EP4367405A1 - Betätigungsvorrichtung für zumindest einen fluidisch antreibbaren verbraucher - Google Patents

Betätigungsvorrichtung für zumindest einen fluidisch antreibbaren verbraucher

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Publication number
EP4367405A1
EP4367405A1 EP22772934.0A EP22772934A EP4367405A1 EP 4367405 A1 EP4367405 A1 EP 4367405A1 EP 22772934 A EP22772934 A EP 22772934A EP 4367405 A1 EP4367405 A1 EP 4367405A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
valve
control device
suspension
consumer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22772934.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan GRÜN
Michael Berwanger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydac Mobilhydraulik GmbH
Original Assignee
Hydac Mobilhydraulik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydac Mobilhydraulik GmbH filed Critical Hydac Mobilhydraulik GmbH
Publication of EP4367405A1 publication Critical patent/EP4367405A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an actuating device for at least one fluidically drivable consumer, such as a hydraulic actuator, consisting of at least one valve control device for controlling an alternating movement of the respective consumer and at least one suspension device, which is connected between the valve control device and the respective consumer.
  • the suspension device has a further valve control device, the valve piston of which can be moved steplessly in an associated valve housing.
  • DE 10 2014 000 696 A1 discloses a device for a consumer in the form of a hydraulically controllable actuator device.
  • the device has working hydraulics as a control device, via which hydraulic fluid can be applied alternately to two working chambers of the actuator device.
  • a valve device of the device is connected to the pertinent fluid path as part of a suspension device, which in addition to a switching valve and three logic elements has a further control device in the form of a proportional control valve.
  • the actuator device can be connected to a storage device as a further part of the suspension device by means of the valve device beforehand, if the accumulator pressure of the accumulator device is higher than the working pressure in the actuator device, the accumulator pressure is relieved to a tank via the control valve until the working pressure is reached.
  • the switching valve is used to establish or block a fluid connection for charging the storage device.
  • a first logic element is used to compare the working pressure with the accumulator pressure for the purpose of activating a control line for activating a second and third logic element.
  • the second logic element serves to establish or block a fluid connection between one working chamber of the actuator device and the storage device
  • the third logic element serves to establish or block a fluid connection between the other working chamber of the actuator device and the tank. If the device works in a spring-damper mode, in which the accumulator pressure is adapted to the working pressure, the accumulator device is connected to the actuator device via a fluid path through the second logic element.
  • the invention is based on the object of providing an actuating device for at least one fluidically drivable consumer which, with a simple structure, is improved in terms of its operational reliability.
  • the actuating device is characterized in that when the valve piston of the further valve control device is in a springing position, a storage device of the springing device is connected to the respective consumer via a fluid path through the further valve control device.
  • the actuating device can be designed in a simple manner in terms of its structure.
  • the logic elements provided in the prior art according to DE 10 2014 000 696 A1 and the switching and control valve are obsolete or replaced according to the invention by the suspension device, which in its simplest embodiment has only one valve.
  • the leakage of the suspension device is reduced, which is advantageous in hoist suspension systems in which the actuating device is preferably used, because the leakage-induced lowering of the hoist is reduced during operation of the hoist suspension system.
  • the actuating device has greater operational reliability.
  • the provision of a smaller number of valves in the suspension device also improves the dynamics of the actuator and reduces the cost of its manufacture.
  • the actuating device serves to adjust the fluid pressure of the accumulator pressure of the accumulator device and the load-holding suspension pressure in the consumer. Provision is particularly preferably made for the valve control device, which is arranged in a main fluid branch, and the springing device, which is arranged on the other hand in an auxiliary fluid branch, to be arranged in parallel between a pressure supply connection and the consumer.
  • the consumer can be designed as an actuator, for example as a fluidically drivable motor or as a fluidically drivable working cylinder.
  • the further valve control device is set up in such a way that a spring pressure in the consumer and a storage pressure of the storage device are gradually compensated and correspondingly adapted to one another. It is preferably provided that the further valve control device is set up in such a way that when its valve piston moves into the suspension position, the fluid path is at least partially gradually increasingly established, with a suspension pressure in the consumer and a storage pressure of the storage device mutually balancing each other via the fluid path and correspondingly gradually increasingly adapting to one another. By establishing the pertinent fluid connection, the storage device is switched on and thus the suspension is activated.
  • the consumer's piston rod moves, which is more controlled and gradual due to the gradual establishment of the fluid path than a sudden movement.
  • an operator of the actuating device has the option of intervening in and influencing the movement process of the piston rod.
  • the sudden movement of the consumer's piston rod when the suspension is activated is prevented, which, if the actuating device for a consumer is used in the form of a working cylinder of a lifting gear suspension system of a mobile working machine, has a negative effect on the driving stability of the working machine and can result in loss and damage to the can result in the load being lifted by the hoist.
  • valve piston separates a pressure supply connection of the actuating device and the accumulator device from one another during the gradually increasing establishment of the fluid path and/or when arranged in the suspension position. This prevents a movement of the piston rod of the consumer when the suspension is activated due to a fluid pressure at the pressure supply connection that differs from the load-holding suspension pressure in the consumer.
  • an activation device is provided for the valve piston of the additional valve control device, by means of which a force can be applied to a control side of the valve piston of the additional valve control device.
  • the control device is preferably designed as a proportional pressure control valve, via which a control fluid pressure can be applied to a control side of the valve piston of the further valve control device. It is preferably provided that the proportional pressure control valve can be actuated electromagnetically against the force of the control fluid pressure.
  • an electromotive actuator can be provided for controlling the valve piston of the additional valve control device, which actuator acts on one control side of the valve piston of the additional valve control device.
  • Another preferred embodiment provides that a control unit and connected to it, at least one input device and preferably at least one sensor device for detecting status values are provided, and that the proportional pressure control valve or the actuator can be controlled by the control unit.
  • valve piston of the further valve control device can be arranged in a charging position in which the accumulator device is connected to the pressure supply connection via a further fluid path through the further valve control device for its charging and preferably that the consumer is connected via the respective valve control device to this pressure supply port.
  • the storage device can be charged with each pump pressure-increasing control command for extending or retracting the piston rod of the consumer.
  • an orifice or throttle in particular an adjustable one, preferably proportionally adjustable, is connected in the further fluid path.
  • valve piston of the further valve control device can be arranged in a discharge position in which the storage device is connected to the tank connection via a further fluid path through the further valve control device.
  • the storage device can be emptied towards the tank, so that when the actuating device is in a resting state, no fluid pressure or energy remains clamped in the storage device.
  • valve piston of the further valve control device can be arranged in at least one disconnected position, in which it separates all connections of the further valve control device from one another, and that a disconnected position between the suspension position and the load position and/or that a further separating position is provided between the loading position and the unloading position.
  • the separating positions form waiting positions in which the valve piston can be arranged when a previous method step of the actuating device has been completed and the actuating device is ready for a subsequent method step. This improves the response behavior of the actuating device.
  • the consumer is connected to a tank connection in the suspension position of the further valve control device, in particular via the further valve control device.
  • a drain valve can be provided between the consumer and the tank connection and the control fluid pressure for controlling the drain valve acts on a control side of its valve piston.
  • a pressure sensor in each case detects the load-holding suspension pressure or the accumulator pressure, with the respective pressure sensor for transmitting its measured pressure values to the control unit of the operating device is connected.
  • a load-holding valve is provided in a line connected to the consumer, which can be controlled by the proportional valve using the control fluid pressure or via an additional connection of the actuating device or by the control unit. If the load-holding valve is activated by means of the control fluid pressure, separate activation of the load-holding valve is no longer necessary, so that components necessary for such a separate activation need not be provided. If the load-holding valve is controlled by the control unit, this can be done directly or indirectly via a pilot valve.
  • a pressure supply source which can be connected to the pressure supply connection, can be controlled by a load-sensing signal that is dependent on the accumulator pressure. As a result, the pump pressure can be adjusted during a charging process of the storage device as a function of the fluid pressure in the storage device.
  • the further valve control device is designed as a 3/3 or 5/3 or 6/5 proportional directional valve of slide design.
  • the fluid used is hydraulic fluid, in particular hydraulic oil, so that all of the fluidic components of the actuating device are hydraulic components.
  • a further pressure control valve or a pressure cut-off valve is provided in the fluid connection between the pressure supply connection and the further valve control device and/or between this and the accumulator device a pressure-limiting valve for limiting the accumulator pressure.
  • a mobile work machine in particular a construction machine such as a wheel loader or mobile excavator, is provided, with a lifting gear having at least one consumer and the aforementioned actuating device, by means of which the respective consumer can be actuated.
  • the subject of the invention is a method for actuating at least one fluidically drivable consumer by means of a above-mentioned actuating device, with the following method steps: charging the accumulator device to an initial accumulator pressure via the further valve control device arranged in its charging position; and Movement of the valve piston of the further valve control device into its suspension position, with the valve piston at least partially gradually increasing the fluid path between the storage device and the consumer, whereby at the same time a suspension pressure in the consumer and a current storage pressure of the storage device balance each other out via the fluid path and gradually adapt to each other accordingly.
  • the active charging of the storage device to an initial storage pressure ensures that the storage device is charged at all times and is therefore always ready for its spring function.
  • the initial accumulator pressure corresponds to the maximum operating pressure of the actuating device and that the initial accumulator pressure is adapted by discharging the accumulator device. This ensures that activation of the suspension results in a controlled and gradual extension movement of the consumer's piston rod, which is less critical to safety than a retraction movement. Furthermore, the fact that the storage device is only charged once to the maximum operating pressure before activation of the suspension, in particular in contrast to a continuous storage pressure adjustment, increases the energy efficiency and the service life of the storage device and improves the response times and the response behavior of the machine.
  • the initial accumulator pressure is adjusted to the suspension pressure by either discharging or charging the accumulator device, which then corresponds to the current accumulator pressure. This minimizes or even prevents movement of the consumer's piston rod when the suspension is activated.
  • a damping rate can be adjusted by arranging the valve piston of the further valve control device in an intermediate position between the spring position and the adjacent disconnected position.
  • the figures show an actuating device according to the invention for a fluidically drivable consumer 10 in the form of an actuator 10.
  • the actuating device has a valve control device V1 for controlling an alternating movement of the actuator 10 and a spring device 14, which is located between the valve control device V1 and the actuator 10 is switched.
  • the suspension device 14 has a storage device 16 and a further valve control device V2, the valve piston 20 of which can be moved steplessly in its valve housing.
  • the valve piston 20 of the further valve control device V2 can be arranged in a suspension position V2.V, in which it connects the accumulator device 16 to the actuator 10 via a fluid path through the further valve control device V2.
  • the actuating device is used to adjust the fluid pressure of the storage pressure p s of the storage device 16 and the load-holding suspension pressure p a in the actuator 10 for the purpose of subsequent, in particular damped, springing of a piston rod unit 22 of the actuator 10 by means of the storage pressure p s of the storage device 16.
  • the actuating device has a pressure supply source 24 which is connected to a fluid storage tank 26 with its suction side and to a working chamber 28 of the actuator 10 on the piston side via a fluid line with its high-pressure side.
  • a working chamber 30 of the actuator 10 on the rod side is connected to the tank 26 via a further fluid line.
  • the valve control device V1 is connected as the main control valve in the two fluid lines, which form a type of main fluid branch. Depending on the switching position of the valve V1, the high-pressure side can also be the rod side.
  • the suspension device 14 is connected to these two fluid lines in a type of secondary fluid branch and can be selectively switched on.
  • a first connection V2.1 of the additional valve control device V2 of the suspension device 14 is connected via a fluid line to a branching point in the fluid line between the valve control device V1 and the piston-side working chamber 28 of the actuator 10 .
  • a second connection V2.2 of the further valve control device V2 is connected via a further fluid line to a branching point in the fluid line between the valve control device V1 and a pressure supply connection P of the actuating device, to which the pressure supply source 24 is connected on the high-pressure side.
  • a third connection V2.3 of the further valve control device V2 is connected to a fluid side of the storage device 16 .
  • the additional valve control device V2 is designed as a proportional valve.
  • An end position V2.V of the valve piston 20 of the further valve control device V2 corresponds to its suspension position V2.V, in which this valve piston 20 connects the first V2.1 and the third V2.3 connection of the further valve control device V2 to one another and the second connection V2.2 separates from all other connections of the further valve control device V2 and connects the rod side (V2.4) to the tank (V2.5).
  • its one control side 32 can be acted upon against the force of a compression spring 34 by a control device V5, 32 by means of a force in the direction of one end position V2.V in the form of the suspension position V2.V.
  • the additional valve control device V2 is set up in such a way that when its valve piston 20 moves into the suspension position V2.V, the fluid path between the working chamber 28 of the actuator 10 on the piston side and the accumulator device 16 is established gradually, i.e. gradually, whereby a load-holding suspension pressure p a in the piston-side working chamber 28 of the actuator 10 and a storage pressure p s of the storage device 16 mutually compensate via the fluid path and gradually adapt to one another accordingly.
  • the pertinent pressure adjustment is regarded as a passive pressure adjustment.
  • the valve piston 20 of the additional valve control device V2 can also be arranged in an end position V2.III, in which this valve piston 20 separates the first connection V2.1 of the additional valve control device V2 from all of its other connections and its second V2.2 and third V2.3 connector connects to each other via a fluid path.
  • a throttle 72 or orifice can be connected into this fluid path.
  • the valve piston 20 of the further valve control device V2 can be arranged in a disconnected position V2.IV, in which it separates all connections of the further valve control device V2 from one another.
  • a controllable load holding valve V3 is connected in the fluid path between the valve control device V1 and the working chamber 28 of the actuator 10 on the piston side.
  • Load holding valves are the generic term for pipe rupture safety valves or lowering brake valves.
  • the actuating device also has a control unit 36 . At least one input device 38 and at least one sensor device 40 for detecting state values are connected to the control unit 36 . An operator of the actuating device can optionally activate or deactivate the suspension via an input device 38, 42 and can enter control commands for the actuator 10 via this or a further input device 38, 44 and a damping rate of the suspension via this or a further input device 38, 46.
  • a motion sensor 48 is provided as the sensor device 40, in particular for detecting speed values.
  • a check valve V4 is connected in the fluid line between the branching point, which is provided in the fluid line between the pressure supply port P and the valve control device V1, and the second port V2.2 of the further valve control device V2, which counteracts the force of a compression spring in Opens in the direction of the further valve control device V2.
  • the check valve V4 prevents the storage device 16 from being emptied when the valve piston 20 of the further valve control device V2 is arranged in the loading position V2.III and the pressure of the pressure supply source 24 is lower than the storage pressure p s .
  • a first connection V1 .1 of the valve control device V1 is connected to the pressure supply connection P via a fluid line and a second connection V1 .2 is connected in a fluid-carrying manner to the tank connection T via a further fluid line.
  • a third connection V1 .3 of the valve control device V1 is connected via a further fluid line to the piston-side working chamber 28 of the actuator 10 and a fourth connection V1 .4 is connected via a further fluid line to the rod-side working chamber 30 of the actuator 10 .
  • a valve piston 50 of the valve control device V1 which is designed as a 4/3-proportional directional valve V1 is in each case starting from its unactuated first position V1.I shown in the figures against the force of a compression spring 54 into its second position V1 .II can be brought and against the force of another compression spring 52 into its third position V1 .III.
  • the second V1 .II and the third V1 .III position correspond to the two end positions V1 .II, V1 .III of the valve piston 50.
  • the unactuated valve piston 50 is held by the two compression springs 52, 54 and separates all Connections of the valve control device V1 from each other.
  • valve piston 50 of the valve control device V1 connects its first port V1.1 and its fourth port V1.4 to one another and its third port V1.3 and its second port V1.2 to one another.
  • valve piston 50 of the valve control device V1 connects its first port V1.1 and its third port V1.3 to one another and its fourth port V1.4 and its second port V1.2 to one another.
  • one control side 32 of the valve piston 20 is moved counter to the force of the compression spring 34 by means of a control fluid pressure p r in the direction of one end position V2.V acted upon in the form of suspension position V2.V.
  • a proportional pressure control valve V5 is provided to regulate the control fluid pressure p r , the valve piston of which moves counter to the force of the control fluid pressure p r can be actuated electromagnetically.
  • the control unit 36 controls a
  • the control fluid pressure p r is tapped off at a first connection V5.1 of the proportional pressure control valve and conducted via a control line to a control side of the valve piston of the proportional pressure control valve V5.
  • a second connection V5.2 of the proportional pressure control valve V5 is connected to a pilot fluid pressure connection C of the actuating device and a third connection V5.3 is connected to a tank line 58 .
  • the proportional pressure control valve can be supplied from pressure supply port P.
  • control fluid pressure p r is conducted via a further control line and a control connection 60 to one control side 32 of the valve piston 20 of the further valve control device V2.
  • control fluid pressure p r is tapped off at a branching point in the control line between the proportional pressure control valve V5 and the additional valve control device V2 and routed via an additional control line to the load-holding valve V3.
  • the additional valve control device V2 is designed as a 5/3-way valve.
  • the fluid path from the rod-side working chamber 30 of the actuator 10 to the tank 26 leads via the additional valve control device V2.
  • a fourth connection V2.4 of the additional valve control device V2 is connected via an fluid line to a branching point in the fluid line between the rod-side working chamber 30 of the actuator 10 and the valve control device V1.
  • a fifth connection V2.5 of the additional valve control device V2 is connected to the tank line 58 via a fluid line.
  • the fourth V2.4 is connected to the fifth connection V2.5, which in the charging V2.III and disconnected position V2.IV is disconnected from all other connections of the further valve control device V2 are separated.
  • a control pressure is tapped off in the tank line 58 and conducted via a control line and another control connection 62 to another control side 64 of the valve piston 20 of the further valve control device V2.
  • the further valve control device V2 is designed as a 3/3-way valve.
  • the fluid path from the rod-side working chamber 30 of the actuator 10 to the tank 26 leads via a discharge valve V6, which is designed as a 2/2 proportional directional valve V6.
  • a valve piston 66 of the discharge valve V6 separates its two connections V6.1, V6.2 from one another, whereas these connections V6.1, V6.2 in its second end position V6. II are interconnected.
  • control fluid pressure p r acts on a control side 68 of its valve piston 66 and is tapped off at the branching point in the control line between the proportional pressure relief valve V5 and the further valve control device V2.
  • the valve piston 66 of the discharge valve V6 can be brought from its first V6.I end position into its second V6.II end position against the force of a compression spring 70 .
  • the charging position V2.III of the valve piston 20 of the further valve control device V2 corresponds to its non-controlled, other end position V2.III.
  • the accumulator device 16 can be connected to the tank 26 via a shut-off valve, and in particular via a throttle or orifice, in order to release the accumulator pressure p s or accumulator fluid.
  • the further valve control device V2 is designed as a 6/5-way valve.
  • the fluid path from the rod-side working chamber 30 of the actuator 10 to the tank 26 leads over the further valve control device V2.
  • the further valve control device V2 has a fourth V2.4 and a fifth V2.5 connection as well as another control connection 62, which according to the first exemplary embodiment according to FIG V2.IV of the valve piston 20 are connected to one another or separated from one another.
  • the additional valve control device V2 is provided with a sixth connection V2.6, which is connected via a load-reporting or load-sensing connection LS and a corresponding line to the pressure supply source 24 in the form of an adjustable pump 24 for the purpose of pressure setting.
  • the LS signal could also be transmitted electronically to the pumps via a pressure transmitter (at connection LS). This would eliminate the hose line for the pump.
  • the pump 24 is in turn connected to the pressure supply connection P of the actuating device on the high-pressure side.
  • the valve piston 20 of the further valve control device V2 When the valve piston 20 of the further valve control device V2 is arranged in its charging position V2.III, its second port V2.2 and its third port V2.3 are connected to one another via a fluid path in which a branching point is provided, with which its sixth port V2. 6 is connected.
  • the throttle 72 or orifice can be connected in the fluid path between the second connection V2.2 of the further valve control device V2 and this branching point.
  • valve piston 20 of the further valve control device V2 can also be arranged in a discharge position V2.I, in which its third V2.3 and fifth V2.5 connection are connected to one another via a fluid path and the remaining connections are separated from one another.
  • a throttle 76 or orifice can be connected in this fluid path.
  • the valve piston 20 of the further valve control device V2 can be arranged in a further disconnected position V2.11, in which it separates all connections of the further valve control device V2 from one another.
  • a pressure sensor 40, 78, 80 is provided in each case, which is used to transmit its measured values is connected to the control unit 36.
  • an additional pressure-limiting valve for safeguarding the maximum accumulator pressure can be dispensed with, in particular after a safety assessment.
  • proportional control grooves in particular in the respective valve piston 20 of the additional valve control device V2 and/or the proportional pressure control valve V5 ensure a gradual displacement movement of the piston rod 22 of the actuator 10.
  • this control can also be carried out by means of an electromotive actuator 82 according to the fourth exemplary embodiment.
  • the further valve control device V2 is designed and connected in accordance with the further valve control device V2 of the third exemplary embodiment.
  • Pressure sensors 40, 78, 80 corresponding to and connected in accordance with the third exemplary embodiment are also provided.
  • the electromotive actuator 82 is provided for activating the valve piston 20 of the further valve control device V2, the electric motor 84 of which can be activated by the control unit 36 via an electrical line.
  • the load holding valve V3 is activated directly by the control unit 36 .
  • the unloading position V2.I of the valve piston 20 of the further valve control device V2 corresponds to its uncontrolled, other end position V2.I.
  • the loading position V2.III is provided between the unloading position V2.I and the suspension position V2.V.
  • the actuator 10 is designed as a working cylinder 10 .
  • the actuating device is part of a mobile work machine, not shown in the figures, in particular a construction machine, such as a wheel loader or a mobile excavator, with a lifting gear having the working cylinder 10 .
  • Hoist suspension systems which have the actuating device and a hoist, are used to increase the comfort and driving safety of the working machine.
  • the control unit 36 for controlling the additional valve control device V2 can correspond to the control unit 36 of the working machine.
  • the control unit 36 for controlling the additional valve control device V2 can form a unit with the additional valve control device V2, which is physically and physically separate from the control unit of the machine.
  • the latter variant has the advantage that fewer control signals are required for communication between the control unit 36 of the further valve control device V2 and the control unit of the working machine. As a result, the control unit of the working machine can be made simpler in that no inputs and outputs have to be provided for the suspension function.
  • the valve control device V1 can be provided in a main control block and the suspension device 14, in particular the additional valve control device V2, can be provided as an add-on disk for the main control block.
  • the valve control device V1 and the suspension device 14 can be designed in a monoblock design.
  • the valve control device V1 and the further valve control device V2 can be controlled independently of one another, in particular by the control unit 36, and their valve pistons 20, 50 can be moved independently of one another.
  • the accumulator device 16 is charged to an initial accumulator pressure via the additional valve control device V2 arranged in its charging position V2.III.
  • the initial accumulator pressure may correspond to the maximum operating pressure of the actuator, which corresponds to the maximum operating pressure of the hitch. Because the further valve control device V2 is connected to the pressure supply connection P for supplying the actuator 10, the accumulator can be charged passively with each increase in pump pressure that controls the actuator 10. However, storage device 16 is preferably actively charged independently of activation of actuator 10 .
  • valve piston 20 of the further valve control device V2 can be moved into the separating position V2.IV, which lies between the charging position V2. Ill and the suspension position V2.V is provided.
  • the suspension is activated via a corresponding input device 38, 42, in particular permanently; the suspension is not permanently disabled via the input device 38, 42; the working machine exceeds a certain driving speed, which is the speed sensor 40, 48 is detected.
  • the control unit 36 can use control commands for the actuator 10, which are supplied to it by the corresponding input device 38, 44, to check the activation of the suspension for plausibility. It can be provided here that the suspension is only activated when the actuator 10 is not controlled by an operator via the input device 38, 44.
  • the method step of passive pressure adjustment if the predeterminable conditions are met, the East holding valve V3 is opened to activate the suspension if this is arranged in its closed position.
  • the valve piston 20 of the further valve control device V2 is moved, in particular starting from its isolated position V2.IV, into its suspension position V2.V.
  • the valve piston 20 gradually establishes the fluid path between the accumulator device 16 and the piston-side working chamber 28 of the actuator 10, with the suspension pressure pa in this working chamber 28 and a current accumulator pressure p s of the accumulator device 16 balancing out one another via the fluid path and correspondingly gradually increasingly adapt to each other.
  • the working chamber 30 of the actuator 10 on the rod side is connected to the tank 26 .
  • valve piston 20 of the further valve control device V2 is arranged in its uncontrolled discharge position V2.I, as a result of which the storage device 16 is relieved towards the tank 26 .
  • valve piston 20 are first moved starting from the unloading position V2.I in a further separating position V2.ll between the unloading position V2.I and the loading position V2. I'll provide.
  • a charging process step corresponding to the first and second exemplary embodiment, in which case the accumulator pressure p s can be monitored by means of the associated pressure sensor 80 and/or can be supplied to the pump 24 via the load-sensing line.
  • the charging of the storage device 16 can be coordinated with the current degree of utilization 18 of the work machine drive unit in such a way that the storage device 16 is only charged if the drive unit is currently not being fully utilized or sufficient power reserves are available.
  • the degree of utilization 18 of the unit is recorded and fed to the control unit 36 .
  • the unit can be designed as an internal combustion engine or an electric motor.
  • a filling speed of the accumulator device 16 can be specified, in particular set proportionally.
  • valve piston 20 can then be moved back into the disconnected position V2.II provided between the unloading position V2.I and the loading position V2.III.
  • the test method step corresponding to the first and second exemplary embodiment and then the active pressure adjustment of the accumulator pressure p s to the load-holding suspension pressure p a in the piston-side working chamber 28 of the actuator 10 are carried out.
  • the control unit 36 determines a differential pressure between the accumulator pressure p s and the suspension pressure pa , based on which the accumulator pressure p s of the accumulator device 16 is transmitted to the pressure p a is actively adjusted.
  • the valve piston 20 If the accumulator pressure p s is higher than the suspension pressure p a when the suspension is activated, the valve piston 20 is moved to its discharge position V2.I and the accumulator device 16 is relieved towards the tank 26 until the accumulator pressure p s is adjusted to the suspension pressure pa is. If, on the other hand, the suspension pressure p a is higher than the accumulator pressure p s when the suspension is activated, the valve piston 20 is moved into its charging position V2.III and the accumulator device 16 is charged until the accumulator pressure p s is adjusted to the suspension pressure pa . This is considered active pressure adjustment.
  • the storage device 16 has initially been charged to the maximum operating pressure. because then only fluid pressure p s from the storage device 16 to the tank 26 has to be released for active pressure adjustment, for which no power of the drive unit is required.
  • the valve piston 20 increases on its travel path, in particular starting from the disconnected position V2. IV between suspension V2.V and loading position V2.III, in the direction of its suspension position V2.V different intermediate positions corresponding to different damping rates of the suspension.
  • the damping of the suspension is highest when the fluid connection is initially established between the storage device 16 and the actuator 10 and then decreases during the displacement movement of the valve piston 20 in the direction of its suspension position V2.V.
  • the valve piston 20 has finally reached its suspension position V2.V, free suspension is enabled, ie the fluid path between the storage device 16 and the actuator 10 essentially free of flow cross-section constriction devices. Therefore, the damping rate of the suspension can be specified via the corresponding input device 38, 46 by means of a targeted arrangement of the valve piston 20 in an intermediate position between the said separated position V2.IV and suspension position V2.V.
  • valve piston 20 of the additional valve control device V2 is actuated starting from the control unit 36 via the proportional pressure-limiting valve V5 and in the fourth exemplary embodiment starting from the control unit 36 via the electromotive actuator 82.

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Abstract

Es ist eine Betätigungsvorrichtung offenbart für zumindest einen fluidisch antreibbaren Verbraucher (10), wie einen hydraulischen Aktuator, bestehend aus mindestens einer Ventil-Steuereinrichtung (V1) zum Steuern einer alternierenden Bewegung des jeweiligen Verbrauchers (10) und mindestens einer Federungseinrichtung (14), die zwischen die Ventil-Steuereinrichtung (V1) und den jeweiligen Verbraucher (10) geschaltet ist, wobei die Federungseinrichtung (14) eine weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) aufweist, deren Ventilkolben (20) stufenlos in einem zugehörigen Ventilgehäuse verfahrbar ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer Federungsstellung (V2.V) des Ventilkolbens (20) der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) eine Speichereinrichtung (16) der Federungseinrichtung (14) über einen Fluidweg durch die weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) mit dem jeweiligen Verbraucher (10) verbunden ist. Zudem ist ein Verfahren zum Betätigen des jeweiligen Verbrauchers (10) mittels einer derartigen Betätigungsvorrichtung offenbart.

Description

HYDAC MOBILHYDRAULIK GMBH
Betätigungsvorrichtung für zumindest einen fluidisch antreibbaren Verbraucher
Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für zumindest einen fluidisch antreibbaren Verbraucher, wie einen hydraulischen Aktuator, bestehend aus mindestens einer Ventil-Steuereinrichtung zum Steuern einer alternierenden Bewegung des jeweiligen Verbrauchers und mindestens einer Federungseinrichtung, die zwischen die Ventil-Steuereinrichtung und den jeweiligen Verbraucher geschaltet ist, wobei die Federungseinrichtung eine weitere Ventil-Steuereinrichtung aufweist, deren Ventilkolben stufenlos in einem zugehörigen Ventilgehäuse verfahrbar ist.
Aus der DE 10 2014 000 696 A1 ist eine Vorrichtung für einen Verbraucher in Form einer hydraulisch ansteuerbaren Aktuatoreinrichtung bekannt. Die Vorrichtung weist als Steuereinrichtung eine Arbeitshydraulik auf, über die wechselweise zwei Arbeitsräume der Aktuatoreinrichtung mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar sind. An den dahingehenden Fluidweg ist als Teil einer Federungseinrichtung eine Ventileinrichtung der Vorrichtung angeschlossen, die neben einem Schaltventil und drei Eogikelementen eine weitere Steuereinrichtung in Form eines proportionalen Steuerventils aufweist.
Mittels der Ventileinrichtung ist die Aktuatoreinrichtung an eine Speichereinrichtung als weiteren Teil der Federungseinrichtung anschließbar, wobei vorher, falls der Speicherdruck der Speichereinrichtung höher ist als der Arbeitsdruck in der Aktuatoreinrichtung, über das Steuerventil der Speicherdruck zu einem Tank hin entlastet wird bis zum Erreichen des Arbeitsdruckes. Im Betrieb der Vorrichtung dient das Schaltventil zum Herstellen bzw. Sperren einer Fluidverbindung zum Aufladen der Speichereinrichtung. Ein erstes Logikelement dient zum Vergleichen des Arbeitsdruckes mit dem Speicherdruck zwecks Ansteuerns einer Steuerleitung zum Ansteuern eines zweiten und dritten Logikelements. Das zweite Logikelement dient zum Herstellen bzw. Sperren einer Fluidverbindung zwischen einem Arbeitsraum der Aktuatoreinrichtung und der Speichereinrichtung und das dritte Logikelement zum Herstellen bzw. Sperren einer Fluidverbindung zwischen dem anderen Arbeitsraum der Aktuatoreinrichtung und dem Tank. Arbeitet die Vorrichtung in einem Feder-Dämpfer-Modus, in dem der Speicherdruck an den Arbeitsdruck angepasst ist, ist die Speichereinrichtung über einen Fluidweg durch das zweite Logikelement mit der Aktuatoreinrichtung verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Betätigungsvorrichtung für zumindest einen fluidisch antreibbaren Verbraucher bereitzustellen, die bei einfachem Aufbau in ihrer Betriebssicherheit verbessert ist.
Eine dahingehende Aufgabe löst eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zeichnet sich die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung dadurch aus, dass in einer Federungsstellung des Ventilkolbens der weiteren Ventil-Steuereinrichtung eine Speichereinrichtung der Federungseinrichtung über einen Fluidweg durch die weitere Ventil-Steuereinrichtung mit dem jeweiligen Verbraucher verbunden ist. Dadurch ist die Betätigungsvorrichtung hinsichtlich ihres Aufbaus einfach ausbildbar. So sind die im Stand der Technik nach DE 10 2014 000 696 A1 vorgesehenen Logikelemente sowie das Schalt- und Steuerventil hinfällig respektive erfindungsgemäß durch die Federungseinrichtung ersetzt, die in ihrer einfachsten Ausführungsform lediglich ein Ventil aufweist. Aufgrund der reduzierten Ventilanzahl und damit auch einer reduzierten Anzahl von Fluidleitungen und -anschlüssen ist die Leckage der Federungseinrichtung reduziert, was bei Hubwerkfederungssystemen, in denen die Betätigungsvorrichtung bevorzugt Verwendung findet, vorteilhaft ist, weil im Betrieb des Hubwerkfederungssystems das leckagebedingte Absenken des Hubwerks reduziert ist. Dadurch weist die Betätigungsvorrichtung eine höhere Betriebssicherheit auf. Das Vorsehen einer geringeren Anzahl von Ventilen in der Federungseinrichtung verbessert außerdem die Dynamik der Betätigungsvorrichtung und verringert die Kosten bei ihrer Herstellung.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Betätigungsvorrichtung für eine Fluiddruckanpassung des Speicherdrucks der Speichereinrichtung und des lasthaltenden Federungsdrucks im Verbraucher dient. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ventil- Steuereinrichtung, die in einem Hauptfluidzweig angeordnet ist, und die Federungseinrichtung, die demgegenüber in einem Nebenfluidzweig angeordnet ist, zueinander parallel geschaltet, zwischen einem Druckversorgungsanschluss und dem Verbraucher angeordnet sind. Vorliegend kann der Verbraucher als Aktuator ausgebildet sein, wie beispielsweise als fluidisch antreibbarer Motor oder als fluidisch antreibbarer Arbeitszylinder.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die weitere Ventil-Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass sich über diese bei entsprechender Ansteuerung ein Federungsdruck im Verbraucher und ein Speicherdruck der Speichereinrichtung allmählich gegenseitig ausgleichen und entsprechend aneinander anpassen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die weitere Ventil-Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass diese, wenn sich ihr Ventilkolben in die Federungsstellung bewegt, den Fluidweg zumindest teilweise graduell zunehmend herstellt, wobei sich gleichzeitig ein Federungsdruck im Verbraucher und ein Speicherdruck der Speichereinrichtung über den Fluidweg gegenseitig ausgleichen und entsprechend graduell zunehmend aneinander anpassen. Durch die Herstellung der dahingehenden Fluidverbindung wird die Speichereinrichtung zugeschaltet und damit die Federung aktiviert. Falls in dem Verbraucher und der Speichereinrichtung unterschiedliche Fluiddrücke herrschen, kommt es nach der initialen Herstellung dieser Fluidverbindung zu einer Bewegung der Kolbenstange des Verbrauchers, die aufgrund der graduell zunehmenden Herstellung des Fluidweges im Gegensatz zu einer sprungartigen Bewegung eher kontrolliert und allmählich erfolgt. Dadurch hat ein Bediener der Betätigungseinrichtung die Möglichkeit in den Bewegungsvorgang der Kolbenstange einzugreifen und diesen zu beeinflussen. Zudem ist die sprungartige Bewegung der Kolbenstange des Verbrauchers bei Aktivierung der Federung verhindert, die sich, falls die Betätigungseinrichtung für einen Verbraucher in Form eines Arbeitszylinders eines Hubwerkfederungssystems einer fahrbaren Arbeitsmaschine verwendet wird, nachteilig auf die Fahrstabilität der Arbeitsmaschine auswirken sowie einen Verlust und eine Beschädigung der durch das Hubwerk angehobenen Ladung zur Folge haben kann.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Ventilkolben während der graduell zunehmenden Herstellung des Fluidweges und/oder bei Anordnung in der Federungsstellung einen Druckversorgungsanschluss der Betätigungsvorrichtung und die Speichereinrichtung voneinander trennt. Dadurch wird verhindert, dass es beim Aktivieren der Federung aufgrund eines sich von dem lasthaltenden Federungsdruck im Verbraucher unterscheidenden Fluiddrucks am Druckversorgungsanschluss zu einer Verfahrbewegung der Kolbenstange des Verbrauchers kommt. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass zur Ansteuerung der weiteren Ventil-Steuereinrichtung eine Ansteuereinrichtung für den Ventilkolben der weiteren Ventil-Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels der eine Steuerseite des Ventilkolbens der weiteren Ventil- Steuereinrichtung mit einer Kraft beaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist die Ansteuereinrichtung ais Proportional-Druckregelventil ausgebildet, über das eine Steuerseite des Ventilkolbens der weiteren Ventil-Steuereinrichtung mit einem Steuerfluiddruck beaufschlagbar ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Proportional-Druckregelventil entgegen der Kraft des Steuerfluiddrucks elektromagnetisch betätigbar ist. Alternativ dazu kann zur Ansteuerung des Ventilkolbens der weiteren Ventil-Steuereinrichtung ein elektromotorischer Stellantrieb vorgesehen sein, der auf die eine Steuerseite des Ventilkolbens der weiteren Ventil-Steuereinrichtung einwirkt. Dadurch ist jeweils zur Ansteuerung der Federungseinrichtung, insbesondere der weiteren Ventil-Steuereinrichtung, lediglich eine elektrische Steuerleitung vorzusehen.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Regeleinheit und mit dieser verbunden, mindestens eine Eingabeeinrichtung und vorzugsweise mindestens eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von Zustandswerten vorgesehen sind, und dass das Proportional- Druckregelventil oder der Stellantrieb von der Regeleinheit ansteuerbar ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Ventilkolben der weiteren Ventil-Steuereinrichtung in einer Ladestellung anordenbar ist, in der die Speichereinrichtung für ihr Aufladen über einen weiteren Fluidweg durch die weitere Ventil-Steuereinrichtung mit dem Druckversorgungsanschluss verbunden ist und vorzugsweise, dass der Verbraucher über die jeweilige eine Ventil-Steuereinrichtung an diesen Druckversorgungsanschluss angeschlossen ist. Dadurch kann bei jedem pumpendruckerhöhenden Steuerbefehl zum Aus- oder Einfahren der Kolbenstange des Verbrauchers die Speichereinrichtung aufgeladen werden. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass in den weiteren Fluidweg eine, insbesondere anpassbare, vorzugsweise proportional anpassbare, Blende oder Drossel geschaltet ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Ventilkolben der weiteren Ventil-Steuereinrichtung in einer Entladestellung anordenbar ist, in der die Speichereinrichtung über einen weiteren Fluidweg durch die weitere Ventil-Steuereinrichtung mit dem Tankanschluss verbunden ist. Dadurch ist die Speichereinrichtung zum Tank hin entleerbar, so dass in einem Ruhezustand der Betätigungseinrichtung kein Fluiddruck bzw. keine Energie in der Speichereinrichtung eingespannt verbleibt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in diesem Fluidweg eine Drossel oder Blende angeordnet ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Ventilkolben der weiteren Ventil-Steuereinrichtung in zumindest einer Trennstellung anordenbar ist, in der dieser sämtliche Anschlüsse der weiteren Ventil-Steuereinrichtung voneinander trennt, und dass eine Trennstellung zwischen der Federungsstellung und der Eadestellung und/oder dass eine weitere Trennstellung zwischen der Eadestellung und der Entladestellung vorgesehen ist. Die Trennstellungen bilden Wartestellungen, in denen der Ventilkolben anordenbar ist, wenn ein vorhergehender Verfahrensschritt der Betätigungseinrichtung abgearbeitet ist und die Betätigungseinrichtung für einen darauffolgenden Verfahrensschritt bereit ist. Dadurch ist das Ansprechverhalten der Betätigungseinrichtung verbessert.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Verbraucher in der Federungsstellung der weiteren Ventil-Steuereinrichtung, insbesondere über die weitere Ventil-Steuereinrichtung, mit einem Tankanschluss verbunden ist. Alternativ dazu kann in einer Fluidverbindung zwischen dem Verbraucher und dem Tankanschluss ein Ablaufventil vorgesehen sein und der Steuerfluiddruck zur Ansteuerung des Ablaufventils auf eine Steuerseite seines Ventilkolbens wirken.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in der Fluidverbindung zwischen dem Verbraucher und der weiteren Ventil- Steuereinrichtung und/oder zwischen dieser und der Speichereinrichtung jeweils ein Drucksensor den lasthaltenden Federungsdruck bzw. den Speicherdruck erfasst, wobei der jeweilige Drucksensor zur Übermittlung seiner Druckmesswerte an die Regeleinheit der Betätigungsvorrichtung angeschlossen ist. Dadurch kann bereits vor Herstellen der Verbindung zwischen der Speichereinrichtung und dem Verbraucher der Speicherdruck der Speichereinrichtung mittels der Regeleinheit automatisch an den lasthaltenden Federungsdruck des Verbrauchers aktiv angepasst werden, wodurch eine Bewegung der Kolbenstange des Verbrauchers bei Aktivieren der Federung minimiert oder sogar verhindert ist. Außerdem kann basierend auf den Messwerten des der Speichereinrichtung zugeordneten Drucksensors die Befüllungsgeschwindigkeit der Speichereinrichtung eingestellt werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in einer an den Verbraucher angeschlossenen Leitung ein Lasthalteventil vorgesehen ist, das von dem Proportionalventil mittels des Steuerfluiddrucks oder über einen zusätzlichen Anschluss der Betätigungseinrichtung oder von der Regeleinheit ansteuerbar ist. Falls das Lasthalteventil mittels des Steuerfluiddrucks angesteuert wird, ist eine separate Ansteuerung des Lasthalteventils hinfällig, so dass für eine solche separate Ansteuerung notwendige Komponenten nicht vorzusehen sind. Falls das Lasthalteventil von der Regeleinheit angesteuert wird, kann dies direkt oder indirekt über ein Vorsteuerventil geschehen. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Druckversorgungsquelle, die an den Druckversorgungsanschluss anschließbar ist, durch ein von dem Speicherdruck abhängiges Load-Sensing- Signal ansteuerbar ist. Dadurch ist der Pumpendruck während eines Aufladevorgangs der Speichereinrichtung in Abhängigkeit des Fluiddrucks in der Speichereinrichtung einstellbar.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die weitere Ventil-Steuereinrichtung ausgebildet ist als 3/3- oder 5/3- oder 6/5-Proportional-Wegeventil in Schieberbauweise.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das eingesetzte Fluid Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, ist, so dass es sich bei sämtlichen fluidischen Komponenten der Betätigungsvorrichtung um hydraulische Komponenten handelt.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass zur Begrenzung des Systemdrucks ein weiteres Druckregel- oder ein Druckabschaltventil in der Fluidverbindung zwischen dem Druckversorgungsanschluss und der weiteren Ventil-Steuereinrichtung und/oder zwischen dieser und der Speichereinrichtung ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des Speicherdrucks vorgesehen ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine fahrbare Arbeitsmaschine, insbesondere eine Baumaschine, wie beispielsweise ein Radlader oder Mobilbagger, vorgesehen, mit einem den zumindest einen Verbraucher aufweisenden Hubwerk und der voranstehend genannten Betätigungsvorrichtung, mittels der der jeweilige Verbraucher betätigbar ist.
Des Weiteren ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Betätigen zumindest des einen fluidisch antreibbaren Verbrauchers mittels einer vor- anstehend genannten Betätigungsvorrichtung, mit den folgenden Verfahrensschritten: Aufladen der Speichereinrichtung auf einen initialen Speicherdruck über die in ihrer Ladestellung angeordnete weitere Ventil-Steuereinrichtung; und Verfahren des Ventilkolbens der weiteren Ventil-Steuereinrichtung in seine Federungsstellung, wobei der Ventilkolben den Fluidweg zwischen der Speichereinrichtung und dem Verbraucher zumindest teilweise graduell zunehmend herstellt, wobei sich gleichzeitig ein Federungsdruck in dem Verbraucher und ein aktueller Speicherdruck der Speichereinrichtung über den Fluidweg gegenseitig ausgleichen und entsprechend graduell zunehmend aneinander anpassen. Durch das aktive Aufladen der Speichereinrichtung auf einen initialen Speicherdruck wird sichergestellt, dass die Speichereinrichtung jederzeit geladen und damit jederzeit für ihre Federfunktion bereit ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der initiale Speicherdruck dem maximalen Betriebsdruck der Betätigungsvorrichtung entspricht und dass die Anpassung des initialen Speicherdrucks durch Entladen der Speichereinrichtung durchgeführt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Aktivierung der Federung allenfalls eine kontrollierte und allmähliche Ausfahrbewegung der Kolbenstange des Verbrauchers zur Folge hat, die sicherheitsunkritischer ist als eine Einfahrbewegung. Des Weiteren kann dadurch, dass die Speichereinrichtung vor Aktivierung der Federung jeweils nur einmal auf den maximalen Betriebsdruck geladen wird, insbesondere im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Speicherdruckanpassung, die Energieeffizienz und die Lebensdauer der Speichereinrichtung erhöht sowie die Ansprechzeiten und das Ansprechverhalten der Maschine verbessert werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mittels jeweils eines Drucksensors der Federungs- und der Speicherdruck erfasst werden und dass nach dem Laden der Speichereinrichtung und vor ihrem Verbinden mit dem Verbraucher in Abhängigkeit dieser erfassten Drücke der initiale Speicherdruck durch entweder Entladen oder Aufladen der Speichereinrichtung an den Federungsdruck angepasst wird, der danach dem aktuellen Speicherdruck entspricht. Dadurch ist eine Bewegung der Kolbenstange des Verbrauchers bei Aktivieren der Federung minimiert oder sogar verhindert.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Dämpfungsrate einstellbar ist, in dem der Ventilkolben der weiteren Ventil-Steuereinrichtung in einer Zwischenstellung zwischen der Federungsstellung und der benachbarten Trennstellung angeordnet wird.
Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig. 1 bis 4 jeweils in der Art eines Fluidschaltplans ein erstes bis viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung.
Die Figuren zeigen eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung für einen fluidisch antreibbaren Verbraucher 10 in Form eines Aktuators 10. Die Betätigungsvorrichtung weist eine Ventil-Steuereinrichtung V1 zum Steuern einer alternierenden Bewegung des Aktuators 10 und eine Federungseinrichtung 14 auf, die zwischen die Ventil-Steuereinrichtung V1 und den Aktuator 10 geschaltet ist. Die Federungseinrichtung 14 weist eine Speichereinrichtung 16 und eine weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 auf, deren Ventilkolben 20 stufenlos in ihrem Ventilgehäuse verfahrbar ist. Der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 ist in einer Federungsstellung V2.V anordenbar, in der dieser die Speichereinrichtung 16 über einen Fluidweg durch die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 mit dem Aktuator 10 verbindet. Die Betätigungsvorrichtung dient zur Fluiddruckanpassung des Speicherdrucks ps der Speichereinrichtung 16 und des lasthaltenden Federungsdrucks pa im Aktuator 10 zwecks nachfolgender, insbesondere gedämpfter, Federung einer Kolbenstangeneinheit 22 des Aktuators 10 mittels des Speicherdrucks ps der Speichereinrichtung 16.
Die Betätigungsvorrichtung weist eine Druckversorgungsquelle 24 auf, die mit ihrer Saugseite an einen Fluidvorratstank 26 und mit ihrer Hochdruckseite über eine Fluidleitung an einen kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 angeschlossen ist. Ein stangenseitiger Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 ist über eine weitere Fluidleitung an den Tank 26 angeschlossen. In die beiden Fluidleitungen, die eine Art Hauptfluidzweig ausbilden, ist als Hauptsteuerventil die Ventil-Steuereinrichtung V1 geschaltet. Abhängig von der Schaltstellung des Ventils V1 kann die Hochdruckseite auch die Stangenseite sein. Parallel zu der Ventil-Steuereinrichtung V1 ist an diese beiden Fluidleitungen die Federungseinrichtung 14 in einer Art Nebenfluidzweig angeschlossen und wahlweise zuschaltbar.
Ein erster Anschluss V2.1 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 der Federungseinrichtung 14 ist über eine Fluidleitung an einen Verzweigungspunkt in der Fluidleitung zwischen der Ventil-Steuereinrichtung V1 und dem kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 angeschlossen. Ein zweiter Anschluss V2.2 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 ist über eine weitere Fluidleitung an einen Verzweigungspunkt in der Fluidleitung zwischen der Ventil-Steuereinrichtung V1 und einem Druckversorgungsanschluss P der Betätigungseinrichtung angeschlossen, an den die Druckversorgungsquelle 24 hochdruckseitig angeschlossen ist. Ein dritter Anschluss V2.3 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 ist an eine Fluidseite der Speichereinrichtung 16 angeschlossen. Die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 ist als Proportionalventil ausgebildet. Eine Endstellung V2.V des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 entspricht seiner Federungsstellung V2.V , in der dieser Ventilkolben 20 den ersten V2.1 und den dritten V2.3 Anschluss der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 miteinander verbindet und den zweiten Anschluss V2.2 von sämtlichen anderen Anschlüssen der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 trennt und die Stangenseite (V2.4) mit dem Tank (V2.5) verbindet. Zur Ansteuerung des Ventilkolbens 20 ist seine eine Steuerseite 32 entgegen der Kraft einer Druckfeder 34 von einer Ansteuerungseinrichtung V5, 32 mittels einer Kraft in Richtung der einen Endstellung V2.V in Form der Federungsstellung V2.V beaufschlagbar.
Die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 ist derart eingerichtet, dass diese, wenn sich ihr Ventilkolben 20 in die Federungsstellung V2.V bewegt, den Fluidweg zwischen dem kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 und der Speichereinrichtung 16 graduell zunehmend, also allmählich, herstellt, wobei sich ein lasthaltender Federungsdruck pa im kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 und ein Speicherdruck ps der Speichereinrichtung 16 über den Fluidweg gegenseitig ausgleichen und entsprechend graduell zunehmend aneinander anpassen. Die dahingehende Druckanpassung wird als eine passive Druckanpassung angesehen. Während der graduell zunehmenden Herstellung dieses Fluidweges und bei Anordnung des Ventilkolbens 20 in der Federungsstellung V2.V ist der stangenseitige Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 zum Tank 26 hin entlastet. Ebenso findet eine graduelle Druckentlastung des stangenseitigen Raums 30 statt.
Der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 ist zudem in einer Eadestellung V2.III anordenbar, in der dieser Ventilkolben 20 den ersten Anschluss V2.1 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 von ihren sämtlichen anderen Anschlüssen trennt und ihren zweiten V2.2 und dritten V2.3 Anschluss über einen Fluidweg miteinander verbindet. In diesen Fluidweg kann eine Drossel 72 oder Blende geschaltet sein. Zwischen seiner Federungs- V2.V und Ladestellung V2.III ist der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 in einer Trennstellung V2.IV anordenbar, in der dieser sämtliche Anschlüsse der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 voneinander trennt.
In den Fluidweg zwischen der Ventil-Steuereinrichtung V1 und dem kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 ist ein ansteuerbares Lasthalteventil V3 geschaltet. Lasthalterventile sind dabei der Oberbegriff für Rohrbruchsicherungsventile oder Senkbremsventile.
Die Betätigungsvorrichtung weist zudem eine Regeleinheit 36 auf. An die Regeleinheit 36 sind mindestens eine Eingabeeinrichtung 38 und mindestens eine Sensoreinrichtung 40 zum Erfassen von Zustandswerten angeschlossen. Ein Bediener der Betätigungseinrichtung kann über eine Eingabeeinrichtung 38, 42 die Federung wahlweise aktivieren oder deaktivieren sowie über diese oder eine weitere Eingabeeinrichtung 38, 44 Steuerbefehle für den Aktuator 10 und über diese oder eine weitere Eingabeeinrichtung 38, 46 eine Dämpfungsrate der Federung eingeben. Als Sensoreinrichtung 40 ist ein Bewegungssensor 48 vorgesehen, insbesondere zum Erfassen von Geschwindigkeitswerten.
In die Fluidleitung zwischen dem Verzweigungspunkt, der in der Fluidleitung zwischen dem Druckversorgungsanschluss P und der Ventil-Steuereinrichtung V1 vorgesehen ist, und dem zweiten Anschluss V2.2 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 ist ein Rückschlagventil V4 geschaltet, das entgegen der Kraft einer Druckfeder in Richtung der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 öffnet. Das Rückschlagventil V4 verhindert ein Entleeren der Speichereinrichtung 16, wenn der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil- Steuereinrichtung V2 in der Ladestellung V2.III angeordnet und der Druck der Druckversorgungsquelle 24 geringer als der Speicherdruck ps ist. Ein erster Anschluss V1 .1 der Ventil-Steuereinrichtung V1 ist über eine Fluidleitung mit dem Druckversorgungsanschluss P und ein zweiter Anschluss V1 .2 über eine weitere Fluidleitung mit dem Tankanschluss T fluidführend verbunden. Ein dritter Anschluss V1 .3 der Ventil-Steuereinrichtung V1 ist über eine weitere Fluidleitung mit dem kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 und ein vierter Anschluss V1 .4 ist über eine weitere Fluidleitung mit dem stangenseitigen Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 verbunden. Ein Ventilkolben 50 der Ventil-Steuereinrichtung V1 , die als 4/3-Proportio- nal-Wegeventil V1 ausgebildet ist, ist jeweils ausgehend von seiner in den Figuren gezeigten unbetätigten ersten Stellung V1.I entgegen der Kraft einer Druckfeder 54 in seine zweite Stellung V1 .II bringbar und entgegen der Kraft einer weiteren Druckfeder 52 in seine dritte Stellung V1 .III bringbar. Die zweite V1 .II und die dritte V1 .III Stellung entsprechen den beiden Endstellungen V1 .II, V1 .III des Ventilkolbens 50. In der ersten Stellung V1 .1 ist der unbetätigte Ventilkolben 50 durch die beiden Druckfedern 52, 54 gehalten und trennt sämtliche Anschlüsse der Ventil-Steuereinrichtung V1 voneinander. In der zweiten Stellung V1 .II angeordnet, verbindet der Ventilkolben 50 der Ventil-Steuereinrichtung V1 ihren ersten V1.1 und ihren vierten V1 .4 Anschluss miteinander sowie ihren dritten V1 .3 und ihren zweiten V1 .2 Anschluss miteinander. In der dritten Stellung V1 .III angeordnet, verbindet der Ventilkolben 50 der Ventil-Steuereinrichtung V1 ihren ersten V1 .1 und ihren dritten V1 .3 Anschluss miteinander sowie ihren vierten V1 .4 und ihren zweiten V1 .2 Anschluss miteinander.
Bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 ist zur Ansteuerung des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 entgegen der Kraft der Druckfeder 34 die eine Steuerseite 32 des Ventilkolbens 20 mittels eines Steuerfluiddrucks pr in Richtung der einen Endstellung V2.V in Form der Federungsstellung V2.V beaufschlagbar. Zur Regelung des Steuerfluiddrucks pr ist ein Proportional-Druckregelventil V5 vorgesehen, dessen Ventilkolben entgegen der Kraft des Steuerfluiddrucks pr elektromagnetisch betätigbar ist. Dazu steuert die Regeleinheit 36 eine
Magnetbetätigungseinrichtung 56 des Proportional-Druckregelventils V5 an.
Der Steuerfluiddruck pr ist an einem ersten Anschluss V5.1 des Proportional-Druckregelventils abgegriffen und über eine Steuerleitung auf eine Steuerseite des Ventilkolbens des Proportional-Druckregelventils V5 geführt. Ein zweiter Anschluss V5.2 des Proportional-Druckregelventils V5 ist an einen Pilotfluiddruckanschluss C der Betätigungseinrichtung und ein dritter Anschluss V5.3 an eine Tankleitung 58 angeschlossen. Optional besteht die Möglichkeit der Versorgung des Proportionaldruckregelventils vom Druckversorgungsanschluss P aus.
Zudem ist der Steuerfluiddruck pr über eine weitere Steuerleitung und einen Steueranschluss 60 auf die eine Steuerseite 32 des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 geführt. Zur Ansteuerung des Lasthalteventils V3 ist der Steuerfluiddruck pr an einem Verzweigungspunkt in der Steuerleitung zwischen dem Proportional-Druckregelventil V5 und der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 abgegriffen und über eine weitere Steuerleitung zu dem Lasthalteventil V3 geführt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Big. 1 ist die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 als 5/3-Wegeventil ausgebildet. Der Eluidweg von dem stangenseitigen Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 zu dem Tank 26 führt über die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2. Dazu ist ein vierter Anschluss V2.4 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 über eine Eluidleitung an einen Verzweigungspunkt in der Eluidleitung zwischen dem stangenseitigen Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 und der Ventil-Steuereinrichtung V1 angeschlossen. Ein fünfter Anschluss V2.5 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 ist über eine Fluidleitung an die Tankleitung 58 angeschlossen. In der Federungsstellung V2.V ist der vierte V2.4 mit dem fünften V2.5 Anschluss verbunden, die jeweils in der Lade- V2.III und Trennstellung V2.IV von sämtlichen anderen Anschlüssen der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 getrennt sind. In der Tankleitung 58 ist ein Steuerdruck abgegriffen und über eine Steuerleitung und einen anderen Steueranschluss 62 auf eine andere Steuerseite 64 des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 geführt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die weitere Ventil- Steuereinrichtung V2 als 3/3-Wegeventil ausgebildet. Der Fluidweg von dem stangenseitigen Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 zu dem Tank 26 führt über ein Ablaufventil V6, das als 2/2-Proportional-Wegeventil V6 ausgebildet ist. In einer in der Fig. 2 gezeigten unangesteuerten ersten Endstellung V6.I trennt ein Ventilkolben 66 des Ablaufventils V6 seine beiden Anschlüsse V6.1 , V6.2 voneinander, wohingegen diese Anschlüsse V6.1 , V6.2 in seiner zweiten Endstellung V6. II miteinander verbunden sind. Zur Ansteuerung des Ablaufventils V6 wirkt auf eine Steuerseite 68 seines Ventilkolbens 66 der Steuerfluiddruck pr, der an dem Verzweigungspunkt in der Steuerleitung zwischen dem Proportional-Druckbegrenzungsventil V5 und der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 abgegriffen ist. Mittels des Steuerfluiddrucks pr ist der Ventilkolben 66 des Ablaufventils V6 entgegen der Kraft einer Druckfeder 70 von seiner ersten V6.I in seine zweite V6.ll Endstellung bringbar.
Bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel entspricht die Ladestellung V2.III des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 seiner unangesteuerten, anderen Endstellung V2.III. Zudem kann in diesen beiden Ausführungsbeispielen die Speichereinrichtung 16 über ein Absperrventil, und insbesondere über eine Drossel oder Blende, zum Ablassen des Speicherdrucks ps bzw. -fluids mit dem Tank 26 verbindbar sein.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 als 6/5-Wegeventil ausgebildet. Der Fluidweg von dem stangenseitigen Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 zu dem Tank 26 führt über die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2. Die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 weist einen vierten V2.4 und einen fünften V2.5 Anschluss sowie einen anderen Steueranschluss 62 auf, die entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 an Komponenten der Betätigungseinrichtung angeschlossen und in der Federungs- V2.V und Trennstellung V2.IV des Ventilkolbens 20 miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind. Zudem ist die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 mit einem sechsten Anschluss V2.6 versehen, der über einen Lastmelde- bzw. Load-Sensing-An- schluss LS und eine entsprechende Leitung an die Druckversorgungsquelle 24 in Form einer einstellbaren Pumpe 24 angeschlossen ist zwecks deren Druckeinstellung. Das LS-Signal könnte auch über Druckmessumformer (an Anschluss LS) aber auch elektronisch an die Pumpen übermittelt werden. Damit würde die Schlauchleitung der Pumpe entfallen. Die Pumpe 24 ist wiederum hochdruckseitig an den Druckversorgungsanschluss P der Betätigungseinrichtung angeschlossen. Bei Anordnung des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 in seiner Ladestellung V2.III ist ihr zweiter V2.2 und ihr dritter V2.3 Anschluss über einen Fluidweg miteinander verbunden, in dem ein Verzweigungspunkt vorgesehen ist, mit dem ihr sechster Anschluss V2.6 verbunden ist. In den Fluidweg zwischen dem zweiten Anschluss V2.2 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 und diesem Verzweigungspunkt kann die Drossel 72 oder Blende geschaltet sein.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 zudem in einer Entladestellung V2.I anordenbar, in der ihr dritter V2.3 und fünfter V2.5 Anschluss über einen Fluidweg miteinander verbunden und ihre restlichen Anschlüsse voneinander getrennt sind. In diesen Fluidweg kann eine Drossel 76 oder Blende geschaltet sein. Zwischen seiner Entlade- V2.I und Ladestellung V2.III ist der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 in einer weiteren Trennstellung V2.ll anordenbar, in der dieser sämtliche Anschlüsse der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 voneinander trennt. Zudem ist zum Erfassen des jeweiligen Fluiddrucks pa,ps in der Fluidleitung zwischen dem kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 und der weiteren Ventilsteuereinrichtung V2 sowie in der Fluidleitung zwischen dieser V2 und der Speichereinrichtung 16 jeweils ein Drucksensor 40, 78, 80 vorgesehen, der zur Übermittlung seiner Messwerte an die Regeleinheit 36 angeschlossen ist.
Durch den Einsatz des Drucksensors 80 zur Überwachung des Speicherdrucks ps kann, insbesondere nach einer Sicherheitsbeurteilung, auf ein zusätzliches Druckbegrenzungsventil zur Absicherung des maximalen Speicherdrucks verzichtet werden.
Bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel gewährleisten bei einer Aktivierung der Federung insbesondere Proportionalsteuernuten des jeweiligen Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 und/oder des Proportional-Druckregelventils V5 eine allmähliche Verfahrbewegung der Kolbenstange 22 des Aktuators 10. Anstatt der Ansteuerung des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 mittels des Proportional- Druckregelventils V5 kann diese Ansteuerung auch mittels eines elektromotorischen Stellantriebs 82 entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 entsprechend der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 des dritten Ausführungsbeispiels ausgebildet und angeschlossen. Auch sind dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechende und entsprechend angeschlossene Drucksensoren 40, 78, 80 vorgesehen. Im Gegensatz zum dritten ist im vierten Ausführungsbeispiel zur Ansteuerung des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 der elektromotorische Stellantrieb 82 vorgesehen, dessen Elektromotor 84 von der Regeleinheit 36 über eine elektrische Leitung ansteuerbar ist. Des Weiteren wird das Lasthalteventil V3 direkt von der Regeleinheit 36 angesteuert. Bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel entspricht die Entladestellung V2.I des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 seiner unangesteuerten, anderen Endstellung V2.I. Die Ladestellung V2.III ist zwischen der Entladestellung V2.I und der Federungsstellung V2.V vorgesehen.
Der Aktuator 10 ist als Arbeitszylinder 10 ausgebildet. Die Betätigungseinrichtung ist Teil einer in den Figuren nicht gezeigten fahrbaren Arbeitsmaschine, insbesondere einer Baumaschine, wie beispielsweise eines Radladers oder eines Mobilbaggers, mit einem den Arbeitszylinder 10 aufweisenden Hubwerk. Hubwerkfederungssysteme, die die Betätigungseinrichtung und ein Hubwerk aufweisen, dienen zur Komfort- und Fahrsicherheitssteigerung der Arbeitsmaschine.
Die Regeleinheit 36 zur Ansteuerung der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 kann der Regeleinheit 36 der Arbeitsmaschine entsprechen. Alternativ kann die Regeleinheit 36 zur Ansteuerung der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 eine Einheit mit der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 bilden, die von der Regeleinheit der Arbeitsmaschine hardwaretechnisch und räumlich separiert ist. Die letztere Variante hat den Vorteil, dass zur Kommunikation zwischen der Regeleinheit 36 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 und der Regeleinheit der Arbeitsmaschine weniger Steuersignale notwendig sind. Dadurch kann die Regeleinheit der Arbeitsmaschine dahingehend einfacher ausgebildet werden, dass keine Ein- und Ausgänge für die Federungsfunktion vorgesehen sein müssen.
Die Ventil-Steuereinrichtung V1 kann in einem Hauptsteuerblock und die Federungseinrichtung 14, insbesondere die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2, als Anbauscheibe für den Hauptsteuerblock vorgesehen sein. Alternativ können die Ventil-Steuereinrichtung V1 und die Federungseinrichtung 14 in Monoblockbauweise ausgebildet sein. Die Ventil-Steuereinrichtung V1 und die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 sind unabhängig voneinander, insbesondere von der Regeleinheit 36, ansteuerbar und deren Ventilkolben 20, 50 entsprechend unabhängig voneinander verfahrbar.
Die Betätigungsvorrichtung gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird wie folgt betrieben:
Auflade-Verfahrensschritt: Die Speichereinrichtung 16 wird über die in ihrer Ladestellung V2.III angeordnete weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 auf einen initialen Speicherdruck aufgeladen. Der initiale Speicherdruck kann dem maximalen Betriebsdruck der Betätigungsvorrichtung entsprechen, der dem maximalen Betriebsdruck des Hubwerks entspricht. Dadurch, dass die weitere Ventil-Steuereinrichtung V2 an den Druckversorgungsanschluss P zur Versorgung des Aktuators 10 angeschlossen ist, kann eine Speicheraufladung bei jeder den Aktuator 10 ansteuernden Pumpendruckerhöhung passiv durchgeführt werden. Jedoch wird die Speichereinrichtung 16 vorzugsweise unabhängig von einer Ansteuerung des Aktuators 10 aktiv aufgeladen.
Darauf kann ein Trenn-Verfahrensschritt folgen: Nach Aufladen der Speichereinrichtung 16 kann der Ventilkolben 20 der weiteren Ventilsteuereinrichtung V2 in die Trennstellung V2.IV verfahren werden, die zwischen der Ladestellung V2. Ill und der Federungsstellung V2.V vorgesehen ist.
Hierauf folgt ein Prüf-Verfahrensschritt: Für eine Aktivierung der Federung durch die Regeleinheit 36 muss beispielsweise zumindest eine der folgenden Voraussetzungen erfüllt sein: Die Federung ist über eine entsprechende Eingabeeinrichtung 38, 42, insbesondere dauerhaft, aktiviert; die Federung ist über die Eingabeeinrichtung 38, 42 nicht dauerhaft deaktiviert; die Arbeitsmaschine überschreitet eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit, die durch den Geschwindigkeitssensor 40, 48 erfasst ist. Die Regeleinheit 36 kann anhand von Steuerungsbefehlen für den Aktuator 10, die dieser von der entsprechenden Eingabeeinrichtung 38, 44 zugeführt werden, die Aktivierung der Federung plausibilisieren. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Federung erst dann aktiviert wird, wenn der Aktuator 10 über die Eingabeeinrichtung 38, 44 nicht von einem Bediener angesteuert wird.
Danach folgt der Verfahrensschritt der passiven Druckanpassung: Bei Vorliegen der vorgebbaren Voraussetzungen wird für eine Aktivierung der Federung das Easthalteventil V3 aufgesteuert, falls dieses in seiner Schließstellung angeordnet ist. Zudem wird der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil- Steuereinrichtung V2, insbesondere ausgehend von seiner Trennstellung V2.IV, in seine Federungsstellung V2.V verfahren. Dabei stellt der Ventilkolben 20 den Fluidweg zwischen der Speichereinrichtung 16 und dem kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 graduell zunehmend her, wobei sich der Federungsdruck pa in diesem Arbeitsraum 28 und ein aktueller Speicherdruck ps der Speichereinrichtung 16 über den Fluidweg gegenseitig ausgleichen und entsprechend graduell zunehmend aneinander anpassen. Gleichzeitig wird der stangenseitige Arbeitsraum 30 des Aktuators 10 mit dem Tank 26 verbunden.
Die Betätigungsvorrichtung gemäß dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel wird wie folgt betrieben:
In einem deaktivierten Zustand der Betätigungseinrichtung, beispielsweise bei abgeschalteter Arbeitsmaschine, ist der Ventilkolben 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 in seiner unangesteuerten Entladestellung V2.I angeordnet, wodurch die Speichereinrichtung 16 zum Tank 26 hin entlastet wird.
Bei einer darauffolgenden Aktivierung der Betätigungsvorrichtung, beispielsweise bei angeschalteter Arbeitsmaschine, kann der Ventilkolben 20 zunächst ausgehend von der Entladestellung V2.I in eine weitere Trennstellung V2.ll verfahren werden, die zwischen der Entladestellung V2.I und der Ladestellung V2. Ill vorgesehen ist.
Danach folgt ein Auflade-Verfahrensschritt entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, wobei der Speicherdruck ps mittels des zugeordneten Drucksensors 80 überwacht und/oder über die Load-Sensing-Lei- tung der Pumpe 24 zugeführt werden kann. Die Aufladung der Speichereinrichtung 16 kann mit dem aktuellen Auslastungsgrad 18 des Arbeitsmaschinenantriebsaggregats dahingehend abgestimmt werden, dass die Aufladung der Speichereinrichtung 16 nur dann erfolgt, wenn das Antriebsaggregat aktuell nicht voll ausgelastet ist bzw. genügend Leistungsreserven vorhanden sind. Dazu wird der Auslastungsgrad 18 des Aggregats erfasst und der Regeleinheit 36 zugeführt. Das Aggregat kann als Verbrennungskraftmaschine oder Elektromotor ausgeführt sein. In Abhängigkeit des Speicherdrucks 16 und des Auslastungsgrads 18 des Antriebsaggregats kann eine Befüllungsgeschwindigkeit der Speichereinrichtung 16 vorgegeben werden, insbesondere proportional eingestellt werden.
Anschließend kann der Ventilkolben 20 wieder zurück in die zwischen der Entladestellung V2.I und der Ladestellung V2.III vorgesehene Trennstellung V2.ll verfahren werden.
Bei Aktivierung der Federung wird zunächst der Prüf-Verfahrensschritt entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sowie anschließend die aktive Druckanpassung des Speicherdrucks ps an den lasthaltenden Federungsdruck pa in dem kolbenseitigen Arbeitsraum 28 des Aktuators 10 durchgeführt. Dazu wird basierend auf den Messwerten der beiden Drucksensoren 40, 78, 80 von der Regeleinheit 36 ein Differenzdruck zwischen dem Speicherdruck ps und dem Federungsdruck pa ermittelt, basierend auf dem der Speicherdruck ps der Speichereinrichtung 16 an den Fe- derungsdruck pa aktiv angepasst wird. So wird, falls bei Aktivierung der Federung der Speicherdruck ps höher als der Federungsdruck pa ist, der Ventilkolben 20 in seine Entladestellung V2.I verfahren und die Speichereinrichtung 16 zum Tank 26 hin entlastet bis der Speicherdruck ps an den Federungsdruck pa angeglichen ist. Falls hingegen bei Aktivierung der Federung der Federungsdruck pa höher als der Speicherdruck ps ist, wird der Ventilkolben 20 in seine Ladestellung V2.III verfahren und die Speichereinrichtung 16 so lange geladen bis der Speicherdruck ps an den Federungsdruck pa angeglichen ist. Dies wird als aktive Druckanpassung angesehen. Falls die aktive Druckanpassung durchgeführt wird, nachdem die Federung aufgrund des Erreichens einer bestimmten Verfahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine aktiviert wurde und die Arbeitsmaschine unter nahezu Vollauslastung ihres Antriebsaggregats aktuell beschleunigt wird, ist es von Vorteil, wenn die Speichereinrichtung 16 initial auf den maximalen Betriebsdruck geladen worden ist, weil zur aktiven Druckanpassung dann lediglich Fluiddruck ps aus der Speichereinrichtung 16 zum Tank 26 hin abgelassen werden muss, wofür keine Leistung des Antriebsaggregats benötigt wird.
Hierauf folgt der Verfahrensschritt der passiven Druckanpassung und gegebenenfalls der Trenn-Verfahrensschritt entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
In jedem Ausführungsbeispiel nimmt der Ventilkolben 20 auf seinem Verfahrweg, insbesondere ausgehend von der Trennstellung V2. IV zwischen Federungs- V2.V und Ladestellung V2.III, in Richtung seiner Federungsstellung V2.V verschiedene Zwischenstellungen ein, die verschiedenen Dämpfungsraten der Federung entsprechen. Dabei ist die Dämpfung der Federung bei der initialen Herstellung der Fluidverbindung zwischen Speichereinrichtung 16 und dem Aktuator 10 am höchsten und nimmt dann während der Verfahrbewegung des Ventilkolbens 20 in Richtung seiner Federungsstellung V2.V ab. Ist der Ventilkolben 20 schließlich in seiner Federungsstellung V2.V angelangt, ist eine freie Federung ermöglicht, also der Fluidweg zwischen der Speichereinrichtung 16 und dem Aktuator 10 im Wesentlichen frei von Strömungsquerschnittsverengungseinrichtungen. Daher lässt sich über die entsprechende Eingabeeinrichtung 38, 46 mittels einer gezielten Anordnung des Ventilkolbens 20 in einer Zwischenstellung zwischen der genannten Trennstellung V2.IV und Federungsstellung V2.V die Dämpfungsrate der Federung vorgeben.
In dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ansteuerung des Ventilkolbens 20 der weiteren Ventil-Steuereinrichtung V2 ausgehend von der Regeleinheit 36 über das Proportional-Druckbegrenzungsventil V5 und in dem vierten Ausführungsbeispiel ausgehend von der Regeleinheit 36 über den elektromotorischen Stellantrieb 82.

Claims

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P a t e n t a n s p r ü c h e Betätigungsvorrichtung für zumindest einen fluidisch antreibbaren Verbraucher (10), wie einen hydraulischen Aktuator, bestehend aus mindestens einer Ventil-Steuereinrichtung (VI ) zum Steuern einer alternierenden Bewegung des jeweiligen Verbrauchers (10) und mindestens einer Federungseinrichtung (14), die zwischen die Ventil- Steuereinrichtung (VI ) und den jeweiligen Verbraucher (10) geschaltet ist, wobei die Federungseinrichtung (14) eine weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) aufweist, deren Ventilkolben (20) stufenlos in einem zugehörigen Ventilgehäuse verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Federungsstellung (V2.V) des Ventilkolbens (20) der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) eine Speichereinrichtung (16) der Federungseinrichtung (14) über einen Fluidweg durch die weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) mit dem jeweiligen Verbraucher (10) verbunden ist. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) derart eingerichtet ist, dass sich über diese bei entsprechender Ansteuerung ein Federungsdruck (pa) im Verbraucher und ein Speicherdruck (ps) der Speichereinrichtung (16) allmählich gegenseitig ausgleichen und entsprechend aneinander anpassen. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) derart eingerichtet ist, dass diese, wenn sich ihr Ventilkolben (20) in die Federungsstellung (V2.V) bewegt, den Fluidweg zumindest teilweise graduell zunehmend herstellt, wobei sich gleichzeitig der Federungsdruck (pa) im Verbraucher (10) und der Speicherdruck (ps) der Speichereinrichtung (16) über den Fluidweg gegenseitig ausgleichen und entsprechend graduell zunehmend aneinander anpassen. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (20) während der graduell zunehmenden Herstellung des Fluidweges und/oder bei Anordnung in der Federungsstellung (V2.V) einen Druckversorgungsanschluss (P) der Betätigungsvorrichtung und die Speichereinrichtung (16) voneinander trennt. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der weiteren Ventil- Steuereinrichtung (V2) ein Proportional-Druckregelventil (V5) vorgesehen ist, über das eine Steuerseite (32) des Ventilkolbens (20) der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) mit einem Steuerfluiddruck (pr) beaufschlagbar ist. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportional-Druckregelventil (V5) entgegen der Kraft des Steuerfluiddrucks (pr) elektromagnetisch betätigbar ist. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (20) der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) in einer Ladestellung (V2.III) anordenbar ist, in der die Speichereinrichtung (16) für ihr Aufladen über einen weiteren Fluidweg durch die weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) mit dem Druckversorgungsanschluss (P) verbunden ist und vorzugsweise, dass der Verbraucher (10) über die jeweilige eine Ventil-Steuereinrichtung (VI ) an diesen Druckversorgungsanschluss (P) angeschlossen ist. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (20) der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) in zumindest einer Trennstellung (V2.ll, V2.IV) anordenbar ist, in der dieser sämtliche Anschlüsse der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) voneinander trennt, und dass eine Trennstellung (V2.IV) zwischen der Federungsstellung (V2.V) und der Ladestellung (V2.III) und/oder dass eine weitere Trennstellung (V2.ll) zwischen der Ladestellung (V2.III) und einer Entladestellung (V2.I) des Ventilkolbens (20) der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) vorgesehen ist, in der die Speichereinrichtung (16) über die weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2) mit einem Tankanschluss (T) verbunden ist.
9. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Fluidverbindung zwischen dem Verbraucher (10) und dem Tankanschluss (T) ein Ablaufventil (V6) vorgesehen ist und dass zur Ansteuerung des Ablaufventils (V6) auf eine Steuerseite (68) seines Ventilkolbens (66) der Steuerfluiddruck
(pr) wirkt. 0. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (40, 78), der den Federungsdruck (pa) des Verbrauchers (10) erfasst, und/oder ein weiterer Drucksensor (40, 80) vorgesehen ist, der den Speicherdruck
(ps) der Speichereinrichtung (16) erfasst, der jeweils zur Übermittlung seiner Druckmesswerte an eine Regeleinheit (36) der Betätigungsvorrichtung angeschlossen ist. 1 . Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Easthalteventil (V3) vorgesehen ist, das den Federungsdruck (pa) im Verbraucher (10) absichert und von dem Proportional-Druckregelventil (V5) mittels des Steuerfluiddrucks (pr) oder über einen zusätzlichen Anschluss der Betätigungseinrichtung oder von der Regeleinheit (36) ansteuerbar ist. 28 Verfahren zum Betätigen zumindest eines fluidisch antreibbaren Verbrauchers (10) mittels einer Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , mit den folgenden Verfahrensschritten:
- Aufladen der Speichereinrichtung (16) auf einen initialen Speicherdruck über die in ihrer Ladestellung (V2.III) angeordnete weitere Ventil-Steuereinrichtung (V2); und
- Verfahren des Ventilkolbens (20) der weiteren Ventil-Steuereinrichtung (V2) in seine Federungsstellung (V2.V), wobei der Ventilkolben (20) den Fluidweg zwischen der Speichereinrichtung (16) und dem Verbraucher (10) zumindest teilweise graduell zunehmend herstellt, wobei sich gleichzeitig ein Federungsdruck (pa) in dem Verbraucher (10) und ein aktueller Speicherdruck (ps) der Speichereinrichtung (16) über den Fluidweg gegenseitig ausgleichen und entsprechend graduell zunehmend aneinander an passen. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels jeweils eines Drucksensors (40, 78, 80) der Federungs- (pa) und der Speicherdruck (ps) erfasst werden und dass nach dem Aufladen der Speichereinrichtung (16) auf den initialen Speicherdruck und vor ihrem Verbinden mit dem Verbraucher (16) der initiale Speicherdruck in Abhängigkeit dieser erfassten Drücke (pa, ps) durch entweder Entladen oder Aufladen der Speichereinrichtung (16) an den Federungsdruck (pa) angeglichen wird.
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