DE112006001425T5

DE112006001425T5 - Hydraulisches System, das eine IMV-Fahrwerkssteuerungsanordnung aufweist

Info

Publication number: DE112006001425T5
Application number: DE112006001425T
Authority: DE
Inventors: Pengfei Naperville Ma; Aleksandar M. Naperville Egelja; Mikhail A. Naperville Sorokine
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd; Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd; Caterpillar Inc
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2008-04-17
Also published as: US20060266027A1; US7194856B2; JP2008545935A; CN101184897A; WO2006130282A1; CN101184897B; JP5283503B2

Abstract

Ein hydraulisches Steuerungssystem (24) für eine Arbeitsmaschine (10), welches umfasst:
einen Speicher bzw. Reservoir (26), der eingerichtet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel zu bevorraten;
eine Quelle (28), zur Druckbeaufschlagung des Strömungsmittels;
zumindest einen Aktuator (20), welcher eine erste Kammer (58) und eine zweite Kammer (56) aufweist;
ein erstes unabhängiges Zumessventil (36), welches zwischen der Quelle und der ersten Kammer angebracht ist, wobei das erste unabhängige Zumessventil ein zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition bewegbares Ventilelement aufweist, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators in eine erste Richtung zu erleichtern bzw. zu ermöglichen;
ein zweites unabhängiges Zumessventil (34), welches zwischen dem Vorratsbehälter und der zweiten Kammer angebracht ist, wobei das zweite unabhängige Zumessventil ein zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition bewegbares Ventilelement aufweist, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen;
einen Speicher (40); und
ein drittes...

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein hydraulisches System, und genauer auf ein hydraulisches System, welches eine IMV-Fahrwerkssteuerungsanordnung aufweist.
Stand der Technik
Arbeitsmaschinen wie beispielsweise Planiergeräte, Front- oder Schaufellader, Löffelbagger, Erdbegradigungsmaschinen, und andere Arten von schweren Maschinen verwenden hydraulische Aktuatoren, die an ein Arbeitsgerät gekoppelt sind, zur Handhabung einer Last. Solche Arbeitsmaschinen weisen im Allgemeinen keine stossabsorbierenden Systeme auf und können daher möglicherweise schwanken, schaukeln, und springen, wenn sie auf unebenen oder rauen Untergrund treffen. Die beträchtliche Trägheit des Arbeitsgeräts und der assoziierten Last kann möglicherweise zur Verstärkung dieser Bewegungen führen und eine gesteigerte Abnutzung der Arbeitsmaschine und Unannehmlichkeiten für den Bediener zur Folge haben.
Ein Verfahren zur Reduzierung des Ausmaßes der dem Arbeitsgerät und der assoziierten Last zuzuschreibenden Bewegungen ist in dem U.S. Patent Nr. 5733095 (dem '095-Patent), erteilt an Palmer et al. am 31. März 1998, beschrieben. Das '095-Patent beschreibt eine Arbeitsmaschine mit einem Fahrwerkssteuerungssystem, welches ein elektromagnetisch betätigtes Dreiwegeventil aufweist, welches ansprechend auf die Bewegungen eines Steuerhebels angeschlossen ist, um einen hydraulischen Aktuator zu bewegen, und welche eine Fahrwerkssteuerungsanordnung aufweist. Die Fahrwerkssteuerungsan ordnung beinhaltet einen mit dem hydraulischen Aktuator und einem Speicher assoziierten Ventilmechanismus. Der Ventilmechanismus weist ein erstes Ventil und ein zweites Ventil auf. Das erste Ventil ist bewegbar, um den Strom des Strömungsmittels wahlweise von dem hydraulischen Aktuator zu dem Speicher oder einem Vorratsbehälter zu steuern. Das zweite Ventil wird gesteuert, um das erste Ventil zu bewegen, und dadurch eine Fahrwerkssteuerung bereitzustellen. Wenn das erste Ventil bewegt wird, um Strömungsmittel von dem hydraulischen Aktuator zu dem Speicher zu übermitteln, wird die Bewegung des mit dem hydraulischen Aktuator verbundenen Arbeitsgeräts durch den Strom des Strömungsmittels zwischen dem hydraulischen Aktuator und dem Speicher abgefedert. Folglich wird verhindert, dass die Kraft einer mit dem Arbeitsgerät assoziierten Last auf den Rahmen der Arbeitsmaschine übertragen wird und damit einen Ruck desselben und folglich der Räder der Arbeitsmaschine verursacht, was bewirken könnte, dass die Arbeitsmaschine schaukelt oder springt.
Obwohl das Fahrwerkssteuerungssystem des '095-Patents einige unerwünschte Bewegungen der Arbeitsmaschine reduzieren kann, kann es komplex und teuer sein, und Mängel an Genauigkeit und Ansprechverhalten aufweisen. Insbesondere weil das '095-Patent verschiedene Arten von Ventilen verwendet, um den hydraulischen Aktuator zu betätigen und die Fahrwerkssteuerung bereitzustellen, kann das System komplex zu steuern und teuer zu bauen und zu warten sein. Weiterhin kann eine präzise Einstellung teuer und schwierig sein, weil das Wegesteuerungsventil ein Ventil mit drei Schaltstellungen ist, welches sowohl eine mit dem hydraulischen Aktuator assoziierte Füll- als auch eine Entleerungsfunktion erfüllt.
Das offenbarte hydraulische System zielt auf eine Behebung eines oder mehrerer der oben dargelegten Probleme ab.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung zielt auf ein hydraulisches Steuerungssystem für eine Arbeitsmaschine ab. Das hydraulische Steuerungssystem beinhaltet einen Vorratsbehälter, der eingerichtet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel aufzubewahren, eine Quelle, die eingerichtet ist, um das Strömungsmittel mit Druck zu beaufschlagen, und mindestens einen Aktuator, welcher eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweist. Das hydraulische Steuerungssystem umfasst ebenso ein erstes unabhängiges Zumessventil, welches zwischen der Quelle und der ersten Kammer angebracht ist, und ein zweites unabhängiges Zumessventil, welches zwischen dem Vorratsbehälter und der zweiten Kammer angebracht ist. Das erste unabhängige Zumessventil weist ein Ventilelement auf, welches von einer Strömungsblockierposition zu einer Strömungsdurchlassposition bewegbar ist, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators in eine erste Richtung zu zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Das zweite unabhängige Zumessventil weist ein Ventilelement auf, welches von einer Strömungsblockierposition zu einer Strömungsdurchlassposition bewegbar ist, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators in die erste Richtung zu ermöglichen. Das hydraulische Steuerungssystem beinhaltet ebenfalls einen Speicher und ein drittes unabhängiges Zumessventil, welches in paralleler Schaltung mit dem ersten unabhängigen Zumessventil sowie zwischen dem Speicher und der ersten Kammer angebracht ist. Das dritte unabhängige Zumessventil ist eingerichtet, um den Speicher wahlweise mit der ersten Kammer zu verbinden, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators abzufedern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Systems. Das Verfahren umfasst das Beaufschlagen eines Vorrats an Strömungsmittel mit Druck und das Bewegen eines ersten Ventilelements eines ersten unabhängigen Zumessventils von einer Strömungsblockierposition zu einer Strömungsdurchlassposition, um das unter Druck stehende Strömungsmittel zu einer ersten Kammer eines ersten Aktuators zu leiten, und dadurch die Bewegung des Aktuators in eine ers te Richtung zu ermöglichen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bewegen eines zweiten Ventilelements eines zweiten unabhängigen Zumessventils von einer Strömungsblockierposition zu einer Strömungsdurchlassposition, um das Strömungsmittel aus einer zweiten Kammer des Aktuators zu entleeren, um dadurch die Bewegung des Aktuators in die erste Richtung zu ermöglichen. Das Verfahren umfasst zusätzlich das Bewegen eines dritten Ventilelements eines dritten unabhängigen Zumessventils von einer Strömungsblockierposition zu einer Strömungsdurchlassposition, um das unter Druck stehende Strömungsmittel zwischen der ersten Kammer und einem Speicher zu leiten, um dadurch die Bewegung des Aktuators abzufedern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein seitliche Ansicht einer Darstellung in Form eines Diagramms einer beispielhaften offenbarten Arbeitsmaschine; und
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten hydraulischen Steuerungssystems für die Arbeitsmaschine aus 1.
Genaue Beschreibung
1 zeigt eine beispielhafte Arbeitsmaschine 10. Die Arbeitsmaschine 10 kann eine mobile Maschine sein, die eine Art von Arbeitsvorgang durchführt, der mit einer Industrie wie Bergbau, Baugewerbe, Landwirtschaft, Transportwesen, oder jedem anderen gemäß Stand der Technik bekannten Industriezweig assoziiert ist. Beispielsweise kann die 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 Erdbewegungsmaschine kann einen Rahmen 12, ein beweglich an der Arbeitsmaschine befestigtes Arbeitsgerät 14, eine Bedienerschnittstelle 16, eine Kraftquelle 18 und einen oder mehrere hydraulische Aktuatoren 20 beinhalten.
Der Rahmen 12 kann jedes strukturelle Bauteil umfassen, das die Bewegung der Arbeitsmaschine 10 und des Arbeitsgerätes 14 stützt. Der Rahmen 12 kann beispielsweise einen stationären Grundrahmen darstellen, der die Kraftquelle 18 mit dem Arbeitsgerät 14, einem beweglichen Rahmenbauteil eines Verbindungssystems, oder jedem anderen gemäß Stand der Technik bekannten strukturellen Bauteil verbindet.
Eine Vielzahl verschiedener Arbeitsgeräte 14 können an einer einzelnen Arbeitsmaschine 10 anzubringen, und mittels der Bedienerschnittstelle 16 steuerbar sein. Das Arbeitsgerät 14 kann jede Vorrichtung umfassen, die verwendet wird, um eine bestimmte Aufgabe auszuführen, wie beispielsweise eine Ladeschaufel, eine Gabelanordnung, eine Baggerschar, eine Baggerschaufel, eine Reissvorrichtung, eine Lademulde, einen Kehrbesen, ein Schneegebläse, eine Vortriebsvorrichtung, eine Schneidvorrichtung, eine Greifvorrichtung, oder jede andere, eine Aufgabe ausführende Vorrichtung, die gemäß Stand der Technik bekannt ist. Das Arbeitsgerät 14 kann mit der Arbeitsmaschine 10 mittels eines direkten Gelenks, mittels eines Verbindungssystems, oder auf jede andere geeignete Art verbunden sein. Das Arbeitsgerät 14 kann eingerichtet sein, um zu schwenken, zu rotieren, zu gleiten, zu schwingen, zu heben, oder sich relativ zur Arbeitsmaschine 10 in jeder gemäß Stand der Technik bekannten Art zu bewegen.
Die Bedienerschnittstelle 16 kann eingerichtet sein, um eine Eingabe von einem Arbeitsmaschinenbediener zu empfangen, welche eine gewünschte Bewegung des Arbeitsgeräts anzeigt. Insbesondere kann die Bedienerschnittstelle 16 eine Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 aufweisen. Die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 kann beispielsweise einen Ein- oder Mehrachssteuerknüppel darstellen, der sich an einer Seite einer Bedienerstation befindet. Die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 kann eine Steuerung der proportionalen Art sein, welche eingerichtet ist, um das Arbeitsgerät 14 positionieren und/oder auszurichten. Es ist vorgesehen, dass zusätzliche und/oder verschiedene Bedienerschnittstellenvorrichtungen in der Bedienerschnittstelle 16 beinhaltet sein können, wie beispielsweise Räder, Knäufe, Druck-Zug- Vorrichtungen, Schalter, Druckknöpfe, Pedale, und andere Bedienerschnittstellenvorrichtungen, die gemäß Stand der Technik bekannt sind.
Die Kraftquelle 18 kann ein Motor sein, wie beispielsweise ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein von gasförmigem Kraftstoff angetriebener Motor wie ein Erdgasmotor, oder jeder andere Art gemäß Stand der Technik bekannte Motor. Es ist vorgesehen, dass die Kraftquelle alternativ eine andere Kraftquelle wie eine Brennstoffzelle, eine Energiespeichervorrichtung, ein elektrischer oder hydraulischer Motor, oder eine andere gemäß Stand der Technik bekannte Energiequelle sein kann.
Wie in 2 dargestellt, kann die Arbeitsmaschine 10 ein hydraulisches Steuerungssystem 24 beinhalten, welches eine Vielzahl von Strömungsmittelkomponenten aufweist, die zusammen wirken, um das Arbeitsgerät 14 zu bewegen. Insbesondere kann das hydraulische Steuerungssystem 24 einen Tank 26 aufweisen, der einen Vorrat an Strömungsmittel beinhaltet, und eine Quelle 28, die eingerichtet ist, um das Strömungsmittel mit Druck zu beaufschlagen und das unter Druck stehende Strömungsmittel an den hydraulischen Aktuator 20 zu leiten. Das hydraulische Steuerungssystem 24 kann ebenfalls ein kolbenstangenseitiges Zuführventil 32, ein kolbenstangenseitiges Entleerungsventil 34, ein stirnseitiges Zuführventil 36, ein stirnseitiges Entleerungsventil 38, einen Speicher 40, und ein Speicherventil 42 beinhalten. Das hydraulische Steuerungssystem 24 kann weiterhin ein Steuerelement 48 beinhalten, das mit den Strömungsmittelkomponenten des hydraulischen Systems 24 in Verbindung steht. Es ist vorgesehen, dass das hydraulische System 24 zusätzliche und/oder andere Komponenten, wie beispielsweise Absperrventile, Druckentlastungsventile, Nachfüllventile, Druckausgleichsleitungen, und andere gemäß Stand der Technik bekannte Komponenten aufweisen kann.
Der Tank 26 kann einen Vorratsbehälter bilden, welcher ausgebildet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel zu beinhalten. Das Strömungsmittel kann beispielsweise ein bestimmtes Hydrauliköl, ein Motorschmieröl, ein Getriebeschmieröl, oder jedes andere gemäß Stand der Technik bekannte Strö mungsmittel umfassen. Eines oder mehrere hydraulische Systeme innerhalb der Arbeitsmaschine 10 können möglicherweise Strömungsmittel von dem Tank 26 abziehen und dorthin zurückleiten. Es ist ebenso vorgesehen, dass das hydraulische Steuerungssystem 24 mit mehreren einzelnen Tanks verbunden sein kann.
Die Quelle 28 kann eingerichtet sein, um einen Strom von unter Druck stehendem Strömungsmittel zu produzieren, und kann eine Pumpe darstellen, wie beispielsweise eine Pumpe mit variabler Verdrängung, eine Pumpe mit fester Verdrängung und variablem Ausstoß, eine Pumpe mit fester Verdrängung und festem Ausstoß, oder jede andere Pumpe, die als Quelle unter Druck stehenden Strömungsmittels geeignet ist. Die Quelle 28 kann antreibbar mit der Kraftquelle 18 der Arbeitsmaschine 10 verbunden sein, beispielsweise mittels einer Vorgelegewelle 50, eines Treibriemens (nicht gezeigt), eines elektrischen Stromkreises (nicht gezeigt), oder auf jede andere geeignete Art. Alternativ kann die Quelle 28 indirekt mit der Kraftquelle 18 mittels eines Drehmomentwandlers, eines Getriebekastens, oder auf jede andere, gemäß Stand der Technik bekannte Art verbunden sein. Es ist vorgesehen, dass verschiedene Quellen unter Druck stehenden Strömungsmittels miteinander verbunden sein können, um unter Druck stehendes Strömungsmittel an das hydraulische Steuerungssystem 24 zu liefern.
Der hydraulische Aktuator 20 kann einen Strömungsmittelzylinder darstellen, das Arbeitsgerät 24 mit dem Rahmen 12 mittels eines direkten Gelenks, mittels eines Verbindungssystems, wobei der hydraulische Aktuator ein Teil des Verbindungssystems ist (Bezug nehmend auf 1), oder auf jede andere geeignete Art verbindet. Es ist vorgesehen, dass alternativ ein anderer hydraulischer Aktuator als ein Strömungsmittelzylinder innerhalb des hydraulischen Steuerungssystems 24 vorgesehen sein kann, wie beispielsweise ein hydraulischer Motor oder ein anderer hydraulischer Aktuator. Wie in 2 dargestellt, kann der hydraulische Aktuator 20 ein Rohr 52 und eine im Rohr 52 angebrachte Kolbenanordnung 54 aufweisen. Jeweils eines der beiden Elemente, Rohr 52 oder die Kolbenanordnung 54, kann schwenkbar mit dem Rahmen 12 verbunden sein, während das jeweils andere Element, Rohr 52 oder Kolbenanordnung 54, schwenkbar mit dem Arbeitsgerät 14 verbunden sein kann. Es ist vorgesehen, dass das Rohr 52 und/oder die Kolbenanordnung 54 alternativ fest mit entweder dem Rahmen 12 oder dem Arbeitsgerät 14 verbunden sein können. Der hydraulische Aktuator 20 kann eine Kolbenstangenkammer 56 und eine Stirnseitenkammer 58 aufweisen, welche durch einen Kolben 60 getrennt sind. Die Kolbenstangen- und Stirnseitenkammern 56, 58 können wahlweise mit unter Druck stehendem Strömungsmittel aus der Quelle 28 versorgt werden, und wahlweise mit dem Tank 26 verbunden sein, um zu bewirken, dass sich die Kolbenanordnung 54 innerhalb des Rohrs 52 verschiebt, und dadurch die effektive Länge des hydraulischen Aktuators 20 verändert. Die Ausdehnung und der Rückzug des hydraulischen Aktuators 20 kann dazu dienen, die Bewegung des Arbeitsgeräts 14 zu unterstützen.
Die Kolbenanordnung 54 kann einen Kolben 60 umfassen, der axial mit dem Rohr 52 ausgerichtet und darin angebracht ist, und eine Kolbenstange 62, welche entweder mit dem Rahmen 12 oder dem Arbeitsgerät 14 verbunden werden kann (mit Bezug auf 1). Der Kolben 60 kann eine erste hydraulische Oberfläche 64 und eine zweite hydraulische Oberfläche 66 gegenüber der ersten hydraulischen Oberfläche 64 aufweisen. Ein Ungleichgewicht der Kräfte, durch den Strömungsmitteldruck auf den ersten und zweiten hydraulischen Oberflächen 64, 66 kann zu einer Bewegung der Kolbenanordnung 54 innerhalb des Rohrs 52 führen. Eine Kraft auf der ersten hydraulischen Oberfläche 64, die größer ist als eine Kraft auf der zweiten hydraulischen Oberfläche 66 kann die Kolbenanordnung 54 dazu bringen, sich innerhalb des Rohrs 52 zurückzuziehen, um die effektive Länge des hydraulischen Aktuators 20 zu verringern. In gleicher Weise wird sich die Kolbenanordnung 54, wenn eine Kraft auf der zweiten hydraulischen Oberfläche 66 größer ist als eine Kraft auf der ersten hydraulischen Oberfläche 64, verschieben, und die effektive Länge des hydraulischen Aktuators 20 steigern. Eine Strömungsrate des Strömungsmittels in die und aus den Kolbenstangen- und Stirnseitenkammern 56 und 58 kann eine Geschwindigkeit des hydraulischen Aktuators bestimmen, während ein Druck des mit den ersten und zweiten hydraulischen Oberflächen 64 und 66 stehenden Strömungsmittels eine Wirkkraft des hydraulischen Aktuators 20 bestimmen kann. Ein Dichtungsbauteil (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein O-Ring, kann mit einem Kolben 60 verbunden sein, um den Strom eines Strömungsmittels zwischen einer inneren Wand des Rohrs 52 und einer äusseren zylindrischen Oberfläche des Kolbens 60 einzuschränken.
Das kolbenstangenseitige Zuführventil 32 kann zwischen der Quelle 28 und der Kolbenstangenkammer 56 angebracht und eingerichtet sein, um den Strom eines unter Druck stehenden Strömungsmittels in die Kolbenstangenkammer 56 ansprechend auf eine Ansteuerungsgeschwindigkeit von dem Steuerelement 48 zu regulieren. Insbesondere kann das kolbenstangenseitige Zuführventil 32 ein unabhängiges Zumessventil (independent metering valve, IMV) sein, welches ein proportionales, federvorgespanntes Ventilelement aufweist, welches durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, an welcher der Strömungsmittelzufluss in die Kolbenstangenkammer 56 blockiert wird, und einer zweiten Position, an welcher der Strömungsmittelzufluss in die Kolbenstangenkammer 56 zugelassen wird, beweglich zu sein. Das Ventilelement des kolbenstangenseitigen Zuführventils 32 kann möglicherweise in jede Position zwischen der ersten und zweiten Position bewegbar sein, um die Rate des Zuflusses in die Kolbenstangenkammer 56 zu variieren, und dadurch die Geschwindigkeit des hydraulischen Aktuators 20 zu beeinflussen. Es ist vorgesehen, dass das kolbenstangenseitige Zuführventil 32 eingerichtet sein kann, um es Strömungsmittel von der Kolbenstangenkammer 56 zu erlauben, während eines Erholungsereignisses durch das kolbenstangenseitige Zuführventil 32 zu strömen, wenn ein Druck innerhalb der Kolbenstangenkammer 56 einen Druck übersteigt, der von der Quelle 28 zum kolbenstangenseitigen Zuführventil 32 gerichtet ist.
Das kolbenstangenseitige Entleerungsventil 34 kann zwischen der Kolbenstangenkammer 56 und dem Tank 26 angebracht sein und eingerichtet sein, um den Fluss eines Strömungsmittels von der Kolbenstangenkammer 56 zum Tank 26 ansprechend auf die Ansteuerungsgeschwindigkeit von dem Steuerelement 48 zu regulieren. Insbesondere kann das kolbenstangenseitige Ent leerungsventil 34 ein IMV sein, welches ein proportionales, federvorgespanntes Ventilelement aufweist, welches durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, an welcher der Strömungsmittelabfluss aus der Kolbenstangenkammer 56 blockiert wird, und einer zweiten Position, an welcher der Strömungsmittelabfluss aus der Kolbenstangenkammer 56 zugelassen wird, bewegen zu können. Das Ventilelement des kolbenstangenseitigen Entleerungsventils 32 kann möglicherweise in jede Position zwischen der ersten und zweiten Position bewegbar sein, um die Rate des Abflusses aus der Kolbenstangenkammer 56 zu variieren, und dadurch die Geschwindigkeit des hydraulischen Aktuators 20 zu beeinflussen.
Das stirnseitige Zuführventil 36 kann zwischen der Quelle 28 und der Stirnseitenkammer 58 angebracht sein und eingerichtet sein, um den Fluss eines unter Druck stehenden Strömungsmittels in die Stirnseitenkammer 58 ansprechend auf die Ansteuerungsgeschwindigkeit von dem Steuerelement 48 zu regulieren. Insbesondere kann das stirnseitige Zuführventil 36 ein IMV sein, welches ein proportionales, federvorgespanntes Ventilelement aufweist, welches durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, an welcher Strömungsmittelzufluss in die Stirnseitenkammer 58 blockiert wird, und einer zweiten Position, an welcher der Strömungsmittelzufluss in die Stirnseitenkammer 58 zugelassen wird, bewegen zu können. Das Ventilelement des stirnseitigen Zuführventils 36 kann möglicherweise in jede Position zwischen der ersten und zweiten Position bewegbar sein, um die Rate des Zuflusses in die Stirnseitenkammer 58 zu variieren, und dadurch die Geschwindigkeit des hydraulischen Aktuators 20 zu beeinflussen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das stirnseitige Zuführventil 36 eingerichtet sein kann, um es Strömungsmittel von der Stirnseitenkammer 58 zu erlauben, während eines Regenerationsereignisses durch das stirnseitige Zuführventil 36 zu strömen, wenn ein Druck innerhalb der Stirnseitenkammer 58 einen Druck übersteigt, der von der Quelle 28 zum stirnseitigen Zuführventil 36 gerichtet ist.
Das stirnseitige Entleerungsventil 38 kann zwischen der Stirnseitenkammer 58 und dem Tank 26 angebracht sein und eingerichtet sein, um den Fluss eines Strömungsmittels von der Stirnseitenkammer 58 zum Tank 26 ansprechend auf die Ansteuerungsgeschwindigkeit von dem Steuerelement 48 zu regulieren. Insbesondere kann das stirnseitige Entleerungsventil 38 ein IMV sein, welches ein proportionales, federvorgespanntes Ventilelement aufweist, welches durch einen Elektromagneten betätigt wird und eingerichtet ist, um sich zwischen einer ersten Position, an welcher der Strömungsmittelabfluss aus der Stirnseitenkammer 58 blockiert wird, und einer zweiten Position, an welcher der Strömungsmittelabfluss aus der Stirnseitenkammer 58 zugelassen wird, bewegen zu können. Das Ventilelement des stirnseitigen Entleerungsventils 38 kann möglicherweise in jede Position zwischen der ersten und zweiten Position bewegbar sein, um die Rate des Abflusses aus der Stirnseitenkammer 58 zu variieren, und dadurch die Geschwindigkeit des hydraulischen Aktuators 20 zu beeinflussen.
Der Speicher 40 kann wahlweise mit der Stirnseitenkammer 58 mittels eines Speicherventils 42 verbunden sein, um wahlweise unter Druck stehendes Strömungsmittel von dem hydraulischen Aktuator 20 zu empfangen oder unter Druck stehendes Strömungsmittel dorthin zu leiten. Insbesondere kann der Speicher (Akkumulator) 40 ein mit einem kompressiblen Gas gefüllter Druckbehälter sein, der eingerichtet ist, um unter Druck stehendes Strömungsmittel für die zukünftige Verwendung als Quelle von Strömungsmittelkraft zu speichern. Das kompressible Gas kann beispielsweise Stickstoff oder ein anderes geeignetes Gas umfassen. Wenn das Strömungsmittel in der Stirnseitenkammer 58 einen vorbestimmten Druck übersteigt, während sich das Speicherventil 40 und das stirnseitige Zuführventil 36 in der Strömungsdurchlassposition befinden, kann Strömungsmittel aus der Stirnseitenkammer 58 in den Speicher 40 fließen. Weil das Stickstoffgas kompressibel ist, kann es als Feder wirken und komprimiert werden, wenn das Strömungsmittel in den Speicher 40 fließt. Wenn dann der Druck des Strömungsmittels innerhalb der Stirnseitenkammer 58 unter einen vorbestimmten Druck fällt, während sich das Speicherventil 42 und das stirnseitige Zuführventil 36 in der Strömungsdurchlass position befinden, kann der komprimierte Stickstoff das Strömungsmittel aus dem Speicher zurück in die Stirnseitenkammer 58 drücken.
Um Druckschwingungen innerhalb des hydraulischen Zylinders 20 zu glätten, kann das hydraulische System 24 einige Energie aus dem Strömungsmittel absorbieren, wenn das Strömungsmittel zwischen der Stirnseitenkammer 58 und dem Speicher 40 fließt. Der Dämpfungsmechanismus, der dies bewirkt, kann eine einschränkende Blendenöffnung 44 beinhalten, welche innerhalb des Speicherventils 42 oder innerhalb einer Strömungsmittelleitung zwischen dem Speicher 40 und der Stirnseitenkammer 58 angebracht sein kann. Jedes Mal, wenn sich das Arbeitsgerät 14 unebenem Untergrund entsprechend bewegt, kann Strömungsmittel durch die beschränkende Blendenöffnung 44 gedrückt werden. Die Energie, die aufgewendet wurde, um das Öl durch die beschränkende Blendenöffnung zu drücken, kann in Wärme verwandelt werden, die vom hydraulischen System 24 abgeführt werden kann. Dieses Abführen der Energie aus dem Strömungsmittel absorbiert im Wesentlichen die Ruckenergie, was zu einer weicheren Fahrt der Arbeitsmaschine 10 führt.
Das Speicherventil 42 kann in paralleler Anordnung mit dem stirnseitigen Zuführventil 36 und zwischen dem Speicher 40 und der Stirnseitenkammer 58 angebracht sein. Das Speicherventil 42 kann eingerichtet sein, um einen Fluss von unter Druck stehendem Strömungsmittel zwischen dem Speicher 40 und der Stirnseitenkammer 58 ansprechend auf eine Ansteuerungsgeschwindigkeit von der Steuereinheit 48 zu regulieren. Insbesondere kann das Speicherventil 42 ein IMV sein, welches ein federvorgespanntes proportionales Ventilelement aufweist, das eingerichtet ist, sich zwischen einer ersten Position, an der der Fluss des Strömungsmittels zwischen der Stirnseitenkammer 58 und dem Speicher 40 blockiert ist, und einer zweiten Position, in welcher der Fluss des Strömungsmittels zwischen Stirnseitenkammer 58 und dem Speicher 40 gestattet ist, zu bewegen. Im Fahrwerkssteuerungsmodus ist es vorgesehen, dass möglicherweise anstelle einer festgelegten einschränkenden Blendenöffnung 44 das Ventilelement des Speicherventils 42 steuerbar in jegliche Position zwischen der Strömungsdurchlassposition und der Strö mungsblockierposition bewegt werden kann, um die Beschränkung und die damit assoziierte Strömungsmittelrate zwischen der Stirnseitenkammer 58 und dem Speicher 40 zu variieren, und damit das Abfedern des hydraulischen Aktuators 20 während des Betriebs der Arbeitsmaschine 10 zu beeinflussen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass in einem anderen Betriebsmodus als dem Fahrwerkssteuerungsmodus das Speicherventil 42 zudem eingerichtet sein kann, um Strömungsmittel für beabsichtigte Bewegungen des hydraulischen Aktuators 20 an die Stirnseitenkammer 58 zu liefern, wenn die Quelle 28 eine nicht ausreichende Kapazität zur Erzeugung der gewünschten Geschwindigkeit des hydraulischen Aktuators 20 aufweist.
Kolbenstangen- und stirnseitige Zuführ- und Entleerungsventile 32-38 und das Speicherventil 42 können strömungsmitteltechnisch miteinander in Verbindung stehen. Insbesondere können das kolbenstangenseitige Zuführventil 32 und das stirnseitige Zuführventil 36 parallel zueinander mit einer gemeinsamen Zuführleitung 68 verbunden sein, die sich von der Quelle 28 erstreckt. Das kolbenstangenseitige Entleerungsventil 34 und das stirnseitige Entleerungsventil 38 können parallel zueinander mit einer gemeinsamen Entleerungsleitung 70 verbunden sein, die zum Tank 26 führt. Die kolbenstangenseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 32, 34 können mit einer gemeinsamen Kolbenstangenkammerleitung 72 verbunden sein, um die Kolbenstangenkammer 56 wahlweise zu beliefern und zu entleeren, ansprechend auf Geschwindigkeitsanweisungen von der Steuereinheit 48. Die stirnseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 36, 38 und das Speicherventil 42 können mit einer gemeinsamen Stirnseitenkammerleitung 74 verbunden sein, um die Stirnseitenkammer 58 wahlweise zu beliefern und zu entleeren, ansprechend auf Geschwindigkeitsanweisungen von der Steuereinheit 48.
Die Steuereinheit 48 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren darstellen, die ein Mittel zur Steuerung eines Betriebs des hydraulischen Steuerungssystems 24 beinhalten. Eine Vielzahl im Handel erhältlicher Mikroprozessoren kann eingerichtet werden, um die Funktionen der Steuereinheit 48 auszuführen. In vorteilhafter Weise stellt die Steuereinheit 48 bereits einen allgemeinen Arbeitsmaschinenmikroprozessor dar, der in der Lage ist, ein Vielzahl von Funktionen der Arbeitsmaschine 10 zu steuern. Die Steuereinheit 48 kann möglicherweise einen Datenspeicher, eine sekundäre Speichereinrichtung, einen Prozessor, und jegliche andere Komponenten zur Ausführung einer Anwendung beinhalten. Verschiedene andere Schaltkreise können mit der Steuereinheit 48 assoziiert sein, wie beispielsweise Energieversorgungsschaltungen, Signalverarbeitungsschaltungen, Elektromagnetbetätigungsschaltungen, und andere Arten von Schaltungen.
Eines oder mehrere Kennfelder, die die Position der Schnittstellenvorrichtung mit der Ansteuerungsgeschwindigkeit für den hydraulischen Aktuator 20 in Bezug setzen, können in dem Datenspeicher der Steuereinheit 48 gespeichert sein. Jedes dieser Kennfelder kann in Form einer Tabelle, eines Kennfeldes, einer Gleichung, oder jeder anderen geeigneten Form vorliegen. Die Beziehungskennfelder können möglicherweise automatisch oder manuell ausgewählt und/oder durch die Steuereinheit 48 verändert werden, um die Betätigung des hydraulischen Aktuators 20 zu beeinflussen.
Die Steuereinheit 48 kann eingerichtet sein, um eine Eingabe durch die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 zu empfangen und eine Geschwindigkeit für den hydraulischen Aktuator 20 ansprechend auf die Eingabe anzuweisen. Insbesondere kann die Steuereinheit 48 in Verbindung mit den kolbenstangen- und stirnseitigen Zuführ- und Entleerungsventilen 32-38 des hydraulischen Aktuators 20 jeweils mittels Verbindungsleitungen 80-86, mit der Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 mittels einer Verbindungsleitung 88, und mit dem Speicherventil 42 mittels einer Verbindungsleitung 90 in Verbindung stehen. Die Steuereinheit 48 kann das Schnittstellenvorrichtungspositionssignal von der Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 empfangen und sich auf die ausgewählten und/oder modifizierten Beziehungskennfelder beziehen, die im Datenspeicher der Steuereinheit 48 gespeichert sind, um Ansteuerungsgeschwindigkeitswerte zu bestimmen. Diese Geschwindigkeitswerte können dann von dem hydraulischen Aktuator 20 angefordert werden, was die kolbenstangen- und stirnseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 32-38 und/o der das Speicherventil 42 dazu veranlasst, die mit dem hydraulischen Aktuator assoziierten Kolbenstangenkammer 56 und Stirnseitenkammer 58 wahlweise zu füllen und zu entleeren, um die gewünschte Arbeitsgerätegeschwindigkeit zu erzeugen.
Die Steuereinheit 48 kann auch eingerichtet sein, um einen Fahrwerkssteuerungsmodus einzuleiten. Insbesondere kann die Steuereinheit 48 entweder manuell auf den Fahrwerkssteuerungsmodus umgeschaltet werden, oder kann automatisch in den Fahrwerkssteuerungsmodus eintreten, ansprechend auf eine oder mehrere Eingaben. Beispielsweise kann ein Knopf, ein Schalter, oder eine andere Bedienersteuerungsvorrichtung (nicht gezeigt) mit der Bedienerstation 16 assoziiert sein, die, wenn sie von einem Arbeitsmaschinenbediener manuell eingeschaltet wird, die Steuereinheit 48 veranlasst, in den Fahrwerkssteuerungsmodus einzutreten. Umgekehrt kann die Steuereinheit 48 Eingaben empfangen, die eine Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10, einen Ladezustand der Arbeitsmaschine 10, eine Position oder Ausrichtung des Arbeitsgeräts 14 anzeigen, oder eine andere solche Eingabe, und automatisch in den Fahrwerkssteuerungsmodus eintreten. Wenn sie sich im Fahrwerkssteuerungsmodus befindet, kann die Steuereinheit 48 die Ventilelemente des kolbenstangenseitigen Zuführventils 32 und des stirnseitigen Entleerungsventils 38 veranlassen, sich in die Strömungsblockierposition zu bewegen oder dort zu bleiben. Die Steuereinheit 48 kann dann die Ventilelemente des kolbenstangenseitigen Entleerungsventils 34, des stirnseitigen Entleerungsventils 36, und dem Speicherventil 42 in die Strömungsdurchlassposition bewegen. Wie oben beschrieben, kann das Speicherventil 42 in die Strömungsdurchlassposition bewegt werden, um es Strömungsmittel zu gestatten, zwischen der Stirnseitenkammer 58 und dem Speicher 40 zu fließen, um jedes Mal, wenn das Strömungsmittel durch die beschränkende Blendenöffnung 44 strömt, Energie aus dem Strömungsmittel zu absorbieren. Das stirnseitige Zuführventil 36 kann in die Strömungsdurchlassposition bewegt werden, um den Strömungsmittelstrom zwischen dem Speicherventil 42 und der Stirnseitenkammer 58 zuzulassen. Das kolbenstangenseitige Entleerungsventil 34 kann in die Strömungsdurchlassposition bewegt werden, um ein hydraulisches Blockieren während eines Hochruckens des Arbeitsgeräts 14 zu verhindern, wenn Strömungsmittel vom Speicher 40 in die Stirnseitenkammer 58 fließt. Es ist auch vorgesehen, dass die Ventilelemente des kolbenstangenseitigen Entleerungsventils 34 und des stirnseitigen Zuführventils 36 wahlweise zwischen der Strömungsdurchlassposition und der Strömungsblockierposition positioniert werden können, um die Beschränkung des aus den Stirnseiten- und Kolbenstangenkammern 56 und 58 austretenden und darin eintretenden Strömungsmittels zu variieren, und dadurch die Dämpfung während des Fahrwerkssteuerungsmodus zu steigern.
Einer oder mehrere der Sensoren 92, 94 können mit der Steuereinheit 48 assoziiert sein, um eine genaue Drucksteuerung des Strömungsmittels innerhalb des Speichers 40 zu ermöglichen. Der Drucksensor 92 kann angebracht sein, um den Druck des Strömungsmittels innerhalb der Stirnseitenkammer 58 zu überwachen, während der Sensor 94 angebracht sein kann, um den Druck des in den Speicher 40 eintretenden Strömungsmittels zu überwachen. Die Sensoren 92, und 94 können mit der Steuereinheit 48 jeweils mittels der Verbindungsleitungen 96 und 98 in Verbindung stehen. Um eine unerwünschte Bewegung des Arbeitsgeräts 14 nach Beginn des Fahrwerkssteuerungsmodus zu minimieren, kann der Druck innerhalb des Speichers 40 im Wesentlichen dem Druck innerhalb der Stirnseitenkammer 58 angeglichen werden. Der Druck innerhalb des Speichers 40 kann durch Bewegen des Speicherventils 42 in die Strömungsdurchlassposition und durch wahlweises Bewegen der stirnseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 32, 34 zwischen der Strömungsdurchlassposition und der Strömungsblockierposition, und/oder den Betrieb der Quelle 28 variiert werden. Die stirnseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 32, 34 können wahlweise ansprechend auf einen Druckunterschied zwischen den durch die Sensoren 92 und 94 überwachten Strömungsmitteln bewegt werden, um den Speicher 40 zu entleeren, während die Quelle 28 wahlweise betrieben werden kann, um den Speicher 40 zu füllen, und dadurch im Wesentlichen die Drücke der Strömungsmittel innerhalb des Speichers 40 und der Stirnseitenkammer 58 auszugleichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Das offenbarte hydraulische Steuerungssystem kann auf jede Arbeitsmaschine anwendbar sein, die einen hydraulischen Aktuator umfasst, welcher mit einem Arbeitsgerät verbunden ist. Das offenbarte hydraulische Steuerungssystem kann die Fahrwerkssteuerung der Arbeitsmaschine durch die Minimierung von unerwünschten Bewegungen der Arbeitsmaschine verbessern, die der Trägheit des Arbeitsgeräts und der assoziierten Last zuzuordnen sind. Der Betrieb des hydraulischen Steuerungssystems 24 wird nun erklärt werden.
Während des Betriebs der Arbeitsmaschine 10 kann ein Arbeitsmaschinenbediener die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 handhaben, um eine Bewegung des Arbeitsgeräts 14 hervorzurufen. Die Betätigungsposition der Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 kann im Bezug zu einer vom Bediener gewünschten oder erwarteten Geschwindigkeit des Arbeitsgeräts 14 stehen. Die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 kann ein Positionssignal erzeugen, das die vom Bediener erwartete oder gewünschte Geschwindigkeit anzeigt, und diese Positionssignal an die Steuereinheit 48 senden.
Die Steuereinheit 48 kann eingerichtet sein, um eine Ansteuerungsgeschwindigkeit für den hydraulischen Aktuator 20 zu bestimmen, die in der vom Bediener erwarteten oder gewünschten Geschwindigkeit resultiert. Insbesondere kann die Steuereinheit 48 eingerichtet sein, um das Positionssignal der Bedienerschnittstellenvorrichtung zu empfangen und das Positionssignal der Bedienerschnittstellenvorrichtung mit dem Beziehungskennfeld vergleichen, das im Datenspeicher der Steuereinheit 48 gespeichert ist, um ein geeignetes Geschwindigkeitsansteuerungssignal zu erzeugen. Die Steuereinheit 48 kann dann das Ansteuerungssignal an die kolbenstangen- und stirnseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 32-38 senden, um den Strom von unter Druck stehendem Strömungsmittel in die und aus den Kolbenstangen- und Stirnseitenkammern 56, 58 zu regulieren, und dadurch eine Bewegung des hydraulischen Aktuators 20 hervorzurufen, die im Wesentlichen gleich der vom Bediener erwarteten oder gewünschten Geschwindigkeit ist.
In einigen Situationen, wie beispielsweise in einem anderen Betriebsmodus als der Fahrwerkssteuerung, kann der Strom von unter Druck stehendem Strömungsmittel von der Quelle 28 nicht ausreichend sein, um den hydraulischen Aktuator 20 in der vom Bediener gewünschten Geschwindigkeit auszufahren. In diesen Situationen kann die Steuereinheit 48 die Ventilelemente des Speicherventils 42 und des stirnseitigen Zuführventils 36 in die Strömungsdurchlassposition bewegen, um es unter Druck stehendem Strömungsmittel zu erlauben, von dem Speicher 40 in die Stirnseitenkammer 58 zu strömen.
Der Speicher 40 kann auch während des Fahrwerkssteuerungsmodus verwendet werden. Insbesondere wenn die Steuereinheit 48 entweder automatisch in den Fahrwerkssteuerungsmodus eintritt oder manuell dazu veranlasst wird, kann die Steuereinheit 48 die Ventilelemente des kolbenstangenseitigen Zuführventils 32 und des stirnseitigen Entleerungsventils 38 in die Strömungsblockierposition bewegen (oder sie in der Strömungsblockierposition festhalten, wenn sie sich bereits in der Strömungsblockierposition befinden), und die Ventilelemente des Speicherventils 42, des stirnseitigen Zuführventils 36, und des kolbenstangenseitigen Entleerungsventils 34 in die Strömungsdurchlassposition bewegen. Im Fahrwerkssteuerungsmodus kann es dem Strömungsmittel gestattet sein, aus der Kolbenstangenkammer 56 auszutreten und in die und aus der Stirnseitenkammer 58 zu strömen. Wenn Strömungsmittel sowohl die Kolbenstangenkammer 56 verlässt und in die und aus der Stirnseitenkammer 58 strömt, kann Ruckenenergie absorbiert werden, weil der Strömungsmittelstrom beschränkt wird.
Der Druck des Strömungsmittels innerhalb des Speichers 40 und der Stirnseitenkammer 58 kann im Wesentlichen ausgeglichen werden, bevor dem Strömungsmittel gestattet wird, während des Fahrwerkssteuerungsmodus zwischen dem Speicher 40 und der Stirnseitenkammer 58 zu strömen. Besonders wenn die Strömungsmittel innerhalb des Speichers 40 und der Stirnseitenkammer 58 vor dem Leiten von Strömungsmittel zwischen dem Speicher 40 und der Stirnseitenkammer 58 nicht im Wesentlichen ausgeglichen sind, kann sich das Arbeitsgerät 14 bei Beginn des Fahrwerkssteuerungsmodus in unerwünschter Weise bewegen. Wenn beispielsweise der Druck des Strömungsmittels innerhalb des Speichers 40 den Druck des Strömungsmittels innerhalb der Stirnseitenkammer 58 nach dem Bewegen der Ventilelemente des stirnseitigen Zuführventils 36 und des Speicherventils 42 in die Strömungsdurchlasspositionen zum Starten des Betriebs des Fahrwerkssteuerungsmodus übersteigt, kann das sich innerhalb des Speichers 40 befindliche Strömungsmittel in die Stirnseitenkammer 58 strömen und das Arbeitsgerät 14 heben. Umgekehrt kann, wenn der Druck des Strömungsmittels innerhalb der Stirnseitenkammer 58 den Druck des Strömungsmittels innerhalb des Speichers 40 nach dem Bewegen der Ventilelemente des stirnseitigen Zuführventils 36 und des Speicherventils 42 in die Strömungsdurchlasspositionen übersteigt, das sich innerhalb der Stirnseitenkammer 58 befindliche Strömungsmittel in den Speicher 40 strömen und das Arbeitsgerät 14 dazu veranlassen, herabzusinken.
Der Druck des Strömungsmittels innerhalb des Speichers 40 und der Stirnseitenkammer 58 kann durch wahlweises Bewegen der Ventilelemente der kolbenstangenseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 32, 34 zwischen den Strömungsdurchlass- und Strömungsblockierpositionen und durch den Betrieb der Quelle 28 ausgeglichen werden. Wenn beispielsweise eine Verringerung des Drucks im Speicher 40 gewünscht ist, können die Ventilelemente sowohl der kolbenstangenseitigen Zuführ- als auch der Entleerungsventile 32, 34 in die Strömungsdurchlassposition bewegt werden, um es dem Strömungsmittel aus dem Speicher 40 zu gestatten, durch die kolbenstangenseitigen Zuführ- und Entleerungsventile 32, 34 in den Tank 26 zu strömen. In ähnlicher Weise können, wenn ein Anstieg des Drucks des Strömungsmittels innerhalb des Speichers 40 erwünscht ist, die Ventilelemente sowohl der kolbenstangenseitigen als auch der stirnseitigen Zuführventile 32, 36 in die Strömungsblockierposition bewegt werden, und dann kann die Quelle 28 veranlasst werden, einen Strom unter Druck stehenden Strömungsmittels zu produzieren. Wenn die Ventilelemente sowohl der kolbenstangenseitigen als auch der stirnseitigen Zuführventile 32, 36 in der Strömungsblockierposition sind, und die Quelle 28 einen Strom unter Druck stehenden Strömungsmittels produziert, kann der Strom in den Speicher 40 gezwungen werden und dadurch den Druck des Strömungsmittels darin steigern.
Weil das hydraulische Steuerungssystem 24 fünf im Wesentlichen identische Zumessventile verwenden kann, können die Kosten und die Komplexität des hydraulischen Steuerungssystems niedrig sein. Insbesondere aufgrund der Gemeinsamkeit der unabhängigen Zumessventile („independent metering valves", IMVs) können die Kosten für den Bau und die Wartung des hydraulischen Steuerungssystems 24 gering sein im Vergleich mit einem System, welches verschiedene Arten von Steuerungsventilen aufweist. Beispielsweise können die Kosten für die Herstellung einer einzigen Art von Ventil, für die Lagerhaltung einer einzelnen Art von Ventil, für die Ausbildung eines Technikers zum Zusammenbau oder der Wartung einer einzelnen Art von Ventil und andere assoziierte Kosten deutlich geringer sein als diejenigen Kosten, die mit einem System assoziiert sind, welches mehrere Arten von Ventilen aufweist. Weil die unabhängigen Zumessventile im Wesentlichen identisch sind, können zusätzlich die Steuerungsstrategien, die den Betrieb der unabhängigen Zumessventile steuern, ebenfalls ähnlich sein, was potentiell zu geringerem softwarebezogenem Aufwand und Komplexität führen kann.
Zusätzlich können die Kosten der unabhängigen Zumessventile gering sein, weil die unabhängigen Zumessventile Ventile mit nur zwei Positionen sind. Insbesondere benötigt ein Ventil, das mehr als zwei Positionen aufweist, zusätzliche Bearbeitungsvorgänge und Material, was den Grundpreis des unabhängigen Zumessventils erhöht. Hinzu kommt, dass die Schwierigkeit des präzisen Einstellens eines Ventils, welches mehr als zwei Positionen aufweist, proportional zur Anzahl der Positionen ansteigt.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten hydraulischen Steuerungssystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fach mann nach Betrachtung der Beschreibung und Ausführung des offenbarten hydraulischen Steuerungssystems offensichtlich sein. Beispielsweise kann der hydraulische Zylinder 20 anders angeordnet sein, sodass der Speicher 40 und das Speicherventil 42 für eine effektive Verwendung während des Fahrwerkssteuerungsmodus angemessener mit der Kolbenstangenkammer 56 als mit der Stirnseitenkammer 58 verbunden sein können. Zusätzlich können der Speicher 40 und das Speicherventil 42 mit mehreren hydraulischen Aktuatoren 20 und/oder mehreren hydraulischen Schaltungen assoziiert sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibungen und Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Umfang durch die folgenden Patentansprüche und ihre Entsprechungen dargestellt wird.
Zusammenfassung
Hydraulisches System, welches eine IMV-Fahrwerkssteuerungsanordnung aufweist
Ein hydraulisches Steuerungssystem (24) für eine Arbeitsmaschine (10) ist offenbart. Das hydraulische Steuerungssystem weist eine Quelle (26) unter Druck stehenden Strömungsmittels und mindestens einen Aktuator (20) auf, welcher eine erste und eine zweite Kammer (58, 56) aufweist. Das hydraulische Steuerungssystem weist ebenso eine erstes unabhängiges Zumessventil (36) auf, welches zwischen der ersten Kammer und der der zweiten Kammer angebracht ist, und weist ein zweites unabhängiges Zumessventil (34) auf, welches zwischen dem Vorratsbehälter und der zweiten Kammer angebracht ist. Die ersten und zweiten unabhängigen Zumessventile weisen jeweils ein Ventilelement auf, welches zwischen einer Strömungsblockier- und einer Strömungsdurchlassposition bewegbar ist, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators zu ermöglichen. Das hydraulische Steuerungssystem weist weiterhin einen Speicher (40) und ein drittes unabhängiges Zumessventil (42) auf, welches zwischen der Quelle und dem ersten unabhängigen Zumessventil angebracht ist. Das dritte unabhängige Zumessventil ist gestaltet, um selektierbar den Speicher mit der ersten Kammer zu verbinden, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators abzufedern.

Claims

Ein hydraulisches Steuerungssystem (24) für eine Arbeitsmaschine (10), welches umfasst: einen Speicher bzw. Reservoir (26), der eingerichtet ist, um einen Vorrat an Strömungsmittel zu bevorraten; eine Quelle (28), zur Druckbeaufschlagung des Strömungsmittels; zumindest einen Aktuator (20), welcher eine erste Kammer (58) und eine zweite Kammer (56) aufweist; ein erstes unabhängiges Zumessventil (36), welches zwischen der Quelle und der ersten Kammer angebracht ist, wobei das erste unabhängige Zumessventil ein zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition bewegbares Ventilelement aufweist, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators in eine erste Richtung zu erleichtern bzw. zu ermöglichen; ein zweites unabhängiges Zumessventil (34), welches zwischen dem Vorratsbehälter und der zweiten Kammer angebracht ist, wobei das zweite unabhängige Zumessventil ein zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition bewegbares Ventilelement aufweist, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen; einen Speicher (40); und ein drittes unabhängiges Zumessventil (42), welches zwischen der Quelle und dem ersten unabhängigen Zumessventil angebracht ist, wobei das dritte unabhängige Zumessventil eingerichtet ist, um den Speicher wahlweise mit der ersten Kammer zu verbinden, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators abzufedern.
Das hydraulische Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, wobei sich die ersten und zweiten Zumessventile in Strömungsdurchlassposition befinden, wenn das dritte unabhängige Zumessventil den Speicher mit der ersten Kammer verbindet.
Die Fahrwerkssteuerung gemäß Anspruch 1, wobei das erste, zweite und dritte unabhängige Zumessventil im Wesentlichen identisch sind.
Das hydraulische Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, welches weiterhin umfasst: ein viertes unabhängiges Zumessventil (38), welches zwischen der ersten Kammer und dem Vorratsbehälter angebracht ist; ein fünftes unabhängiges Zumessventil (32), welches zwischen der zweiten Kammer und der Quelle angebracht ist, wobei jedes der vierten und fünften unabhängigen Zumessventile ein zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition bewegliches Ventilelement aufweisen, um die Bewegung des zumindest einen Aktuators in die zweite Richtung zu ermöglichen; und eine Steuereinheit (48), welche in Verbindung mit jedem der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften unabhängigen Zumessventile steht.
Das hydraulische Steuerungssystem gemäß Anspruch 4, welches weiterhin umfasst: einen ersten Sensor (92), welcher eingerichtet ist, um einen Druck des Strömungsmittels innerhalb der ersten Kammer abzufühlen; und einen zweiten Sensor (94), welcher eingerichtet ist, um einen Druck des Strömungsmittels innerhalb des Speichers abzufühlen; wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Ventilelemente der zweiten und fünften unabhängigen Zumessventile zwischen den Strömungsdurchlass- und Strömungsblockierposition ansprechend auf einen Unterschied der abgefühlten Drücke zu bewegen, um im Wesentlichen die Drücke des Strömungsmittels in der ersten Kammer und des Speichers auszugleichen, bevor das unter Druck stehende Strömungsmittel zwischen der ersten Kammer und dem Speicher geleitet wird.
Ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Systems (24), welches umfasst: das Beaufschlagen eines Vorrats an Strömungsmittel mit Druck; das Bewegen eines ersten Ventilelements eines ersten unabhängigen Zumessventils (36) zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition, um das unter Druck stehende Strömungsmittel in eine erste Kammer (58) eines Aktuators (20) zu leiten, um dadurch die Bewegung des Aktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen; das Bewegen eines zweiten Ventilelements eines zweiten unabhängigen Zumessventils (34) zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition, um das unter Druck stehende Strömungsmittel aus einer zweiten Kammer eines Aktuators (20) zu leiten, um dadurch die Bewegung des Aktuators in eine erste Richtung zu ermöglichen; das Bewegen eines dritten Ventilelements eines dritten unabhängigen Zumessventils (42) zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition, um das unter Druck stehende Strömungsmittel zwischen der ersten Kammer und einem Speicher (40) zu leiten, um dadurch die Bewegung des Aktuators abzufedern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Bewegung des dritten Ventilelements aus der Strömungsblockierposition ausgelöst wird, wenn sich das erste Ventilelement in der Strömungsdurchlassposition befindet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das erste, zweite und dritte unabhängige Zumessventil im Wesentlichen identisch sind.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, welches weiterhin umfasst: das Bewegen eines vierten Ventilelements eines vierten unabhängigen Zumessventils (38) zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition, um das unter Druck stehende Strömungsmittel aus der ersten Kammer des Aktuators zu leiten, um dadurch die Bewegung des Aktuators in eine zweite Richtung zu ermöglichen; das Bewegen eines fünften Ventilelements eines fünften unabhängigen Zumessventils (32) zwischen einer Strömungsblockierposition und einer Strömungsdurchlassposition, um das unter Druck stehende Strömungsmittel in die zweite Kammer des Aktuators zu leiten, um dadurch die Bewegung des Aktuators in die zweite Richtung zu ermöglichen; das Abfühlen eines Drucks des Strömungsmittels innerhalb der ersten Kammer; das Abfühlen eines Drucks des Strömungsmittels innerhalb des Speichers; und das wahlweise Bewegen der zweiten und fünften Ventilelemente ansprechend auf einen Unterschied zwischen den abgefühlten Drücken, um im Wesentlichen die Drücke des Strömungsmittels in der ersten Kammer und des Speichers auszugleichen, bevor das unter Druck stehende Strömungsmittel zwischen der ersten Kammer und dem Speicher geleitet wird.
Eine Arbeitsmaschine (10), welche umfasst: eine Kraftquelle (18); ein Arbeitsgerät (14); einen Rahmen (12), welcher die Kraftquelle und das Arbeitsgerät betriebsmäßig verbindet; und das hydraulische Steuerungssystem (24) gemäß einem der Ansprüche 1-5, welches eingerichtet ist, um die Bewegung des Arbeitsgeräts zu unterstützen.