JP2012527586A - 移動式油圧装置、移動式油圧機械およびバルブユニットのための油圧切換機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、バルブブロックを備えた、そのシリンダ室（ＺＡ、ＺＢ）が作動液のためのポンプ連結部（Ｐ）に、タンク連結部（Ｔ）に、または相互に、選択的に連結されうる動作シリンダ（６）の動きを制御するための電気油圧的に作動可能なバルブユニットを備えた、およびバルブユニットを作動するための事前制御バルブを備えた移動式油圧装置、例えば油圧掘削機のための油圧切換機構（１０）に関し、本発明による独立したタンクバルブユニット（Ｃ２、Ｃ４）およびポンプバルブユニット（Ｃ１、Ｃ３）によって、油圧切換機構およびまた適切な事前制御システム（７）により、方向制御弁機能の実現だけでなく、直接制御される、および付加的な事前制御される下降制動機能、シリンダの最大圧力保護および移動の方向の負負荷力下での移動を制御するためおよび緊急時の制動ための比例絞り弁機能の実現も可能となる。さらに本発明は、また、そのような油圧切換機構を有する移動式油圧機械に関し、また、そのためのバルブユニットに関する。

Description

本発明は、移動式油圧機械の移動式油圧装置のための油圧切換機構、特に、バルブブロック内に配置され、いずれの場合においてもシリンダ連結部を介してバルブブロックに連結されうる２つの反対方向に作動するシリンダ室を有する動作シリンダの動きを制御するための電気油圧的に作動可能なバルブユニットを備えたバルブブロックを備えた油圧掘削機に関する。シリンダ連結部は、作動液のためのポンプ連結部に、タンク連結部に、または相互に、およびバルブユニットの電気油圧作動のための事前制御バルブと、選択的に連結され、対応する動作シリンダの移動の方向のための方向制御バルブ機能および一連の動作のための下降制動機能は油圧切換機構によって制御されうる。本発明は、また、そのような油圧切換機構を有する移動式油圧機械およびそのためのバルブユニットに関する。

運転可能な、したがって移動式作業機械の場合、油圧装置の構造設計に求められる特定の制約および要求によって、定置式油圧機器と平行して移動式油圧装置という独立カテゴリーが発展することになったものであり、本発明は移動式油圧装置の技術分野に関する。油圧シリンダまたは油圧モータを制御するための油圧駆動機器において、駆動動作は、通常、圧力および移動の方向とは逆の外側からシリンダに作用する負荷力（正負荷力）に抗してポンプユニット内に発生した通過流で行われる。しかしながら、動作中に、上昇した負荷の低下、移動する質量の制動または負荷方向の反転時等に、シリンダの望まない先導および制御されない下降につながる負負荷力を移動の方向に生じさせる可能性もある。制御されない移動に加えて、ポンプ通過流によって押されたキャビテーションを伴う負圧がシリンダ側に生じ、その結果、油圧システムが破損する可能性がある。移動式油圧機械内の動作シリンダを制御するため、特に移動式油圧装置における使用のために設計され、起動時、ポンプから動作シリンダへの油流入部および動作シリンダからタンクへの油流出部の両方を比例制御した状態に絞る比例絞り機能を備えたピストンスライドバルブ型の６／３ポート方向制御バルブが利用される。一般にシリンダの伸長時の主な作業動作は、負荷が使用者の所望の動きの方向とは逆に押圧状態で作用する正の力負荷で起こる。しかしながら、負の力負荷は移動の両方向においても起こる可能性があり、負荷は例えば、負荷の下降、移動する大きな質量の制動および外部に作用する力の負荷変動時等に所望の動きの方向と同じ方向に引く状態で作用する。結果として、望まない加速およびシリンダの制御されない移動を防止するためシリンダからタンクへ流れる流量を絞らなければならず、この目的のため下降制動機能を有するバルブを設けることが公知である。移動式油圧装置において、吐出ポンプから連結されたシリンダへの通過流の分配を含む、必要な追加機能のすべてを備える複数の６／３ポート方向制御バルブを有する複雑な制御ブロックが利用される。

移動式作業機械の分野の掘削機のブームおよびショベル、バケットまたはスライドプラウなどの他の作業マニピュレータは、現在、ハンドレバー事前制御装置（ジョイスティック）により、主にオペレータによって制御されている。例えば負荷の変更または特に速いまたは遅い動きが原因で問題のある動作状態が起こると、オペレータはそこで対応する動作信号の修正を行い、所望の設定値の動作を維持しなければならず、それには適切な訓練および経験が必要となる。ショベル式掘削機のブームおよびディッパのシリンダ制御に関して、伸長操作後にシリンダの後退時の下降がポンプ流なく自重により行われることを意図する独立した機能が得られる。この機能は、以下、「フローティング」と呼ばれる。このため、動作シリンダのピストン側とロッド側とはバイパス連結されるかまたは短絡される。重量の力によってピストン側から移動した油は、吸い出された油量を補充するため、部分的にロッド側に流れ、残量はタンクに流れる。下降速度はバイパスバルブを可変の遠隔制御可能な状態で絞ることにより電気油圧的に比例制御される。タンクに流れる残量は、シリンダのライン内の流れ損失によりシリンダ内でキャビテーションが生じない程度の事前制御をシリンダ連結部の圧力に施す事前制御リターンバルブを通って流れる。バイパスモードにおける自重による下降に必要なこれらのバルブを、メインフロー内に移動式制御ブロックとシリンダとの間の対応する通過流容量と共に付加的に設置しなければならない。現在まで使用されている移動式油圧装置ではバイパスを介した部分負荷範囲内に通過流が生成されるため、駆動の効率を大幅に低下させるかなりの油圧エネルギ損失が生じ、油圧システムの高い冷却能力を必要とする。シリンダから逆流する通過流を絞るため、従来使用されているバルブスライドを有するバルブユニットは常に制御端のアンダーカットで精密制御された範囲内で閉方向に作動される必要があるため、この損失効果は、特に制動負負荷を移動の方向に強制的にかける場合に発生する。バルブ制御の原理に起因するこれらの油圧エネルギ損失は、全体寸法および移動式作業機械の駆動力が増加するにつれて欠点として次第に表面化する。

特に、例えば露天掘りにおいて使用されるような大型移動式機械および広域用掘削機の場合、制御される高負荷、必要な通過流量および１０００リットル／分を大幅に上回る通過流量比、および上述の欠点という状況から、ケーブル制御を備えた移動式機械が通常使用される。

本発明の目的は、上述の欠点を有さず、より少ない油圧エネルギ損失で操作することができ、大型油圧機械の場合でさえもケーブル制御を不要にすることを可能とする移動式油圧装置のための油圧切換機構を提供することである。

これらのおよびさらなる目的は、請求項１に示される油圧切換機構のための本発明によって実現される。さらなる有利な構成、大型油圧機械の主な用途領域のための特定の解決策、およびまた有利に使用できるバルブユニットがさらなる特許請求の範囲において示される。

本発明によれば、コーンシートバルブを含み、それぞれが動作シリンダのバルブブロック内に設けられるばね装填式のバルブコーンを有する４つのコーン状のシートバルブユニットの提供がなされる。その第１のバルブユニットは、第１のシリンダ室連結部とポンプ連結部との間にポンプバルブユニットを形成し、第２のバルブユニットは、第１のシリンダ室連結部とタンク連結部との間にタンクバルブユニットを形成し、第３のバルブユニットは、第２のシリンダ室連結部とポンプ連結部との間にポンプバルブユニットを形成し、第４のバルブユニットは、第２のシリンダ室連結部とタンク連結部との間にタンクバルブユニットを形成し、圧力制限機能および下降制動機能は、シリンダ室連結部内の圧力に応じて圧力依存状態で複数の事前制御バルブを含む対応する事前制御バルブシステムを介してタンクバルブユニットにより移動の両方向において実現されうる。本発明による油圧切換機構の場合、制御ブロックは、始動、停止および移動方向制御ならびに適切な事前制御バルブシステムにより、また、追加のバルブなしでのシリンダバイパス制御の重量による下降の方向制御弁機能を備えた動作シリンダを制御するため、オプションとして最大通過流速度用に設計されるコーンシートバルブを有する４つのバルブユニットを備えて設けられ、事前制御バルブシステムに応じて、タンクバルブユニットに、付加的な事前制御される下降制動機能で直接制御される等のさらなるバルブ機能、シリンダの最大圧力保護および非常停止時に負負荷力下において動作および制動の方向に移動を制御するための比例絞り弁機能を設けることが可能である。特に大荷重を移動するための油圧掘削機では、最適なエネルギ利用を実現するため、動作シリンダの移動の速度制御が、さらなる絞り弁機能なしでポンプ吐出流を調節することにより直接行われると有利である。シリンダ連結部はそれぞれ２つのポンプバルブユニットを介してポンプユニットに連結されうる。シリンダ連結部はそれぞれタンクバルブユニットを介してタンクに連結されうる。タンクバルブユニットのバルブコーンは、制御連結部を介して、およびまた好ましくはバルブブロック内に一体化したパイロットおよび事前制御バルブを介して、圧力に依存して制御されかつ配置される。

移動式油圧装置を最適化するため、始動、停止および方向に作用するための方向制御弁機能に加えて、ゼロ位置におけるブロック機能、２つのシリンダ室、したがって動作シリンダのピストン側またはシリンダロッド側の最大圧力保護、逆圧をシリンダ負荷力に適応させた逆圧機能、したがって動作シリンダの移動の両方向に作動可能な、開放可能な逆圧機能を備えた下降制動バルブ機能および負のシリンダ負荷力およびポンプの吐出流制御とは無関係に移動する質量の制動時、タンクへのシリンダ流出を制御するための電気油圧式比例絞り弁機能を確実にすることを可能とするタンクバルブユニットであれば特に有利である。ポンプ流のないシリンダ負荷力（重さの力）によるシリンダ後退のための下降操作を制御すること、すなわち特に、本発明による特に有利な形態によれば、比例絞り弁機能が事前制御バルブシステムを介して両タンクバルブユニットに一体化された場合に実現されうるいわゆる「フローティング」に加えて、比例絞り弁機能を使用することもできればさらに有利である。バルブユニットの複数のバルブ機能を組み合わせることには、同様に事前制御バルブシステム内の複数のパイロットまたは事前制御バルブを含む事前制御回路を必要とし、以下の文では、複数のバルブ機能をコンパクトかつ操作的に信頼の高い油圧切換機構の構造と組み合わせて実現するためのバルブユニットおよび事前制御バルブシステムの多数の有利な構成および変形例を示す。

有利な構成によれば、タンクバルブユニットのバルブコーンは、対応するシリンダ連結部内の圧力で直接加圧されるシート面および事前制御バルブシステム内の圧力制限バルブの介在により同じ圧力で間接的に加圧される制御面を有することができる。バルブコーンの切換位置は、シリンダ室連結部内の油圧によりシート面に作用する圧力による力に対して、制御面に作用する制御圧力に依存する。制御圧力が開放されると、バルブコーンは開き、通過流が両方向で発生しうる。制御圧力が印加されると、バルブコーンは閉じ、漏油のない状態で通過流を遮断する。さらに好ましくは、シリンダ連結部と圧力制限バルブとの間の制御ライン内にノズルを配置されうるおよび／または圧力制限バルブと制御面を加圧するための制御室との間の制御ライン内にノズルが配置されうる。タンクバルブユニットは次いでその出力機能内で事前制御される圧力制限バルブを形成しうる。それはさらなる圧力開放を実現するためにパイロットバルブシステム内の事前制御バルブを切換えることにより可能となる。

特に、バルブスプリングに加えて、本発明による油圧切換機構を大荷重掘削機の移動式油圧装置に使用する場合に行われうるように、バルブコーンの開圧力を、例えば６０ｂａｒ〜１００ｂａｒのブロック圧力に増加するため、タンクバルブユニットのバルブコーンは円板ばね積重物のバルブシートの方向のばね力に晒されうる。特に有利な構成によれば、バルブコーンは、シート面と逆側を向いて位置するキャビティを有する中空のソケットとして設計され、バルブスプリングおよびプランジャはそれぞれキャビティの底部の一端においてバルブコーンに支えられ、プランジャの別の端部は円板ばね積重物のばね力に晒される。円板ばね柱のタンクバルブユニット内への据付けは、プランジャを介してさらなる高い閉力をバルブコーンに伝えることが可能なプランジャ手段によって案内され、直接制御される圧力制限をさらに設けることができる。したがって直列配置した円板ばね間の摩擦のため、設置した事前制御される圧力機能の場合の応答の制御の安定性が向上する。バルブコーン上に直接作用する円板ばね積重物の閉機能がさらなる安全機能をもたらし、それは事前制御システムが故障した場合、例えば圧力制限バルブへの入口ノズルが詰まり、結果としてバルブコーン制御面に蓄積される圧力の不足が生じた場合でさえも、この直接作用する円板ばね力の逆圧が制動目的のため留まることを意味する。

タンクバルブユニットの場合、円板ばね積重物とバルブコーンとの間にリフティングピストンを備えたリフティングピストンスリーブを配置すると特に有利であり、円板ばね積重物と逆側を向いて位置するリフティングピストンのその表面はリフティングピストン制御側部を形成し、かつ制御ラインを介して他のシリンダ室連結部それぞれの油圧に晒されうるかまたは晒される。リフティングピストンは、プランジャ上を移動可能に案内され、プランジャに対して軸方向に移動可能であることが好ましい。このリフティングピストン機能はバルブコーン／プランジャの動きから機械的に運動学的に分離され、円板ばね積重物の柱上のみに作用する。その結果、バルブ事前制御システムによって制御される、バルブコーンを備えた閉じるおよび押す機能が並列かつ同時に可能となる。作動可能な逆圧機能を備えた直接制御される下降制動バルブの機能が生じる。

約３５０ｂａｒまでのさらにより高い負荷保持圧力のための拡張した下降制動機能を実現するため、別の実施形態によれば、対応するシリンダ室連結部に連結される制御ラインの圧力に好ましくは電気的に作動可能なパイロットバルブを介して晒される開圧面を有し、かつバルブコーンの制御圧面においてさらなる圧力開放を生じさせるために圧力戻りラインを介して別のシリンダ室内の圧力に晒される圧力作動面を有するバルブコーンスライドを備えた直接制御されるパイロット下降制動バルブがバルブ事前制御システム内に配置されうる。パイロットバルブの作動時、タンクバルブユニットのバルブコーンの圧力を制御するための事前制御バルブとしての作動可能な逆圧機能を備えたこの直接制御される下降制動バルブにスイッチが入れられる。タンクバルブユニットは次いで油圧的に事前制御される下降制動バルブとして基本機能で動作する。事前制御バルブはそれぞれの用途の２０〜３０％の安全を付加した最大負荷保持圧力に設定することができるため、このシリンダ負荷は望まない下降を確実に阻止する。圧力の戻りによって、パイロット下降制動バルブは設定した最大負荷保持圧力よりもかなり低い圧力で開き、バルブコーンの圧力制御面において、バルブコーンおよび円板ばね積重物を備えた直接制御される下降制動機能と共に例えばシリンダピストン側において結果として生じる制動逆圧を生成するよりも低い制御圧力を発生させる。変化する負負荷力の下でさえも、この制動逆圧は依然低い駆動圧力が動作シリンダのロッド側に恒久的に設けられるほど全く十分に高いままである。バルブコーンと、プランジャと、リフティングピストンと、円板ばね積重物とを備えた直接制御される下降制動機能は、ロッド側（またはピストン側）の低い駆動圧力がある場合に常に有効である。事前制御される下降制動機能は、同時に生じる負負荷力の下、制御される下降のために必要な逆圧をバルブコーン上の制御圧力により生成するため、ロッド側の高い駆動圧力がある場合にのみ作動される。負荷変動および移動の方向に対する正負荷力Ｆによってシリンダロッド側に必要とされる高い駆動ポンプ圧のため、この積層物がもはやバルブコーンに作用しないようリフティングピストン停止部までリフティングピストンによって円板ばね積重物を上昇させることが可能である。同時に、パイロット下降制動バルブは完全に作動され、バルブコーン上の制御圧力はバルブコーンがノンリターンバルブとしてバルブスプリングに対して開くようタンクに完全に移動され、その結果ピストン側において逆圧が後退動作を制動することが避けられる。緊急時に突然停止した場合、パイロット方向制御バルブを開放することにより、リフティングピストン／円板ばね積重物アセンブリと無関係にバルブコーンを閉位置に移動することもまた可能である。段階圧力作動面により様々な速度伝達比を有する交換可能なパイロット下降制動バルブの使用を通じて、事前制御される下降制動バルブ機能の影響を変えることができ、したがって全体的な制御の様々な条件に適応する。パイロット下降制動バルブの上流に連結されるノズルの寸法によってこの事前制御される下降制動バルブ機能の効果のさらなる適応が可能であることが好ましい。バルブコーンおよび円板ばね積重物および逆圧制御のためのリフティングピストンを備えた直接制御される下降制動機能は、安定性挙動を大幅に向上させることにつながる。

駆動圧力を低下させるため直接下降制動機能の速度伝達比を簡単な方法で変更できるようにするため、リフティングピストンは、バルブブロックカバーの取外し後に完全に機能的な状態の構造ユニットとして交換することができ、適宜、様々な油圧作用面を有するリフティングピストンに取替えることができる交換可能なインサート内に設置されると有利である。

さらに有利な構成によれば、油圧切換機構に比例絞り弁機能を備えることが可能である。追加の比例絞り機能は、特に、タンクバルブユニットおよびシリンダからタンク連結部への油圧油流を調整するための事前制御システムによって制御されうる。比例絞り機能は、「フローティング」、すなわちシリンダ後退のためのポンプ流なしで自重による下降動作の制御が可能であることを確実とし、下降制動バルブ機能の応答が遅れた場合および／または極限のシリンダ負荷状態の場合、最高シリンダ速度の制限が保証され、さらに下降制動機能時に安定性の問題が発生する負荷サイクル時に比例制御された流出絞り機能が可能となる。通常の場合、シリンダの下降動作はここでシリンダに移動の方向に負負荷力として作用する重さの力によって行われるべきである。さらなるパイロット方向制御バルブを作動させることによって、２つのポンプバルブユニットＣ１およびＣ３を開くことができ、動作シリンダのシリンダ室、したがって動作シリンダのピストン側とロッド側とは油圧的に連結されうる。同時にタンクバルブユニットが絞られた状態で開く場合、シリンダの表面比に対応するピストン表面から移動した通過流の一部が、この目的のため直列で配置されたポンプバルブユニットを介して流れ、シリンダロッド側ＺＢから吸い出された油量を補充する。余りとして移動した残った残留流は絞られた状態でタンクに流れ込み、シリンダの下降速度は絞り開口断面を設定することにより決められる。ポンプへの戻り流は、ポンプ入口のノンリターンバルブによって防止されることが好ましい。シリンダ連結部の短絡接続後、ピストンロッド表面上に重さの力が直接作用するため、制御ラインＺ２によるリフティングピストンの加圧により生じるより高い圧力のために、このリフティングピストンは円板ばね積重物を上昇させ、バルブコーン上の閉力を完全に相殺するか、または少なくともほとんど補償する。

そのストロークが既定の電気信号に比例するタンクバルブユニットのバルブコーンの開ストロークは、様々な電気油圧式位置決めシステムによって生成されうる。厳しい環境の影響に晒される油圧掘削機に好適な用途領域では、バルブ上に設置される電子機器のない簡単なロバストシステムが内部戻りラインに好適である。有利な変形実施形態によれば、特に、それぞれに力平衡による内部位置調整を伴う調整ピストンシステムが付与されるタンクバルブユニットのための絞り開口断面を設定することが可能である。作動ピストンシステムは、円板ばね積重物のための設置室に隣接する部分に配置され、バルブコーンの閉方向に事前制御を施してプランジャを支持する加圧された作動ピストンを含むことが好ましい。作動ピストンは、付与されたタンクバルブユニットのバルブピストンのシート面よりも大きな、好ましくは約１．１〜２．２倍大きな加圧面を有することが好ましい。作動ピストンの加圧は、比例磁石によって調整可能であることが好ましく、制御ピストンおよびリターンスプリングおよび／または作動ピストンシステムには、代替ポンプ連結部またはタンク連結部継手を備えたコントロールバルブが付与される。比例絞り機能は次いで下降制動機能時の開ストローク制限部に対して重なった状態で、およびまた自重によるシリンダ下降時（フローティング）の流出絞りとして単独に機能するようになり、円板ばね積重物の閉力は減少するかまたは２つのシリンダ側の連結後に設けられるシリンダ圧力に一致して相殺される。拡大された有効な加圧面を有する作動ピストンに対するプランジャによるバルブコーンの強制ロック連結によって、交番圧力を有する三方コントロールバルブまたはタンク連結部を介して閉方向に作用する作動ピストン表面上の圧力制御によって配置されうる差動ピストンアセンブリが生じる。位置決めは、閉位置決め制御ループにおいて、設定値としての比例磁石の駆動力と、作動ピストンにより開ストロークに比例して生成される、実際値としてのリターンスプリングのばね力間の制御ピストンにおいて平衡する力により実施される。一方、絞り開口断面を制御するため、タンクバルブユニットにはそれぞれ電気ステッピングモータ、特にリニアモータおよび制御ピストンおよび追従ピストンを含む追従ピストンシステムを付与することができる。比例絞り弁による開ストロークの位置決めは、下降動作時に比例磁石または電気リニアモータによるコントロールバルブの調整によって同様に連続的に行うことができる。しかしながら、ストローク開位置はまた、下降動作前に比例磁石または電気リニアモータにおいて一定の設定値として設定することができる。付与されたパイロット方向制御バルブが作動すると、バルブコーンと連結された調整ピストンまたは追従ピストンはこの既定の位置に移動する。

事前制御バルブシステムのパイロット制御バルブおよびパイロット方向制御バルブおよび／または全体的なパイロット制御回路は、バルブブロックに着脱可能に連結されうるバルブハウジングカバー内に配置されることが好ましい。

本発明の主な用途領域は、バケット、ショベル等などの作業器具に連結される少なくとも１つのアームを調節するための動作シリンダとして少なくとも１つの油圧シリンダを備え、油圧油流を発生させるためのポンプユニットを備え、油圧機械のための移動式油圧装置としてバルブブロックを含む油圧切換機構を備え、バルブブロック内に配置され、動作シリンダの動きを制御するための電気油圧的に作動可能なバルブユニットを備え、および油圧切換機構内の、バルブユニットの電気油圧作動のための事前制御バルブを備える油圧機械、特に、１０００リットル／分を大幅に超える流量を有する大型油圧掘削機に関する。対応する動作シリンダの移動の向きのための方向制御バルブ機能および一連の動作のための下降制動機能は、油圧切換機構によって制御されうる。上述のような、本発明に従い設計された油圧切換機構がこれらの油圧機械において使用される。したがって特に部分負荷に考慮して、特にすべての負荷範囲において最適なエネルギ利用を実現するため、動作シリンダの速度制御がさらなるコントロールバルブの絞り損失なくポンプ吐出流のみによって実施される場合に特に有利である。このため、ディーゼルエンジンが駆動ユニットとして利用される場合、ポンプ吐出し量は、可変容量形ポンプを用いて生成することができ、旋回角の電気油圧式調整によって、吐出流およびしたがって動作シリンダの速度を制御することができる。可変容量形ポンプの吐出流調整器を制御するためのエネルギ損失を伴うシリンダ流入内のさらなる絞り弁はしたがってもはや必要とされない。電気三相電動機が駆動ユニットとして利用される場合、ポンプ吐出流は、定容量形ポンプを用いて生成され、周波数変換器を用いた回転速度調整によって調整される。

本発明はまた、移動式油圧機械、特に、バルブブロック内の孔に挿入されうる、およびバルブスリーブと、バルブコーンと、バルブスプリングとを含むカートリッジ構造のコーン状のシートバルブとして設計されるタンクバルブユニットのための上記の油圧切換機構のためのバルブユニットに関し、バルブコーンは、円板ばね積重物のばね力に晒されるかまたは晒されうるバルブスプリングのため、およびプランジャのための支持面としてのシート面とは逆側に位置するキャビティを有する中空のソケットとして設計される。円板ばね積重物およびプランジャが、リフティングピストンスリーブ内のリフティングピストンと共に配置される場合に特に有利である。リフティングピストンは、プランジャ上を移動可能に案内され、かつプランジャに対して、バルブブロック内の取付け孔の軸方向に移動可能であり、リフティングピストンの、円板ばね積重物とは逆を向いて位置する側は、リフティングピストン制御側を形成する。リフティングピストンスリーブは、対応する機能的な部品と共にバルブブロックカバー内に有利に配置されうるため、リフティングピストンスリーブを、様々な作用面を有するリフティングピストンスリーブと交換することによっておよび／またはカートリッジバルブを異なるバルブ呼び寸法を有するカートリッジバルブと交換することによって、必要とされる通過流容量および圧力状態への最適な適合が実現されうる。

特に大型油圧機械で使用される、本発明に従う油圧切換機構のさらなる利点および構成が、切換機構の構造ならびに対応するパイロットバルブ制御回路の概略図について以下で行われる説明から明らかとなる。

本発明による油圧切換機構を備えた油圧掘削機を概略的に示す。 ２つのタンクバルブユニットおよび２つのポンプバルブユニットを備えた本発明による油圧切換機構の構造を、油圧構成図およびバルブブロックを通る断面図の組み合わせにより概略的に示す。 本発明による油圧切換機構の油圧回路を動作シリンダの両方向の動きについて概略的に示す。 本発明によるタンクバルブユニットの基本構造を油圧構成図および断面図の組み合わせにより概略的に示す。 図４によるタンクバルブユニット内の円板ばね積重物を開放するためのプランジャ作動およびリフティングピストンを備えたバルブコーンを詳細に示す。 下降制動機能内にさらなるパイロット下降制動バルブを備えた、３５０ｂａｒまでのより高い負荷保持圧力のための拡張した下降制動機能を有する、図２によるタンクバルブユニットを示す。 正負荷力を有し、かつ完全に離れている円板ばねを備えた図５によるタンクバルブユニットを示す。 バイパス制御モード（フローティング）において下降させるための絞り弁としての作業機能にある別のタンクバルブユニットを示す。 フローティング時に動作シリンダを作動するためのすべてのバルブユニットを備えたバルブブロックを概略的に示す。 最高シリンダ速度を制限するため比例制御された流出絞り機能のための絞り弁としての作業機能にある図９に類似するバルブブロックを概略的に示す。 比例磁石および絞り弁機能を調整するための作動ピストンシステムを備えたタンクバルブユニットのうちの１つの構造を概略的に示す。 作動ピストンおよび比例磁石を備えた作動システムの構造を断面図で示す。 絞り弁機能を調整するためのリニアモータを備えたタンクバルブユニットのうちの１つの構造を概略的に示す。

図１は、下部走行体２および機械ハウジング４、運転手のキャブ８およびまた、ブーム９、ディッパ１１およびこの場合作業器具としてバケット１２を備えた作業操作台を回転自在に支持するために使用される回転台３を備えた設計で本質的に公知である油圧掘削機１を示す。バケットには、適宜、放土するための工具を取付けてもよい油圧的に回動可能なバケットフラップ１３が付与される。ブーム９と、ディッパ１１と、バケット１２とは、ピボットジョイントを介して互いに連結され、ブーム９と、ディッパ１１とバケット１２のための対応する電気パイロットコントローラ（１７、図２）および独立した動作シリンダ６に加えて、ジョイスティック（１５、図２）を介して互いに独立して電気油圧的に調整されうる。掘削機１は、好ましくは、例えば露天掘りにおいて原料を採掘するための大型掘削機であり、作業器具のすべての作業動作はここで油圧的に進退可能および伸縮可能な動作シリンダ６を介して完全に油圧的に実行されることが好ましく、その目的のため、機械ハウジング４内にそれを介してポンプ１６間の作動液流を遮断およびカバーするそれぞれのバルブブロック５およびバルブブロックカバー２６を備えた油圧切換機構１０が配置され、動作シリンダ６のシリンダ室およびタンク１９は、制御および調整されうる。

部分負荷に特に考慮して、すべての負荷範囲における最適なエネルギ利用を実現するために、本発明に従って設計された油圧掘削機１内の作動シリンダ６の速度は、さらなるコントロールバルブの絞り損失なくポンプ１６のポンプ吐出流によってのみ制御される。油圧掘削機１のための駆動ユニットとしてディーゼルエンジンが使用される場合、吐出流およびしたがって動作シリンダの速度は旋回角の電気油圧式調整によって制御され、ポンプ吐出し量は可変容量形ポンプを用いて発生させる。可変容量形ポンプの吐出流調整器を制御するためのエネルギ損失を伴うシリンダ流入内のさらなる絞り弁はしたがってもはや必要ない。電気三相電動機が駆動ユニットとして使用される場合、ポンプ吐出流は定容量形ポンプを用いて発生させることができ、かつ周波数変換器を用いた回転速度調整によって調整することができる。

図２は、対応する油圧動作シリンダ６のすべての機能を制御するための本発明による油圧切換機構１０のバルブブロック５の基本構造を示す。動作シリンダ６を制御するため、示される例示的な実施形態において、シリンダ室ＺＡがピストンチャンバを示し、ＺＢがピストンロッドチャンバを示す、シリンダ室ＺＡまたはＺＢのそれぞれについて、いずれの場合においても、そのうちの２つが切換状態に応じてシリンダ連結部ＡおよびＢを介してバルブブロックに連結される、対応するシリンダ室ＺＡまたはＺＢをタンク連結部Ｔに連結するタンクバルブユニットＣ２、Ｃ４を形成し、およびそのうちの２つがシリンダ連結部Ａ、Ｂをバルブブロック５内のポンプ連結部Ｐに連結することができるポンプバルブユニットＣ１、Ｃ３を形成する、バルブブロック５内の取付け孔７に据付けられる据付バルブの形態の２つのバルブユニットＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４がそれぞれの場合で利用される。シリンダ６を制御するため、本発明による例示的な実施形態によれば、そのすべてがカートリッジ構造のコーン状のシートバルブを含み、かつそれぞれが閉状態においてバルブスプリング２９によって密閉および閉じた状態でバルブスリーブ２７上のバルブシートに対して押されるバルブコーン２８を有するちょうど４つのバルブユニットＣ１〜Ｃ４が必要である。４つのバルブユニットにより、そのシステムは図中、重複した状態で参照符号７で示される、適切な構造の事前制御回路の事前制御またはパイロットバルブシステムにより、シリンダ制御のためのすべての所望のバルブ機能を実現することが可能となる。すべての事前制御バルブは動作シリンダ６のためのバルブブロック５に着脱可能に連結されうるバルブブロックカバー２６内でまとめられる。油圧掘削機のための油圧切換機構１０の場合、ショベル掘削機の、例えばブーム、ディッパ、バケットおよびフラップ操作の機能のためのシリンダ制御部の特殊な関係を説明しておかなければならない。戻りストローク時、ブームおよびディッパの動作シリンダはバイパスモード（フローティング）でのポンプ流なしで自重によって下げられることを意図しており、本発明による解決策によれば、先行技術においてこの目的のために必要な追加の絞りバイパス弁の使用およびノンリターンバルブの事前制御が不要となる。

２つのポンプバルブユニットＣ１、Ｃ３を介して、シリンダ室ＺＡおよびＺＢはそれぞれバルブブロック５内の対応するシリンダ連結部Ａ、Ｂを介してポンプユニット１６に、またはポンプ連結部Ｐに連結されうる。２つのタンクバルブユニットＣ２、Ｃ４を介して、シリンダ室ＺＡおよびＺＢはそれぞれタンク連結部Ｔを介してタンクに連結されうる。図４から７において特にタンクバルブユニットＣ２、Ｃ４で示されるように、後に説明されるように、これらのユニットは、パイロットバルブがその中に一体化したバルブブロックカバー２６内の制御連結部３０を介して圧力依存状態で制御されかつ配置される。バルブコーン２８の切換位置は、メインフロー作業連結部またはシリンダ連結部Ａ、Ｂ内の作業またはシート面３３上に有効な圧力による力に対して制御面３１に作用する制御圧力に依存する。制御圧力が開放されると、バルブコーン２８は開き、通過流が両方向で起こりうる。制御圧力が印加されると、バルブコーン２８は閉じ、漏油のない状態で通過流を遮断する。

シリンダ６は、バルブブロックカバーまたはカバー２６内に配置されたパイロット方向制御バルブの電気パイロットコントローラ１７による作動時に、ポンプバルブユニットＣ１およびタンクバルブユニットＣ４の開口による方向制御弁機能の速度設定および同時操作のためのポンプユニット１６における比例吐出流設定によりハンドレバー（ジョイスティック）１５において事前設定された信号を用いた動作時に伸長し、その結果、制御油室３２内の制御面３１が無圧で開放され、バルブコーン２８はメインフロー連結部によって加圧される間開く。動作シリンダ６は、ポンプバルブユニットＣ３およびタンクバルブユニットＣ２を作動および開口することによるポンプ流で後退する。

動作シリンダ６をポンプ流なしで自重によって下げるためのフローティング機能では、２つのポンプバルブユニットＣ１、Ｃ３は、ＺＡとＺＢのシリンダ連結部のバイパス連結のために開かれる。速度低下を制御するための追加の比例絞り機能を備えたタンクバルブユニットＣ４を開口することにより、過度に移動した残留油量がタンクに流れる。

シリンダ制御に必要な方向制御バルブ機能のすべてが移動式バルブブロック５内に配置される４つのコーン状のシートバルブユニットＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４によって実施される。これらのカートリッジバルブのそれぞれは、バルブの呼び寸法を選択することにより必要な通過流の配置に最適に合わせることができる。そのため、これまで先行技術において用いられていたような通過流容量を得るためのバルブの並列接続が不要になる。

バルブブロックカバー２６は、制御孔の移動式バルブブロック５を開放するため各々のバルブユニットＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４を制御するために必要なすべてのパイロットバルブを含む。図３は、油圧切換機構１０に実装される油圧回路により、シリンダ制御部に、ブレーキバルブの下降を含む、シリンダ６の移動の両方向、すなわちシリンダピストン側のシリンダ室ＺＡおよびシリンダロッド側のシリンダ室ＺＢの加圧のためのタンクバルブユニットＣ２、Ｃ４に一体化した絞り機能を備えるすべてのバルブ機能を設けるための制御ラインまたは戻りラインＸＡ、ＸＢ、Ｚ１、Ｚ２、ノンリターンバルブＲＺＡ、ＲＺＢおよびノズルＮＣ、ＮＬＰ、ＮＸ１、ＮＸ２に加えて、図２による移動式バルブブロック５内およびバルブブロックカバー２６内に配置されるコントロールバルブＰＶＣ１、ＰＶＣ２、ＰＶ１、ＰＶ２、ＰＣＢ、ＰＲの油圧回路を示す。

始動、停止および方向に影響を与えるための方向制御弁機能に加えて、タンクバルブユニットＣ２、Ｃ４は、パイロット制御システム７の構造を介した以下のバルブ機能を含む。
中立位置におけるブロック機能
シリンダピストン側またはシリンダロッド側の最大圧力保護
シリンダ負荷力への逆圧を適用した逆圧機能、すなわち動作シリンダ６の移動の両方向へ作動可能な、開放可能な逆圧機能を備えた下降制動バルブ機能
一方では負のシリンダ負荷力の制動時のタンクへの、およびポンプ１６の吐出流制御と無関係に移動する質量のシリンダ流出制御のための、他方ではポンプ流なくシリンダ負荷力（重さの力）によるシリンダ戻りストローク（フローティング）の下降操作を制御するための複数の利点を備えた電気油圧式または比例絞り弁機能。多目的の利用および適用のため、比例絞り弁機能は実際上は両タンクバルブユニットＣ２、Ｃ４に一体化される。

上述のバルブ機能を実施するための、タンクバルブユニットの、およびパイロットバルブシステムの構造がここでさらなる図を参照して説明される。複数のバルブ機能の組み合わせは、複数のパイロットバルブを含み、かつバルブブロックカバー２６にほぼ完全に一体化された、タンクバルブユニットＣ２、Ｃ４のための事前制御回路７によって実現される。タンクバルブユニットＣ２、Ｃ４の基本の全体構造は図４に見られる。様々な負荷条件下の動作シリンダの戻りストロークのためのタンクバルブユニットＣ２のための個々の機能が説明される。作動シリンダの伸長時のタンクバルブユニットＣ４の機能は同等である。

パイロット方向制御バルブＰＶ１、ＰＶ２が作動しない図４による基本位置において、制御面３１／シート面３３の表面比＝１：１を有するバルブコーン２８は、連結部ＸＡを介して制御面３１に送り戻される圧力によってバルブスプリング２９の閉力によって支持され、閉位置に維持される。タンクバルブユニットＣ２（またはＣ４）は、その基本出力機能において、パイロット方向制御バルブＰＶ２の磁石Ｓ３の作動時にさらなる圧力開放をする事前制御圧力制限バルブである。静止位置において、パイロット方向制御バルブＰＶ１およびＰＶ２が作動していない状態で、バルブＣ２（またはＣ４）は、シリンダ連結部Ａ（またはＣ４の場合はＢ）またはシリンダ室ＺＡ（またはＣ４の場合はＺＢ）内の最大圧を圧力制限パイロットバルブＰＲ（圧力開放）の最大圧に制限する事前制御圧力制限バルブとして動作する。シリンダ室ＺＡ（またはＺＢ）からの圧力はカバー連結部ＸおよびノズルＮＸを通過して圧力制限パイロットバルブＰＲに達し、そこからさらにノズルＮＣを通過して制御面３１または制御油室３２内に達する。圧力バルブＰＲにおいて設定される制御圧力が（一定値を）超えると一定を保ち、ＺＡにおけるさらなる圧力上昇により、バルブコーン２８はバルブスプリング２９の閉力（この場合、例えば４ｂａｒの）分高い圧力で開き、それをこの数値に制限する。ノズルＺＸはパイロット圧力バルブＰＲにおけるパイロット油流を制限し、バルブコーン２８の制御油室３２へのノズルＮＣは減衰の役割を果たし、バルブの圧力振動を防止する。

タンクバルブユニットＣ２およびＣ４が最大圧力保護と、下降制動バルブ機能と、付加的な電気油圧的に作動される絞り弁機能とを確実にするため、図４に示すような、バルブコーン２８に支持され、かつカラーおよびばね保持具３５を介してバルブコーン２８に、連続連結された円板ばねによって形成される円板ばね積重物３６の閉方向に付加的に作用する高いばね力を伝えるプランジャ３４がタンクバルブユニットに設けられる。この処置により、制御面３１が圧力から開放される際のバルブスプリング２９を介したバルブコーン２８の開圧力がこれまでの４ｂａｒから約６０〜１００ｂａｒに増加する。この開圧力までは、バルブコーン２８は高い安定性および低い振動傾向を備えた直接制御される圧力制限バルブとして動作する。シリンダ６を固定するための所定の最大圧において、圧力制限パイロットバルブＰＲをこの円板ばね積重物３６の開圧力分低く設定しなければならない。図４による構造条件および図５に詳細な形態で示されるような、バルブコーン２８および円板ばね積重物３６を備えた直接制御される下降制動機能を実現するため、リフティングピストンスリーブ３７内にはめ込まれたリフティングピストン３８が、カートリッジバルブユニットまたはバルブコーン２８の真上にあるバルブブロックカバー２６内に配置される。リフティングピストン３８は、プランジャ３４上を移動可能に案内され、かつ制御油室３２および円板ばね設置室４３によって構成される隣接する油圧室に対してＧｌｙｄ Ｒｉｎｇシールによって密閉される。リフティングピストン３８の制御面４１に圧力が印加されると、このピストンはそのばね保持具３５に抗する圧力による力で作動し、バルブコーン２８に作用する円板ばね積重物３６の閉力を補償するか、または円板ばねをバルブコーン２８に作用する力がなくなるような程度までリフティングピストン停止部４２をむしろ上昇させる。

ここで、さらに図６および７を参照して、シリンダの戻りストロークのための直接制御される下降制動機能およびシリンダ６のロッド側のシリンダ室ＺＢ内のポンプ流についてまず説明する。負のシリンダ負荷下の戻りストロークは、パイロットバルブＰＶ２を磁石Ｓ２により作動させることによって始動する。シリンダ６は、バルブコーン２８に作用する円板ばね力の逆圧のため先導を防止され、それに対応して高い駆動圧力が結果としてシリンダ室ＺＢおよびバルブブロック５内の連結部Ｂ内に蓄積される。シリンダ室ＺＢからの圧力ｐＺＢが制御連結部Ｚ２を介してリフティングピストン３８に、リフティングピストンスリーブ３７内の横孔およびバルブブロックカバー２６内の孔を介して印加されると、円板ばねによって発生した逆圧は、部分的に補償され、かつシリンダ室ＺＢ内、したがってシリンダ６のロッド側の駆動圧力はかなり低下する。作動可能な逆圧機能を備えた直接制御される下降制動バルブの機能が生じる。バルブコーン２８のシート面３３は、ここで、開圧面を形成し、図４によるリフティングピストン制御面４１は、圧力作動面を形成し、円板ばね積重物３６は、直接制御される下降制動バルブの閉じばねを形成する。しかしながら、リフティングピストン３８のリフティングピストン動作は、バルブコーン２８から機械的に独立している。したがってシリンダ室ＺＢ内のシリンダロッド側の高い圧力ｐＺＢによってリフティングピストン３８を作動させ、シリンダ６を制動するためにパイロット方向制御バルブＰＶ２を開放して、バルブコーン２８をリフティングピストンの動作と無関係なブロック位置に切換え、同時に行われる最大圧力保護によってシリンダの動きが下降することを止めることができる。安定した調整機能を実現するため、制御連結部Ｚ２とリフティングピストン３８との間に配置されるノズルＮＬＰは減衰のため小径で具現化され、それによってまた結果として同様にリフティングピストン３８の閉鎖時間が長くなる。バルブコーン２８の分離された動きおよび制御によって、緊急時に速い停止がそれにもかかわらず実現される。

バルブコーンおよび円板ばね積重物を備えたこの直接制御される下降制動機能は、その特定のばねの全体寸法で、約６０〜１００ｂａｒの最大ブロック圧力までのみで有意義に実施されうる。したがってこの直接制御される下降制動機能は、全体寸法が小さなパイロット下降制動バルブを備えたさらなる下降制動機能が油圧事前制御回路７内に一体化されるため、３５０ｂａｒまでのより高い負荷保持圧力のために拡張されかつ追加される。直接および付加的に事前制御される下降制動機能からなるこのカートリッジの実施形態の簡略化された機構は、関係のないすべての要素を省略して、開の動作モードで図６に示される。図４または図６による、磁石Ｓ２によるパイロットバルブＰＶ２の起動時、事前制御バルブとして作動可能な逆圧機能を備えたこの直接制御される下降制動バルブＰＣＢ（Ｐｉｌｏｔ Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｂａｌａｎｃｅ）にバルブコーン２８の圧力を制御するためのスイッチが入れられる。事前制御下降制動バルブＰＣＢによって、タンクバルブユニットＣ２（またはＣ４）は、ここで油圧的に事前制御される下降制動バルブとしてのその基本機能で動作する。事前制御バルブＰＣＢは、２０〜３０％のさらなる安全を設けて、このシリンダ負荷を望まない下降を確実に阻止するために各々の用途の最大負荷保持圧力に設定される。

連結部Ｚ２と、ノズルＮＺ２およびバルブブロックカバー２６内に配置されるまたは形成される作動連結部２３を通る圧力戻りを介してパイロット下降制動バルブＰＣＢのさらなる圧力作動面２１に後退方向に負の力の動きがかかるにもかかわらず、シリンダが後退するのにシリンダロッド側のシリンダ室ＺＢ内の駆動ポンプ圧が必要とされる。このバルブは設定された最大負荷保持圧力よりもかなり低い圧力で開き、バルブコーン２８の制御油室３２内で、バルブコーン２８および円板ばね積重物３６を備えた直接制御される下降制動機能と共に、シリンダ室ＺＡ内のシリンダピストン側に結果として生じる制動逆圧ｐＺＡを生じさせるより低い制御圧力を発生させる。変化する負負荷力Ｆをもってしても、この制動逆圧ｐＺＡはシリンダ６のシリンダ室ＺＢ内のロッド側に低い駆動圧力ｐＺＢが設けられるほど依然全く十分に高い。バルブコーン２８と、プランジャ３４と、リフティングピストン３８と、円板ばね積重物３６とを備えた直接制御される下降制動機能は低い駆動圧力ｐＺＢがロッド側のシリンダ室ＺＢ内にある場合に常に有効である。事前制御される下降制動機能は、ロッド側のシリンダ室ＺＢ内に、バルブコーン２８の制御圧力による制御された下降を行うために必要な逆圧をシリンダ室ＺＡ内に発生させるための高い駆動圧力ｐＺＢが、同時に生じる負負荷力と共にある場合にのみ作動される。リフティングピストン２８は、次いで図７に示すように円板ばね積重物３６を完全に開放し、直接制御される下降制動機能は停止する。

図７に示すような、負荷変動および移動の方向に対する正負荷力Ｆによって、シリンダロッド側のシリンダ室ＺＢ内において必要とされる高い駆動ポンプ圧ｐＺＢのため、円板ばね積重物３６はここでリフティングピストン３８によってリフティングピストン停止部４２まで上昇され、もはやバルブコーン２８に作用しない。同時に、パイロット下降制動バルブＰＣＢが完全に作動され、バルブコーン２８の制御油室３２内の制御圧力ｐＣがタンクまたはタンク連結部Ｔに完全に移動される。バルブコーン２８は、ノンリターンバルブのようにバルブスプリング２９に対して開き、その結果、ピストン側において後退運動を妨げる制動逆圧はなくなる。緊急時に突然停止している間、バルブコーン２８は、パイロット方向制御バルブＰＶ２を開放することにより、リフティングピストン／円板ばね積重物アセンブリとは無関係に閉位置に移動することができる。段階圧力作動面によって様々な速度伝達比を有する交換可能なパイロット下降制動バルブＰＣＢの使用により事前制御される下降制動バルブ機能の影響を変えることができ、したがって全体的な制御の様々な条件に適応させることができる。パイロット下降制動バルブＰＣＢの上流に連結されるノズルＮＣＢの寸法により、この事前制御される下降制動バルブ機能の効果のさらなる適応が可能となる。バルブコーン２８および円板ばね積重物３６および逆圧制御のためのリフティングピストン３８を備えた直接制御される下降制動機能は、下降制動バルブとしてカートリッジバルブを事前制御するためにパイロット下降制動バルブＰＣＢのみが使用される型と比較して安定性挙動を大幅に向上させることにつながる。図５による、リフティングピストンスリーブ３７内にはめ込まれたリフティングピストン３８は、プランジャ３４のための、およびリフティングピストン３８のための２つのＯリングシール３９、４０およびまたリフティングピストンスリーブ３７のためのＯリング／サポートリングシールと共に機能的な交換可能なインサートになる。したがって、バルブブロックカバー２６を取外しした後、様々な負荷力条件の場合に最適に適応させて駆動圧力を低下させるために直接下降制動機能の速度伝達比を変えるよう様々な油圧リフティングピストン制御面４１を有するリフティングピストンインサートを利用することが可能である。

リフティングピストン機能はまた、電気油圧式比例絞り弁機能の円板ばねの閉力を補償するかまたは相殺する役割を果たす。シリンダ６からタンク戻り部ＴまでのタンクバルブユニットＣ２、Ｃ４における追加の比例絞り機能は、シリンダ後退のためのポンプ流なしでの自重（フローティング）による下降動作の制御、下降制動バルブ機能の、および／または極限のシリンダ負荷状態における応答の遅延による最大シリンダ速度の制限を可能にし、下降制動機能時に安定性の問題が発生する負荷サイクル時に、比例制御された流出絞り機能のための前提条件を形成する。

シリンダの下降動作は、通常の場合、シリンダに移動の方向に負負荷力として作用する重さの力により生じるべきである。パイロット方向制御バルブＰＶＣ１およびＰＶＣ３を作動することによって、図８および図９に示すように２つのポンプバルブユニットＣ１およびＣ３が開かれ、その結果シリンダ室ＺＡおよびＺＢ、したがってシリンダ６のピストン側およびロッド側が油圧的に連結される。同時にタンクバルブユニットＣ４が絞られた状態で開く場合、シリンダ６の表面比に対応する、ピストン表面によって移動される通過流の一部が、ここで直列配置されるポンプバルブユニットＣ１およびＣ３を通って流れ、シリンダ室ＺＢから吸い出された油量を補充する。余りとして移動する残った残留流ＱＴは、絞られた状態でＣ４を介してタンクまたはタンク連結部Ｔに流れ、Ｃ４の設定された絞り開口断面がシリンダ６の下降速度を決定する。ポンプ１６への戻り流は、ポンプ入口のノンリターンバルブ１４によって防止される。シリンダ室ＺＡ、ＺＢの短絡接続後、重さの力がピストンロッド表面上に直接作用するため、制御ラインＸＡを介したリフティングピストン３８の加圧を通じて生じるより高い圧力によって、このピストンは円板ばね積重物３６を上昇させ、完全に相殺するか、またはバルブコーン２８上の閉力を少なくともほとんど補償する。

図９は、バイパスのための開いたポンプバルブユニットＣ１、Ｃ３を備えた、および絞り弁としての機能のタンクバルブユニットＣ４を備えたバイパス制御モード（フローティング）における下降のための機能の移動式バルブブロック５を示す。バイパス制御を生成するための比例制御された絞り弁機能は、存在するカートリッジバルブユニットＣ１、Ｃ３およびＣ４に応じて適応させた信号の起動のみを通じて実施される。

図１０は、正の力負荷Ｆ下の伸長時、比例制御された流出絞り機能または最高シリンダ速度の制限を、修正した電気信号で起動する移動式バルブブロック５を示す。パイロット方向制御バルブＰＶＣ１を作動することによって、ポンプバルブユニットＣ１が開く。シリンダ室ＺＡ内の高い駆動圧力のため、制御ラインＸＡを通って戻る圧力は、リフティングピストン３８および円板ばね積重物３６を再び上昇させる。磁石Ｓ１によるパイロットバルブＰＶ１の切換えにより、および磁石Ｓ３によるパイロットバルブＰＶ２の切換えにより、図８または図１０によるタンクバルブユニットＣ４の絞り機能にスイッチが入れられる。これにより、絞り弁機能でシリンダ速度の調整をする移動制御が生じる。

既定の電気信号に比例するバルブコーン２８の開ストロークは、種々の電気油圧式位置決めシステムを使用して生成されうる。厳しい環境影響下で操作しなければならない移動式油圧掘削機において使用するため、内部戻りラインにはバルブに電子機器が設置されていない簡単なロバストシステムが好適であり、２つの有利な位置決めシステムがここで図１１および１２を参照して作動ピストンシステムについて、および図１３を参照してリニアモータを備えたシステムについて記載される。

図１１によるバルブブロックカバー２６において、現行の状況に特化し、かつ力平衡による内部位置調整を有する特定の比例油圧式作動ピストンシステムが円板ばね設置室４３の上方に設置される。図８または図１１による磁石Ｓ３によりパイロット方向制御バルブＰＶ２を作動させた後、バルブコーン２８の制御油室３２が圧力開放される。結果として、事前制御回路内のすべての圧力調整機能が停止される。同時に、磁石Ｓ１によりパイロット方向制御バルブＰＶ１を作動させた後、それまでは無圧だった作動ピストンシステムが、ノンリターンバルブ（図示せず）を介して、別個の制御油圧供給部ＰＰにより、またはシリンダ室からの最大圧力の圧力タッピングにより加圧される。油圧事前制御回路内のこの切換状態は、より明確にするため関係のないすべてのバルブ構成要素を省略して図８および図１１に示される。図１２は、作動ピストンシステムの構造を別々に示す。そのバルブシート３３に加圧するバルブコーン２８は、プランジャ３４によって、同様に作動ピストン加圧面５３を介して閉方向に加圧される作動ピストン４７に対して力を固定する状態でクランプされる。作動ピストン加圧面５３はバルブコーン２８のシート面３３よりも特に約１．２〜２倍大きいため、作動ピストン４７と、プランジャ３４と、バルブコーン２８とによって形成されるピストンアセンブリは、カートリッジスリーブシートに対して閉位置にある差動ピストンのように加圧される。コントロールバルブピストン４８を介した作動ピストン加圧面５３上の圧力の対応する調整によって、このピストンアセンブリは開方向および閉方向に移動されうる。関連する比例磁石４４の作動時、電磁石駆動電流に比例する磁石の伸長方向に磁気駆動力が生成される。磁気駆動力は、コントロールバルブピストン４８を、リターンスプリング４９に抗して開方向にタンク連結部へと作動する。作動ピストン加圧面５３上に起こる減圧の結果、バルブコーン２８のシート面３３上の開圧力による力が優位となり、バルブコーンおよび作動ピストンによって構成されるピストンアセンブリは、リターンスプリング４９が力比較の観点において既定の比例磁気力を実現するまで開方向に移動する。コントロールバルブピストン４８をリセットすることによって、作動ピストン４７は、この得られた開ストローク位置に配置される。ばねの戻りおよび閉じた調整回路の力平衡を伴うこのストローク制御の場合、バルブコーン２８に設けられる開ストロークは、したがって磁気力および電流入力信号に比例する。駆動信号の低下で、リターンスプリング４９のリターンスプリング力が優位となり、したがってコントロールバルブピストン４８が圧力連結部を開き、バルブコーンおよび作動ピストンによって構成されるピストンアセンブリは、圧力蓄積の結果、磁気力によってあらかじめ決められた設定値位置まで閉方向に移動する。

一方、比例絞り機能のための電気駆動信号は、電気ステッピングモータまたはサーボモータによってねじ状のスピンドルを介して直線駆動移動に変換することができ、その結果力増幅のために機械油圧式追従ピストンシステムが作動される。この追従ピストンシステムの構造は図１３に見られる。現行の状況に特化した特定の油圧サーボ追従ピストンシステムが円板ばね設置室４３の上方のバルブブロックカバー２６内に設置される。図１３に従い磁石Ｓ３によりパイロット方向制御バルブＰＶ２を作動させた後に、バルブコーン２８の制御油室３２は、圧力開放され、したがって、事前制御回路内のすべての圧力調整機能が停止される。同時に、磁石Ｓ１によりパイロット方向制御バルブＰＶ１を作動させた後に、それまでは無圧だった追従ピストンシステムは、ノンリターンバルブ（図示せず）を介して、別個の制御油圧供給部ＰＰにより、またはシリンダ連結部からの最大圧力の圧力タッピングにより加圧される。油圧事前制御回路内のこの切換状態はより明確にするために関係のないすべてのバルブ構成要素を省略して図１３に示される。そのシート面３３上に加圧するバルブコーンは、プランジャ３４によって、同様に追従ピストン加圧面６６を介して閉方向に加圧される追従ピストン６３に対して力を固定する状態でクランプされる。追従ピストン加圧面６６は、バルブコーン２８のシート面３３よりも例えば約１．２〜２倍大きいため、追従ピストン６３と、プランジャ３４と、バルブコーン２８とによって形成されるピストンアセンブリは、カートリッジスリーブシートに対して閉位置にある差動ピストンのように加圧される。制御ピストン６２を介した追従ピストン加圧面６６上の圧力の対応する調整によって、このピストンアセンブリは開方向および閉方向に移動されうる。２つの制御端６７を備えた三方弁としての制御ピストン６２は、追従ピストン６３の中心に取付けられる。追従ピストンスリーブ６４内の彫られた溝から、圧油は横方向の孔を通って追従ピストン６３の外輪郭上に彫られた環状流路６８内に流れ、したがって追従ピストン６３の移動時に圧油接続が設けられる。ここから、圧油が追従ピストン６３内の側方の孔を通って制御ピストン６２の彫られた溝６９内に流れる。制御ピストン６２を移動し、かつ２つのピストン制御端６７のうちの１つを追従ピストン６３の制御端孔７０に対して開くことによって、追従ピストン制御室７２がポンプ連結部Ｐまたはタンク連結部Ｔに交互に連結されうる。制御ピストン６２が開方向に移動すると、追従ピストン制御室７２は、まずタンクに対して無圧で開放される。そのシート面３３によって常時加圧されるバルブコーン２８は、ピストンアセンブリを追従ピストン６３と共に制御ピストン６２の圧力制御端が開くまで開方向に移動する。バルブコーン２８と追従ピストン６３間に圧力による力の平衡が設けられるまで追従ピストン制御室７２内に対応する逆圧が蓄積する。コントロールバルブをリニアモータ６０で変位することによって、追従制御システムにおいて、油圧力増幅によってこのバルブコーン２８を既定の絞り開口内に比例的に配置することが可能である。制御ピストン６２は、閉鎖カバー６５内のＧｌｙｄ Ｒｉｎｇシールによって密閉され、そこで継手６１を介してリニアモータ６０に連結され、それを介して電気的な位置の設定が行われる一方、油圧システムから外に向かって案内される。絞り弁開口部の位置決めは、運転者がハンドレバーを介してあらかじめ設定した設定値に常に比例的に行われうる。一定の絞り開口値で絶えず繰り返す作業サイクルの場合、これはリニアモータおよびコントロールバルブにおいて固定的に既定することができる。パイロット方向制御バルブＰＶ１が連結され、圧力が追従ピストン６３に蓄積すると、このピストンは制御ピストン６２によってあらかじめ設定された位置に自動的に移動する。

上述の説明は添付の特許請求の範囲の保護の範囲内にあることを意図した数々の改良を当業者に開示するものである。図は添付の特許請求の範囲の保護の範囲を限定することなく例示的な実施形態のみを有利に示す。油圧掘削機および他の油圧作業機械の場合、複数の動作シリンダが、通常、部分的に同時にかつ部分的に連続的に操作されなければならないため、油圧切換機構には、通常、上記の構造を有する複数のバルブブロックを含む。

Claims (23)

1. バルブブロック（５）を備え、前記バルブブロック（５）内に配置され、シリンダ連結部（Ａ、Ｂ）を介して前記バルブブロック（５）に連結可能な、２つの反対方向に作動するシリンダ室を有する動作シリンダの動きを制御するための、電気油圧的に作動可能なバルブユニットを備えた、移動式油圧機械、特に油圧掘削機の前記移動式油圧装置のための油圧切換機構であって、前記シリンダ連結部は、作動液のためのポンプ連結部（Ｐ）に、タンク連結部（Ｔ）に、または相互に、および前記バルブユニットの前記電気油圧作動のための事前制御バルブと選択的に連結可能であり、前記移動の方向のための方向制御バルブ機能および前記対応する動作シリンダの前記一連の動きのための下降制動機能は、前記油圧切換機構（１０）によって制御可能である、油圧切換機構において、それぞれがばね装填式のバルブコーンを有する４つのコーン状のシートバルブユニット（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）が前記動作シリンダのための前記バルブブロック（５）内に設けられ、その前記第１は前記第１のシリンダ室連結部（Ａ）と前記ポンプ連結部（Ｐ）間にポンプバルブユニット（Ｃ１）を形成し、前記第２は前記第１のシリンダ室連結部（Ａ）と前記タンク連結部（Ｔ）との間にタンクバルブユニット（Ｃ２）を形成し、前記第３は前記第２のシリンダ室連結部（Ｂ）と前記ポンプ連結部（Ｐ）との間にポンプバルブユニット（Ｃ３）を形成し、前記第４は前記第２のシリンダ室連結部（Ｂ）と前記タンク連結部（Ｔ）との間にタンクバルブユニット（Ｃ４）を形成し、圧力制限機能および前記下降制動機能は、複数の事前制御バルブを含む、対応する事前制御バルブシステム（７）を介して前記タンクバルブユニット（Ｃ２、Ｃ４）によって前記シリンダ室連結部（Ａ、Ｂ）内の前記圧力に応じた圧力依存状態で移動の両方向において実現可能であることを特徴とする油圧切換機構。
2. 前記タンクバルブユニット（Ｃ２；Ｃ４）の前記バルブコーン（２８）は、前記対応するシリンダ連結部（Ａ；Ｂ）内の前記圧力（ｐＺＡ）で直接加圧されるシート面（３３）および前記事前制御バルブシステム（７）内の圧力制限バルブ（ＰＲ）の介在により同じ圧力で間接的に加圧される制御面（３１）を有することを特徴とする、請求項１に記載の油圧切換機構。
3. ノズル（ＮＸ、ＮＸ１、ＮＸ２）が前記シリンダ連結部（Ａ、Ｂ）と前記圧力制限バルブ（ＰＲ）との間の制御ライン（Ｘ、ＸＡ、ＸＢ）内に配置されるおよび／またはノズル（ＮＣ）が前記圧力制限バルブ（ＰＲ）と前記制御面（３１）を加圧するための制御室（３２）との間の制御ライン内に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の油圧切換機構。
4. バルブスプリング（２９）に加えて、前記タンクバルブユニットの前記バルブコーン（２８）は、円板ばね積重物（２６）の前記バルブシートの方向へのばね力に晒されることを特徴とする、請求項１、２または３に記載の油圧切換機構。
5. 前記バルブコーン（２８）は、前記シート面（３３）の逆側に位置するキャビティを有する中空のソケットとして設計され、前記バルブスプリング（２９）およびプランジャ（３４）はそれぞれ前記キャビティの前記底部の一端で前記バルブコーン（２８）を支持し、前記プランジャ（３４）の前記もう一方の端部は、前記円板ばね積重物（３６）の前記ばね力に晒されることを特徴とする、請求項４に記載の油圧切換機構。
6. リフティングピストン（３８）を備えたリフティングピストンスリーブ（３７）は、前記円板ばね積重物（３６）と前記バルブコーン（２８）との間に配置され、前記円板ばね積重物（３６）とは逆側を向いて配置される前記リフティングピストン（３８）の面はリフティングピストン制御側（４１）を形成し、制御ライン（Ｚ２）を介して前記それぞれの他のシリンダ室連結部（Ｂ；Ａ）の前記油圧（ｐＺＢ）に晒されうるかまたは晒されることを特徴とする、請求項４または５に記載の油圧切換機構。
7. 前記リフティングピストン（３８）は、前記プランジャ（３４）上を移動可能に案内され、かつ前記プランジャ（３４）に対して前記軸方向に移動可能であることを特徴とする、請求項５または６に記載の油圧切換機構。
8. 前記バルブ事前制御システム内に、好ましくは電気的に作動可能なパイロットバルブ（ＰＶ２）を介して、前記対応するシリンダ室連結部（Ａ）に連結される前記制御ライン（Ｘ）の前記圧力に晒されうる開圧面（２０）を有する、および前記バルブコーン（２８）の前記制御圧面においてさらなる圧力開放を生じさせるために圧力戻りライン（ＸＢ）を介してもう一方のシリンダ室（ＺＢ）内の前記圧力に晒される圧力作動面（２１）を有するバルブコーンスライドを備えた直接制御されるパイロット下降制動バルブ（ＰＣＢ）が配置されることを特徴とする、請求項４から７のいずれか１項に記載の油圧切換機構。
9. 前記リフティングピストン（３８）は、前記駆動圧力を変えるために前記直接下降制動機能の前記速度伝達比を変えるため、バルブブロックカバーの取外し後に完全に機能的な状態の構造ユニットとして交換可能な、および／または種々の油圧作用面を有するリフティングピストンによって取替可能な交換可能なインサート内に設置されることを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載の油圧切換機構。
10. 前記タンクバルブユニット（Ｃ２；Ｃ４）の比例絞り弁機能のため、前記２つのポンプバルブユニット（Ｃ１、Ｃ３）には、前記ポンプバルブユニット（Ｃ１、Ｃ３）を開くため、および前記事前制御バルブシステム内の前記シリンダ室連結部（Ａ、Ｂ）またはシリンダ室（ＺＡ、ＺＢ）を油圧的に連結するための、さらなるパイロット方向制御バルブ（ＰＶＣ１、ＰＶＣ３）が付与され、前記タンクバルブユニット（Ｃ４；Ｃ２）は、調節可能な絞り開口断面で開くことができ、ノンリターンバルブが好ましくは前記ポンプ連結部入口に配置されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の油圧切換機構。
11. 前記タンクバルブユニット（Ｃ２；Ｃ４）には、力平衡による内部位置調整を備えた作動ピストンシステムが付与されることを特徴とする、請求項１０に記載の油圧切換機構。
12. 前記作動ピストンシステムは、前記円板ばね積重物のための前記設置室に隣接する部分に配置され、かつ前記バルブコーン（２８）の前記閉方向に事前制御を施しつつ前記プランジャ（３４）を支持する加圧された作動ピストン（４７）を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の油圧切換機構。
13. 前記作動ピストン（４７）は、前記バルブピストン（２８）の前記シート面よりも大きな、好ましくは約１．１から２．２倍大きな加圧面（５３）を有することを特徴とする、請求項１２に記載の油圧切換機構。
14. 前記作動ピストン（４７）の前記加圧は、比例磁石（４４）と、制御ピストン（４８）と、リターンスプリング（４９）とによって調整可能であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の油圧切換機構。
15. 前記作動ピストンシステムには、代替ポンプ連結部またはタンク連結部継手（Ｐ、Ｔ）を有するコントロールバルブ（ＰＶ１）が付与されることを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の油圧切換機構。
16. 前記絞り開口断面を制御するため、前記タンクバルブユニット（Ｃ２、Ｃ４）にはそれぞれ電気ステッピングモータ、特にリニアモータ（６０）および制御ピストン（６２）と追従ピストン（６３）とを含む追従ピストンシステムが付与されることを特徴とする、請求項４から１０のいずれか１項に記載の油圧切換機構。
17. 前記事前制御バルブシステムおよび／または前記全体的なパイロット制御回路の前記パイロット制御バルブおよびパイロット方向制御バルブは、前記バルブブロックに着脱可能に連結されるバルブハウジングカバー（２６）内に配置されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１項に記載の油圧切換機構。
18. バケット、ショベル等などの作業器具に連結される少なくとも１つのアームを調節するための動作シリンダとして少なくとも１つの油圧シリンダを備えた、油圧油流を発生させるためのポンプユニットを備え、前記油圧機械のための移動式油圧装置としてバルブブロックを含む油圧切換機構を備え、前記動作シリンダの前記動きを制御するために前記バルブブロック内に配置される電気油圧的に作動可能なバルブユニットを備え、および前記油圧切換機構内に前記バルブユニットの前記電気油圧作動のための事前制御バルブを備え、前記対応する動作シリンダの前記移動の前記方向のための方向制御バルブ機能および前記一連の動きのための下降制動機能は前記油圧切換機構によって制御可能である、油圧機械、特に油圧掘削機において、前記油圧切換機構は請求項１から１８のいずれか１項により設計されることを特徴とする油圧機械。
19. 前記動作シリンダの前記作業動作の前記速度は、ポンプユニット（１６）の前記ポンプ吐出流を調整することによって制御され、前記ポンプユニットは、前記ピボット角を電気油圧的に調整することによって、前記吐出流およびしたがって前記動作シリンダの前記速度を制御可能な可変容量形ポンプを含むか、または前記ポンプユニットは、その回転速度が周波数変換器を用いた回転速度調整によって調整可能な定容量形ポンプを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の油圧機械。
20. 前記ポンプユニットによって発生されうる前記最大ポンプ吐出流量は１０００リットル／分を超える、特に、５０００リットル／分を超えることを特徴とする、請求項１９に記載の油圧機械。
21. 前記バルブユニット（Ｃ２、Ｃ４）は、前記バルブブロック（５）内の孔に挿入することができ、かつバルブスリーブと、バルブコーン（２８）と、バルブスプリング（２９）とを含む、カートリッジ構造のコーン状のシートバルブとして設計され、前記バルブコーン（２８）は、円板ばね積重物（３６）の前記ばね力に晒されるか、または晒されうる前記バルブスプリング（２９）のための、およびプランジャ（３４）のための支持面として、シート面（３３）の逆側に位置するキャビティを有する中空のソケットとして設計されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載の、特に移動式油圧機械のための油圧切換機構のためのバルブユニット。
22. 前記円板ばね積重物（３６）および前記プランジャ（３４）はリフティングピストン（３８）と共にリフティングピストンスリーブ（３７）内に配置され、前記リフティングピストン（３８）は、前記プランジャ（３４）上を移動可能に案内され、かつ前記プランジャ（３４）に対して前記軸方向に移動可能であり、前記リフティングピストン（３８）の、前記円板ばね積重物（３６）と逆を向いて配置される側は、リフティングピストン制御側（４１）を形成することを特徴とする、請求項２１に記載のバルブユニット。
23. 前記バルブコーン（２８）および前記リフティングピストン（３８）に、作動ピストン（４７）と比例磁石（４４）とを含むか、またはリニアモータ（６０）と、追従ピストン（６３）と、制御ピストン（６２）とを含む、電気油圧式位置決めシステムが付与されることを特徴とする、請求項２２に記載のバルブユニット。

Images