DE19650798A1 - Wegeventil mit variabler Rückgewinnung für Baufahrzeuge - Google Patents

Wegeventil mit variabler Rückgewinnung für Baufahrzeuge

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Wegeventil mit variabler Rückgewinnung, das zur Steuerung der Strömung von Betriebsfluid für einen Antrieb wie einen Ausleger- Arm- oder Schaufelzylinder in einer hydraulischen Schaltung eines Baufahrzeugs verwendet wird, und insbesondere auf eine strukturelle Verbesserung bei einem solchen Ventil für eine wirkungsvolle Auswahl der Fluidrückgewinnungsfunktion durch ein äußeres Steuersignal.
2. Beschreibung des bekannten Standes der Technik
Bei einer hydraulischen Schaltung für Baufahrzeuge wie Motorbagger bedeutet "Rückgewinnung von Fluid", daß Rücklauffluid in einer Rücklaufleitung, die von einem Antrieb aus geht, in eine Zufuhrleitung für Fluid zurückgespeist wird, die sich zum Antrieb erstreckt wobei die Erzeugung von Kavitation in der Zufuhrleitung für Fluid aufgrund einer Knappheit von unter Druck gesetztem Fluid in der Zufuhrleitung für Fluid verhindert wird und die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebs gleichmäßig reguliert wird.
Um das Rücklauffluid von einem Antrieb in der hydraulischen Schaltung eines Baufahrzeugs zurück zu gewinnen, muß es möglich sein, den Antrieb wahlweise durch das Gewicht eines zugehörigen Arbeitsteils anstelle des von einer Hydraulikpumpe unter Druck gesetzten Fluids zu betätigen. Zum Beispiel wird beim Betrieb eines Motorbaggers Rücklauffluid unter hohem Druck durch das Gewicht eines Auslegers während einer Bewegung des Auslegers nach unten erhalten und wird wiederum bei einer Bewegung des Auslegers nach oben verwendet.
Die Fig. 1 ist eine Ansicht, welche die Konstruktion eines Wegeventils oder eines Armsteuerventils zeigt, welches verwendet wird, um die Strömungsrichtung von Fluid für einen Armzylinder zu steuern und eine typische Rückgewinnungsschaltung hat. Die Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konstruktion einer hydraulischen Schaltung zeigt, die mit dem Rückgewinnungsarmsteuerventil von der Fig. 1 ausgerüstet ist.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, ist der Armzylinder ARM durch zwei Fluidleitungen 101a und 101b an eine hydraulische Pumpe P angeschlossen. Ein Armsteuerventil CV ist an den Leitungen 101a und 101b montiert. Im Armsteuerventil CV bewegt sich ein Schieber linear in einem Ventilkörper, in Abhängigkeit eines Steuersignals 11, 31 eines Operateurs, und schaltet dadurch die internen Leitungen des Ventils CV und steuert die Strömungsrichtung des Fluids, welches von der Pumpe P an den Armzylinder ARM geliefert wird. Das Armsteuerventil CV startet oder stoppt somit den Armzylinder ARM und steuert die Bewegungsrichtung des Zylinders ARM. Wenn das Ventil CV in die neutrale Position geschaltet ist, sind die internen Leitungen, außer der zentralen Umgehungsleitung 103, geschlossen, so daß das unter Druck gesetzte Fluid, das von der Pumpe P ausgegeben wird, nicht zum Armzylinder ARM strömt, sondern durch die Umgehungsleitung 103 hindurch zum Tank T zurückkehrt.
Beim Rückgewinnungsarmsteuerventil CV für den Armzylinder ARM, das wiederholt durch das Gewicht des Arms betätigt wird, ist ein Rückgewinnungsdurchgang R zwischen einem Zylinderdurchgang CB und einem Tankdurchgang T innerhalb des Ventilblocks des Ventils CV angeschlossen. Zwei Leitungen 45 und 51 verbinden den Rückgewinnungsdurchgang R mit dem Tankdurchgang T. Bei einer Gewichtsbetätigung des Armzylinders ARM wird ein Mündungseffekt mit einer geeigneten Mündungsquerschnittfläche zwischen den obigen Leitungen 45 und 51 gebildet, wodurch ein Druck in der zweiten Fluidleitung 101b gebildet wird. Im obigen Zustand wird Rücklauffluid im Zylinderdurchgang CB durch eine Rückgewinnungsleitung 47, ein Rückschlagventil 29 und eine Fluidleitung 48 hindurch teilweise zur großen Kammer des Zylinders ARM zurück gespeist.
Das übrige Rücklauffluid im Zylinderdurchgang CB kehrt durch die Leitungen 45 und 51 hindurch zum Tank T zurück.
Während der Armzylinder ARM durch das Gewicht des Arms betätigt wird, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders ARM durch die Menge an Rücklauffluid beeinflußt. Beim bekannten Stand der Technik wird Kavitation, welche im Armzylinder ARM gebildet werden kann, dadurch verhindert, indem ein Rückstau in der Rücklaufleitung gebildet wird und indem das Rücklauffluid teilweise in die Fluidzufuhrleitung gespeist wird, um das Rücklauffluid teilweise zurück zu gewinnen.
Insbesondere bei der Baggerarbeit eines Motorbaggers werden während des Betriebs des Baggers eine Rückgewinnungsschaltung und eine Rückgewinnungsrückstellschaltung wahlweise verwendet. Das heißt, daß der Druck in der Fluidzufuhrleitung während der Baggerarbeit während einer Bewegung des Arms nach innen erhöht wird, so daß der Rückstau, der durch die Mündung verursacht wird, die zwischen dem Rückgewinnungsdurchgang R und dem Tankdurchgang T gebildet ist, einen Druckverlust in der hydraulischen Schaltung bewirkt. Deshalb stößt, wenn der Druck oder der Eigendruck in der Zufuhrleitung durch die Leitung 49 hindurch auf den Kolben 24 angewendet wird und er größer ist als ein Gegendruck der durch die Elastizität der Ventilfeder 25 verursacht wird, der Eigendruck den Rückgewinnungsschaltschieber 22 des Ventils CV in der Fig. 1 nach rechts. Der Schieber 22 in der obigen Position vergrößert die Querschnittfläche der Öffnung zwischen dem Rückgewinnungsdurchgang R und dem Tankdurchgang T und hebt dadurch den Mündungseffekt vom Ventil CV auf. Der Rückstau in der Rückflußleitung wird somit verkleinert, wodurch der Druckverlust in der hydraulischen Schaltung während der Baggerarbeit verkleinert wird.
Bei der Rückgewinnungsrückstellschaltung jedoch, die den Eigendruck verwendet (Druck des Betriebsfluids, das von der Pumpe P an die Zufuhrleitung eines Antriebs geliefert wird), wird der Rückgewinnungsrückstellvorgang durch die Differenz des relativen Drucks zwischen dem Eigendruck, der auf die Druckaufnahmefläche des Kolbens angewendet wird, und dem konstanten Gegendruck, der durch die Elastizität der Ventilfeder verursacht wird, gesteuert.
Es ist deshalb unmöglich, entweder die Rückgewinnungsschaltung oder die Rückgewinnungsrückstellschaltung durch ein äußeres Steuersignal zu steuern, so daß der Rückgewinnungsrückstelldruck nicht geeignet gesteuert werden kann, selbst wenn der Druckverlust, der durch den Rückstau verursacht wird, auf ein annehmbares Maß verkleinert ist.
Während einer Baggerarbeit eines Baggers ist es jedoch vorzuziehen, den Rückgewinnungsrückstelldruck geeignet zu ändern, um den Rückgewinnungsrückstelldruck zu vergrößern. Im obigen Falle wird das Rücklauffluid zwangsläufig zurückgewonnen, wodurch die Menge an Fluid in der Zufuhrleitung vergrößert wird und wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebs während der Baggerarbeit vergrößert wird. Zusätzlich ist es nötig, den Rückgewinnungsrückstelldruck zu ändern, um den Rückgewinnungsrückstelldruck zu verkleinern. Im obigen Zustand wird der Verlust verkleinert, der durch den Rückstau im Rücklaufdurchgang verursacht wird, und die Baggerkraft des Baggers vergrößert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wegeventil mit variabler Rückgewinnung bereit zu stellen, das in einer hydraulischen Schaltung eines Baufahrzeugs verwendet wird, bei welchem die obigen Probleme überwunden werden können und welches den Rückgewinnungsrückstelldruck ändert, wodurch es die Menge an zurückgewonnenem Fluid wirksam steuert und die Bewegungsgeschwindigkeit eines Antriebs reguliert.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Wegeventil mit variabler Rückgewinnung bereit, das in einer hydraulischen Schaltung eines Baufahrzeugs verwendet wird und einen Rückgewinnungsdurchgang umfaßt, der zwischen einem Rücklaufdurchgang und einem Tankdurchgang angeschlossen ist, ein Rückschlagventil, das am Rückgewinnungsdurchgang bereit gestellt wird um die Rückwärtsströmung von Fluid von einem Zufuhrdurchgang durch den Rückgewinnungsdurchgang hindurch zum Rücklaufdurchgang zu verhindern, einen Rückgewinnungsschaltschieber, der beweglich in einem Ventilblock zwischen dem Rückgewinnungsdurchgang und dem Tankdurchgang angeordnet ist, um eine Querschnittfläche des Fluiddurchgangs innerhalb des Steuerventils zu steuern, wobei sich der Schieber im Ventilblock aufgrund der Beziehung zwischen einem Eigendruck innerhalb einer Zufuhrleitung und einem Gegendruck, der durch die Elastizität einer Ventilfeder verursacht wird, linear bewegt, wodurch er die Menge an zurückgewonnenem Fluid steuert, das weiter eine Einrichtung zum linearen Bewegen im Steuerventil in Abhängigkeit eines äußeren Steuersignals und zum geeigneten Ändern des Gegendrucks, der durch die Elastizität der Ventilfeder verursacht wird, und dadurch zum Steuern eines Rückgewinnungsrückstelldrucks umfaßt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Einrichtung einen Drucksteuerkolben, welcher auf der Spitze der Ventilfeder bereit gestellt wird. Der Drucksteuerkolben empfängt das äußere Steuersignal durch ein elektronisches Proportionalsteuerventil und bewegt sich dadurch stetig. Das elektronische Proportionalsteuerventil gibt unter Druck gesetztes Fluid im Verhältnis zu einem Strombetrag des äußeren Steuersignals aus.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den bei liegenden Zeichnungen besser verstanden werden, in welchen
Fig. 1 eine Ansicht ist, welche die Konstruktion eines Wegeventils oder eines Armsteuerventils zeigt, welches zur Steuerung der Strömungsrichtung von Fluid für einen Armzylinder verwendet wird und eine typische Rückgewinnungsschaltung hat;
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Konstruktion einer hydraulischen Schaltung zeigt, die mit dem Rückgewinnungsarm­ steuerungsventil von Fig. 1 versehen ist;
Fig. 3 eine Ansicht ist, welche die Konstruktion eines Armsteuer­ ventils mit variabler Rückgewinnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm ist, das die Konstruktion der hydraulischen Schaltung zeigt, die mit dem Armsteuerventil mit variabler Rückgewinnung von Fig. 3 versehen ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beim Wegeventil mit variabler Rückgewinnung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die meisten Elemente gleich wie diejenigen der älteren Ausführungsformen der Fig. 1 und 2.
Diejenigen Elemente, die beiden Ventilen gemäß der älteren Ausführungsform und der vorliegenden Erfindung gemein sind, werden somit die gleichen Bezugszahlen haben und eine weitere Erklärung wird nicht für nötig gehalten. Zusätzlich wird in der folgenden Beschreibung das Wegeventil mit variabler Rückgewinnung dieser Erfindung als Beispiel bei einem Armsteuerventil eines Motorbaggers verwendet. Es ist jedoch zu verstehen, daß das Wegeventil auch bei einem Auslegersteuerventil, einem Schaufelsteuerventil oder einem anderen Wegeventil verwendet werden kann.
Die Fig. 3 ist eine Ansicht, welche die Konstruktion eines Arm­ steuerventils mit variabler Rückgewinnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konstruktion der hydraulischen Schaltung zeigt, die mit dem Armsteuerventil mit variabler Rückgewinnung von der Fig. 3 versehen ist.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt wird, hat das Wegeventil CV mit variabler Rückgewinnung dieser Erfindung eine Fluidleitung 101b, welche von der kleinen Kammer des Armzylinders ARM aus geht. Das Ventil CV hat auch einen Rücklaufdurchgang CH und einen Tankdurchgang T, welche wahlweise gemäß der linearen Bewegung eines Schiebers innerhalb eines Ventilblocks des Ventils CV miteinander verbunden sind. Ein Rückgewinnungsdurchgang R ist zwischen den obigen Durchgängen CH und T angeschlossen. Der Rückgewinnungsdurchgang R hat ein Rückschlagventil 29, welches die Rückwärtsströmung von Fluid vom Zufuhrdurchgang P durch den Rückgewinnungsdurchgang R hindurch zum Rücklaufdurchgang CH verhindert. Ein Rückgewinnungsschaltschieber 22 ist beweglich zwischen dem Rückgewinnungsdurchgang R und dem Tankdurchgang T angeordnet und steuert die Querschnittfläche des Fluiddurchgangs innerhalb des Ventils CV. Der obige Schieber 22 bewegt sich aufgrund der Beziehung zwischen einem Eigendruck innerhalb einer Fluidleitung 20, die sich von einer Pumpe zum Zufuhrdurchgang P erstreckt, und dem Gegendruck der durch die Elastizität einer Ventilfeder 25 verursacht wird, linear im Ventilblock, wodurch er die Menge an zurückgewonnenem Fluid steuert.
Beim Steuerventil CV mit variabler Rückgewinnung wird der Schaltdruck des Schiebers 22 durch den Gegendruck der Ventilfeder 25 beeinflußt. Das Steuerventil CV hat eine Drucksteuereinrichtung, welche den Gegendruck steuert, der durch die Elastizität der Ventilfeder 25 beeinflußt wird. Der Gegendruck wirkt auf ein Ende des Rückgewinnungsschaltschiebers 22, während ein Eigendruck (hydraulischer Druck von unter Druck gesetztem Fluid, das von der Pumpe ausgegeben wird) auf das andere Ende des Rückgewinnungsschalt­ schiebers 22 wirkt und dadurch den Schieber 22 bewegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Drucksteuereinrichtung einen Kolben 23, welcher auf der Spitze der Ventilfeder 25 bereit gestellt wird und sich in Abhängigkeit eines äußeren Steuersignals 55 bewegt, wodurch er in geeigneter Weise den Gegendruck der Ventilfeder 25 ändert.
Das äußere Steuersignal 55 wird durch ein elektronisches Proportionalsteuerventil welches unter Druck gesetztes Fluid im Verhältnis zu einem Strombetrag eines Eingangssignals ausgibt, auf den Drucksteuerkolben 23 angewendet. Der Kolben 23 bewegt sich somit stetig.
Nachfolgend wird die Betriebswirkung des obigen Armsteuerventils CV mit variabler Rückgewinnung beschrieben werden.
Wenn in Abhängigkeit eines äußeren Steuersignals 31 das Armsteuerventil CV in die erste Position I geschaltet wird, bewegt sich der Schieber 22 des Ventils CV in den Fig. 3 und 4 nach rechts.
Im obigen Zustand wird das-Rücklauffluid vom Armzylinder ARM durch den Rücklaufdurchgang CH hindurch zum Rückgewinnungsdurchgang R gespeist. Im obigen Zustand wird ein Mündungseffekt mit einer geeigneten Mündungsquerschnittfläche zwischen den Leitungen 45 und 51 gebildet, welche den Rückgewinnungsdurchgang R an den Tankdurchgang T anschließen. Im Rückgewinnungsdurchgang R wird somit ein Druck gebildet. Deshalb wird das Rücklauffluid in den Leitungen 45 und 51 teilweise durch eine Rückgewinnungsleitung 47, ein Rückschlagventil 29 und Fluidleitungen 48 und 49 hindurch zum Zylinder ARM zurück gespeist und wirkt somit auf den Kolben 24. Somit wirken sowohl der Eigendruck der auf den Kolben 24 wirkt, als auch der Gegendruck, der durch die Elastizität der Ventilfeder 25 verursacht wird, auf den Rückgewinnungsschaltschieber 22. Beim obigen Vorgang wird der Gegendruck, der durch die Elastizität der Ventilfeder 25 verursacht wird, durch den Drucksteuerkolben 23 verändert, welcher durch das variable äußere Steuersignal 55 betätigt wird.
Wenn der Eigendruck, der auf den Kolben 24 wirkt, größer ist als der Gegendruck, der durch die variable Elastizität der Ventilfeder 25 verursacht wird, stößt der Eigendruck den Rückgewinnungsschaltschieber 22 in der Fig. 3 nach rechts, wodurch er den Mündungseffekt vom Ventil CV aufhebt. Der Druck im Rückgewinnungsdurchgang R wird somit vermindert und vermindert dadurch die Menge an zurückgewonnenem Fluid, welche zurück zum Zufuhrdurchgang P gespeist wird, oder hebt sie vollständig auf. Das Rücklauffluid vom Zylinder ARM im obigen Zustand kehrt durch den Rücklaufdurchgang CH hindurch zum Tank T zurück.
Andrerseits kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Armzylinders ARM folgendermaßen vergrößert werden. Das heißt, der Steuerdruck, der auf den Kolben 23 wirkt, wird vergrößert, wodurch der Gegendruck vergrößert wird, der durch die Elastizität der Ventilfeder 25 verursacht wird. Wenn der Eigendruck, der auf den Kolben 24 wirkt, kleiner ist als der Gegendruck, wird der Rückgewinnungs­ schaltschieber 22 aufgrund des Gegendrucks der durch die Elastizität der Ventilfeder 25 verursacht wird, in seiner ursprünglichen Position belassen, wodurch die Menge an Rücklauffluid vergrößert wird, welche an den Zufuhrdurchgang P zurück gespeist wird.
Wie oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung ein Wegeventil mit variabler Rückgewinnung bereit, das in einer hydraulischen Schaltung eines Baufahrzeugs verwendet wird. Das Wegeventil dieser Erfindung hat eine Einrichtung zum Steuern des Gegendrucks, der durch die Elastizität einer Ventilfeder verursacht wird.
Der Gegendruck wirkt auf ein Ende eines Rückgewinnungs­ schaltschiebers, während ein Eigendruck (hydraulischer Druck von unter Druck gesetztem Fluid, das von einer Pumpe ausgegeben wird) auf das andere Ende des Rückgewinnungsschaltschiebers wirkt und dadurch den Schieber bewegt.
Das Wegeventil steuert somit den Rückgewinnungsrückstelldruck, so daß das Steuerventil den Rückgewinnungsrückstelldruck vergrößern kann, indem es den Strombetrag eines variablen äußeren Steuersignals vergrößert und dadurch zwangsweise das Rücklauffluid während einer Baggerarbeit eines Motorbaggers zurück gewinnt. Deshalb vergrößert das Steuerventil die Menge von unter Druck gesetztem Fluid für einen Antrieb um das zurückgewonnene Fluid, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebs während der Baggerarbeit vergrößert wird. Unterdessen kann das Steuerventil auch den Rückgewinnungsrückstelldruck verkleinern und dadurch den Druckverlust verkleinern, der durch einen Rückstau verursacht wird, der in der Rücklaufleitung gebildet wird. Das Steuerventil vergrößert im obigen Zustand die Baggerkraft des Baggers während einer Baggerarbeit.
Obwohl zum Zwecke der Darstellung die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart wurde, wird der Fachmann erkennen, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Schutzbereich und von der Idee der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen offenbart wird.

Claims (2)

1. Wegeventil mit variabler Rückgewinnung, das in einer hydraulischen Schaltung eines Baufahrzeugs verwendet wird und einen Rückgewinnungsdurchgang umfaßt, der zwischen einem Rücklaufdurchgang und einem Tankdurchgang angeschlossen ist, ein Rückschlagventil, das am Rückgewinnungsdurchgang bereit gestellt wird um die Rückwärtsströmung von Fluid von einem Zufuhrdurchgang durch den Rückgewinnungsdurchgang hindurch zum Rücklaufdurchgang zu verhindern, einen Rückgewinnungsschaltschieber, der beweglich in einem Ventilblock zwischen dem Rückgewinnungsdurchgang und dem Tankdurchgang angeordnet ist, um eine Querschnittfläche des Fluiddurchgangs innerhalb des Steuerventils zu steuern, wobei sich der Schieber im Ventilblock aufgrund der Beziehung zwischen einem Eigendruck innerhalb einer Zufuhrleitung und einem Gegendruck, der durch die Elastizität einer Ventilfeder verursacht wird, linear bewegt, wodurch er die Menge an zurückgewonnenem Fluid steuert, das weiter umfaßt:
eine Einrichtung zum linearen Bewegen im Steuerventil in Abhängigkeit eines äußeren Steuersignals und zum geeigneten Ändern des Gegendrucks, der durch die Elastizität der Ventilfeder verursacht wird, und dadurch zum Steuern eines Rückgewinnungs­ rückstelldrucks, wobei die Einrichtung auf der Spitze der Ventilfeder bereit gestellt wird, die einen Schaltdruck des Schiebers bestimmt.
2. Wegeventil mit variabler Rückgewinnung nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung einen Drucksteuerkolben umfaßt, wobei dieser Kolben das äußere Steuersignal durch ein elektronisches Proportionalsteuerventil empfängt und sich dadurch stetig bewegt, wobei das elektronische Proportionalsteuerventil unter Druck gesetztes Fluid im Verhältnis zu einem Strombetrag des äußeren Steuersignals ausgibt.
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