EP2049802A2 - Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Betätigungsvorrichtung

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EP2049802A2
EP2049802A2 EP07786011A EP07786011A EP2049802A2 EP 2049802 A2 EP2049802 A2 EP 2049802A2 EP 07786011 A EP07786011 A EP 07786011A EP 07786011 A EP07786011 A EP 07786011A EP 2049802 A2 EP2049802 A2 EP 2049802A2
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EP
European Patent Office
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valve
actuating device
hydraulic
diaphragm
proportional valve
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EP07786011A
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English (en)
French (fr)
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EP2049802B1 (de
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Albert Hermann
Harald BÄR
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Hydac Fluidtechnik GmbH
Original Assignee
Hydac Fluidtechnik GmbH
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Publication date
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    • F15B2211/85—Control during special operating conditions
    • F15B2211/851—Control during special operating conditions during starting

Definitions

  • the invention relates to an actuating device for controlling at least one hydraulic consumer, such as a working cylinder, by means of a fluid supply stream.
  • actuators are known in a variety of different embodiments and freely available on the market.
  • the known actuators are used to control work machines, such as excavators, tractors, harvesters and cranes, but are also used for hydraulic lifts, forklifts, elevators, etc. and for various types of hydraulically operated machines, including machine tools, plastic injection molding machines, etc.
  • a variety of other applications such as power plant technology, off-shore technology, wind farms, aerospace engineering, also employ such actuators to initiate motion and work operations.
  • actuators are regularly required as hydraulic consumers, for example in the form of pumps, hydraulic motors or working cylinders. The enumeration is only an example and not exhaustive.
  • the invention has the object to further improve the known solutions to the effect that the disadvantages described above do not occur, in particular improved ease of use and Ergonomiesn account is taken.
  • a related object solves an actuator with the features of claim 1 in its entirety. Characterized in that according to the characterizing part of claim 1 by means of a drive unit, the fluid supply current is controlled for the consumer so that a muted operation is achieved with a gentle starting behavior, it comes basically for the hydraulic consumer to gentle accelerations, with respect to the steady Speed behavior of the operator are perceived as pleasant and any hydraulic or hydraulic actuators connected to the mechanical or hydraulic actuators are protected in the context of the respective work and actuation process and the entire hydraulic system relieved of undesired pressure surges.
  • the actuating device according to the invention with drive unit for the fluid supply flow that when moving a control cabin of an excavator or a crane in each displacement position, the acceleration for the cabin is smooth, which in addition to an increased ease of use also contributes to operator safety.
  • the drive unit used can be chosen so that existing machine complexes can be retrofitted and that the actuator according to the invention with the oil purities on the ground comes home, even if they should be of poor quality. Since the drive unit represents a substantially pure hydraulic solution, no changes to the electronics or electrical system are necessary in a retrofit of existing units, which helps to save costs. Overall, the actuator according to the invention can be designed more cost-effective than the known use of a variety of cost-intensive proportional directional spool valves with expensive control electronics used.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section for a usable for the hydraulic actuator proportional valve as a throttle.
  • the actuating device shown in the manner of a hydraulic circuit diagram according to Figure 1 is used to control at least one hydraulic consumer 10 in the form of a hydraulic differential cylinder.
  • a pertinent differential cylinder could also occur a Gleichgangzylinder or a hydraulic motor and comparable consumers who want to help to a smooth starting behavior.
  • the hydraulic consumer 10 in the form of the working cylinder has a piston rod unit 12 which separates two hydraulic working spaces 14,16 from each other. The construction of this working cylinder or actuators is common, so that will not be discussed in more detail here at this point.
  • the working space 14 also called piston working space, is connected via a connection A with the actual hydraulic circuit and the working space 16, which is also called bar working space, with the corresponding junction B.
  • the terminals S1 and S2 shown in the upper part of the hydraulic circuit seen serve the connection of corresponding sensors, for example for pressure value detection in the corresponding hydraulic lines, each open at the connection points A, B to the outside, wherein the actuating device is preferably designed in the manner of a hydraulic modular control block.
  • the actuating device in addition to the Nutzanêtn A, B nor a hydraulic supply port P and a drain T, which preferably opens at ambient pressure in a corresponding supply tank.
  • the hydraulic supply at port P can be done via a corresponding hydraulic pump.
  • the numbers 1, 2, 3 and 4 appear in the hydraulic circuit diagram shown in FIG. 1, they each indicate the hydraulic inputs and outputs for the respective hydraulic valve or other control components. te. If reference is made in the following to certain inputs and outputs of a pertinent hydraulic component, the cited paragraphs will be consulted for the more detailed determination.
  • an adjustable throttle 18 is provided below the useful connections A, B in a corresponding arrangement and a non-return valve 20 opens in the auxiliary branch in the direction of the utility connections Supply line for the Nutzan say A and B two mutually releasable check valves 22 connected.
  • the pertinent hydraulic supply structure for the Nutzan say A, B is common, so that will not be discussed in more detail here at this point.
  • a proportional valve 24 is connected, which forms a kind of throttle or throttle valve.
  • Proportional valves are continuously adjustable pressure, flow and directional valves that can convert a variable input signal into a proportional hydraulic output signal.
  • a diaphragm 26 is connected, which throttles the fluid supply flow coming from the supply pump so far.
  • the proportional valve 24 has two control inputs 28,30, wherein at the control input 28, the fluid pressure at the point 1 of the proportional valve 24 is present and at the control input 30 of the set pressure of a compression spring 32 (see FIG.
  • the working space of the compression spring 32 is connected via the terminal 4 of the proportional valve 24 and thus via a leakage oil connection 34 with the tank T.
  • a diaphragm 36 is connected in the secondary branch between the connection points 2 and 3 of the proportional valve 24, in turn.
  • a slide valve 38 which is in the manner of a 4/3-way Slide valve is formed with a further connection point 1, which is connected to the tank connection T and the leakage oil connection 34.
  • the pertinent slide valve 38 is spring-centered on both sides held in the initial position shown and can be via appropriate actuation or switching solenoids in a known manner.
  • the output 4 of the spool valve 38 opens in the direction of the Fig.1 seen on the right side in the line for the Nutzanschluß B, via the input 1 of the pilot operated check valve 22. On the left opposite terminal side opens the output 4 of the spool valve 38th on the input side 1 of a shuttle valve 40 of known type.
  • the further input 3 of the change venti Is 40 opens on the input side 1 of the left-handed check valve 22. Furthermore, the further input 3 of the shuttle valve 40 opens to the other output 2 of the slide valve 38.
  • the two check valves 22 open the control lines on the input side 3 of the check valves 22 in each case in the opposite supply line for the Nutzan bend A, B.
  • the output 2 of the shuttle valve 40 in turn opens via an aperture 42 to the input side 1 with the control input 28, in turn, another aperture 44 is connected.
  • a pressure relief valve 46 is connected, which is formed in the present case as a spring-loaded check valve with opening direction in the direction of the tank port T.
  • the drive unit designated as a whole by 48 consists essentially of the pressure relief valve 46 and of the orifices 42 and 44.
  • the pertinent control unit 48 controls the fluid supply flow for the consumer 10 in such a way that a damped actuation with a gentle starting behavior for the hydraulic consumer 10 in the form of the working cylinder is achieved.
  • the system pressure prevailing in the region of the shuttle valve 40 which supplies the useful ports A, B, can assume a wide range of pressure values within a certain fluctuation range and depending on the load acting in the system on the hydraulic cylinder 10, different volume flows occur, in particular with respect to the diaphragm 42 between the shuttle valve 40 and pressure relief valve 46.
  • the slide valve 38 To generate the damped travel movement, the slide valve 38 must first be actuated, which can take place via a suitable actuation or control device triggered by an operator.
  • the pressure relief valve 46 and the acting spring force on the compression spring 32 on the oppositely acting control input side 30 is taking into account the geometry of the piston 50 of the proportional valve 24 (see Fig.4) determines the opening characteristic for the throttle 24 and thus the damping effect for the entire system.
  • this also increases the fluid supply flow for the hydraulic consumer 10, the opening behavior of the throttle in the form of the proportional valve 24 being independent of the load pressure at the consumer 10 due to the pressure limiting valve 46. Due to such a steady increase of the fluid flow to the hydraulic consumer 10, this drives smoothly and continuously until it reaches the maximum speed.
  • the displaced in the rod working chamber 16 fluid in the pertinent Ausfahrbewe- movement of the piston rod unit 12 is pushed through the Nutzanschluß B and the terminal 4 of the spool valve 38 in the direction of the tank port T in the tank.
  • the closing element of the shuttle valve 40 is brought into the upper position, which points in the direction of the input 3 of the shuttle valve 40, so that the input 1 to the output 2 of the shuttle valve 40 is fluidly connected and in turn via the proportional valve 24 in a throttled manner and thus gently the retraction movement of the piston rod unit 12 can take place.
  • the aperture 42 has the same aperture diameter as the aperture 36 and that the further aperture 44 has a smaller aperture diameter than the aperture 42 and 36, wherein the aperture 26 arranged on the pump inlet side should have the smallest aperture diameter.
  • the shuttle valve 40 operates in the manner of a tapping point, wherein a pertinent tapping point (not shown) via other hydraulic means would be realized, but this is associated with a correspondingly increased circuit complexity.
  • the combination of an initial throttling via the proportional valve 24 with the inlet panel 36 ensures that pressurized fluid is present on the inlet side of the actuating or sliding valve 38 even in the non-switched state for the gentle starting process of the consumer.
  • the indicated hydraulic switching unit can basically be used for each hydraulic consumer, even if the requirements for the initial volume flow are different. If a modified solution according to the illustration according to FIG. 3 is used in which the orifice 36 has been omitted, a changed proportional valve 24 with a calculated throttled basic supply would basically have to be used each time changing requirements for the initial volumetric flow occur , which would lead to increased costs for the hydraulic circuit.
  • the proportional valve may also be closed in the switched position shown, in which case the entire adaptation via the orifice 36 must take place, which may also be the adaptation possibilities for the hydraulic circuit limited.
  • the combination of initial throttling shown in FIG. 1 via the proportional valve 24 with inserted diaphragm 36 with permanent diaphragm cross-section makes sense, in particular from a cost-technical point of view, if the proportional valve 24 is designed for the smallest occurring volume flow and the larger volume flows is realized by the parallel connection of the diaphragm 36 to the proportional valve 24. Also results from the pertinent arrangement, an increased dynamic behavior in the soft damped startup of the hydraulic load 10. If the embodiments of Figures 2 and 3 compared to the solution according to Fig.1 are changed, only the essential changes have been explained and otherwise, the same reference numerals are used for the same components, as indicated in Fig. 1.
  • FIG. 4 The constructive solution of the proportional valve 24 is shown in Figure 4.
  • a further housing part 54 is screwed in on the upper side of the housing 52, essentially accommodating the compression spring 32, which with its one free end adjoins the inside of the other Housing part 54 is supported and at its other end to the displacement or control piston 50, which performs the throttling shown in Figure 1 between the terminals 2 and 3 of the proportional valve 24.
  • the piston 50 has in each case to assume a basic position, in which there is still a minimum of throttling
  • the piston 50 would then have to completely block the pertinent fluid path, so that the compensation can take place via the diaphragm 36.
  • the piston 50 is equipped with a diameter-reduced control or annular groove 60 between two piston parts 56, 58 and the pressure prevailing at the control input 1 or 28 relative to the constant volume flow is then permanently at the bottom of the piston part 58.
  • the spring chamber above the piston 50 opens into the leakage oil connection 34, which opens out to the tank side T.
  • the actuating device according to the invention is preferably used there in which operating cabins of excavators or cranes have to move several meters forwards or upwards; Adjustment movements of the cabin, as they are necessary to make a timely unloading of ships od. Like. To make, where the operator needs an extended field of view. Thanks to the smooth start-up and stop movements with linear velocity and acceleration behavior, the unpleasant rocking movements of the cabin, which otherwise occur, have been met, which, in addition to increasing operating convenience, also meets increased safety requirements.
  • the proportional valve 24 is designed in the manner of a continuous valve.
  • the proportional valve 24 can be used for poor oil cleanliness classes, which otherwise make the use of conventional proportional valves impossible, provided that they are provided with electrically actuated switching or actuating magnet. So far as in the present application of a proportional valve is mentioned, this means a continuous valve without the use of a switching or actuating magnet. Furthermore, all throttles and / or diaphragms used can be protected by sieves against contamination.

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Description

Betätigungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für die Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers, wie eines Arbeitszylinders, mittels eines Fluidversorgungsstromes.
Dahingehende Betätigungsvorrichtungen sind in einer Vielzahl von verschiedensten Ausführungsformen bekannt und auf dem Markt frei erhältlich. Die bekannten Betätigungsvorrichtungen dienen dem Ansteuern von Arbeitsmaschinen, wie Baggern, Traktoren, Erntemaschinen und Kränen, werden aber ebenso eingesetzt für hydraulische Hebebühnen, Gabelstapler, Aufzüge etc. und für verschiedenste Arten an hydraulisch zu betätigenden Maschinen unter Einbezug von Werkzeugmaschinen, Kunststoff- Spritzgießmaschinen etc.. Eine Vielzahl von weiteren Anwendungsgebieten, wie Kraftwerkstechnologie, Off-Shore-Technik, Windparks, Luft- und Raumfahrttechnik, setzen gleichfalls solche Betätigungsvorrichtungen zum Auslösen von Bewegungs- und Arbeitsvorgängen ein. Zum Auslösen dahingehender Arbeits- und Betätigungsvorgänge sind als hydraulische Verbraucher regelmäßig Aktuatoren notwendig, beispielsweise in Form von Pumpen, Hydromotoren oder Arbeitszylindern. Die dahingehende Aufzählung ist nur beispielhaft und nicht abschließend.
Beim Anfahren dahingehender Betätigungsvorrichtungen zum Auslösen von Arbeitsvorgängen und Bewegungen kommt es jedoch bereits häufig auf- grund der Inkompressibilität des Fluidversorgungsstromes zu Druckstößen und ruckartigen Bewegungen bei einer direkten Druckbeaufschlagung, was insoweit nachteilig ist, als das hydraulische Gesamtsystem überlastet werden kann, insbesondere ein schonender Betrieb derart nicht möglich ist und neben unangenehmen Druckschlägen kommt es zu ruckartigen Bewegungen der angesteuerten Verbraucher, was den Arbeitsvorgang beeinträchtigt und sogar zu Sicherheitsproblemen führen kann. Werden z.B. dahingehende Betätigungsvorrichtungen für eine Kabineneinstellung an Baggern oder Lademaschinen, wie Kränen, eingesetzt, bei denen die Bedienkabine von einem Ausgangszustand zu verfahren ist, um der Bedienperson einen verbesserten Einblick in die jeweilige Handhabungssituation, beispielsweise zum Be- und Entladen von Schiffen, zu gewährleisten, kommt es zu ruckartigen Fahrbewegungen bei der Kabine und zu einem von der Bedienperson unangenehm empfundenen Beschleunigungsverhalten, was entsprechend verschlimmert durch ein Mehrfachauftreten während eines Arbeitstagsablaufs zu Fehlbedienungen führen kann, bedingt durch den schlechten Bedienungskomfort und die damit einhergehende mangelnde Ergonomie, die gegebenenfalls sogar zu massiven gesundheitlichen Beeinträchtigungen bei den Maschinenbedienem führen kann.
Man hat zwar in der Vergangenheit schon versucht, dahingehende Betätigungsvorrichtungen mit einer entsprechenden hydraulischen Technik auszustatten, wie beispielsweise Proportional-4/3-Wege-Schieberventilen, gegebenenfalls unter zusätzlichem Einsatz von Lasthalteventilen, wie entsperrbaren Rückschlagventilen oder Senkbremsventilen sowie dergleichen mehr; allein um hier einigermaßen Erfolg zu haben, sind sehr aufwendige elektrische Ansteuerungen und Maßnahmen zur Einhaltung der für die Proportional-Technologie erforderlichen hohen Ölqualität notwendig. Der alternative oder zusätzliche Einbau von Hydrospeichern zur Energiebereit- Stellung in die Anschlußleitungen des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers führt zwar zu einer entsprechenden Dämpfungswirkung bedingt durch die vorgespannte Gasseite des Hydrospeichers; allein die hiermit erzielbare Dämpfungswirkung ist als gering anzusehen und bis sich das Gesamtsystem, bestehend aus Hydrospeicher und hydraulischem Verbraucher, auf ein gemeinsames Druckniveau eingestellt hat, kommt es zu entspre- chenden Ausgleichsbewegungen des Fluidversorgungsstromes, was zu dem bekannten Phänomen des „hydraulischen Wippens" führt, d.h. das mit dem hydraulischen Aktuator zu bewegende Bauteil, beispielsweise in Form einer Fahrerkabine, gerät heftig ins Wippen, was von der jeweiligen Bedienperson mehr als unangenehm empfunden wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen dahingehend weiter zu verbessern, dass die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht auftreten, insbesondere verbessertem Bedienungskomfort sowie Ergonomieansprüchen Rechnung ge- tragen wird.
Eine dahingehende Aufgabe löst eine Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit. Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 mittels einer Ansteuereinheit der Fluidversorgungsstrom für den Verbraucher derart angesteuert wird, dass eine gedämpfte Betätigung mit einem sanften Anfahrverhalten erreicht ist, kommt es grundsätzlich für den hydraulischen Verbraucher zu sanften Beschleunigungen, die im Hinblick auf das stetige Geschwindigkeitsverhalten von der Bedienperson als angenehm empfunden werden und etwaig an den hydraulischen Verbraucher angeschlossene mechanische oder hydraulische Betätigungsvorrichtungen werden im Rahmen des jeweiligen Arbeits- und Betätigungsvorganges geschont und das gesamte hydraulische System von unerwünschten Druckstößen entlastet. So erlaubt die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung mit Ansteuereinheit für den Fluidversorgungsstrom, dass beim Bewegen einer Bedienkabine eines Baggers oder eines Kranes in jeder Verfahrstellung die Beschleunigung für die Kabine sanft erfolgt, was neben einem erhöhten Bedienungskomfort auch zur Bediensicherheit mit beiträgt. Die eingesetzte Ansteuereinheit kann so gewählt werden, dass bereits bestehende Maschinenkomplexe nachrüstbar sind und dass die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung mit den Ölreinheiten vor Ort zurande kommt, auch wenn diese von schlechter Qualität sein sollten. Da die Ansteuereinheit eine im wesentlichen reine hydraulische Lösung darstellt, sind bei einer etwaigen Nachrüstung bestehender Einheiten keine Änderungen an der Elektronik oder Elektrik notwendig, was Kosten sparen hilft. Insgesamt läßt sich die erfindungs- gemäße Betätigungsvorrichtung kostengünstiger ausgestalten als der bekannte Einsatz einer Vielzahl von kosten intensiven Proportional-Wege- Schieberventilen mit eingesetzter aufwendiger Steuerelektronik.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Betäti- gungsvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung anhand verschiedener Ausführungsformen nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig.1 in der Art eines Schaltplanes eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung;
Fig.2 und 3 gegenüber der Fig.1 geänderte Ausführungsformen und
Fig.4 im Längsschnitt ein für die hydraulische Betätigungsvorrichtung einsetzbares Proportional-Ventil als Drossel. Die in der Art eines hydraulischen Schaltplanes nach der Fig.1 dargestellte Betätigungsvorrichtung dient der Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers 10 in Form eines hydraulischen Differentialzylinders. Anstelle eines dahingehenden Differentialzylinders könnte auch ein Gleichgangzylinder treten oder ein Hydromotor und vergleichbare Verbraucher, denen man zu einem sanften Anfahrverhalten verhelfen möchte. Der hydraulische Verbraucher 10 in Form des Arbeitszylinders weist eine Kolbenstangeneinheit 12 auf, die zwei hydraulische Arbeitsräume 14,16 voneinander trennt. Der Aufbau dahingehender Arbeitszylinder oder Aktua- toren ist üblich, so dass an dieser Stelle hierauf im einzelnen nicht mehr näher eingegangen wird.
Der Arbeitsraum 14, auch Kolbenarbeitsraum genannt, ist über einen Anschluß A mit der eigentlichen hydraulischen Schaltung verbunden sowie der Arbeitsraum 16, den man auch mit Stangenarbeitsraum bezeichnet, mit der korrespondierenden Anschlußstelle B. Die weiter dargestellten Anschlüsse S1 und S2 im oberen Bereich der hydraulischen Schaltung gesehen dienen dem Anschluß von entsprechenden Sensoren, beispielsweise zur Druckwerterfassung in den korrespondierenden Hydraulikleitungen, die jeweils an den Anschlußstellen A,B ins Freie münden, wobei die Betätigungsvorrichtung vorzugsweise in der Art eines hydraulischen modular aufgebauten Steuerblockes ausgebildet ist. Des weiteren weist die Betätigungsvorrichtung neben den Nutzanschlüssen A,B noch einen hydraulischen Versorgungsanschluß P auf sowie einen Ablauf T, der vorzugsweise unter Umgebungsdruck in einen entsprechenden Versorgungstank einmündet.
Die hydraulische Versorgung am Anschluß P kann über eine entsprechende hydraulische Pumpe erfolgen.
Sofern in dem in Fig.1 gezeigten hydraulischen Schaltplan die Ziffern 1 , 2, 3 und 4 auftreten, beziffern diese jeweils die hydraulischen Ein- und Ausgänge für die jeweilige hydraulische Ventil- oder sonstige Steuerkomponen- te. Sofern im nachfolgenden auf bestimmte Ein- und Ausgänge einer dahingehenden hydraulischen Komponente Bezug genommen wird, werden insoweit die genannten Ziffern zur näheren Bestimmung mit beigezogen. Neben den beiden genannten Sensoranschlüssen SI, S2 ist in Blickrichtung auf die Fig.1 gesehen unterhalb der Nutzanschlüsse A,B in korrespondierender Anordnung jeweils eine einstellbare Drossel 18 vorhanden sowie im Nebenzweig ein in Richtung der Nutzanschlüsse öffnendes Rückschlagventil 20. Darunterliegend angeordnet sind in die hydraulische Versorgungsleitung für die Nutzanschlüsse A und B zwei gegenseitig entsperrbare Rück- schlagventile 22 geschaltet. Der dahingehende hydraulische Versorgungsaufbau für die Nutzanschlüsse A, B ist üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
An den Versorgungsanschluß P ist ein Proportional-Ventil 24 angeschlos- sen, das eine Art Drossel oder Drosselventil ausbildet. Proportional-Ventile sind stetig einstellbare Druck-, Strom- und Wegeventile, die ein veränderliches Eingangssignal in ein proportionales hydraulisches Ausgangssignal umwandeln können. Zwischen Eingang 3 des Proportional-Ventils 24 und dem Versorgungsanschluß P ist eine Blende 26 geschaltet, die insoweit den Fluidversorgungsstrom von der Versorgungspumpe kommend androsselt. Des weiteren verfügt das Proportional-Ventil 24 über zwei Steuereingänge 28,30, wobei an dem Steuereingang 28 der Fluiddruck an der Stelle 1 des Proportional-Ventils 24 ansteht und am Steuereingang 30 der Einstelldruck einer Druckfeder 32 (vgl. Fig.4). Der Arbeitsraum der Druckfeder 32 ist über den Anschluß 4 des Proportional-Ventils 24 und mithin über einen Leckölanschluß 34 mit dem Tank T verbunden. Im Nebenzweig zwischen den Anschlußstellen 2 und 3 des Proportional-Ventils 24 ist wiederum eine Blende 36 geschaltet.
An den Ventilausgang 2 des Proportional-Ventils 24 ist mit dem Eingang 3 ein Schieberventil 38 angeschlossen, das in der Art eines 4/3-Wege- Schieberventils ausgebildet ist mit einer weiteren Anschlußstelle 1, die an den Tankanschluß T angeschlossen ist sowie an den Leckölanschluß 34. Das dahingehende Schieberventil 38 ist beidseitig federzentriert in der gezeigten Ausgangsstellung gehalten und läßt sich über entsprechende Betäti- gungs- oder Schaltmagnete in bekannter Weise ansteuern. Der Ausgang 4 des Schieberventils 38 mündet in Blickrichtung auf die Fig.1 gesehen auf der rechten Seite in die Leitung für den Nutzanschluß B, und zwar über den Eingang 1 des entsperrbaren Rückschlagventils 22. Auf der linken gegenüberliegenden Anschlußseite mündet der Ausgang 4 des Schieberventils 38 auf die Eingangsseite 1 eines Wechselventils 40 bekannter Bauart. Der weitere Eingang 3 des Wechsel venti Is 40 mündet auf die Eingangsseite 1 des linken entsperrbaren Rückschlagventils 22. Des Weiteren mündet der weitere Eingang 3 des Wechselventils 40 auf den weiteren Ausgang 2 des Schieberventiles 38. Für die gegenseitige EntSperrung der beiden Rück- schlagventile 22 münden die Steuerleitungen auf der Eingangsseite 3 der Rückschlagventile 22 jeweils in die gegenüberliegende Zuführleitung für die Nutzanschlüsse A,B.
Der Ausgang 2 des Wechselventils 40 wiederum mündet über eine Blende 42 auf die Eingangsseite 1 mit dem Steuereingang 28, in die wiederum eine weitere Blende 44 geschaltet ist. Zwischen Blende 42 und Tankanschluß T und in Blickrichtung auf die Fig.1 gesehen in der Anschlußstelle der weiteren Blende 44 in die Verbindungsleitung ist ein Druckbegrenzungsventil 46 geschaltet, das im vorliegenden Fall als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet ist mit Öffnungsrichtung in Richtung des Tankanschlusses T. Sofern in der Anmeldung Blenden und Blendenquerschnitte angesprochen sind, lassen sich deren Funktion auch gegebenenfalls über nicht näher dargestellte Drosseln und deren Querschnitte vergleichbar erreichen.
Die als Ganzes mit 48 bezeichnete Ansteuereinheit besteht im wesentlichen aus dem Druckbegrenzungsventil 46 sowie aus den Blenden 42 und 44. Die dahingehende Ansteuereinheit 48 steuert den Fluidversorgungs- strom für den Verbraucher 10 derart an, dass eine gedämpfte Betätigung mit einem sanften Anfahrverhalten für den hydraulischen Verbraucher 10 in Form des Arbeitszylinders erreicht ist. Der im Bereich des Wechselventils 40 anstehende Systemdruck, der die Nutzanschlüsse A,B versorgt, kann innerhalb einer gewissen Schwankungsbreite verschiedenste Druckwerte annehmen und abhängig von der im System wirkenden Last aufgebracht am hydraulischen Zylinder 10 kommt es zu unterschiedlichen Volumenströmen, insbesondere bezogen auf die Blende 42 zwischen Wechselventil 40 und Druckbegrenzungsventil 46. Durch die Druckvorspannung über das Druckbegrenzungsventil 46 läßt sich unter Einsatz der weiteren Blende 44 der derart anstehende Volumenstrom konstant halten mit der Folge, dass die Einstellgeschwindigkeit für die proportional wirkende Drossel 24 gleichfalls konstant ist. Letzteres ist aber eine zwingende Voraussetzung, um den gedämpften sanften Anfahrvorgang für den hydraulischen Verbraucher sicherstellen zu können.
Zum Erzeugen der gedämpften Verfahrbewegung ist zunächst das Schieberventil 38 anzusteuern, was über eine geeignete Betätigungs- oder Steue- rungseinrichtung, ausgelöst von einer Bedienperson, erfolgen kann. Die insoweit dem Schieberventil 38 vorgeschaltete Drossel in Form des Propor- tional-Ventils 24 ist teilweise geöffnet und im übrigen findet auch eine minimierte hydraulische Grundversorgung vom Versorgungsanschluß P kommend über die Blende 36 zusätzlich zum freien Öffnungsquerschnitt der Drossel 24 im Ausgangszustand statt. Wird das Schieberventil 38 in Blickrichtung auf die Fig.1 gesehen in eine Schaltposition verfahren, die dem rechten Schaltbild des Ventils 38 entspricht, wird die Drossel 24 bedingt durch den Öl Zustrom über das Wechselventil 40 über den Arbeits- oder Steuereingang 28 zusehends geöffnet. Durch die Blenden 42 sowie 44, das Druckbegrenzungsventil 46 sowie die wirkende Federkraft über die Druckfeder 32 auf der gegenüberliegend wirkenden Steuereingangsseite 30 wird unter Einbezug der Geometrie des Kolbens 50 des Proportional-Ventils 24 (vgl. Fig.4) die Öffnungscharakteristik für die Drossel 24 und damit die Dämpfungswirkung für das Gesamtsystem bestimmt.
Der über den Anschluß 1 des Proportional-Ventils 24 zusehends zulaufende Steuerölvolumenstrom verschiebt den Kolben 50 zusehends weiter, wodurch der Öffnungsquerschnitt stetig vergrößert wird. Damit wird aber auch der Fluidversorgungsstrom für den hydraulischen Verbraucher 10 vergrößert, wobei durch das Druckbegrenzungsventil 46 das Öffnungsverhalten der Drossel in Form des Proportional-Ventils 24 unabhängig vom Lastdruck am Verbraucher 10 erfolgt. Aufgrund des derartigen stetigen Zuwachses des Fluidstromes zum hydraulischen Verbraucher 10 fährt dieser sanft und kontinuierlich bis zum Erreichen der Maximalgeschwindigkeit an. Das im Stangen-Arbeitsraum 16 verdrängte Fluid bei der dahingehenden Ausfahrbewe- gung der Kolbenstangeneinheit 12 wird über den Nutzanschluß B und den Anschluß 4 des Schieberventils 38 in Richtung des Tankanschlusses T in den Tank ausgeschoben. Durch den anstehenden Fluidstrom am Eingang 3 des Wechselventils 40 ist das in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen rechte entsperrbare Rückschlagventil 22 geöffnet und das am Eingang 1 des linken entsperrbaren Rückschlagventils anliegende Druckniveau steuert das linke Rückschlagventil 22 für die Fluidversorgung über den Nutzanschluß A des Kolben-Arbeitsraumes 14 auf. Wird das Schieberventil 38 in Blickrichtung auf die Fig.1 gesehen in seine linke Schaltposition verfahren, laufen die Vorgänge umgekehrt ab und die Kolbenstangeneinheit 12 fährt entspre- chend ein. Ferner wird das Schließelement des Wechselventils 40 entgegen der Darstellung nach der Fig.1 in die obere Position gebracht, die in Richtung des Eingangs 3 des Wechselventils 40 weist, so dass der Eingang 1 mit dem Ausgang 2 des Wechselventils 40 fluidführend verbunden ist und wiederum über das Proportional-Ventil 24 in gedrosselter Weise und mithin sanft die Einfahrbewegung der Kolbenstangeneinheit 12 erfolgen kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Blende 42 denselben Blenden- durchmesser aufweist wie die Blende 36 und dass die weitere Blende 44 einen kleineren Blendendurchmesser aufweist als die Blenden 42 und 36, wobei die pumpeneingangsseitig angeordnete Blende 26 den kleinsten Blendendurchmesser aufweisen soll. Das Wechselventil 40 arbeitet in der Art eines Abgriffspunktes, wobei ein dahingehender Abgriffspunkt auch über andere hydraulische Mittel (nicht dargestellt) realisierbar wäre, was jedoch mit einem entsprechend erhöhten Schaltungsaufwand einhergeht. Durch die Kombination einer Anfangsdrosselung über das Proportional- Ventil 24 mit der Eingangsblende 36 ist sichergestellt, dass auch im nicht geschalteten Zustand für den sanften Anfahrvorgang des Verbrauchers unter Druck stehendes Fluid auf der Eingangsseite des Betätigungs- oder Schieberventils 38 ansteht. Dergestalt ist ein verzögerungsfreies Anfahren möglich und die aufgezeigte hydraulische Schalteinheit kann dem Grunde nach für jeden hydraulischen Verbraucher eingesetzt werden, auch wenn die Anforderungen an den Anfangsvolumenstrom unterschiedlich sind. Wird eine modifizierte Lösung gemäß der Darstellung nach der Fig.3 eingesetzt, bei der die Blende 36 entfallen ist, müßte man dem Grunde nach bei sich ändernden Anforderungen an den Anfangsvolumenstrom jedes Mal ein ge- ändertes Proportional-Ventil 24 mit einer gerechneten gedrosselten Grundversorgung einsetzen, was zu erhöhten Kosten für die hydraulische Schaltung führen würde.
Gemäß einer weiteren geänderten Ausführungsform nach der Fig.2 kann bei vorhandener Blende 36 das Proportional-Ventil in der gezeigten geschalteten Stellung auch geschlossen sein, wobei dann die gesamte Anpassung über die Blende 36 zu erfolgen hat, was gegebenenfalls die Anpassungsmöglichkeiten für die hydraulische Schaltung gleichfalls begrenzt. Die in Fig.1 gezeigte Kombination aus Anfangsdrosselung über das Proportio- nal-Ventil 24 mit eingesetzter Blende 36 mit permanentem Blendenquerschnitt macht insbesondere aus kostentechnischer Sicht heraus Sinn, wenn das Proportional-Ventil 24 für den kleinsten auftretenden Volumenstrom ausgelegt ist und die größeren Volumenströme durch die Parallelschaltung der Blende 36 zum Proportional-Ventil 24 realisiert ist. Auch ergibt sich durch die dahingehende Anordnung ein erhöhtes dynamisches Verhalten beim sanften gedämpften Anfahren des hydraulischen Verbrauchers 10. Sofern die Ausführungsformen nach den Fig.2 und 3 gegenüber der Lösung nach der Fig.1 geändert sind, sind nur vorstehend die wesentlichen Änderungen erläutert worden und ansonsten werden für dieselben Bauteile auch dieselben Bezugszeichen verwendet, wie in Fig. 1 angegeben.
Die konstruktive Lösung des Proportional-Ventils 24 ist in Fig.4 aufgezeigt. Neben dem blockartigen Ventilgehäuse mit den entsprechenden Anschlußstellen 1,2,3 und 4 ist auf der Oberseite des Gehäuses 52 ein weiteres Gehäuseteil 54 eingeschraubt, das die Druckfeder 32 im wesentlichen auf- nimmt, die sich mit ihrem einen freien Ende an der Innenseite des weiteren Gehäuseteils 54 abstützt und an ihrem anderen Ende an dem Verschiebeoder Steuerkolben 50, der die in der Fig.1 dargestellte Androsselung zwischen den Anschlüssen 2 und 3 des Proportional-Ventils 24 vornimmt. Soll die Lösung nach Fig.1 realisiert sein, hat der Kolben 50 jeweils eine Grund- Stellung einzunehmen, bei der noch ein minimaler angedrosselter
Fluidstrom zwischen den Anschlüssen 2 und 3 erreicht ist. Bei einer Ausführung gemäß der Darstellung nach der Fig.2 müßte der Kolben 50 den dahingehenden Fluidweg dann vollständig sperren, damit der Ausgleich über die Blende 36 erfolgen kann. Für eine entsprechende Androsselung des Fluidstromes ist der Kolben 50 zwischen zwei Kolbenteilen 56,58 mit einer im Durchmesser reduzierten Steuer- oder Ringnut 60 ausgestattet und der am Steuereingang 1 oder 28 anstehende Druck bezogen auf den Kon- stant-Volumenstrom steht dann permanent an der Unterseite des Kolbenteils 58 an. Nach oben hin mündet der Federraum oberhalb des Kolbens 50 in den Leckölanschluß 34, der zur Tankseite T hin ausmündet. Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung findet vorzugsweise dort ihren Einsatz, bei dem Bedienkabinen von Baggern oder Kränen sich mehrere Meter nach vorn oder nach oben bewegen müssen; Einstellbewegungen der Kabine, wie sie notwendig sind, um ein zeitnahes Entladen von Schiffen od. dgl. vornehmen zu können, bei denen die Bedienperson ein erweitertes Sichtfeld benötigt. Dank der sanften Anfahr- und Stoppbewegungen mit linearem Geschwindigkeits- und Besclnleunigungsverhalten ist den an sich sonst auftretenden unangenehmen Wippbewegungen der Kabine begegnet, was neben der Erhöhung des Bedienungskomforts auch ge- stiegenen Sicherheitsanforderungen gerecht wird.
Wie die vorstehenden Ausführungen verdeutlichen, ist das Proportional- Ventil 24 in der Art eines Stetigventiles ausgebildet. In der Ausbildung als Stetigventil kann das Proportional-Ventil 24 für schlechte Ölreinheitsklassen eingesetzt werden, die ansonsten den Einsatz konventioneller Proportionalventile unmöglich machen, sofern diese mit elektrisch betätigbaren Schaltoder Betätigungsmagneten versehen sind. Sofern also in der vorliegenden Anmeldung von einem Proportional-Ventil die Rede ist, meint dies ein Stetigventil ohne Verwendung eines Schalt- oder Betätigungsmagneten. Ferner können alle eingesetzten Drosseln und/oder Blenden durch Siebe vor Verschmutzungen geschützt sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Betätigungsvorrichtung für die Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers (10), wie eines Arbeitszylinders, mittels eines Fluidversor- gungsstromes, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Ansteuereinheit (48) der Fluidversorgungsstrom für den Verbraucher (10) derart angesteuert wird, dass eine gedämpfte Betätigung mit einem sanften Anfahrverhalten erreicht ist.
2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (48) ein Proportional-Ventil (24) aufweist, die als Drossel wirkt, deren Drossel Wirkung zumindest teilweise über einen Steuereingang (28) mit konstantem Fluidvolumenstrom einstellbar ist.
3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Erhalt eines konstanten Fluidvolumenstromes auf der einen Steuereingangsseite (28) mindestens eine Blende (42) geschaltet ist, die ausgangsseitig an den Eingang eines Druckbegrenzungsventils (46) angeschlossen ist.
4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ausgang der einen Blende (42) und Eingang (1) des Druckbegrenzungsventils (46) eine weitere Blende (44) in den Steuereingang (28) für das Proportional-Ventil (24) geschaltet ist.
5. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Steuereingang (30) für das Proportional- Ventil (24) eine Druckfeder (32) aufweist.
6. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen hydraulischem Verbraucher (10) und An- Steuereinheit (48) ein Schieberventil (38), insbesondere 4/3-Wege- Schieberventil, geschaltet ist.
7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schieberventil (38) und hydraulischem Verbraucher (10) ein
Wechselventil (40) mit seinen beiden Eingängen (1,3) geschaltet ist, das mit seinem Ausgang (2) eingangsseitig an die eine Blende (42) angeschlossen ist.
8. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Nebenzweig zwischen Ein- und Ausgang (3,2) des Proportional-Ventils (24) eine weitere dritte Blende (36) geschaltet ist.
9. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportional-Ventil (24) in einer unbetätigten Ausgangsstellung mit einer Grunddrosselung versehen ist.
10. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die beiden Blenden (42,44) der Ansteuereinheit (48) unterschiedliche Blendendurchmesser aufweisen, insbesondere die eine Blende (42) einen größeren Durchmesser aufweist als die andere Blende (44) im Steuereingang (28) des Proportional-Ventils (24).
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