ein Quellensensor stellt ein Signal bereit, das den Druck des Hydraulikfluids von der Quelle anzeigt und ein Tanksensor erzeugt ein weiteres Signal, das den Druck in der gemeinsamen Fluidrückführleitung bezeichnet.
Mehrere Hydraulikfunktionen sind mit der Druckfluidquelle und der gemeinsamen Fluidrückführleitung verbunden, um mechanische Elemente der Maschine zu betätigten. Zumindest eine dieser Hydraulikfunktionen umfasst ein Stellorgan, wie etwa einen bidirektionellen Hydraulikzylinder mit ersten und zweiten Anschlüssen. Ein erstes Steuerventil verbindet die Quelle mit dem ersten Anschluss des Stellorgans und ein zweites Steuerventil verbindet den ersten Anschluss mit der gemeinsamen Fluidrückführleitung. Ein drittes Steuerventil steuert den Fluidstrom bzw. -durchsatz zwischen der Quelle und dem zweiten Anschluss des Stellorgans, während ein viertes Steuerven til den zweiten Anschluss mit der gemeinsamen Fluidrückführleitung verbindet. Diese Funktion weist auch einen ersten Sensor auf, der ein Signal erzeugt, das den Hydraulikdruck am bzw. im ersten Anschluss anzeigt, und der Druck am bzw. im zweiten Anschluss wird durch ein Signal von einem zweiten Sensor angezeigt.
Eine elektronische Steuereinheit weist Eingänge auf, die mit dem Quellensensor, dem Tanksensor, dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor verbunden sind und die Steuereinheit weist Ausgänge auf, die mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Steuerventil sowie dem Fluidrückführleitungsventil verbunden sind. Die Steuereinheit betätigt selektiv bestimmte der Steuerventile zur Erzeugung eines jeweiligen gewünschten Bewegungsausmaßes des Stellorgans. Die Steuereinheit reagiert auf die Druckanzeigesignale von den jeweiligen Sensoren durch Betätigen des Rückführleitungsventils zur Steuerung des Drucks in der gemeinsamen Fluidrückführleitung.
Das Hydrauliksystem weist mehrere Regenerationsbetriebsarten auf, in denen aus einem Anschluss des Stellorgans abfließendes Fluid in den anderen Stellorgananschluss zugeführt wird. Diese Regeneration beseitigt bzw. reduziert drastisch die Menge an Hydraulikfluid, die dem Stellorgan von der Quelle zugeführt werden muss. Die für die Quelle des unter Druck stehenden Fluids benötige Energie und die Zeit zum Durchführen von Funktionsbetätigungen sind damit verringert. In der Regenerationsbetriebsart bei Absinken unter Schwerkraft (potentielle Energie) oder Trägheitsbremsen (kinetische Energie) wird Ergänzungsfluid von einer weiteren Hydraulikfunktion der Maschine über die gemeinsame Leitung zur Zuführung in einen Anschluss des Stellorgans erhalten. In diesen Regenerationsbetriebsarten betätigt die Steuereinheit das Rückführlei tungsventil, um zu verhindern, dass Fluid aus der gemeinsamen Rückführleitung in den Tank strömt, so dass das Fluid zur Zufuhr in den Stellorgananschluss zur Verfügung steht.
Das Rückführleitungsventil wird außerdem betätigt, um die gemeinsame Fluidrückführleitung unter Druck zu setzen und den Druckabfall über einem Steuerventil zu verringern. Durch Verringern des Druckabfalls wird die Stromdosierungsauflösung dieses Steuerventils zu Gunsten einer besseren Steuerung des Stellorgans verbessert. Die Verbesserung der Dosierung kann außerdem in dem Vierwegeventil geregelt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt grafisch die Beziehung zwischen dem Stellorganstrom und dem Fluidstrom bzw. -durchsatz durch ein Ventil bei unterschiedlichen Drücken;
2 zeigt schematisch ein Hydrauliksystem, das die vorliegende Erfindung enthält;
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines bidirektionellen Proportionaldosierventils, das in dem Hydrauliksystem verwendet wird; und
4 zeigt eine Tabelle unter Anführung unterschiedlicher Betriebsarten des Hydrauliksystems.
Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Wie in 2 gezeigt, steuert ein Hydrauliksystem 10 zwei getrennte Funktionen 12 und 14 der Maschine, denen das unter Druck stehende Fluid über eine gemeinsame Zufuhrleitung 15 zugeführt wird. Es wird bemerkt, dass auch weitere Funktionen durch dieses System mit Kraft versorgt werden können. Die erste Funktion 12 weist einen ersten Hydraulikzylinder 16 auf, der einen Kolben 15 enthält, der mit einer Stange 13 verbunden ist, um ein Element der Maschine anzutreiben, wie durch eine Last 17 symbolisiert. Der Kolben unterteilt den Innenhohlraum des Zylinders 16 in eine Kopfkammer 18 und eine Stangenkammer 19, die beide mit einer Gruppierung von vier bidirektionellen Proportionalsteuerventilen 21, 22, 23 und 24 verbunden sind, die durch Solenoide elektrisch betätigt sind. Das erste Steuerventil 21 steuert den Strom bzw. Durchsatz von Hydraulikfluid von einer Pumpe 20 zu der Kopfkammer 18. Das zweite bidirektionelle Proportionalsteuuerventil 22 regelt den Strom bzw. Durchsatz von Fluid zwischen der Kopfkammer 18 und einer gemeinsamen Rückführleitung 28. In ähnlicher Weise steuert das dritte Proportionalsteuerventil 23 den Strom bzw. Durchsatz von Hydraulikfluid von der Pumpe 20 zu der Stangenkammer 19, und das vierte Proportionalventil 24 steuert den Strom bzw. Durchsatz von Fluid zwischen der Stangenkammer 19 und der gemeinsamen Rückführleitung 28. Durch gleichzeitiges Betätigen unterschiedlicher Kombinationen der Steuerventile 21 – 24 kann Hydraulikfluid von der Pumpe 20 an eine der Zylinderkammern 18 oder 19 angelegt und zu der gemeinsamen Rückführleitung 28 aus der anderen Kammer 19 bzw. 18 ausgetragen werden. Diese selektive Betätigung von Paaren der vier Steuerventile 21–24 treibt den Kolben 15 in einer von zwei Richtungen an, wodurch eine entsprechende Bewegung des Maschinenelements hervorgerufen wird, mit dem der Kolben verbunden ist.
Zwei Drucksensoren 29 und 30 erzeugen elektrische Signale, die den Druck in den Hydraulikleitungen anzeigen, die mit den Kopf- und Stangenkammern 18 und 19 verbunden sind. Ein weiterer Drucksensor 25 erzeugt ein elektrisches Signal, das den Druck am Auslass der Pumpe 20 anzeigt. Ein vierter Drucksen sor 27 erzeugt ein Signal, das den Druck der gemeinsamen Rückführleitung 28 anzeigt.
Ein weiterer Drucksensor 52 ist zwischen der Pumpe 20 und einem Rückschlagventil 50 angeordnet, das mit der Zufuhrleitung 15 verbunden ist und den Pumpenausgangsdruck ermittelt. Ein unidirektionelles Strömungsventil 54 ist zwischen dem Pumpenausgang und der gemeinsamen Rückführleitung in Verbindung gebracht, um eine bidirektionelle Prüffunktion bereit zu stellen.
Die zweite Funktion 14 weist eine ähnliche Gruppierung von bidirektionellen Proportionalsteuerventilen 31, 32, 33 und 34 auf, die den Strom bzw. Durchsatz des Hydraulikfluids zwischen einem zweiten Zylinder 36 und sowohl jede der Pumpen 20 wie der gemeinsamen Rückführleitung 28 selektiv steuern. Der Zylinder 36 weist eine Kopfkammer 38 und eine Stangenkammer 39 auf. Wie im Falle der ersten Funktion 12 führt eine Aktivierung der Steuerventile 31–34 in der zweiten Funktion 14 selektiv unter Druck stehendes Fluid in eine der Zylinderkammern 38 oder 39 in dem zweiten Zylinder ein und trägt Fluid aus der anderen Kammer 39 bzw. 38 aus. Die zweite Funktion 14 weist einen Drucksensor 40 auf, der mit der Hydraulikleitung für die Kopfkammer 38 verbunden ist, und einen weiteren Drucksensor 42, der mit der Hydraulikleitung für die Stangenkammer 39 verbunden ist.
Das Hydrauliksystem 10 weist außerdem ein Proportionalrückführleitungsdosierventil 46 auf, das die gemeinsame Rückführleitung 28 mit dem Tank 48 für das Hydrauliksystem 10 verbindet. Das Rückführleitungsdosierventil wird ebenfalls durch ein Solenoid elektrisch betätigt.
Die Signale von den verschiedenen Drucksensoren 25, 27, 29, 30, 40 und 42 werden als Eingangssignale 43 einer elektrischen Steuereinheit 44 zugeführt, die außerdem ein Signal auf Leitungen 41 von einer Eingabeeinrichtung empfängt, die durch eine Bedienperson der Maschine manipuliert wird, in die das Hydrauliksystem 10 einbezogen ist. Beispielsweise kann es sich bei der Eingabeeinrichtung um einen Steuerknüppel handeln, wobei seine Bewegung entlang einer Achse die Betätigung des ersten Hydraulikzylinders 16 steuert, während seine Bewegung entlang einer Achse senkrecht dazu die Bewegung des zweiten Hydraulikzylinders 36 steuert. D. h., Richtung und Grad, mit denen der Steuerknüppel entlang einer der Achsen durch die Bedienperson bewegt wird, ermitteln Richtung und Ausmaß der Bewegung des entsprechenden Zylinders 16 bzw. 36. Die Steuereinheit 44 enthält einen Mikrocomputer, der ein Softwareprogramm ausführt, das auf die Eingangssignale von dem Steuerknüppel unter Erzeugung der geeigneten Signale an Ausgängen 45 reagiert, um die Solenoide der Steuerventile 21–24, 31–34 und 46 zu aktivieren. Gleichzeitig überwacht die Systemsteuereinheit 44 den Druck von den verschiedenen Sensoren, um sicherzustellen, dass eine geeignete Betätigung des Hydrauliksystems stattfindet.
3 zeigt die Einzelheiten der bidirektionellen Proportionalsteuerventile, die in dem Hydrauliksystem 10 verwendet werden. Das beispielhafte Ventil 110 umfasst eine Zylinderventilbuchse 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 einem Innenende der Längsbohrung 116 in Verbindung. Ein Ventilsitz 122 ist zwi schen den ersten und zweiten Anschlüssen 118 und 120 gebildet.
Ein Hauptventilstößel 124 gleitet in der Längsbohrung 116 relativ zu dem Ventilsitz 122, um den Hydraulikfluidstrom zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen zu steuern. Eine zentrale Bohrung 126 ist in dem Hauptventilstößel 124 gebildet und erstreckt sich ausgehend von einer Öffnung am zweiten Anschluss 120 zu einer zweiten Öffnung in eine 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 begrenzt den Fluidstrom in dem Durchlass 138 in ausschließlich eine Richtung ausgehend von der Stößelbohrung 126 zu dem ersten Anschluss.
Die zweite Öffnung der Bohrung 126 in dem Hauptventilstößel 124 wird durch einen flexiblen Sitz 129 mit einem Steuerdurchbruch 141 verschlossen, der sich dort hindurch erstreckt. Eine federnde rohrförmige Stange 132 in 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 dem Fluid, ausschließlich aus dem zweiten Anschluss 120 in die Steuerkammer 128 zu strömen. Ein viertes Rückschlagventil 154 ist in einem weiteren Durchlass 156 angeordnet, damit Fluid ausschließlich ausgehend von dem ersten Anschluss 118 zu der bzw. in die Steuerkammer 128 strömen kann. Beide dieser Rückschlagventildurchlässe 152 und 156 weisen eine Durchsatz- bzw. Strombegrenzungsöffnung 153 bzw. 157 auf.
Die Bewegung des Hauptventilstößels 124 wird durch ein Solenoid 136 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 in 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 ist in einer Bohrung 146 des rohrförmigen Ankers 142 angeordnet und wird in dem Anker durch eine zweite Feder 148 vorgespannt, die mit einer Einstelluschraube 160 im Eingriff steht.
Im entregten Zustand der elektromagnetischen Wicklung 139 drängt die zweite Feder 148 den Steuerstößel 144 gegen ein Ende 152 des Ankers 142 und verschiebt sowohl den Anker wie den Steuerstößel in Richtung auf den Hauptventilstößel 124. Dies führt zu 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 Fluidverbuindung zwischen der Steuerkammer 128 und dem zweiten Anschluss 120 verschlossen wird.
Das Solenoidventil 110 steuert den Hydraulikfluidstrom zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 118 und 120 proportional. 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. Wenn der Druck in bzw. an dem ersten Anschluss 118 den Druck in bzw. am zweiten Anschluss 120 übersteigt, wird der höhere Druck insbesondere der Steuerkammer 128 durch das vierte Rückschlagventil 154 mitgeteilt. 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 vom Ventilsitz 122 weg, wodurch eine direkte Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 118 und dem zweiten Anschluss 120 geöffnet wird. Die Bewegung des Hauptventilstößels 124 dauert an, bis ein Druckkraftgleichgewicht 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 sind 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 ein proportionaler Strom bzw. Durchsatz von dem Auslassanschluss zu dem Einlassanschluss durch Aktivieren des Solenoids 136 erzielt werden. In diesem Fall wird der höhere Druck im zweiten Anschluss 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, dem Steuerdurchlass 135 und dem 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 2 vermag das Rückführleitungsdosierventil 46 als Sicherheitsabschaltmittel für den Fall zu wirken, dass das zweite bzw. vierte Steuerventil 22 bzw. 24 in der offenen Stellung, beispielsweise auf Grund von Fluidverschmutzung, stecken bleibt. In diesem Fall erlaubt es das feststeckende Ventil, dass Fluid aus dem ersten Zylinder 16 zum Tank 48 abläuft, was zu einer unbeabsichtigten Bewegung führen kann. Dieser Zustand wird durch den Druck in der Stangenkammer 19 signalisiert, wie durch den Sensor 30 angezeigt, und durch einen sehr hohen bzw. niedrigen oder Unterdruck in der Kopfkammer 18, wie durch den Sensor 29 angezeigt. Alternativ kann ein Stellungs- oder Ratensensor am Stellorgan ein Signal bereit stellen, das ein feststeckendes offenes Ventil bezeichnet.
Die Steuereinheit 44 überwacht periodisch die Signale von den Drucksensoren 29 und 30 und vermag diese Druckbedingungen selbst dann zu ermitteln, wenn die Steuereinheit die Bewegung des ersten Zylinders 16 nicht steuert. Die Steuereinheit erkennt dadurch, dass diese Bedingungen nicht auftreten sollten, und infolge hiervon regiert die Steuereinheit 44 durch Schließen des Rückführleitungsdosierventils 46, um den Fluidstrom aus dem Zylinder 16 zum Systemtank 48 zu blockieren, wodurch diese Aktion ein weiteres Absinken der Last 17 beendet. Auf Grund dieser Notfallbedingung unterbricht die Steuereinheit die weiteren Hydraulikfunktionen, da der Pfad zu dem Systemtank für sämtliche Funktionen geschlossen worden ist.
In einer anderen Situation kann der Hauptstößel in der Zufuhrleitung zum Arbeitsanschlusssteuerventil durch eine Verschmutzung im offenen Zustand blockiert werden. Wenn dieses beschädigte Ventil neutrale Stellung einnimmt und eine weitere Druckfunktion betätigt wird, fällt dadurch die Last des beschädigten Ventils, wodurch Öl zu der weiteren aktiven Funktion zugeführt wird, um dieses unbeabsichtigte Absinken der Last zu verhindern, kann die Steuereinheit die Fehlfunktion durch einen Druckabbau und Kavitation in der gegenüberliegenden Kammer der Funktion zu ermitteln, die sich in neutraler Stellung befindet, und zwar durch einen Stellungssensor, der eine ungesteuerte Bewegung der Steuereinheit mitteilt, oder dadurch, dass der statische Druck zwischen dem Zufuhrleitungsrückschlagventil 50 und dem beschädigten Ventilarbeitsanschluss derselbe bleibt. Bei Ermittlung dieser Störung wird ein Absinken der Last unterbunden, indem keine Funktion und das Rückschlagventil in der Zufuhrleitung nicht angesteuert werden.
Das Hydrauliksystem 10 mit dem Rückführleitungsdosierventil 46 weist, wie in 2 gezeigt, mehrere Betriebsarten auf, wie in der Tabelle von 4 gezeigt. Die Tabelle bezeichnet die Zustände der vier bidirektionellen Proportionalsteuerventile 21–24 in jeder Betriebsart für die erste Funktion 12. Der bezeichnete Zustand des Rückführleitungsdosierventils 46 setzt voraus, dass ein anderer Zustand durch Betätigung der zweiten Funktion 14 nicht erforderlich ist. Die ersten drei Betriebsarten vorwärts, rückwärts bzw. Einziehen und Schwimmen, finden sich in herkömmlichen Hydrauliksystemen.
Bevor diese Betriebsarten erläutert werden, wird bemerkt, dass jede Bezugnahme auf die Bewegungsrichtung, wie etwa nach links und rechts, sich vorliegend auf die Ausrichtung des ersten Zylinders 16 bezieht, wie in 2 gezeigt, und einem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass andere Ausrichtungen bei speziellen Maschinen vorliegen können. Beispielsweise kann die Ausrichtung des ersten Zylinders 16 derart sein, dass die auf die Last 17 einwirkende Schwerkraft dazu neigt, die Stange 13 in den Zylinder in einigen Anwendungen des Hydrauliksystems zurückzuziehen bzw. einzufahren und die Stange 13 aus dem Zylinder in anderen Anwendungen auszufahren.
Die EXTEND- bzw. Ausfahrbetriebsart findet statt, wenn der Kolben 15 sich in 2 nach rechts bewegt, wodurch die Stange 13 ausgefahren wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Durchlassöffnungen des ersten Ventils 21 und des vierten Ventils 24 moduliert, d. h., variiert durch die Steuereinheit 44 zum Regeln des Fluidstroms zu und von bzw. aus dem ersten Zylinder 16 und dadurch die Bewegungsrate. Insbesondere strömt unter Druck stehendes Fluid von der Pumpe zu der Kopfkammer 18 durch das erste Steuerventil 21 und Fluid tritt aus der Stangenkammer 19 durch das vierte Steuerventil 24 aus. Die übrigen Steuerventile 22 und 23 bleiben geschlossen und das Rückführleitungsdosierventil 46 ist vollständig geöffnet.
In der RETRACT- bzw. Rückziehbetriebsart bewegt der Kolben 15 sich in 2 nach rechts, wobei die Stange 13 sich in den ersten Zylinder 16 hinein bewegt. In diesem Fall empfängt die Stangenkammer 19 unter Druck stehendes Fluid von der Pumpe 20 durch das dritte Steuerventil 23, während das Fluid aus der Kopfkammer 18 über das zweite Steuerventil 22 ablaufen gelassen wird.
In der FLOAT- bzw. Schwimmbetriebsart sind die Steuerventile 21 und 23, die mit dem Auslass der Pumpe 20 verbunden sind, geschlossen, während die beiden Steuerventile 22 und 24, die mit der gemeinsamen Rückführleitung 28 verbunden sind, offen bleiben. Das Rückführleitungsdosierventil 46 wird geregelt, um sicherzustellen, dass keine Zylinderkammer kavitiert. Dadurch kann Fluid entweder aus der Zylinderkammer 18 oder 19 ablaufen gelassen werden, wenn externe Kräfte auf den Kolben 15 einwirken.
Das vorliegende Hydrauliksystem 10 weist außerdem eine UNPOWERED METERED RETRACT-Betriebsart bzw. kraftfreie Dosierrückziehbetriebsart auf, in der die Ausrichtung des ersten Zylinders 16 derart ist, dass die Schwerkraft, die auf die Last 17 einwirkt, dazu neigt, die Stange 13 zur Reaktion zu bringen.
In dieser Betriebsart trägt die Lastkraft Fluid aus der Kopfkammer 18 aus. Anstatt das gesamte Hydraulikfluid aus der Kopfkammer 18 zum Tank 48 ablaufen zu lassen, kann das Fluid verwendet werden, um die expandierende Stangenkammer 19 zu füllen. Um dies zu bewirken, wird das zweite Steuerventil 22 durch die Steuereinheit 44 moduliert, um das aus der Kammer 18 des ersten Zylinders 16 ausgetragene Fluid zu dosieren und dadurch die Rate zu steuern, mit der die Last 17 absinken gelassen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das vierte Steuerventil 24 vollständig geöffnet, so dass das ablaufende Fluid in die expandierende Stangenkammer 19 laufen kann. Auf Grund der Volumendifferenz zwischen den Zylinderkammern wird mehr Fluid aus der Kopfkammer 18 ausgetragen als dieses in der Stangenkammer 19 aufgenommen werden kann. Das überschüssige Fluid fließt in die gemeinsame Rückführleitung 28.
In einer UNPOWERED METERED RETRACT-Betriebsart bzw. kraftfreie Dosierrückziehbetriebsart wird die Rate, mit der die Last absinkt, durch Modulieren des zweiten Steuerventils 22 gesteuert, das den Fluidstrom steuert, der die Kopfkammer 18 verlässt. Hierdurch wird eine relativ große Druckdifferenz über diesem zweiten Steuerventil 22 erzeugt. Wie vorstehend erläutert, existiert eine relativ grobe Stromsteuerauflösung, wenn ein hoher Druckabfall über dem Proportionalventil auftritt, was zu signifikanten Fehlern beim Steuern der Geschwindigkeit der fallenden Last 17 führen kann. Mit anderen Worten kann eine kleine Abweichung des Stroms zu dem Ventilstellorgan eine große Änderung des Fluidstroms bzw. -durchsatzes hervorrufen, wie aus 1 hervorgeht. Dies führt zu einem signifikanten Fehler zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit der fallenden Last und der gewünschten Geschwindigkeit, die durch die Steuereinheit 44 angesteuert wird. Der Geschwindigkeitsfehler kann jedoch reduziert werden durch Verringern der Druckdifferenz über dem zweiten Steuerventil 22, wodurch die Auflösung der Stromsteuerung verbessert wird.
Erzielt wird dies im vorliegenden Hydrauliksystem 10 durch unter Druck setzen der gemeinsamen Rückführleitung 28, was bewirkt wird durch Verkleinern der Öffnung des Rückführleitungsdosierventils 46, um den Fluidstrom zum bzw. in den Tank 48 zu begrenzen. Die Steuereinheit 44 überwacht den durch den Drucksensor 29 in der Leitung von der Kopfkammer 18 angezeigten Druck und den Druck, der durch den Sensor 27 für die gemeinsame Rückführleitung gemessen wird. In Reaktion auf diese Drücke schließt die Steuereinheit das Rückführleitungsdosierventil 46 teilweise, bis der gewünschte Druckabfall über dem zweiten Steuerventil 22 erhalten wird. Dies ändert den Betätigungsbereich des zweiten Steuerventils 22, um die Auswirkungen der Ventildrift und -hysterese zu minimieren, während eine größere Genauigkeit in Bezug auf die Geschwindigkeitssteuerung bereit gestellt wird. Das zweite Steuerventil 22 und das Rückführleitungsdosierventil 46 stellen für einen verbesserten Modulationsbereich eine kaskadierte Stromdosierung bereit, wodurch eine präzisere Steuerung der absinkenden Last 17 möglich ist.
Kavitation kann auch in der Stangenkammer 19 auftreten, wenn diese Kammer schneller expandiert als der Strom an verfügbarem Fluid die resultierenden Leerstellen bzw. Hohlräume füllen kann. Dieser Zustand ist durch einen sehr geringen Druck in der Stangenkammer bezeichnet, wie durch das Signal vom Sensor 30 angezeigt. Die Steuereinheit 44 reagiert auf dieses sehr geringe Drucksignal durch Begrenzen des Pfads zu dem Systemtank 48 durch teilweises Schließen des Rückführleitungsdosierventils 46, bis der Sensor 29 anzeigt, dass der Druck in der Kopfkammer 18 auf einen zufrieden stellenden Pegel angestiegen ist. In dieser Situation erlaubt die durch das Rückführleitungsdosierventil 46 bereit gestellte Öffnung lediglich, dass eine Fluidmenge zu dem Tank strömt, die diejenige übersteigt, die dazu erforderlich ist, die expandierende Stangenkammer 19 zu füllen.
Die nächste Betriebsart in der Tabelle von 4 ist die POWERED REGENERATION EXTEND-Betriebsart bzw. die kraftgesteuerte Regenerationsausfallbetriebsart. In diesem Fall wird die Last 17 durch Anlegen eines unter Druck stehenden Fluids von der Pumpe 20 an die Kopfkammer 18 des ersten Zylinders 16 bewegt. Dieser Fluidstrom wird durch Modulieren des ersten Steuerventils 21 dosiert, um die Bewegungsrate zu erzeugen, die durch die Steuereinheit 44 erwünscht ist.
Anstatt das Fluid in der Stangenkammer 19 zum Tank 48 ablaufen zu lassen, kann jedoch das ablaufende Fluid der expandierenden Kopfkammer 18 zugeführt werden, um die erforderliche Pumpenfluidmenge zu verringern. Insbesondere das dritte Steuerventil 23 wird vollständig geöffnet, um das ablaufende Fluid zum Einlass des ersten Steuerventils 21 zu fördern, wo das Fluid sich mit Fluid von der Pumpe 20 mischt. Da die Kolbenfläche in der Kopfkammer 18 größer ist als in der Stangenkammer 19, führt der Kolben die POWERED REGENERATION EXTEND-Betriebsart aus. In dieser Betriebsart ist weniger Pumpenfluid erforderlich als dann, wenn das aus der Stangenkammer abfließende Fluid zum Tank 48 strömen gelassen wird. Hierdurch steht mehr Pumpenfluid zum gleichzeitigen Kraftbeaufschlagen anderer Funktionen des Hydrauliksystems zur Verfügung.
Während des Betriebs kann eine Funktion ausgehend von einer belasteten POWERED REGENERATION EXTEND-Betriebsart in eine überlaufende Lastregenerationsfunktion geändert werden. Wenn dies der Fall ist, kann eine beschränkte Steuerung mit herkömmlichen Spulenventilen erzielt werden, die zwischen der Stangenkammer und der Pumpe ein unveränderliches bzw, feststehendes Dosieren des Fluids vorsehen. Das vorliegende System ermöglicht eine Rekonstruktion der Stangenkammer in eine Pumpendosierung durch umgekehrtes Dosieren und es hält eine angesteuerte Geschwindigkeitssteuerung selbst bei überlaufender Last aufrecht.
Die UNPOWERED REGENERATION EXTEND-Betriebsart findet statt, wenn die auf den Kolben 15 einwirkende Last 17 dazu neigt, die Stange 13 aus dem ersten Zylinder 16 auszufahren. Dies kann auf Grund von Schwerkraft der Fall sein, die auf eine Last einwirkt, wenn der Zylinder mit der Stangenkammer 19 unter der Kopfkammer 18 ausgerichtet ist. Dies ist ähnlich zu der UNPOWERED METRERED RETRACT-Betriebsart mit der Ausnahme, dass zusätzliches Hydraulikfluid erforderlich ist, weil die aus der Stangenkammer ablaufende Menge geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, die expandierende Kopfkammer zu füllen.
Das dritte Steuerventil 23 wird deshalb ebenfalls moduliert, um den Fluidgegenstrom zu regeln, der aus der Stangenkammer 19 abläuft, und die Rate zu steuern, mit der die Last 17 sinkt. Das erste Steuerventil 21 wird moduliert, um den Fluidstrom in die Kopfkammer 18 zu dosieren. Obwohl wenig oder keine Energie von der Pumpe 20 aufgebracht werden muss, um die Last abzusenken, ist zusätzliches Fluid weiterhin erforderlich, um die expandierende Kopfkammer 18 zu füllen. Das erste Steuerventil 21 wird deshalb durch eine Menge geöffnet, die ausreicht, dass ausreichend Fluid sowohl aus der Stangenkammer wie der Pumpe 20 und in die Kopfkammer zuströmen kann, um Kavitation zu unterbinden. Die Regulierung des ersten Steuerventils wird aus demjenigen Signal ermittelt, das durch den Drucksensor 29 erzeugt wird, so dass der Druck in der Kopfkammer über einem gegebenen Pegel verbleibt.
Das Rückführleitungsdosierventil 46 erlaubt eine Abwandlung der UNPOWERED REGENERATION EXTEND-Betriebsart, in der das zusätzliche Fluid zum Kompensieren der Differenz der Kammervolumina aus der gemeinsamen Rückführleitung 28 kommt. Dies kann dann stattfinden, wenn eine weitere Hydraulikfunktion (beispielsweise die Funktion 14) Fluid in diese gemeinsame Rückführleitung 28 entsorgt. Bezeichnet wird dies als TANK MAKE UP-Betriebsart bzw. Tankkompensationsbetriebsart. Das vierte Steuerventil 24 wird dabei so betätigt, dass der Fluidstrom ausgehend von der Stangenkammer 19 moduliert und dadurch die Rate gesteuert wird, mit der die Last 17 absinken gelassen wird. Das zweite Steuerventil 22 wird durch die Steuereinheit 44 vollständig geöffnet, damit das Fluid frei in die expandierende Kopfkammer 18 strömen kann.
Das Rückführleitungsdosierventil 46 wird gleichzeitig teilweise geschlossen, um die gemeinsame Rückführleitung 28 unter Druck zu setzen. Dies ermöglicht es, dass das aus der anderen Funktion 14 ablaufende Fluid bzw. übermäßiger Strom von einer Pumpe feststehender Verdrängung zu der ersten Funktion 12 und durch das zweite Steuerventil 22 strömen kann, um den Unterschuss an Fluidvolumen zu kompensieren, das erforderlich ist, die expandierende Kopfkammer 18 zu füllen. Während dies stattfindet, überwacht die Steuereinheit 44 das Signal von dem Kopfkammerdrucksensor 29. Sollte dieser Druck unter eine gegebene Schwelle fallen, wird das Rückführleitungsdosierventil 46 weiter geschlossen, um den Druck der gemeinsamen Rück führleitung 28 zu erhöhen und mehr Fluid in die erste Funktion zu leiten.
Eine weitere Abwandlung der UNPOWERED REGENERATION EXTEND-Betriebsart kann genützt werden, um ein Steuerproblem zu überwinden, das auftritt, wenn die Last 17, die auf den Kolben 15 einwirkt, dazu neigt, die Stange 13 aus dem ersten Zylinder 16 auszuführen. Um die Geschwindigkeit der fallenden Last zu steuern, muss das vierte Steuerventil 24 eine relativ kleine Dosieröffnung bereit stellen. Auf Grund des hohen Fluiddruckabfalls über der Öffnung werden jedoch Hysterese und Ventilverschiebung abgesehen von anderen Faktoren verstärkt, was zu der Erzeugung eines Geschwindigkeitsfehlers führt (siehe 1).
Überwunden wird dieses Problem durch Steuern des Rückführleitungsdosierventils 46, um die gemeinsame Rückführleitung 28 unter Druck zu setzen. Das zweite Steuerventil 22 wird betätigt, um den Strom bzw. die Strömung in die Kopfkammer 18 zu steuern und dadurch die Geschwindigkeit der Last zu regeln, während das vierte Steuerventil 24 betätigt wird, um eine Drucksteuerung in der Stangenkammer 19 durchzuführen. In dieser Situation minimiert der Betätigungsbereich des zweiten Steuerventils 22 die Auswirkungen der Hysterese und der Ventilverschiebung unter Bereitstellung einer genaueren Geschwindigkeitssteuerung.
Die letzte Betriebsart, die TANK AND PUMP MAKE UP-Betriebsart bzw. die Tank- und Pumpenkompensationsbetriebsart, stellt eine weitere Abwandlung der UNPOWERED REGENERATION EXTEND-Betriebsart dar, demnach Kompensationsfluid sowohl von der Pumpe 20 wie der gemeinsamen Rückführleitung 28 gewonnen wird. In dieser TANK AND PUMP MAKE UP-Betriebsart wird das Rückführleitungsdosierventil 46 vollständig geschlossen. Die Stange 13 wird dabei aus dem ersten Zylinder 16 derart ausgefahren, dass Fluid aus der Stangenkammer 19 zum Ablaufen gebracht wird. Dieses Fluid strömt durch das vierte Steuerventil 24, das den Fluidstrom unter Steuerung von der Steuereinheit 44 moduliert. Da das Rückführleitungsdosierventil 46 geschlossen ist, kann dieses Fluid nicht zu dem Tank 48 strömen und wird stattdessen durch das zweite Steuerventil 22 zwangsweise geleitet, das entweder vollständig offen steht oder durch die Steuereinheit 44 moduliert wird, um die Rate der Lastbewegung zu regeln. Hierdurch wird außerdem von der zweiten Funktion 14 ablaufendes Fluid in die erste Funktion 12 über die gemeinsame Rückführleitung 28 gesaugt. Die von bzw. aus der gemeinsamen Rückführleitung verfügbare Fluidmenge kann durch unter Druck stehendes Fluid von der Pumpe 20 durch Modulieren des ersten Steuerventils 21 ergänzt werden. Dessen ungeachtet, verbraucht die TANK AND PUMP MAKE UP-Betriebsart noch weniger Fluid von der Pumpe als in der herkömmlichen EXTEND-Betriebsart. Außerdem kann eine Pumpe variabler Verdrängung, die durch einen herkömmlichen Lasterfassungsmechanismus gesteuert wird, in der zuletzt genannten Betriebsart dazu dienen, minimalen Druck der ersten Funktion bereit zu stellen, wodurch Energie eingespart wird.
Ein weiterer Vorteil des Rückführleitungsregelungsventils 46 ist, dass Dosiergeräusch verringert wird. Bei dem kaskadierten Druckabfall handelt es sich um ein wirksames Verfahren zum Verringern von Dosiergeräusch.
Zusammenfassung
Ein Hydrauliksystem (10) steuert den Fluidstrom zu und von mehreren Funktionen (12, 14) einer Maschine. Jede Funktion weist einen Ventilaufbau (21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34) auf, durch den Fluid unter Druck von einer Quelle (30) einem Stellorgan (16, 66) zugeführt wird, und durch den Fluid von dem Stellorgan zu einer gemeinsamen Rückführleitung (28) zurückkehrt, die durch ein Rückführleitungsdosierventil (46) mit dem Systemtank (48) verbunden ist. Es existieren mehrere Regenerationsbetriebsarten, in denen aus einem der Anschlüsse ablaufendes Fluid in den anderen Anschluss dieses Stellorgans zugeführt wird, wodurch die Hydraulikfluidmenge verringert wird, die von der Quelle zugeführt werden muss, bzw. unterbunden wird, dass eine derartige Zufuhr stattfindet. In einigen Regenerationsbetriebsarten wird ein Eingangsfluid für ein Stellorgan von einer weiteren Hydraulikfunktion über die gemeinsame Rückführleitung gewonnen. In diesen Regenerationsbetriebsarten betätigt eine elektronische Steuereinheit (44) das Rückführleitungsdosierventil (46), um zu verhindern, dass Fluid in den Tank (48) von der gemeinsamen Rückführleitung (28) (zumindest teilweise) strömt, so dass das Fluid in einen Stellorgananschluss zugeführt werden kann.

Claims

Hydrauliksystem, aufweisend: Eine Quelle für unter Druck stehendes Hydraulikfluid; einen Tank für das Hydraulikfluid; eine gemeinsame Rückführleitung; ein Rückführleitungsdosierventil, das mit der gemeinsamen Rückführleitung zu dem Tank verbunden ist; mehrere Hydraulikfunktionen, die mit der Quelle und mit der gemeinsamen Rückführleitung verbunden sind, um mechanische Elemente der Maschine zu betätigen, wobei zumindest eine der mehreren Hydraulikfunktionen ein Stellorgan und einen Ventilaufbau umfasst, der das Fluid zwischen dem Stellorgan und sowohl der Quelle wie der gemeinsamen Rückführleitung steuert; einen Sensormechanismus, der einen Druckabfall über dem Ventilaufbau erfasst; und eine Steuereinheit mit einem Eingang, der mit dem Sensormechanismus verbunden ist und Ausgänge aufweist, die mit dem Ventilaufbau und dem Rückführleitungsdosierventil verbunden sind, wobei die Steuereinheit durch Betätigen des Rückführleitungsdosierventils zum Steuern einer Druckhöhe in der gemeinsamen Rückführleitung auf ein Signal von dem Sensormechanismus reagiert.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit das Rückführleitungsdosierventil betätigt, um eine Druckdifferenz über dem Ventilaufbau auf ein gewünschtes Ausmaß zu steuern.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei, während die Steuereinheit den Ventilaufbau steuert, um Fluid von der Pumpe dem Stellorgan zuzuführen, die Steuereinheit das Rück führleitungsdosierventil betätigt, um Hydraulikfluid von der gemeinsamen Rückführleitung zu der zumindest einen der mehreren Hydraulikfunktionen zu leiten.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine der mehreren Hydraulikfunktionen einen relativ niedrigen Lastdruck im Vergleich zu einer weiteren der mehreren Hydraulikfunktionen aufweist, wobei die Steuereinheit den Ventilaufbau und das Rückführleitungsdosierventil betätigt, um eine relativ hohe Druckdifferenz über dem Ventilaufbau zu erzeugen.
Hydrauliksystem, aufweisend: Eine Quelle für unter Druck stehendes Hydraulikfluid; einen Tank für das Hydraulikfluid; eine gemeinsame Rückführleitung; ein Rückführleitungsdosierventil, das mit der gemeinsamen Rückführleitung zu dem Tank verbunden ist; einen Quellensensor zum Bereitstellen eines Signals, das den Druck des Hydraulikfluids von der Quelle anzeigt; einen Rückführleitungssensor zum Bereitstellen eines Signals, das einen Druckpegel des Hydraulikfluids in der gemeinsamen Rückführleitung anzeigt; mehrere Hydraulikfunktionen, die mit der Quelle und der gemeinsamen Rückführleitung verbunden sind, um mechanische Elemente einer Maschine zu betätigen, wobei zumindest eine der mehreren Hydraulikfunktionen folgendes aufweist. (a) Ein Stellorgan mit ersten und zweiten Anschlüssen, (b) ein erstes Steuerventil, das die Quelle mit dem ersten Anschluss des Stellorgans verbindet, (c) ein zweites Steuerventil, das den ersten Anschluss des Stellorgans mit der gemeinsamen Rückführleitung ver bindet, (d) ein drittes Steuerventil, das die Quelle mit dem zweiten Anschluss des Stellorgans verbindet, (e) ein viertes Steuerventil, das den zweiten Anschluss des Stellorgans mit der gemeinsamen Rückführleitung verbindet, (f) einen ersten Sensor zum Erzeugen eines Signals, das einen Druckpegel von Hydraulikfluid im ersten Anschluss anzeigt, und (g) einen zweiten Sensor, der ein Signal erzeugt, das einen Druckpegel von Hydraulikfluid im zweiten Anschluss anzeigt, und eine Steuereinheit mit Eingängen, die mit dem Quellensensor, dem Rückführleitungssensor, dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor verbunden sind, und mit Ausgängen, die mit dem ersten Steuerventil, dem zweiten Steuerventil, dem dritten Steuerventil, dem vierten Steuerventil und dem Rückführleitungsdosierventil verbunden sind, wobei die Steuereinheit auf die Signale von den jeweiligen Sensoren anspricht, um das Rückführleitungsdosierventils dahingehend zu betätigen, eine Druckhöhe in der gemeinsamen Rückführleitung zu steuern.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei jedes der Ventile, das erste Steuerventil, das zweite Steuerventil, das dritte Steuerventil und das vierte Steuerventil ein bidirektionelles Proportionalsteuerventil ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei, während die Steuereinheit eines der Steuerventile betätigt, um Hydraulikfluid aus entweder dem ersten oder dem zweiten Anschluss ablaufen zu lassen, die Steuereinheit das Rückführleitungsdosierventil betätigt, um eine Druckdifferenz über dem einen Steuerventil auf ein gewünschtes Ausmaß zu steuern.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei, während die Steuereinheit ein ausgewähltes der Steuerventile betätigt, die Steuereinheit das Rückführleitungsdosierventil steuert, um Hydraulikfluid von der gemeinsamen Rückführleitung zu der zumindest einen der mehreren Hydraulikfunktionen zu leiten.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit eine kraftfreie Dosierrückziehbetriebsart implementiert, in der das zweite Steuerventil betätigt ist, um den Hydraulikfluidstrom zu modulieren, der aus dem ersten Anschluss des Stellorgans abläuft, wobei das vierte Steuerventil geöffnet wird, damit ablaufendes Hydraulikfluid in den zweiten Anschluss zuströmen kann und das Rückführleitungsdosierventil betätigt wird, um den Hydraulikfluidstrom zu begrenzen, um dadurch einen Teil des ablaufenden Hydraulikfluids daran zu hindern, zum Tank zu strömen.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit eine kraftbetätigte Regenerationsausfahrbetriebsart aufweist, in der das erste Steuerventil betätigt ist, um einen Hydraulikfluidstrom in die erste Öffnung des Stellorgans zu modulieren, und das dritte Steuerventil geöffnet wird, um das Hydraulikfluid, das aus dem zweiten Anschluss abläuft, zum Eintritt in den ersten Anschluss zu fördern.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit eine kraftfreie Regenerationsausfahrbetriebsart implemen tiert, in der das erste Steuerventil betätigt ist, um einen Kavitation des Hydraulikfluids in dem ersten Anschluss des Stellorgans zu verhindern, und das dritte Steuerventil betätigt ist, um die Geschwindigkeit des Stellorgans zu modulieren.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit eine Tankkompensationsbetriebsart implementiert, in der das zweite Steuerventil geöffnet wird, um Hydraulikfluid zu dem ersten Anschluss des Stellorgans zu fördern, wobei das vierte Steuerventil betätigt ist, um einen Hydraulikfluidstrom zu modulieren, der aus dem zweiten Anschluss abläuft, und wobei das Rückführleitungsdosierventil betätigt ist, um einen Hydraulikfluidstrom zu dem Tank derart zu begrenzen, dass das Hydraulikfluid von einer weiteren der mehreren Hydraulikfunktionen in den ersten Anschluss strömt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei die Quelle eine Zwangsverdrängungspumpe umfasst und die Steuereinheit eine Tankkompensationsbetriebsart implementiert, in der das zweite Steuerventil geöffnet ist, um Hydraulikfluid zu dem ersten Anschluss des Stellorgans zu fördern, das vierte Steuerventil betätigt ist, um einen Hydraulikfluidstrom zu modulieren, der aus zweiten Anschluss abläuft, und das Rückführleitungsdosierventil betätigt ist, um einen Hydraulikfluidstrom zu dem Tank zu begrenzen, so dass überschüssiges Hydraulikfluid von der Zwangsverschiebungspumpe in den ersten Anschluss strömt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit eine Tank- und Pumpenkompensationsbetriebsart implementiert, in der das erste Steuerventil betätigt ist, um ei nen Hydraulikfluidstrom zu der ersten Öffnung des Stellorgans von der Quelle zu modulieren, das zweite Steuerventil betätigt ist, um einen weiteren Hydraulikfluidstrom in den ersten Anschluss zu modulieren, das vierte Steuerventil betätigt ist, um einen Hydraulikfluidstrom zu modulieren, der aus dem zweiten Anschluss abläuft, und das Rückführleitungsdosierventil betätigt ist, um einen Hydraulikfluidstrom zu dem Tank zu begrenzen.
Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems für mehrere Hydraulikfunktionen einer Maschine, wobei die Hydraulikfunktionen ein Stellorgan mit ersten und zweiten Anschlüssen und einem Ventilaufbau umfassen, der einen Strom von unter Druck stehendem Hydraulikfluid von einer Quelle wahlweise zu entweder dem ersten oder zweiten Anschluss und den Fluidstrom zwischen dem anderen der ersten und zweiten Anschlüsse zu steuern, und eine gemeinsame Rückführleitung für mehrere Funktionen, wobei dieses Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen des Drucks des Hydraulikfluids, das durch die Quelle bereit gestellt wird; Erfassen des Drucks des Hydraulikfluids in der gemeinsamen Rückführleitung; Erfassen des Drucks des Hydraulikfluids im ersten Anschluss; Erfassen des Druck des Hydraulikfluids im zweiten Anschluss; Ermitteln eines gewünschten Drucks für die gemeinsame Rückführleitung in Reaktion auf die Schritte der Druckerfassung; und Betätigen eines Rückführleitungsdosierventils, das zwischen die gemeinsame Rückführleitung und einem Tank für das Hydrauliksystem in Verbindung gebracht ist, um den Druck in der gemeinsamen Rückführleitung auf den gewünschten Druck zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei, wenn der in entweder dem ersten oder zweiten Anschluss erfasst Druck unter einem vorbestimmten Pegel liegt, das Rückführleitungsdosierventil betätigt wird, um den Druck in der gemeinsamen Rückführleitung zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Betätigung des Rückführleitungsdosierventils die Reaktion auf einen der Schritte der Druckerfassung des Hydraulikfluids im ersten Anschluss und der Druckerfassung des Hydraulikfluids im zweiten Anschluss umfasst, wodurch Kavitation in dem entsprechenden Anschluss durch Verringern des Fluidstroms durch das Rückführleitungsdosierventil angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, außerdem aufweisend das Erfassen eines Fehlers, wenn eine mit dem Stellorgan verbundene Last sich bewegt, ohne durch das Stellorgan angetrieben zu sein; und Schließen des Rückführleitungsdosierventils in Richtung auf die Fehlererfassung.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Betätigung des Rückführleitungsdosierventils das Reagieren auf einen der Schritte der Druckerfassung des Hydraulikfluids im ersten Anschluss und der Druckerfassung des Hydraulikfluids im zweiten Anschluss umfasst, wodurch eine Kavitation im jeweiligen Anschluss durch Beendigung der Aktivierung der mehreren Hydraulikfunktionen angezeigt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, außerdem aufweisend das Ausbilden des Ventilsaufbaus durch: In Verbindung bringen eines ersten Steuerventils zwischen die Quelle und den ersten Anschluss des Stellorgans; in Verbindung bringen eines zweiten Steuerventils zwischen den ersten Anschluss und das Stellorgan der gemeinsamen Rückführleitung; in Verbindung bringen eines dritten Steuerventils zwischen die Quelle und den zweiten Anschluss des Stellorgans; und in Verbindung bringen eines vierten Steuerventils zwischen den zweiten Anschluss des Stellorgans und die gemeinsame Rückführleitung.
Verfahren nach Anspruch 20, außerdem aufweisend das Implementieren einer kraftfreien Dosierrückziehbetriebsart durch Betätigen des zweiten Steuerventils zum Modulieren eines Hydraulikfluidstroms, der aus dem ersten Anschluss des Stellorgans abläuft, Öffnen des vierten Steuerventils, damit das ablaufende Hydraulikfluid dem zweiten Anschluss zuströmen kann, und Betätigen des Rückführleitungsdosierventils zum Begrenzen des Hydraulikfluidstroms, um zu verhindern, dass ein Teil des ablaufenden Hydraulikfluids zum Tank strömt.
Verfahren nach Anspruch 20, außerdem aufweisend das Implementieren einer kraftbetätigten Regenerationsausfahrbetriebsart durch Betätigen des ersten Steuerventils zum Modulieren des Hydraulikfluidstroms in den ersten Anschluss des Stellorgans, und Öffnen des dritten Steuerventils zum Fördern von Hydraulikfluid aus dem zweiten Anschluss in den ersten Anschluss.
Verfahren nach Anspruch 20, außerdem aufweisen das Implementieren einer kraftfreien Regenerationsausfahrbetriebs art durch Betätigen des ersten Steuerventils zum Modulieren des Hydraulikfluidstroms in den ersten Anschluss des Stellorgans, und Betätigen des dritten Steuerventils zum Modulieren des Hydraulikfluidstroms aus dem zweiten Anschluss zum ersten Anschluss.
Verfahren nach Anspruch 20, außerdem aufweisen das Implementieren einer Tankkompensationsbetriebsart durch Öffnen des zweiten Steuerventils zum Fördern von Hydraulikfluid in den ersten Anschluss des Stellorgans, Betätigen des vierten Steuerventils zum Modulieren des Hydraulikfluidstroms, der aus dem zweiten Anschluss abläuft, und Betätigen des Rückführleitungsdosierventils zum Begrenzen des Hydraulikfluidstroms zu dem Tank, so dass das Hydraulikfluid von einer anderen der mehreren Hydraulikfunktionen in den ersten Anschluss strömt.
Verfahren nach Anspruch 20, außerdem aufweisen das Implementieren einer Tank- und Pumpenkompensationsbetriebsart durch Betätigen des ersten Steuerventils zum Modulieren des Hydraulikfluidstroms in den ersten Anschluss des Stellorgans von der Quelle, Betätigen des zweiten Steuerventils zum Modulieren eines Stroms eines zusätzlichen Hydraulikfluids in den ersten Anschluss, Betätigen des vierten Steuerventils zum Modulieren des Hydraulikfluid stroms, der aus dem zweien Anschluss abläuft, und Betätigen des Rückführleitungsdosierventils zum Begrenzen des Hydraulikfluidstroms zu dem Tank.