JP5216085B2 - 少なくとも１つのハイドロリック式の消費器への圧力媒体供給のための方法およびハイドロリック式の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の、ハイドロリック式の消費器を制御するための方法、すなわち弁装置を介してポンプまたはタンクに接続され得る供給側および戻し側の圧力室を有するハイドロリック式の消費器であって、弁装置の制御が制御ユニットによって行なわれ、該制御ユニットを介して弁装置が再生モードへ調節可能であり、該再生モードで両圧力室が可変容量型ポンプに接続されている形式のハイドロリック式の消費器を制御するための方法ならびに請求項７の上位概念部に記載の形式の、消費器への圧力媒体供給のためのハイドロリック式の制御装置、すなわち少なくとも１つの消費器への圧力媒体供給のためのハイドロリック式の制御装置であって、電気的またはエレクトロハイドロリック的に連続的に調節可能な弁装置が設けられており、該弁装置を介して、消費器の供給側の圧力室がポンプに接続可能であり、消費器の戻し側の圧力室がタンクに接続可能であり、さらに制御ユニットが設けられている形式のハイドロリック式の制御装置に関する。

米国特許第５１３８８３号明細書に開示されているハイドロリック式の制御装置では、消費器、たとえば差動シリンダに、可変の入力信号に対して比例して連続的に調節可能となる比例調節弁として働く２つの方向切換弁を備えた弁装置を介して圧力媒体が供給可能である。この圧力媒体はポンプによって供給される。消費器に対する供給路および消費器からの戻し路には、それぞれ１つの連続的に調節可能な方向切換弁が配置されている。これらの方向切換弁はそのニュートラル位置において遮断位置へ向かってプリロードもしくは予荷重をかけられていて、減圧弁を介してそれぞれ一方の方向と他方の方向とへ調節され得る。この場合、一方の方向では、ポンプが、対応する圧力室に接続され、他方の方向では、それぞれ対応する圧力室がタンクに接続される。この公知の制御装置では、両方向切換弁の適当な制御によって、いわゆる再生回路を用いて消費器を運転することができる。この場合、たとえばシリンダの引出し（伸長）時に、容積減少側の環状室が、対応する方向切換弁を介して、容積増大側の圧力室に通じた圧力媒体流入路に接続されているので、このシリンダは速度増加（Eilgang）されて引き出される。しかし、このような再生／差動回路において不都合となるのは、消費器の締付けもしくは緊締に基づき（有効作用面がほぼピストンロッド面に相当する）、消費器を最大出力で運転することができないことである。

このような制御装置が、たとえば可動の作業器具、たとえばバッグホウローダ、ミニショベルおよびコンパクトショベルまたはテレハンドラにおいて使用される場合、再生モードにおける呼出し可能な溝掘り出力は消費器の緊締に基づき過度に小さくなる。再生モードは相応して有利には、可動の作業器具のアタッチメントもしくは装備品を降下させる際に使用される。その場合、たとえば溝掘り時または荷重の持上げ時に消費器を高い出力で運転するためには、標準機能への切換が行われる。標準機能では、容積増大側の圧力室がポンプに接続され、容積減少側の圧力室がタンクに接続されている。

引張り荷重において圧力媒体供給路におけるキャビテーションの発生を回避するために、消費器からの戻し路には、たとえばドイツ連邦共和国特許第１９６０８８０１号明細書または本出願人の子会社であるＯｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ社のデータシートＶＰＳＯ−ＳＥＣ−４２；０４．５２．１２−Ｘ−９９−Ｚに基づき公知であるような降下ブレーキ弁（カウンタバランス弁）を設けることができる。

方向切換弁の調節は、ジョイスティックにより制御された前制御装置、すなわちパイロット制御装置を介して減圧弁を用いて行われる。この場合、再生運転から標準運転への切換がいつ行われるのかをオペレータ自身が決定する。この場合、適正な切換時点を求めることはしばしば困難となるので、消費器は過度に長い時間、減じられた出力を有する再生モードで運転されるか、あるいはまた、まだ高い速度を用いた消費器の移動が有利であるはずであるにもかかわらず、既に早期に標準モードへの切換が行われてしまう恐れがある。

これに対して本発明の根底を成す課題は、再生運転から標準運転への切換を、再生に伴うエネルギ節約と、消費器において呼出し可能となる出力との観点で最適化することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴組合せを有する方法、すなわち
−弁装置を再生モードへ調節し；
−圧力媒体需要量を作動部材、たとえばジョイスティックで調節し；
−圧力媒体所要量もしくは圧力媒体需要量が不変のままでポンプ吐出流量が低下した場合に、流入側の圧力室がポンプに接続されかつ流出側の圧力室がタンクに接続される標準運転へ弁装置を自動的に切り換える、
より成るステップを実施することを特徴とする、ハイドロリック式の消費器を制御するための方法ならびに請求項７の特徴部に記載の特徴組合せを有するハイドロリック式の制御装置、すなわち制御ユニットを介して、両圧力室が共にポンプに接続されるように弁装置が制御可能であり、さらに前記制御ユニットを介して、所定の最大ポンプ圧が達成された場合またはほぼ不変の圧力媒体需要量において流入路内の圧力媒体容積流が低下した場合に、自動的に標準運転への切換が実施可能であり、該標準運転において、供給路がポンプに接続されていて、戻し路がタンクに接続されていることを特徴とする、消費器への圧力媒体供給のためのハイドロリック式の制御装置により解決される。

本発明によれば、ハイドロリック式の消費器の供給側の圧力室と、流出側の圧力室とが、制御ユニットによって制御可能な弁装置を介してポンプまたはタンクに接続され、これにより消費器が操作される。消費器を迅速に移動させるためには、弁装置が再生モードへ調節される。この再生モードでは、戻し側の圧力室から流出した圧力媒体が、ポンプの吐出流に対して合算されるので、ポンプが、より小さな吐出流量へ調節され得るか、または消費器が、より高い速度で走出する。圧力媒体需要量もしくは圧力媒体所要量の調節は作動部材、たとえばジョイスティックによって行われる。本発明によれば、ポンプの調節が圧力コントロールにより行われる。この場合に、不変に調節された圧力媒体需要量（作動部材の調節）においてポンプ吐出流量がポンプコントロール部を介して減じられて、消費器が減速されるか、または停止した場合に、標準運転への切換が自動的に行われる。言い換えれば、可変容量型ポンプの圧力が監視される。消費器に抗して作用する抵抗が増大するので、可変容量型ポンプが再生モードにおいてその最大圧に到達した場合に、ポンプの傾転角度はポンプコントロール部の特性線に相応して戻されるので、ポンプにより圧送された圧力媒体容積流量はもはや、作動部材のために設定された圧力媒体需要量には相当しなくなる。本発明によれば、ポンプ吐出流量と、作動部材を介して調節された圧力媒体需要量との比較から、いつ標準運転への切換が行われるのかが決定される。したがって、最適の切換時点はもはやオペレータの主観的な判断に依存しなくなるので、消費器を一層高い運転安全性と、改善された効率とを持って運転することができる。

実際のポンプ吐出流量は、たとえば可変容量型ポンプとして形成されたポンプの傾転角度と、規定のポンプ圧におけるポンプ回転数とから求めることができる。

可変容量型ポンプは電子比例式の傾転角度コントロール部を備えて形成されると有利である。この場合、圧力コントロール回路の作動信号が、ポンプの傾転角度に対して比例していると有利である。

このためには、実際ポンプ圧を検出して、作動部材を介して設定された目標ポンプ圧と比較することができる。この圧力差は次いで入力信号としてレギュレータ、たとえばＰＩレギュレータまたはＰＩＤレギュレータに供給され、このＰＩレギュレータまたはＰＩＤレギュレータの出力信号は傾転角度のための尺度となり、ポンプレギュレータの入力信号を形成する。

再生モードが消費器の特定の運動方向、たとえばパワーショベル装備品の降下時に、出発状況として前調節されると、消費器の制御がさらに最適化されている。すなわち、作動部材（ジョイスティック）が降下方向に調節されるやいなや、自動的に再生モードが調節されている。この再生モードは、オペレータがジョイスティックをゼロ位置へ戻し運動させるか、またはこのゼロ位置を超えて移動させるまで維持されたままとなる。その場合、標準運転への切換は前で説明したように行われる。

再生運転と標準運転との間の切換は、所定のランプ（斜面）もしくは勾配を描くように行われると有利である。この場合、可変容量型ポンプと、容積増大側の圧力室との間の圧力媒体接続は開放されたままとなり、容積減少側の圧力室の圧力媒体接続はランプの形状に応じて開制御される。

可変容量型ポンプの傾転角度コントロールは適当な設計において出力コントロールをも可能にする。

各消費器の供給路と戻し路とに、２つの切換位置を有する１つの連続的に調節可能な比例調節弁を形成する方向切換弁と、１つの降下ブレーキ弁とが配置されていて、これにより供給路と戻し路とが互いに独立して別個に制御可能となると、制御装置の装置技術的な手間を減少させることができる。

電気的またはエレクトロハイドロリック的に調節可能な方向切換弁はそのニュートラル位置でタンクに向かって開いていると有利である。

降下ブレーキ弁が二次圧力制限機能を備えて形成されていると、制御装置の運転安全性が改善されている。

本発明のその他の有利な改良形は請求項２以下の対象である。

以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。

２つの消費器を制御するための本発明による制御装置の回路図である。 図１に示した制御装置の可変容量型ポンプの拡大図である。 図１に示した制御装置の方向切換弁セクションの部分図である。 制御装置の再生モードまたは標準運転における荷重事例を示す方向切換弁セクションの部分図である。 制御装置の再生モードまたは標準運転における別の荷重事例を示す方向切換弁セクションの部分図である。 制御装置の再生モードまたは標準運転におけるさらに別の荷重事例を示す方向切換弁セクションの部分図である。 図３に示した方向切換弁セクションの単純化された実施例を示す回路図である。

図１には、可動の作業器具、たとえばパワーショベル、バックホウローダ、ミニショベルおよびコンパクトショベルまたはテレハンドラの２つの消費器２，４への圧力媒体供給のためのハイドロリック式の制御装置１が図示されている。このハイドロリック式の制御装置１はいわゆるＥＦＭシステム（electronic flow management）である。このＥＦＭシステムでは、圧力媒体容積流と圧力媒体流れ方向とを決定する弁エレメントの制御が、制御ユニット６にファイルされた特性線マップに関連して電気的または電油的、すなわちエレクトロハイドロリック的に行われる。目標値の入力はこの場合、ジョイスティック８を介して行われる。このジョイスティック８は、作業器具のアタッチメントもしくは装備品（たとえばブーム、ショベル）を速度および位置に関して制御するためにオペレータによって操作される。

図示の実施例では、両消費器２，４がそれぞれ、ボトム側の圧力室１０；１２と、ピストンロッド側の環状室１４；１６とを備えた差動シリンダとして形成されている。これらの圧力室１，１４；１２，１６は、シリンダを引き込む（収縮させる）か、または引き出す（伸長させる）ために、それぞれ１つの方向切換弁セクション１８，２０を介して可変容量型ポンプ２２またはタンク２４に接続され得る。可変容量型ポンプ２２はポンプレギュレータ２６を介して圧力制御されている。所定の圧力への到達後にポンプの吐出流はこのポンプレギュレータ２６を介して調節され、この場合、当該設備内の圧力は吐出流とは無関係に一定のままとなる。圧力媒体容積流の変化が生じても、事実上、これに伴って圧力変化が生ぜしめられないことが望ましい。

可変容量型ポンプ２２の調節はポンプレギュレータ２５によって行われる。以下に、図２に示した拡大図につき、このポンプレギュレータ２５の構造について説明する。ポンプレギュレータ２５は電磁比例式の傾転角度コントロールを介して、ポンプの押しのけ容積の、可変容量型ポンプの傾転クレードル（Schwenkwiege）を介して直接に制御された、無段式の再現可能な調節を可能にする。このようなポンプレギュレータは、たとえばデータシートＲＤ９２７０８（特にバリエーションＥＰおよびＥＫ参照）に基づき公知であるので、以下においては、ポンプレギュレータ２５の、本発明を理解する上で必要となる特徴についてのみ詳しく説明する。

このようなポンプレギュレータ２５はポンプコントロール弁２６を有している。このポンプコントロール弁２６は３つの接続部（ポート）を備えて形成されている。ポンプコントロール弁２６はコントロールばね２７を介してニュートラル位置の方向へプリロード（予荷重）をかけられている。ニュートラル位置では、ポンプコントロール弁２６の３つのポートもしくは接続部が遮断されている。コントロールばね２７はアクチュエータとして働く作動シリンダ２９の作動ピストン２８に支持されている。この作動シリンダ２９を介して、可変容量型ポンプ２２の傾転クレードルが旋回可能となる。作動ピストン２８はばねを介して基本位置へプリロード（予荷重）をかけられており、この基本位置では可変容量型ポンプ２２の傾転角度が最大となる。ポンプコントロール弁２６の弁スプールの操作は、比例磁石３０を介して行われる。この比例磁石３０は制御ユニット６に接続された信号線路５１を介して通電可能である。この比例磁石３０を介して、ポンプコントロール弁２６のコントロールピストンには制御力が付与される。この場合、調節は電流強さに対して比例的に行われる。ポンプコントロール弁２６の入力ポートもしくは入力接続部は制御管路３１を介して、可変容量型ポンプ２２の吐出接続部に接続されたポンプ管路３８に接続されている。ポンプコントロール弁２６の出力ポートもしくは出力接続部は通路３２を介して、コントロールピストンの、ニュートラル位置の方向に有効となる制御面に接続されている。この制御面はコントロールばね２７のばね室を画定する。通路３２内の圧力は、ポンプコントロール弁２６の調節方向で有効となる制御面をも負荷するので、コントロールピストンは両側で、ポンプコントロール弁２６の出力側に形成された圧力によって負荷されている。

通路３２はノズル３３を介して接続通路３４に接続されている。この接続通路３４には、直列接続された２つの圧力制限弁３５，３６が配置されている。図２で見て下流側に設置された方の圧力制限弁３６の出口は、タンク制御通路３７を介してタンク２４に接続されている。

両圧力制限弁３５，３６は図示の基本位置の方向へプリロードをかけられている。この基本位置では、タンク制御通路３７に対する圧力媒体接続部が開放されている。

切換制御方向では、両圧力制限弁３５，３６に制御管路３１内の圧力が作用する。この圧力は圧力制限管路３９を介して取り出される。この圧力制限管路３９は両圧力制限弁３５，３６の各第３のポートもしくは各第３の接続部にも通じている。接続通路３４の、圧力制限弁３５とノズル３３との間の範囲に設置された範囲は、分岐管路４０と、圧力制限弁３５の方向に開く逆止弁とを介して、コントロールばね２７のばね室に接続されている。ノズル３３と圧力制限弁３５との間の圧力媒体流路では、さらに１つの接続管路が分岐しており、この接続管路は２つの別のノズル４１，４２を介してタンク制御通路３７に接続されている。両ノズル４１，４２の間では、アングル通路４３が分岐している。このアングル通路４３は圧力バランスを形成する両圧力制限弁３５，３６の間の圧力媒体流路に開口している。圧力制限弁３５，３６のばねプリロードをかけられた基本位置の方向で有効となる制御面は、さらに前制御管路もしくはパイロット制御管路４４，４５を介してタンク制御通路３７に接続されている。

両圧力制限弁３５，３６は互いに異なる圧力に合わせて調節されている。各圧力が達成されると、当該圧力制限弁３５，３６は図示の基本位置から調節されるので、ポンプ管路３８から制御管路３１と圧力制限管路３９と当該圧力制限弁３５，３６と接続通路３４と分岐管路４０とを介してコントロールばね２７のばね室にまで通じた制御オイル流路が開制御され、これにより、このばね室内にはほぼポンプ圧が有効となる。これに相応して、次いで作動ピストン２８は戻しばねのばね力に抗して、図２で見て左側に向かって運動させられ、傾転角度はゼロに戻されるので、吐出容量は相応して最小になるか、またはゼロに等しくなる。

可変容量型ポンプの標準運転では、両圧力制限弁３５，３６は図示の基本位置へプリロード（予荷重）をかけられている。ポンプの傾転角度を調節するためには、たとえば２０バールの予め規定されたスタンバイ圧力が必要となる。その後にはじめて戻しばねのばね力が克服され得る。

図示の基本位置では、既に述べたように、可変容量型ポンプ２２の傾転角度がその最大値に調節されている。比例磁石３０が通電されると、ポンプコントロール弁２６のコントロールピストンは図２で見て左側に向かって移動させられるので、制御管路３１は通路３２に接続され、ポンプ圧に相当する圧力がコントロールばね２７のばね室内で有効となる。この圧力により、次いで作動ピストン２８は戻しばねのばね力に抗して、傾転角度を最小化する方向に調節されるので、ポンプ吐出流量はゼロへ向かう。ポンプコントロール弁２６が左側に向かってさらに調節されると、制御管路３１と通路３２との間の圧力媒体接続が閉制御され、コントロールばね２７のばね室が分岐管路４０を介して接続通路３４に接続され、ひいてはタンク制御通路３７に接続されるので、制御オイルはばね室からタンク２４へ向かって流出することができ、相応して作動ピストン２８は戻しばねのばね力によって傾転角度増大方向に調節される。これに相応して、ポンプ吐出流量は比例磁石３０における電流強さに対して比例して増大する。ケーブル破断時または制御信号損失時には、図示の可変容量型ポンプ２２はその基本位置へ戻り傾転する。この基本位置では、最大傾転角度が調節されている。

ポンプレギュレータ２６の構造の別の詳細については、上で挙げたデータシートＲＤ９２７０８を参照するものとする。

さらに図１から判るように、ポンプ管路３８内の圧力は圧力センサ４８を介して検出されて、信号線路４６を介して制御ユニット６に報知される。実際ポンプ圧に相当するこの圧力信号は、ジョイスティック８によって調節された目標圧と比較され、出力信号は電子式のＰＩレギュレータまたはＰＩＤレギュレータ４７へ供給される。このＰＩレギュレータまたはＰＩＤレギュレータ４７の出力信号は次いで制御ユニット６を介してソフトウェアにより方向切換弁セクション１８，２０の制御時に考慮される。出力信号はさらに、信号増幅器４９と信号線路５１とを介して比例磁石３０に供給され、これによりポンプコントロール弁２６のコントロールピストンが調節される。この場合、コントロールピストンのこのコントロール位置では、コントロールピストンに対して比例磁石３０により加えられた力と、コントロールばね２７と作動ピストン２８とを介して逆方向に加えられた力との間の平衡が生ぜしめられる。

可変容量型ポンプ２２の吸込ポートもしくは吸込接続部は吸込管路５０とフィルタとを介してタンク２４に接続されている。可変容量型ポンプ２２により圧送された圧力媒体はポンプ管路３８と両方向切換弁セクション１８，２０（その構造については以下に図２につき説明する）とを介して消費器２，４に流入する。圧力媒体は戻し路側では消費器２，４から、対応する方向切換弁セクション１８，２０とタンク管路５２とを介してタンク２４へ流出し、この場合、タンク管路５２の端区分には、別のフィルタが設けられている。このフィルタは１つの圧力制限弁を介して迂回可能である。この圧力制限弁はフィルタの閉塞時に、ひいては圧力損失の増大時に、フィルタを跨ぐように開く。

タンク２４内に収容された圧力媒体の温度は、温度センサ５４を介して検出されて、信号線路を介して制御ユニット６に報知される。圧力媒体の過熱を阻止するためには、タンク管路５２とポンプ管路３８との間にフラッシュ弁５７が設けられている。このフラッシュ弁５７は圧力制限機能をも有しているので、ポンプ管路３８内の圧力は所定の最大圧力に制限可能となる。フラッシュ弁５７が開放された状態では、特に再生回路において消費器を操作するために使用された圧力媒体を、タンク２４からの「新しい」圧力媒体と交換することができる。フラッシュ弁５７の制御は同じく、制御ユニット６の信号に関連して電気的に行われる。

図３には、両方向切換弁セクション１８，２０の基本構造が示されており、この場合、方向切換弁セクション１８が例示的に図示されていて、可変容量形ポンプ２２ならびにタンク２４は簡略化されて描かれている。

図３に示したように、方向切換弁セクション１８は２つの圧力ポートもしくは圧力接続部Ｐを有している。両圧力接続部Ｐはそれぞれ１つの流入管路５６，５８を介してポンプ管路３８に接続されている。

方向切換弁セクション１８の２つのタンクポートもしくはタンク接続部Ｔは、流出管路６０，６２を介してタンク管路５２に接続されている。方向切換弁セクション１８の各接続部ペアリングＰ，Ｔには、１つの作業ポートもしくは作業接続部Ａ；Ｂが対応している。この作業接続部Ａ；Ｂは供給管路６４もしくは戻し管路６６を介して消費器２の圧力室１０もしくは環状室１４に接続されている。接続部Ｐ，Ｔと、対応する作業接続部Ａ，Ｂとの間の圧力媒体流路には、２つの切換位置と、３つの接続ポートとを備えたそれぞれ１つの連続的に調節可能な比例調節弁を形成する３ポート２位置方向切換弁６８，７０と、降下ブレーキ弁（カウンタバランス弁）７２；７４とが配置されている。各方向切換弁６８，７０はコントロールばねを介して図示のニュートラル位置へプリロードもしくは予荷重をかけられている。ニュートラル位置では、流出管路６０，６２が接続通路７６，７８と圧力媒体接続されており、この接続通路７６，７８はそれぞれ隣接した降下ブレーキ弁７２，７４に向かって延びている。

方向切換弁６８，７０の調節は、それぞれ１つのパイロット制御弁８１，８３を介して行われる。このパイロット制御弁８１，８３は比例磁石８０，８２を備えており、この比例磁石８０，８２は信号線路を介して中央の制御ユニット６によって通電可能であり、これによりパイロット制御弁８１，８３、たとえば減圧弁の調節によって両方向切換弁６８，７０は互いに別個に独立して、図３に図示した右側の位置の方向へ移動させられる。この位置では、流入管路５６，５８から接続通路７８；７６に通じた圧力媒体接続が開制御される。その結果、タンク２４に向かって開いたニュートラル位置を有する両方向切換弁６８，７０は極めて単純な構造を有している。この場合、調節のためには（冒頭で説明した公知先行技術とは異なり）、１つのパイロット制御弁と１つの比例磁石８０，８２しか必要とならない。それに対して、閉鎖されたセンタ位置を有する公知の解決手段では、それぞれ２つの高価な比例磁石が使用されなければならない。原理的には、直接に比例磁石を介しても方向切換弁６８，７０を制御することができる。

両降下ブレーキ弁７２，７４は、たとえば冒頭で挙げたドイツ連邦共和国特許第１９６０８８０１号明細書またはＯｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ社のデータシートに基づき知られているような自体公知の構造を有している。このような降下ブレーキ弁は荷重のコントロールされた降下を可能にすると同時に、二次圧力制限弁としても作用する。このためには、降下ブレーキ弁が、調節可能なプリロードばね８４，８６によって遮断位置へプリロードをかけられている。図３に示したように、両プリロードばね８４，８６のばね室は環境に向かって通気されている。開放方向では、各圧力が、対応する作業接続部Ａ，Ｂに作用する。この圧力はそれぞれ圧力制限制御管路８８，９０を介して取り出される。開放方向では、さらに、それぞれ他方の接続通路７６，７８内の圧力が作用する。この圧力はいわばクロス回路を介して開制御管路９２，９４によって取り出される。両降下ブレーキ弁７２，７４を介して、さらに、消費器２に作用する荷重を漏れなしに支持することができる。方向切換弁６８，７０から消費器２の各圧力室への圧力媒体供給は、それぞれバイパス通路９６，９８を介して行われる。このバイパス通路９６，９８は接続通路７６，７８を各供給管路もしくは戻し管路６４，６６に接続している。この場合、各バイパス通路９６，９８には、消費器２へ向かう方向で開く逆止弁１００，１０２が配置されている。

両方向切換弁６８，７０の図１〜図３に示したニュートラル位置では、各消費器２，４の両圧力室がタンク２４に接続されている。消費器２に作用する荷重Ｆは、座弁として形成された降下ブレーキ弁７２，７４によって漏れなしに支持されている。この場合、荷重Ｆは引張荷重または押圧荷重として形成されていてよい。両降下ブレーキ弁７２，７４の圧力制限機能を介して、管路６４，６６内の所定の最大圧力が超過され得なくなることが保証されている。

本発明を良く理解するために、幾つかの荷重事例を説明する。

まず、シリンダにより形成された消費器２に引張荷重Ｆが作用していて、このシリンダを、図４に図示したように引き出したい（右側へ向かう運動）と仮定する。この引出しは最大速度で行われることが望ましい（速度増加）。このためには、両方向切換弁６８，７０が、図４に示した位置の方向に調節され、この位置では再生が行われる。すなわち、消費器２は差動回路を介して制御される。この差動回路では、環状室１４もボトム側の圧力室１０も、可変吐出量型ポンプ２２に接続されている。このためには、方向切換弁６８，７０が両比例磁石８０，８２を介してニュートラル位置（図３）から左側へ向かって移動させられるので、方向切換弁セクション１８の両圧力接続部Ｐは接続通路７６，７８に接続されている。圧力媒体は可変吐出量型ポンプ２２によって圧力接続部Ｐと、方向切換弁６８と、接続管路７６と、バイパス通路９６と、逆止弁１００と、供給管路６４とを介して、容積増大側のボトム側の圧力室１０へ圧送される。環状室１４から押しのけられた圧力媒体は、戻し管路６６と、接続管路７６内の圧力を介して圧力制限機能において完全に開制御された降下ブレーキ弁７４と、接続通路７８と、方向切換弁７０とを介して流入管路５６へ流れ、さらにこの流入管路５６からポンプ管路３８へ流れるので、消費器から流出した圧力媒体容積流は可変吐出量型ポンプ２２により圧送された圧力媒体容積流に合算される。

このときにボトム側の圧力室１０内には、スプール調節に応じて最大ポンプ圧（たとえば２５０バール）と０バール（スプールがニュートラル位置にある）との間にある圧力が加えられる。環状室１４内の圧力が約２５０バールであり（方向切換弁７０のスプールが全開で、ポンプが２５０バールに調節されている）、かつ引張荷重が５０バールの圧力に相当していると仮定すると、ボトム側の圧力室１０には、環状室１４内の圧力から荷重分を差し引いた値を差動シリンダの面積比（たとえば２）により割った値に相当する差である圧力が調節されなければならないので、環状室１４内の圧力が２５０バールでかつ荷重が５０バールである場合には、圧力室１０内に約１００バールの圧力が生ぜしめられる。

押圧荷重の場合には、機能は相応しており、この場合、供給路側の供給管路６４内の圧力は降下ブレーキ弁７２の圧力制限機能によって制限されている。

再生時には、消費器が最大速度で移動させられるが、しかし消費器によって加えられた力は比較的小さい。なぜならば、消費器の有効作用面はピストンロッド面に相当しているからである。消費器２の最大出力を呼び出すためには、制御装置が再生モードから、図５に示した標準運転モードに切り換えられる。この場合、第２の方向切換弁７０はそのニュートラル位置の方向に調節されるので、圧力媒体は環状室１４から戻し管路６６と、開制御された降下ブレーキ弁７４と、接続通路７８と、第２の方向切換弁７０と、流出管路６０とを介してタンク２４に向かって流出する。引張荷重（図５）の場合、供給管路６４の範囲におけるキャビテーションは降下ブレーキ弁７４によって信頼性良く阻止される。なぜならば、この降下ブレーキ弁７４が、消費器２の締付けもしくは緊締（Einspannen）によって、引張荷重に基づいた消費器２の、コントロールされていない過度に迅速な引出しを阻止するからである。戻し管路６６内の最大圧力は降下ブレーキ弁７４の二次圧力制限機能により制限される。圧力媒体供給路内の圧力は、第１の方向切換弁６８のスプールにより調節された開放横断面を介して決定され、したがって０バールと、最大ポンプ圧（たとえば２５０バール）との間にある。

押圧荷重において、シリンダ２が引き出される場合（図５）、第１の方向切換弁６８のスプール位置と、可変容量型ポンプ２２の制御とに関連して、ボトム側の圧力室１０内には、荷重圧と最大ポンプ圧との間にある圧力が生ぜしめられる（消費器がストッパに当接）。戻し路に設置された降下ブレーキ弁７４は流入路内の圧力（開制御管路９４を介して取り出された）によって完全に開制御されるので、圧力媒体は環状室１４からタンク２４へ流出することができる。この荷重事例では、再生運転が設定されず、キャビテーションを懸念する必要はない。

引張荷重または押圧荷重において、シリンダが引き込まれる場合には、方向切換弁セクション１８が、図６に示した位置へ切り換えられる。この位置では、第１の方向切換弁６８がタンク２４に通じた圧力媒体接続を開制御し、第２の方向切換弁７０を介して可変容量型ポンプ２２から環状室１４へ圧力媒体が圧送される。環状室１４に通じた流入路内の圧力はその場合、荷重と、第２の方向切換弁７０の開放横断面と、調節されたポンプ圧とに関連している。圧力媒体はバイパス通路９８と、開いた逆止弁１０２と、戻し管路６６とを介して環状室１４内へ圧送され、そして容積減少側の圧力室１０からは供給管路６４と、流入路（接続通路７８）内の圧力により開放された降下ブレーキ弁７２と、ニュートラル位置の方向へ調節された第１の方向切換弁６８と、流出管路６２とを介してタンク２４へ流出する。このときに、流出路内の圧力レベルは降下ブレーキ弁７２によって制限されている。流入路内の圧力レベルは荷重方向に応じて最大ポンプ圧と０バール（押圧荷重、最大引込み速度）との間にある。

本発明によれば、再生モードが、消費器２，４の規定の運動方向において前調節として制御されると有利である。このことは、たとえばパワーショベルの装備品、たとえばショベルを備えたブームが降下される場合に云える。作業装備品の運動に抗して抵抗が増大すると、相応して可変容量型ポンプ２２のポンプ圧は増大して、ポンプレギュレータによって所定の最大値に制限される。この最大値が達成されると、冒頭で説明したように、傾転角度が制限され、ひいては可変容量型ポンプ２２の傾転角度のための作動信号も制限されるので、この可変容量型ポンプ２２により供給された圧力媒体容積流量はもはや、ジョイスティック８を介して前調節された圧力媒体需要（圧力媒体所要量）に相当しなくなる。本発明によれば、その場合、オペレータの干渉なしに当該方向切換弁セクション１８，２０が、規定された標準運転へ切り換えられるので、たとえば最大溝掘り出力が呼出し可能となる。傾転角度を決定するためには、可変容量型ポンプ２２が傾転角度センサを備えて形成されていてよい。

図７には、図３に示した制御装置１の単純化された実施例が図示されている。図３に示した前記実施例に対する唯一の相違点は、図３に示した実施例において戻し管路６６で示された、消費器２に接続された管路に、降下ブレーキ弁や、この降下ブレーキ弁に対応配置された、２つの「切換位置」を有する方向切換弁が設けられておらず、唯一つの連続的に調節可能な方向切換弁１０４しか設けられていないことにある。この方向切換弁１０４はセンタリングばね装置１０５を介して基本位置（０）へプリロードをかけられていて、２つのパイロット制御弁１０８，８３の操作によって、図７に示した位置（ａ）もしくは（ｂ）の方向へ調節可能である。両パイロット制御弁８３，１０８は、前記実施例の場合のように減圧弁として形成されている。この減圧弁はそれぞれ１つの比例磁石８２，１０６を介して制御可能である。供給管路６４に形成された弁の構造、すなわち降下ブレーキ弁７２と、逆止弁１００と、唯一つのパイロット制御弁８１を介して一方の方向にしか調節可能でない、開放位置へプリロードをかけられた方向切換弁６８とを備えた弁の構造ならびに圧力媒体供給は、前記実施例に相当しているので、これらに関する説明は省略する。分かり易くする目的で、互いに相当し合うハイドロリック的な構成エレメントは、冒頭で説明した実施例の場合と同じ符号を備えており、これらの構成エレメントに関しては、前記説明を参照するものとする。

連続的に調節可能な方向切換弁１０４の図示の基本位置（０）では、流出管路６０と流入管路５６と戻し管路６６との間の圧力媒体接続が遮断されている。比例磁石１０６の通電により、減圧弁１０８を介して制御圧を調節することができるので、方向切換弁１０４の弁スプールは図面で見て右側に向かって、符号（ａ）で示した位置をとる方向へ調節される。この位置では、戻し管路６６と流出管路６０との間の接続が開制御されている。流入管路５６に通じた圧力媒体接続は遮断されたままとなる。パイロット制御弁８２が制御されると、方向切換弁１０４の弁スプールは位置（ｂ）をとる方向へ調節されるので、相応して流入管路５６と、このときに供給管路として働く戻し管路６６との間の圧力媒体接続が開制御され、戻し管路６６と流出管路６０との間の圧力媒体接続は閉制御されている。

供給管路６４に配置された降下ブレーキ弁７２の操作は、冒頭で説明した実施例の場合と同様に、戻し管路６６内の圧力を介して行われる。

当然ながら、方向切換弁１０４を供給管路６４に組み込むこともできるので、その場合には、降下ブレーキ弁７４と、図３に示した方向切換弁７０とが戻し管路６６に配置されている。

ハイドロシリンダ（消費器２）を引き込むためには、方向切換弁１０４が、その位置（ｂ）をとる方向に移動させられるので、圧力媒体は可変容量型ポンプ２２からポンプ管路３８と、流入管路５６と、方向切換弁１０４と、このときに流入管路として働く戻し管路６６とを介して消費器２の環状室１４にまで圧送される。次いで、方向切換弁１０４を介して、相応して圧力媒体容積流が調節され、ひいては環状室１４内で有効となる圧力も調節される。戻し管路６６内の圧力により、降下ブレーキ弁７２はその開放位置へ調節されるので、たとえば押圧荷重の場合には、キャビテーションが阻止される。なぜならば、その場合、消費器２は緊締されたままとなるからである。引張荷重の場合には、降下ブレーキ弁７２が、開制御管路９２を介して取り出された供給路内の圧力によって完全にまたはほぼ完全に開制御されているので、圧力媒体は降下ブレーキ弁７２と、相応して調節された方向切換弁６８とを介してタンク２４へ流出することができる。

消費器（ハイドロシリンダ）２の引出し時もしくは伸長時では、制御装置を再び再生モードで運転することもできる。この場合、パイロット制御弁８１を介して方向切換弁６８が切り換えられ、パイロット制御弁８３を介して方向切換弁１０４がその位置（ｂ）の方向へ調節されるので、圧力媒体は環状室１４から方向切換弁１０４を介して流入管路５８に流入し、かつこの流入管路５８から方向切換弁６８と逆止弁１００とバイパス通路９６と供給管路６４とを介して圧力室１０に流入し、これにより消費器２は大きな速度で引き出される。大きな力を付与するためには、方向切換弁１０４がその位置（ａ）の方向へ調節されるので、圧力媒体は環状室１４からタンク２４へ流出する。種々異なる運転モードの別の詳細については、前記実施例の説明を参照するものとする。

弁装置を介してポンプまたはタンクに接続可能となる供給側の圧力室と戻し側の圧力室とを有するハイドロリック式の消費器を制御するためのハイドロリック式の制御装置および方法が開示されている。弁装置の制御は制御ユニットによって行なわれ、この制御ユニットを介して弁装置が再生モードへ調節可能となる。この再生モードでは、両圧力室が共にポンプに接続されている。本発明によれば、ポンプが圧力コントロールされており、この場合、再生モードでは自動的に標準運転への切換が行われる。標準運転では、流入側の圧力室がポンプに接続されており、戻し側の圧力室がタンクに接続されている。標準運転への切換は、ポンプ吐出流量が圧力媒体需要量よりも下へ低下したときに行われる。

Claims (15)

1. 制御ユニット（６）により制御される弁装置（１８，２０）を介して、ポンプ（２２）またはタンク（２４）に接続の切り換えが可能な供給側および戻し側の圧力室（１０，１４；１２，１６）を有し、両圧力室（１０，１４；１２，１６）を前記ポンプ（２２）に接続することにより前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）と前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）とを接続可能なハイドロリック式の消費器（２，４）を制御する方法であって、
   前記制御ユニット（６）により前記弁装置（１８，２０）を切り換えて、前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）と前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）とを接続し、前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）及び前記ポンプ（２２）から吐出された圧力媒体を合算して前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）に供給するステップ（再生モード）と、
   前記ポンプ（２２）の目標ポンプ圧を設定するステップと、
   前記ポンプ（２２）の実際のポンプ圧を検出するステップと、
   前記実際のポンプ圧と前記目標ポンプ圧とを比較し、前記実際のポンプ圧が前記目標ポンプ圧よりも低い場合に、前記制御ユニット（６）により前記弁装置（１８，２０）を切り換えて、前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）を前記ポンプ（２２）に接続するとともに、前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）を前記タンク（２４）に接続するステップ（標準運転モード）と、を有することを特徴とする、ハイドロリック式の消費器を制御するための方法。
2. 前記実際のポンプ圧が所定値まで高くなった場合に、前記実際のポンプ圧を維持した状態で圧力媒体の吐出流量を低下させる、請求項１記載の方法。
3. 前記ポンプ吐出流量を、傾転角度と、与えられたポンプ圧におけるポンプ回転数とから求める、請求項２記載の方法。
4. 前記実際のポンプ圧を検出して、前記目標ポンプ圧と比較し、圧力差を入力信号としてレギュレータ（４７）に供給し、該レギュレータ（４７）の出力信号を、傾転角度のための尺度とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記ポンプ（２２）が可変容量型ポンプ（２２）であり、該可変容量型ポンプ（２２）に電子比例式の傾転角度コントロール部が対応配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 電気的またはエレクトロハイドロリック的に連続的に調節可能な弁装置（１８，２０）を介して、ポンプ（２２）又はタンク（２４）に接続の切り換えが可能な供給側及び戻し側の圧力室（１０，１４；１２，１６）を有し、両圧力室（１０，１４；１２，１６）を前記ポンプ（２２）に接続することにより前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）と前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）とを接続可能なハイドロリック式の消費器（２，４）を制御する制御装置であって、
   前記ポンプ（２２）の目標ポンプ圧を設定するための作動部材と、
   前記ポンプ（２２）の実際のポンプ圧を検出するための圧力センサ（４８）と、
   前記弁装置（１８，２０）を制御するための制御ユニット（６）と、を有し、
   前記制御ユニット（６）は、
   前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）と前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）とを接続し、前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）及び前記ポンプ（２２）から吐出された圧力媒体を合算して前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）に供給する再生モードと、
   前記実際のポンプ圧と前記目標ポンプ圧とを比較し、前記実際のポンプ圧が前記目標ポンプ圧よりも低い場合に、前記供給側の圧力室（１０，１２；１４，１６）を前記ポンプ（２２）に接続するとともに、前記戻し側の圧力室（１４，１６；１０，１２）を前記タンク（２４）に接続する標準運転モードと、
   に切り換えるように前記弁装置（１８，２０）を制御することを特徴とする、ハイドロリック式の消費器（２，４）を制御する制御装置。
7. 前記ポンプ（２２）には、前記ポンプ（２２）の実際のポンプ圧を維持した状態で圧力媒体の吐出流量を調節するポンプレギュレータ（２５）が設けられている、請求項６記載のハイドロリック式の制御装置。
8. 前記制御ユニット（６）は、前記圧力センサ（４８）により検出された前記実際のポンプ圧が所定値まで高くなった場合に、前記ポンプレギュレータ（２５）に圧力媒体の吐出流量を低下させる、請求項７記載のハイドロリック式の制御装置。
9. 前記ポンプ（２２）が、電子比例式の傾転角度コントロール部を備えた可変容量型ポンプ（２２）である、請求項６から８までのいずれか１項記載のハイドロリック式の制御装置。
10. 前記可変容量型ポンプ（２２）の傾転角度を検出するための傾転角度センサが設けられている、請求項９記載のハイドロリック式の制御装置。
11. 前記傾転角度コントロール部が、前記可変容量型ポンプ（２２）の出力をコントロールする、請求項９又は１０記載のハイドロリック式の制御装置。
12. 前記実際ポンプ圧と前記目標ポンプ圧との比較に関連して、前記制御ユニット（６）に、前記ポンプレギュレータ（２５）のための入力信号を形成するためのレギュレータ（４７）が設けられている、請求項７から１１までのいずれか１項記載のハイドロリック式の制御装置。
13. 前記レギュレータ（４７）がＰＩレギュレータまたはＰＩＤレギュレータである、請求項１２記載のハイドロリック式の制御装置。
14. 各消費器（２，４）の供給路（６４）および戻し路（６６）に、前記ポンプ（２２）又は前記タンク（２４）への接続を可能にする２つの切換位置を有し、該２つの切換位置の一方が、前記タンク（２４）に接続された状態の１つの開いたニュートラル位置である、電気的またはエレクトロハイドロリック的に連続的に調節可能な方向切換弁（６８，７０）と、降下ブレーキ弁（７２，７４）とが配置されている、請求項６から１３までのいずれか１項記載のハイドロリック式の制御装置。
15. 降下ブレーキ弁（７２，７４）が圧力制限機能を有している、請求項１４記載のハイドロリック式の制御装置。

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