DE112006001391T5 - Hydromechanisches Mehrbereichsgetriebe und Betriebsverfahren - Google Patents

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Jiao Naperville Zhang
Pengfei Naperville Ma
Michael R. Crest Hill Schwab
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
Caterpillar Inc
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Caterpillar Inc
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Abstract

Ein hydraulisches System, welches umfasst:
einen Vorratsbehälter (34), welcher eingerichtet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel aufzunehmen;
eine Quelle (18), welche eingerichtet ist, um das Strömungsmittel mit Druck zu beaufschlagen;
einen Strömungsmittelaktuator (20);
ein erstes Ventil (27), welches eingerichtet ist, um die Quelle selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Strömungsmittelaktuator zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen bzw. zu erleichtern;
ein zweites Ventil (32), welches eingerichtet ist, um den Strömungsmittelaktuator selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Vorratsbehälter zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen;
ein proportionales Druckausgleichventil (36), welches eingerichtet ist, um einen Druck des Strömungsmittels, welches zwischen dem Strömungsmittelaktuator und dem Vorratsbehälter geleitet wird, zu steuern.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein hydraulisches System, und genauer auf ein hydraulisches System, das einen Nachdruckkompensator aufweist.
  • Stand der Technik
  • Arbeitsmaschinen wie beispielsweise Planiergeräte, Front- oder Schaufellader, Löffelbagger, Begradigungsmaschinen, und andere Arten von schweren Maschinen verwenden einen oder mehrere hydraulische Aktuatoren, um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen. Diese Aktuatoren stehen strömungsmitteltechnisch mit einer Pumpe an der Arbeitsmaschine in Verbindung, die Kammern innerhalb der Aktuatoren unter Druck stehendes Strömungsmittel zur Verfügung stellt. Eine elektrohydraulische Ventilanordnung ist typischerweise strömungsmitteltechnisch zwischen der Pumpe und den Aktuatoren verbunden, um eine Strömungsrate und -richtung des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu und von den Kammern der Aktuatoren zu steuern.
  • Während der Bewegung der Aktuatoren kann es möglich sein, dass die auf die Baumaschine wirkende Schwerkraft Strömungsmittel schneller aus aus dem Aktuator verdrängt als Strömungsmittel den Aktuator füllen kann. In dieser Situation kann durch die Ausdehnung einer sich füllenden Kammer innerhalb des Aktuators eine Leere oder ein Vakuum entstehen (Entleerung, „voiding"). Diese Entleerung kann zu unerwünschten und/oder unvorhersehbaren Bewegungen der Arbeitsmaschine führen und könnte den hydraulischen Aktuator beschädigen. Zusätzlich kann es während diesen Situationen möglich sein, dass der Aktuator sich zu schnell bewegt oder schneller bewegt oder sich schneller bewegt („overspeed") als erwartet oder gewünscht.
  • Ein Verfahren zur Minimierung der Entleerung und des zu schnellen Bewegens („overspeeding") ist in dem U.S.-Patent Nr. 6131391 (dem '391-Patent), erteilt an Poorman am 17 Oktober 2000 beschrieben. Das '391-Patent be schreibt einen hydraulischen Kreislauf, welcher einen Tank, eine Pumpe, einen Motor, vier unabhängig betreibbare elektrohydraulische Zumessventile, einen Motoreingangsdrucksensor, einen Motorausgangsdrucksensor, und einen Pumpenversorgungsdrucksensor aufweist. Wenn ein am Ausgang des Motors gemessener Druck größer ist als der am Eingang des Motors und der Pumpenversorgung gemessene Druck, wird ein Querspeed-Zustand bestimmt. Wenn ein Querspeed-Zustand bestimmt wurde, wird eines der elektrohydraulischen Zumessventile betätigt, um eine Strömung des hydraulischen Strömungsmittels von dem Motor zu begrenzen, um die Rotation des Motors und die Strömungsrate des den Motor verlassenden Strömungsmittels zu verlangsamen.
  • Obwohl der in dem '391 beschriebene hydraulische Kreislauf die Wahrscheinlichkeit des Overspeeding und der Entleerung verringern kann, spricht er möglicherweise langsam an und kann komplex und teuer sein. Insbesondere, weil der Mechanismus zum Verlangsamen des Motors ein Magnetventil beinhaltet, kann sich die Ansprechzeit des hydraulischen Kreislaufs in der Größenordnung von 5 bis 15 Hz bewegen. Mit dieser Konfiguration können die Effekte von Entleerung oder Overspeeding zu dem Zeitpunkt, an welchem der Overspeed-Zustand bestimmt wird, bereits Einfluss auf die Baumaschine genommen haben. Zusätzlich kann das System komplex sein, weil der Overspeed- Schutz des '391-Patents auf sensorischen Informationen beruht. Die zusätzlich nötigen Sensoren, um die sensorischen Informationen bereitzustellen, können ebenfalls zu den Kosten des Systems beitragen.
  • Das offenbarte hydraulische System zielt darauf ab, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In einer Hinsicht zielt das Patent auf ein hydraulisches System ab. Das hydraulische System beinhaltet einen Vorratsbehälter, der eingerichtet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel aufzunehmen, und eine Quelle, die eingerichtet ist, um das Strömungsmittel unter Druck zu setzen. Das hydraulische Sys tem beinhaltet auch eine Strömungsmittelaktuator, ein erstes Ventil und ein zweites Ventil. Das erste Ventil ist eingerichtet, um selektiv die Quelle strömungstechnisch mit dem Strömungsmittelaktuator zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen. Das hydraulische System beinhaltet weiterhin ein proportionales Druckausgleichventil, welches eingerichtet ist, um den Druck eines Strömungsmittels zu steuern, welches zwischen dem Strömungsmittelaktuator und dem Vorratsbehälter geleitet wird.
  • In einer anderen Hinsicht zielt die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems ab. Das Verfahren umfasst das unter Druck setzen eines Strömungsmittels und das Leiten des unter Druck stehenden Strömungsmittels an einen Strömungsmittelaktuator mittels eines ersten Ventils, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Abziehen von Strömungsmittel aus dem Strömungsmittelaktuator mittels eines zweiten Ventils, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in die erste Richtung zu ermöglichen. Das Verfahren umfasst auch die Steuerung eines Drucks des aus dem Aktuator abgezogenen Strömungsmittels mittels eines proportionalen Druckausgleichventils.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht einer Arbeitsmaschine gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel; und
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten hydraulischen Kreislaufs für die Arbeitsmaschine der 1.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 verdeutlicht eine beispielhafte Arbeitsmaschine 10. Die Arbeitsmaschine 10 kann eine Maschine sein, die eine Art von Arbeit ausführt, die mit einem Industriezweig wie Bergbau, Baugewerbe, Landwirtschaft, oder jedem anderen gemäß Stand der Technik bekannten Industriezweig. Beispielsweise kann eine Arbeitsmaschine 10 eine Erdbewegungsmaschine wie beispielsweise ein Planiergerät, ein Front- oder Schaufellader, ein Bagger, ein Löffelbagger, eine Begradigungsmaschine, ein Muldenkipper, oder jede andere Erdbewegungsmaschine sein. Die Arbeitsmaschine 10 kann eine Kraftquelle 12 und ein Getriebe 14 aufweisen, welches mit einer Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen 16 (nur eines in 1 gezeigt).
  • Die Kraftquelle 12 kann ein Motor wie beispielsweise ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein durch gasförmige Kraftstoffe angetriebener Motor wie etwa ein Erdgasmotor, oder jede andere Art von Motor sein, die dem Fachmann offensichtlich ist. Die Kraftquelle 12 kann ebenso andere Energiequellen wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine Energiespeichervorrichtung, oder alle andere Kraftquellen umfassen, welche gemäß Stand der Technik bekannt sind.
  • Das Getriebe 14 kann ein hydrostatisches Getriebe zur Übertragung der Leistung von der Kraftquelle 12 zur Antriebsvorrichtung 16 sein. Ein hydrostatisches Getriebe besteht im Allgemeinen aus einer Pumpe 18, einem Motor 20, und einem Verhältnisregler (nicht gezeigt). Der Verhältnisregler kann die Verdrängung der Pumpe 18 und des Motors 20 verändern, um dadurch die Ausgangsdrehzahl des Getriebes zu steuern. Der Motor 20 kann strömungsmitteltechnisch mit der Pumpe 18 mit Leitungen verbunden sein, die Strömungsmittel an die Pumpe 18 und den Motor 20 liefern und von der Pumpe 18 und dem Motor 20 zurückführen, was es der Pumpe ermöglicht, den Motor 20 durch Strömungsmitteldruck effektiv anzutreiben. Es ist vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine 10 mehr als ein mit der Kraftquelle 12 verbundenes Getriebe 14 in einer Zwei-Wege-Anordnung aufweisen kann.
  • Die Pumpe 18 und der Motor 20 können vom Typ der variablen Verdrängung, des variablen Förderstroms, der festen Verdrängung, oder jeden anderen, gemäß Stand der Technik bekannten Typs sein. Die Pumpe 18 kann direkt mittels einer Eingangswelle 26 mit der Kraftquelle 12 verbunden sein. Alternativ kann die Pumpe 18 mit der Kraftquelle 12 mittels eines Drehmomentwand lers, eines Getriebekastens, einem elektrischen Schaltkreis, oder auf jede andere, gemäß Stand der Technik bekannte Art, verbunden sein. Die Pumpe 18 kann ausschliesslich dazu dienen unter Druck stehendes Strömungsmittel nur an den Motor 20 zu liefern, oder kann alternativ auch anderen hydraulischen Systemen (nicht gezeigt) innerhalb der Arbeitsmaschine 10 unter Druck stehendes Strömungsmittel zur Verfügung stellen.
  • Das Getriebe 14 kann ebenfalls eine Ausgangswelle 21 aufweisen, welche den Motor 20 mit der Antriebsvorrichtung 16 verbindet. Die Arbeitsmaschine 10 kann oder kann nicht eine Untersetzungsgetriebeanordnung aufweisen, wie beispielsweise ein Planetengetriebe zwischen dem Motor und der Antriebsvorrichtung 16.
  • Die Antriebsvorrichtung 16 kann eine Kette 24 aufweisen, die sich auf jeweils einer Seite der Arbeitsmaschine 10 befindet (nur eine Seite ist gezeigt). Alternativ kann die Antriebsvorrichtung 16 Räder, Bänder, oder andere angetriebene Antriebsvorrichtungen aufweisen. Die Antriebsvorrichtung 16 kann durch den Motor 20 angetrieben werden, um sich in Übereinstimmung mit der Rotation der Ausgangswelle 21 zu drehen.
  • Wie in 2 gezeigt, können die Pumpe 18 und der Motor 20 innerhalb eines hydraulischen Systems 22 funktionieren, um die Antriebsvorrichtung 16 (bezogen auf die 1) zu bewegen. Das hydraulische System 22 kann möglicherweise ein Vorwärtszuführventil 27, ein Rückwärtsentleerungsventil, 28, ein Rückwärtszuführventil 30, ein Vorwärtsentleerungsventil 32, einen Tank 34, und ein proportionales Druckausgleichventil 36. Es ist vorgesehen, dass das hydraulische System 22 zusätzliche und/oder andere Komponenten wie beispielsweise Drucksensoren, Temperatursensoren, Positionssensoren, Regler, Speicher, Nachfüllventile, Überdruckventile, und andere gemäß Stand der Technik bekannte Komponenten aufweisen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das hydraulische System 22 mit einem anderen hydraulischen Aktuator anstelle des oder zusätzlich zu dem Motor 20 in Verbindung stehen kann, wie beispielsweise einem hydraulischen Zylinder.
  • Das Vorwärtszuführventil 27 kann zwischen der Pumpe 18 und dem Motor 20 angebracht und eingerichtet sein, um einen Strom des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu dem Motor 20 zu regulieren, um dabei zu helfen, den Motor 20 in eine Vorwärtsrichtung anzutreiben. Insbesondere kann das Vorwärtszuführventil 27 einen federvorgespannten Proportionalventilmechanismus aufweisen, welcher durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, in der es dem Strömungsmittel ermöglicht wird, in den Motor 20 zu strömen, und einer zweiten Position, in der der Strömungsmittelfluss zum Motor 20 blockiert ist, zu bewegen. Es ist vorgesehen, dass das Vorwärtszuführventil 27 alternativ hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, oder auf jede andere geeignete Art betätigt werden kann. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Vorwärtszuführventil 27 eingerichtet sein kann, um es Strömungsmittel zu ermöglichen, während eines Regenerationsereignisses, wenn ein Druck innerhalb des Motors einen von der Pumpe 18 zum Motor 20 geleiteten Druck übersteigt, von dem Motor 20 durch das Vorwärtszuführventil 27 zu strömen.
  • Das Rückwärtsentleerungsventil 28 kann zwischen dem Motor 20 und dem Tank 34 angebracht und eingerichtet sein, um den Fluss von unter Druck stehendem Strömungsmittel vom Motor 20 zum Tank 34 zu regulieren, um dabei zu helfen, den Motor 20 in der Vorwärtsrichtung anzutreiben. insbesondere kann das Rückwärtsentleerungsventil 28 einen federvorgespannten Proportionalventilmechanismus aufweisen, welcher durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, in der es dem Strömungsmittel ermöglicht wird, aus dem Motor 20 zu strömen, und einer zweiten Position, in der der Strömungsmittelfluss vom Motor 20 blockiert ist, zu bewegen. Es ist vorgesehen, dass das Rückwärtsentleerungsventil 28 alternativ hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, oder auf jede andere geeignete Art betätigt werden kann.
  • Das Rückwärtszuführventil 30 kann zwischen der Pumpe 18 und dem Motor 20 angebracht und eingerichtet sein, um einen Strom des unter Druck stehen den Strömungsmittels zu dem Motor 20 zu regulieren, um dabei zu helfen, den Motor 20 in eine der Vorwärtsrichtung entgegengesetzten Rückwärtsrichtung anzutreiben. Insbesondere kann das Rückwärtszuführventil 30 einen federvorgespannten Proportionalventilmechanismus aufweisen, welcher durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, in der es dem Strömungsmittel ermöglicht wird, in den Motor 20 zu strömen, und einer zweiten Position, in der der Strömungsmittelfluss zum Motor 20 blockiert ist, zu bewegen. Es ist vorgesehen, dass das Rückwärtszuführventil 30 alternativ hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, oder auf jede andere geeignete Art betätigt werden kann. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Rückwärtszuführventil 30 eingerichtet sein kann, um es Strömungsmittel zu ermöglichen, während eines Regenerationsereignisses, wenn ein Druck innerhalb des Motors einen von der Pumpe 18 zum Rückwärtszuführventil 30 geleiteten Druck übersteigt, von dem Motor 20 durch das Rückwärtszuführventil 30 zu strömen.
  • Das Vorwärtsentleerungsventil 32 kann zwischen dem Motor 20 und dem Tank 34 angebracht und eingerichtet sein, um den Fluss von unter Druck stehendem Strömungsmittel vom Motor 20 zum Tank 34 zu regulieren, um dabei zu helfen, den Motor 20 in der Rückwärtsrichtung anzutreiben. Insbesondere kann das Vorwärtsentleerungsventil 32 einen federvorgespannten Proportionalventilmechanismus aufweisen, welcher durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, in der es dem Strömungsmittel ermöglicht wird, aus dem Motor 20 zu strömen, und einer zweiten Position, in der der Strömungsmittelfluss vom Motor 20 blockiert ist, zu bewegen. Es ist vorgesehen, dass das Vorwärtsentleerungsventil 32 alternativ hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, oder auf jede andere geeignete Art betätigt werden kann.
  • Vorwärts- und Rückwärtszufuhr- und entleerungsventile 27, 28, 30, 32 können miteinander strömungsmitteltechnisch in Verbindung stehen. Insbesondere können die Vorwärts- und Rückwärtszuführventile 27, 30 zueinander parallel mit einer in Strömungsrichtung oberhalb liegenden gemeinsamen Strö mungsmittelleitung 60 in Verbindung stehen. Die Vorwärts- und Rückwärtszuführventile 32, 28 können zueinander parallel mit einer gemeinsamen Signalleitung 62 und einer gemeinsamen Entleerungsleitung 64 in Verbindung stehen. Das Vorwärtszuführventil 27 und das Rückwärtsentleerungsventil 28 können parallel zueinander mit einer ersten Motorleitung 61 in Verbindung stehen. Das Rückwärtszuführventil 30 und das Vorwärtsentleerungsventil 32 können parallel zueinander mit einer zweiten Motorleitung 63 in Verbindung stehen.
  • Das hydraulische System 22 kann eine zusätzliche Komponente zur Steuerung der Strömungsmitteldrücke und -ströme innerhalb des hydraulischen Systems 22 beinhalten. Insbesondere kann das hydraulische System 22 ein Zweidruckventil 74 beinhalten, welches in der gemeinsamen Signalleitung 62 angebracht ist. Das Zweidruckventil 74 kann eingerichtet sein, um dasjenige der Vorwärts- und Rückwärtsentleerungsventile 32, 28, welches den höheren Strömungsmitteldruck aufweist, strömungsmitteltechnisch mit dem proportionalen Druckausgleichventil 36 zu verbinden. Weil es das Zweidruckventil 74 dem höheren Druck ermöglicht, das proportionale Druckausgleichventil 36 zu beeinflussen, kann das proportionale Druckausgleichventil 36 wirken, um um einen konstanten Entleerungsstrom aufrecht zu erhalten und die Entleerung und/oder das Overspeeding ansprechend auf ein durch die Schwerkraft oder Trägheitskräfte verursachtes übermäßiges Drucklevel zu minimieren.
  • Der Tank 34 kann einen Vorratsbehälter darstellen, der eingerichtet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel aufzunehmen. Das Strömungsmittel kann beispielsweise ein bestimmtes Hydrauliköl, ein Motorschmieröl, ein Getriebeschmieröl, oder jedes andere gemäß Stand der Technik bekannte Strömungsmittel umfassen. Eines oder mehrere hydraulische Systeme innerhalb der Arbeitsmaschine 10 können möglicherweise Strömungsmittel aus dem Tank 34 abziehen und dorthin zurück leiten. Es ist ebenso vorgesehen, dass das hydraulische System 22 mit mehreren einzelnen Strömungsmitteltanks verbunden sein kann.
  • Das proportionale Druckausgleichventil 36 kann ein hydromechanisch betätigtes proportionales Steuerventil sein, das zwischen der gemeinsamen Entleerungsleitung 64 und dem Tank 34 angebracht ist, um den Druck eines aus dem Motor 20 austretenden Strömungsmittels zu steuern. Insbesondere kann das proportionale Druckausgleichventil 36 ein Ventilelement beinhalten, welches in eine Strömungsdurchlassposition federvorgespannt und hydraulisch vorgespannt ist, und durch einen hydraulischen Druckunterschied in eine Strömungsblockierposition bewegbar ist. In einem Ausführungsbeispiel kann das proportionale Druckausgleichventil 36 durch ein vom Zweidruckventil 74 mittels einer Strömungsmittelleitung 78 geleitetes Strömungsmittel in Richtung der Strömungsblockierposition bewegbar. Eine Drosselblende 80 kann innerhalb der Strömungsmittelleitung 78 angebracht sein, um den Druck und/oder Strömungsschwingungen innerhalb der Strömungsmittelleitung 78 zu minimieren. Das proportionale Druckausgleichventil 36 kann durch ein von einem in Strömungsrichtung unmittelbar oberhalb des proportionalen Druckausgleichventils 36 liegenden Punktes mittels einer Strömungsmittelleitung 82 zu einem Ende des proportionalen Druckausgleichventil geleiteten Strömungsmittel in Richtung der Strömungsdurchlassposition bewegbar sein. Eine Drosselblende 84 kann innerhalb der Strömungsmittelleitung 82 angebracht sein, um den Druck und/oder Strömungsschwingungen innerhalb der Strömungsmittelleitung 82 zu minimieren. Es ist vorgesehen, dass das Ventilelement des proportionalen Druckausgleichventils 36 alternativ in Richtung einer Strömungsblockierposition federvorgespannt sein kann, dass das Strömungsmittel aus der Strömungsmittelleitung 82 das Ventilelement des proportionalen Druckausgleichventils 36 alternativ in Richtung der Strömungsdurchlassposition vorspannen kann, und/oder dass alternativ das Strömungsmittel aus der Strömungsmittelleitung 78 das Ventilelement des proportionalen Druckausgleichventils in die Strömungsmittelblockierungsposition bewegen kann. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Drosselblenden 80 und 84 weggelassen werden können, falls gewünscht.
  • Das hydraulische System 22 kann ebenfalls eine Sicherung beinhalten, um Overspeeding und Entleerung zu verhindern, falls entweder die erste oder zweite Motorleitung 61 oder 62 während des Betriebs der Arbeitsmaschine 10 zerbrechen bzw. zerreißen. Insbesondere kann ein erstes Rückschlagventil 86 innerhalb der ersten Motorleitung 61 nahe des Motors 20 angebracht sein, und ein zweites Rückschlagventil 88 kann innerhalb der zweiten Motorleitung 61 nahe des Motors 20 angebracht sein. Eine erste Signalleitung 90 kann sich von der ersten Motorleitung 61 zu dem zweiten Rückschlagventil 88 erstrecken, während sich eine zweite Signalleitung 92 von der zweiten Motorleitung 63 zu dem ersten Rückschlagventil 86 erstrecken kann. Der Druck des Strömungsmittels innerhalb der ersten Signalleitung 90 oder der Druck des Strömungsmittels innerhalb der zweiten Motorleitung 63 kann ausreichend sein, um die Vorspannung durch eine Feder und den mit dem zweiten Rückschlagventil 88 verbundenen Staudruck zu überwinden, um das zweite Rückschlagventil 88 während des normalen Betriebs in eine Strömungsdurchlassposition zu bewegen. In ähnlicher Weise kann der Druck des Strömungsmittels innerhalb der zweiten Signalleitung 92 oder der Druck des Strömungsmittels innerhalb der ersten Motorleitung 61 kann ausreichend sein, um die Vorspannung durch eine Feder und den mit dem ersten Rückschlagventil 86 verbundenen Staudruck zu überwinden, um das erste Rückschlagventil 86 während des normalen Betriebs in eine Strömungsdurchlassposition zu bewegen. Falls die zweite Motorleitung 63 reissen sollte, könnte während der Bewegung des Motors in die rückwärtige Richtung der Druck des Strömungsmittels innerhalb der zweiten Signalleitung 92 nicht ausreichen, um das erste Rückschlagventil 86 in die Strömungsdurchlassposition zu bewegen. In ähnlicher Weise könnte, falls die erste Motorleitung 61 reissen sollte, könnte während der Bewegung des Motors in die rückwärtige Richtung der Druck des Strömungsmittels innerhalb der ersten Signalleitung 90 nicht ausreichen, um das zweite Rückschlagventil 88 in die Strömungsdurchlassposition zu bewegen. Wenn sich entweder das erste oder zweite Rückschlagventil 86 oder 88 in der Strömungsmittelblockierungsposition befinden, kann der Motor 20 an der Drehung gehindert werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das offenbarte hydraulische System kann auf jede Arbeitsmaschine anwendbar sein, welche eine hydraulischen Aktuator beinhaltet, und bei welcher Entleerung oder Overspeeding unerwünscht sind. Das offenbarte hydraulische System kann eine hochdynamische Druckregulierung bereitstellen, welche die Komponenten des hydraulischen Systems schützt und eine gleich bleibende Aktuatorleistung bei einer kostengünstigen, einfachen Anordnung bietet. Der Betrieb des hydraulischen Systems wird nun erläutert werden.
  • Der Motor 20 kann ansprechend auf eine Bedienereingabe durch Strömungsmitteldruck bewegbar sein. Das Strömungsmittel kann durch die Pumpe 18 unter Druck gesetzt werden und an Vorwärts- und Rückwärtszuführventile 27 und 30 geleitet werden. Ansprechend auf eine Bedienereingabe, um die Antriebsvorrichtung 16 entweder in eine Vorwärtsrichtung oder eine Rückwärtsrichtung zu bewegen, kann das Ventilelement eines der Vorwärts- und Rückwärtszuführventile 27 und 30 in die offene Position bewegen, um unter Druck stehendes Strömungsmittel zu dem Motor 20 zu leiten. Im Wesentlichen gleichzeitig kann sich das Ventilelement eines der Vorwärts- und Rückwärtsentleerungsventile 32, 28 in die offene Position bewegen, um Strömungsmittel vom Motor 20 zum Tank 34 zu leiten, um einen Druckunterschied durch den Motor hindurch zu erzeugen, der den Motor 20 veranlasst, zu rotieren. Falls beispielsweise eine Vorwärtsrotation des Motors 20 angefordert wird, kann sich das Vorwärtszuführventil 27 in die offenen Position bewegen, um unter Druck stehendes Strömungsmittel von der Pumpe 18 zum Motor 20 zu leiten. Im Wesentlichen gleichzeitig mit der Zuleitung von unter Druck stehendem Strömungsmittel zum Motor 20 kann sich das Vorwärtsentleerungsventil 32 in die offene Position bewegen, um es Strömungsmittel zu ermöglichen, aus dem Motor 20 in den Tank 34 abzufliessen. Falls eine Rückwärtsrotation des Motors 20 angefordert wird, kann sich das Rückwärtszuführventil 30 in die offenen Position bewegen, um unter Druck stehendes Strömungsmittel von der Pumpe 18 zum Motor 20 zu leiten. Im Wesentlichen gleichzeitig mit der Zuleitung von unter Druck stehendem Strömungsmittel zum Motor 20 kann sich das Rückwärtsentleerungsventil 28 in die offene Position bewegen, um es Strömungsmittel zu ermöglichen, aus dem Motor 20 in den Tank 34 abzufliessen.
  • Weil die Schwerkraft die Rotation des Motors 20 und den dazugehörigen Strömungsmittelfluss aus dem Motor 20 heraus, beeinflussen kann, kann der Motor 20 dazu neigen, in bestimmten Situationen zu schnell zu laufen oder sich zu entleeren. Wenn beispielsweise eine Neigung herabgefahren wird, kann die auf die Arbeitsmaschine 10 wirkende Schwerkraft die Antriebsvorrichtung 16 dazu bringen, den Motor 20 schneller als beabsichtigt anzutreiben. Falls dieses unreguliert bleibt, können diese Beeinflussungen zu einer ungleichmäßigen und/oder unerwarteten Bewegung des Motors 20 und der Antriebsvorrichtung 16 führen, und können möglicherweise zu einer kürzeren Lebensdauer der Komponenten des hydraulischen Systems 22 führen. Das proportionale Druckausgleichventil 36 kann diesen Einflüssen durch Bewegung des Ventilelements des proportionalen Druckausgleichventils 36 zwischen den Strömungsdurchfluss- und den Strömungsblockierpositionen ansprechend auf den Druck des aus dem Motors 20 abgezogenen Strömungsmittels entgegenwirken, um einen maximal akzeptablen Druckabfall durch den Motor 20 hindurch bereitzustellen.
  • Wenn das Ventilelement eines der Vorwärts- und Rückwärtsentleerungsventile 32, 38 in die Strömungsdurchlassposition bewegt wird, kann der Druck des durch das Strömungsdurchlassventil zum Zweidruckventil 74 strömenden Signalströmungsmittels höher sein als der Druck des durch das Ventil in der Strömungsblockierposition strömenden Strömungsmittels. Als Ergebnis kann der höhere Druck das Zweidruckventil 74 vorspannen, um den höheren Druck von dem Strömungsdurchlassventil an das proportionale Druckausgleichventil 36 weiterzuleiten. Dieser höhere Druck kann dann gegen die Kraft der Feder des proportionalen Druckausgleichventils 36 und gegen den Druck aus der Strömungsmittelleitung 82 wirken. Die resultierende Kraft kann dann das Ventilelement des proportionalen Druckausgleichventils 36 entweder in Richtung der Strömungsblockier- oder der Strömungsdurchlassposition bewegen. Wenn der Druck des aus dem Motor 20 austretenden Strömungsmittels ansprechend auf eine Gravitationslast ansteigt, kann sich das Ventilelement des proportionalen Druckausgleichventils 36 in Richtung der Strömungsblockierposition bewegen, um den Strömungsmittelfluss aus dem Motor 20 zu beschränken, und dadurch den Staudruck des Motors 20 zu erhöhen und eine akzeptable Geschwindigkeit des Motors 20 aufrecht zu erhalten. In ähnlicher Weise kann sich das proportionale Druckausgleichventil 36, wenn der aus dem Motor austretende Druck sinkt, in Richtung der Strömungsdurchlassposition bewegen, um eine akzeptable Geschwindigkeit des Motors 20 aufrecht zu erhalten. Auf diese Art kann das proportionale Druckausgleichventil 36 den Strömungsmitteldruck innerhalb des hydraulischen Systems 22 regulieren, um Entleerung und Overspeeding zu minimieren.
  • Weil das proportionale Druckausgleichventil 36 hydromechanisch betätigt wird, können Druckschwankungen innerhalb des hydraulischen Systems 22 schnell aufgefangen werden, bevor sie die Bewegung des Motors 20 oder die Lebensdauer der Komponenten des hydraulischen Systems 22 bedeutsam beeinflussen können. Insbesondere kann die Ansprechzeit des proportionalen Druckausgleichventils 36 ca. 200 Hz oder mehr betragen, was deutlich mehr ist als typische elektromagnetisch betätigte Ventile, die mit ca. 5–15 Hz ansprechen. Zusätzlich können die Kosten des hydraulischen Systems 22 minimiert werden, weil das proportionale Druckausgleichventil 36 hydromechanisch anstatt elektronisch betätigbar sein kann. Weiterhin können die Komplexität und die Kosten der Komponenten des hydraulischen Systems 22 reduziert werden, weil das hydraulische System 22 nicht von Sensorinformationen abhängig ist.
  • Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an dem offenbarten hydraulischen System vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und der Ausführung des offenbarten hydraulischen Systems offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibungen und Beispiele nur als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Umfang durch die folgenden Patentansprüche und ihre Entsprechungen angezeigt wird.
  • Zusammenfassung
  • Hydraulisches System, das einen Nachdruckkompensator aufweist Ein hydraulisches System (22) für eine Arbeitsmaschine (10) wird offenbart. Das hydraulische System weist einen Vorratsbehälter (34) auf, welcher eingerichtet ist, um einen vorrat an Strömungsmittel aufzunehmen, und eine Quelle (18), welche eingerichtet ist um das Strömungsmittel mit Druck zu beaufschlagen. Das hydraulische System weist ebenso einen Strömungsmittelaktuator (30), ein erstes Ventil (27) und ein zweites Ventil (32) auf. Das erste Ventil ist eingerichtet, um die Quelle selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Strömungsmittelaktuator zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuator in eine erste Richtung zu ermöglichen. Das zweite Ventil ist eingerichtet, um den Strömungsmittelaktuator selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Vorratsbehälter zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuator in eine erste Richtung zu ermöglichen. Das hydraulische System weist weiterhin ein proportionales Druckausgleichventil (36) auf, welches eingerichtet ist, um den Druck eines Strömungsmittels zu steuern, welches zwischen dem Strömungsmittelaktuator und dem Vorratsbehälter geleitet wird.

Claims (10)

  1. Ein hydraulisches System, welches umfasst: einen Vorratsbehälter (34), welcher eingerichtet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel aufzunehmen; eine Quelle (18), welche eingerichtet ist, um das Strömungsmittel mit Druck zu beaufschlagen; einen Strömungsmittelaktuator (20); ein erstes Ventil (27), welches eingerichtet ist, um die Quelle selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Strömungsmittelaktuator zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen bzw. zu erleichtern; ein zweites Ventil (32), welches eingerichtet ist, um den Strömungsmittelaktuator selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Vorratsbehälter zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen; ein proportionales Druckausgleichventil (36), welches eingerichtet ist, um einen Druck des Strömungsmittels, welches zwischen dem Strömungsmittelaktuator und dem Vorratsbehälter geleitet wird, zu steuern.
  2. Das hydraulische System gemäß Anspruch 1, wobei das proportionale Druckausgleichventil ein Ventilelement beinhaltet, welches bewegbar in Richtung einer Strömungsblockierposition ist, ansprechend darauf, dass ein Druck eines Strömungsmittels, welches durch das zweite Ventil fliesst, einen vorbestimmten Druck übersteigt, und dadurch die Bewegung des hydraulischen Aktuators verlangsamt.
  3. Das hydraulische System gemäß Anspruch 1, welches weiterhin umfasst: ein drittes Ventil (30), welches eingerichtet ist, um die Quelle selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Strömungsmittelaktuator zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine zweite Richtung zu ermöglichen; ein viertes Ventil (28), welches eingerichtet ist, um den Strömungsmittelaktuator selektierbar strömungsmitteltechnisch mit dem Vorratsbehälter zu verbinden, um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine zweite Richtung zu ermöglichen.
  4. Das hydraulische System gemäß Anspruch 3, welches weiterhin umfasst: eine erste Strömungsmittelleitung (61), welches zwischen dem Strömungsmittelaktuator und den ersten und vierten Ventilen angebracht ist; eine zweite Strömungsmittelleitung (63), welche zwischen dem Strömungsmittelaktuator und den zweiten und dritten Ventilen angebracht ist; ein erstes Rückschlagventil (86), welches innerhalb der ersten Strömungsmittelleitung angebracht und federvorgespannt ist, um einen Strömungsmittelfluss aus dem Strömungsmittelaktuator zu den ersten und vierten Ventilen während der Bewegung des Strömungsmittelaktuators in die erste Richtung selektierbar zu unterbinden; und ein zweites Rückschlagventil (88), welches innerhalb der zweiten Strömungsmittelleitung angebracht und eingerichtet ist, um einen Strömungsmittelfluss aus dem Strömungsmittelaktuator zu den zweiten und dritten Ventilen während der Bewegung des Strömungsmittelaktuators in die zweite Richtung selektierbar zu unterbinden; und eine erste Signalleitung (90), welche eingerichtet ist, um die erste Strömungsmittelleitung und das zweite Rückschlagventil zu verbinden; und eine zweite Signalleitung (92), welche eingerichtet ist, um die zweite Strömungsmittelleitung und das erste Rückschlagventil zu verbinden.
  5. Das hydraulische System gemäß Anspruch 3, welches weiterhin eine erste Strömungsmittelleitung (64) beinhaltet, welche zwischen dem Vorratsbehälter und den zweiten und vierten Ventilen angebracht ist, wobei die zweiten und vierten Ventile parallel mit der ersten Strömungsmittelleitung verbunden sind und das proportionale Druckausgleichventil zwischen der ersten Strömungsmittelleitung und dem Vorratsbehälter angebracht ist.
  6. Das hydraulische System gemäß Anspruch 5, welches weiterhin beinhaltet: eine erste Signalleitung (82), wobei das proportionale Druckausgleichventil ein Ventilelement beinhaltet, welches zwischen eine Strömungsdurchlassposition und einer Strömungsblockierposition bewegbar ist, und die erste Signalleitung eingerichtet ist, um Strömungsmittel von einem Punkt zwischen dem proportionalen Druckausgleichventil und der ersten Strömungsmittelleitung zu dem proportionalen Druckausgleichventil zu leiten, um das Ventilelement in Richtung entweder der Strömungsdurchlassposition oder der Strömungsblockierposition vorzuspannen; ein Zweidruckventil (74), welches innerhalb der zweiten Signalleitung zwischen den zweiten und den vierten Ventilen angebracht ist, und welches zwischen einer ersten Position, in der von dem zweiten Ventil kommendes unter Druck stehendes Strömungsmittel durch das Zweidruckventil geleitet wird zu einer zweiten Position, in der von dem vierten Ventil kommendes unter Druck stehendes Strömungsmittel durch das Zweidruckventil geleitet wird, bewegbar ist; und eine dritte Signalleitung (78), welche eingerichtet ist, um unter Druck stehendes Strömungsmittel von einem der zweiten oder vierten Ventile zu dem proportionalen Druckausgleichventil zu leiten, um das proportionale Druckausgleichventil in Richtung jeweils der anderen Strömungsdurchlassposition oder der Strömungsblockierposition vorzuspannen.
  7. Ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Kreislaufs, welches umfasst: das mit Druck beaufschlagen eines Strömungsmittels; das Leiten des unter Druck stehenden Strömungsmittels in einen Strömungsmittelaktuator (20) mittels eines ersten Ventils (27), um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen; das Ableiten von Strömungsmittel aus dem Strömungsmittelaktuator mittels eines zweiten Ventils (32), um die Bewegung des Strömungsmittelaktuators in die erste Richtung zu ermöglichen; und das Steuern eines Drucks des aus dem Aktuator abgeleiteten Strömungsmittels mittels eines proportionalen Druckausgleichventils (36).
  8. Das Verfahren gemäß Anspruch 7, welches weiterhin umfasst: das Leiten des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu dem Strömungsmittelaktuator mittels eines dritten Ventils (30), um die Bewegung in eine zweite Richtung zu ermöglichen; das Ableiten von Strömungsmittel aus dem Strömungsmittelaktuator mittels eines vierten Ventils (28), um die Bewegung in eine zweite Richtung zu ermöglichen; den Strömungsmittelfluss aus dem Strömungsmittelaktuator zu den ersten und vierten Ventilen ansprechend darauf, dass ein Druckunterschied durch den Strömungsmittelaktuator während der Bewegung des Strömungsmittelaktuators in die erste Richtung einen vorbestimmten Wert übersteigt, selektierbar zu verhindern; und den Strömungsmittelfluss aus dem Strömungsmittelaktuator zu den zweiten und dritten Ventilen ansprechend darauf, dass ein Druckunterschied durch den Strömungsmittelaktuator während der Bewegung des Strömungsmittelaktuators in die zweite Richtung einen vorbestimmten Wert übersteigt, selektierbar zu verhindern.
  9. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, welches weiterhin umfasst: das Leiten eines Stroms von unter Druck stehendem Strömungsmittel von einem Punkt in Strömungsrichtung unmittelbar oberhalb des proportionalen Druckausgleichventils zu einem Ende des proportionalen Druckausgleichventils, um ein Ventilelement des proportionalen Druckausgleichventils in Richtung einer Strömungsdurchlassposition zu drängen; und das Leiten eines unter Druck stehenden Strömungsmittels von den den zweiten und vierten unabhängigen Zumessventilen an ein Ende des proportionalen Druckausgleichventils, um ein Ventilelement des proportionalen Druckausgleichventils in Richtung einer Strömungsblockierposition zu drängen.
  10. Eine Arbeitsmaschine (10), welche umfasst: eine Kraftquelle (12); eine Antriebsvorrichtung (16); das hydraulische System (22) gemäß einem der Ansprüche 1–6, welches durch die Kraftquelle angetrieben wird und eingerichtet ist, um die Antriebsvorrichtung anzutreiben.
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