DE10211924A1

DE10211924A1 - Hydrauliksystem für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE10211924A1
Application number: DE10211924A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Yoshino
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-04-30
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-06-12
Also published as: JP2008298292A; JP4202044B2; US6502500B2; JP2003035302A; US20020157528A1; JP4856131B2

Abstract

Gemäß eines Aspektes der Erfindung wird ein Hydrauliksystem mit einer hydraulischen Druckquelle und mindestens einem Einmeßkolbenventil versehen. Jedes Kolbenventil hat einen Einlaß und einen Auslaß. Eine hydraulische Betätigungsvorrichtung ist strömungsmittelmäßig mit dem Kolbenventilauslaß gekoppelt. Ein Lasthalterückschlagventil verbindet strömungsmittelmäßig die Druckquelle mit mindestens einem Kolbenventileinlaß. Das Lasthalterückschlagventil hat eine Drucksteuerkammer. Ein Drei-Wege-Ventil hat einen ersten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Drucksteuerkammer, einen zweiten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit mindestens einem Kolbenventileinlaß, und einen dritten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Druckquelle. Ein geprüfter Druck und eine Flußsteuerung für eine Betätigungsvorrichtung sind vorgesehen, und eine Nachfüllung und eine Leitungsentlastung werden ohne Anwendung eines zusätzlichen Kolbenventils vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hydrauliksysteme und insbesondere auf Hydrauliksysteme die einzeln gesteuerte Kolbenventile aufweisen, die mit jeweiligen Betätigungsvorrichtungen gekoppelt sind.

Technischer Hintergrund

Bei einer Arbeitsmaschine, wie beispielsweise einem Bulldozer, einem Bagger und ähnlichem, können mehrere Hydraulikstapel bzw. Hydraulikstufen zum Betrieb von mehreren unterschiedlichen hydraulischen Lasten vorgesehen werden, wie beispielsweise Hydraulikzylinder für unterschiedliche Funktionen. Jeder Hydraulikstapel wird typischerweise getrennt gesteuert, und zwar unter Verwendung einer Vielzahl von Ventilen, die einen Fluß abhängig von Druckdifferenzen anweisen, oder unter Verwendung von elektrischen oder mechanischen Betätigungsvorrichtungen positiv gesteuert werden.
Es ist bekannt, ein Hydrauliksystem mit mehreren hydraulischen Stapeln bzw. Stufen vorzusehen, wobei jede Stufe ein Einmeßkolbenventil und ein Ausmeßkolbenventil besitzt, um den Hydraulikfluß zu einer Betätigungsvorrichtung zu steuern, genauso wie um den Hydraulikfluß von der Betätigungsvorrichtung zu einem Tank zu steuern und eine Nachfüll- und Leitungsentlastungsfunktion darin vorzusehen. Das Lasthalterückschlagventil sollte innerhalb einer Strömungsmittelleitung positioniert sein, die jeden der Hydraulikstapel bzw. jede Hydraulikstufe parallel speist. Die Wiedergewinnung von Hydrauliköl von einem Hydraulikstapel bzw. einer Hydraulikstufe zur nächsten kann nicht erreicht werden, da das Lasthalterückschlagventil geschlossen bleibt, außer wenn der Druck von der Pumpe den Druck innerhalb der parallelen Strömungsmittelleitungen überschreitet, die zu jeder Hydraulikstufe führen. Darüber hinaus können die Ausmeßkolbenventile relativ teuer und sperrig sein.
Ein Beispiel eines Hydrauliksystems, das mit einer Arbeitsmaschine wie oben beschrieben verwendet werden kann, wird offenbart im US-Patent 4 250 794 (Haak und andere) welches der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zueigen ist. Haak und andere offenbaren ein Hydrauliksystem, das ein Lasthalterückschlagventil mit einer Drucksteuerkammer aufweist, die strömungsmittelmäßig mit einem Zwei-Positionen-Zwei-Wege-Ventil gekoppelt ist, und zwar zum Zwecke des Öffnens und Schließens des Lasthalterückschlagventils zur Lieferung von unter Druck gesetztem Öl zu einer Betätigungsvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist das Hydrauliksystem mit einer hydraulischen Druckquelle und mindestens einem Einmeßkolbenventil versehen. Jedes Kolbenventil hat einen Einlaß und einen Auslaß. Eine hydraulische Betätigungsvorrichtung ist strömungsmittelmäßig mit dem Kolbenventilauslaß gekoppelt. Ein Lasthalterückschlagventil verbindet strömungsmittelmäßig die Druckquelle mit mindestens einem Kolbenventileinlaß. Das Lasthalterückschlagventil hat eine Drucksteuerkammer. Ein Drei-Wege-Ventil besitzt einen ersten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Drucksteuerkammer, einen zweiten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit mindestens einem Kolbenventileinlaß und einen dritten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Druckquelle.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist ein Hydrauliksystem mit einer Hydraulikpumpe und mindestens einem Einmeßkolbenventil versehen. Jedes Kolbenventil hat einen Einlaß und einen Auslaß. Mindestens eine hydraulische Betätigungsvorrichtung ist vorgesehen, wobei jede hydraulische Betätigungsvorrichtung strömungsmittelmäßig mit einem entsprechenden Kolbenventilauslaß gekoppelt ist. Ein Lasthalterückschlagventil verbindet strömungsmittelmäßig die Pumpe mit jedem Kolbenventileinlaß. Ein Tank und mindestens eine Sitzventilanordnung sind auch vorgesehen. Jede Sitzventilanordnung ist strömungsmittelmässig mit einem entsprechenden Kolbenventilauslass und einer Betätigungsvorrichtung verbunden. Jede Sitzventilanordnung verbindet selektiv die entsprechende Betätigungsvorrichtung mit dem Tank oder einem Umgebungsdruck.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Hydrauliksystems der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Hydrauliksystems der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist noch eine weitere schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Hydrauliksystems der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung von noch einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Hydrauliksystems der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hydrauliksystems 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Hydrauliksystem 10 wird von einem Rahmen 12 einer Arbeitsmaschine getragen (der schematisch in Fig. 1 gezeigt ist) wie beispielsweise von einer Ackerbaumaschine oder einer schweren Baumaschine. Das Hydrauliksystem 10 weist im allgemeinen eine Hydraulikdruckquelle 14, ein Lasthalterückschlagventil 16, ein Drei-Wege-Ventil 18, einen ersten Hydraulikstapel 20 und einen zweiten Hydraulikstapel 22 auf.
Die Druckquelle 14 sieht eine Quelle für unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel für das Hydrauliksystem 10 über eine Auslaßleitung 24 vor. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Druckquelle 14 die Form einer Hydraulikpumpe, die einen Drucksensor 26 aufweist. Der Drucksensor 26 liefert ein Ausgangssignal an eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung, die einen Ausgangsdruck der Pumpe 14 anzeigt. Die Pumpe 14 ist auch in Strömungsmittelverbindung mit einer hydraulischen Hilfslast 28 über die Auslaßleitung 24 und die Hilfsleitung 30. Die hydraulische Hilfslast 28 kann beispielsweise eine Last sein, die einen niedrigen Druck und eine hohe Flußrate erfordert, wie beispielsweise ein Hydraulikzylinder, der verwendet wird, um die Schaufel eines Laders zu kippen, usw. Natürlich können Steuerventile usw. in der Hilfsleitung 30 zur Steuerung des Strömungsmittelflusses zur hydraulischen Hilfslast 28 vorgesehen werden.
Das Lasthalterückschlagventil 16 verbindet strömungsmittelmäßig die Pumpe 14 mit jeder Hydraulikstufe 20, 22. Insbesondere verbindet das Lasthalterückschlagventil 16 strömungsmittelmäßig die Ausgangsleitung 24 der Pumpe 14 mit parallelen Strömungsmittelleitungen 32 und 34, die sich zur ersten Hydraulikstufe 20 bzw. der zweiten Hydraulikstufe 22 erstrecken. Das Lasthalterückschlagventil 16 weist einen Ventilkörper 36 auf, der zu einer geschlossenen Position vorgespannt wird, und zwar unter Verwendung einer Druckfeder 38. Eine Drucksteuerkammer 40 ist innerhalb des Lasthalterückschlagventils 16 auf der Rückseite des Ventilkörpers 36 im Gebiet der Feder 38 vorhanden. Der Ventilkörper 36 weist erste und zweite ringförmige Schultern 42 und 44 auf, die Flächen bieten, gegen die ein unter Druck gesetztes Strömungsmittel innerhalb der parallelen Strömungsmittelleitungen 32 und 34 wirken können, wie genauer im folgenden beschrieben wird.
Das Drei-Wege-Ventil 18 weist einen ersten Anschluß 46 auf, einen zweiten Anschluß 48 und einen dritten Anschluß 50, die jeweils als ein Einlaß oder als ein Auslaß wirken können, und zwar abhängig von der Richtung des Strömungsmittelflusses. Der erste Anschluß 46 ist in Strömungsmittelverbindung mit der Drucksteuerkammer 40 über die Strömungsmittelleitung 52. Der zweite Anschluß 48 ist in Strömungsmittelverbindung mit einem Einlaß zur ersten Hydraulikstufe 20 und zur zweiten Hydraulikstufe 22 über eine Strömungsmittelleitung 54, wie genauer im folgenden beschrieben wird. Der dritte Anschluß 50 ist in Strömungsmittelverbindung mit der Pumpe 14 über die Strömungsmittelleitung 56.
Das Drei-Wege-Ventil 18 ist ein Zwei-Positionen-Ventil, das selektiv betätigt werden kann, um den ersten Anschluß 46 entweder mit dem zweiten Anschluß 48 oder dem dritten Anschluß 50 zu koppeln. Das Drei-Wege-Ventil 18 ist in eine Position vorgespannt, die den ersten Anschluß 46 mit dem zweiten Anschluß 48 koppelt, wie schematisch von der Feder 56 dargestellt. Das Drei-Wege-Ventil 18 kann selektiv betätigt werden, um den ersten Anschluß 46 mit dem dritten Anschluß 50 zu koppeln, so daß der Ausgangsdruck der Pumpe 14 auch innerhalb der Drucksteuerkammer 40 auf der Rückseite des Ventilkörpers 36 vorhanden ist.
Die erste Hydraulikstufe 20 und die zweite Hydraulikstufe 22 sind im wesentlichen identisch konfiguriert. Aus Gründen der Vereinfachung wird nur eine detaillierte Beschreibung der ersten Hydraulikstufe 20 im folgenden dargelegt, wobei klar sein sollte, daß die zweite Hydraulikstufe 22 im wesentlichen identisch konfiguriert ist und identisch arbeitet.
Die erste Hydraulikstufe 20 weist im allgemeinen ein Einmeßkolbenventil 58 und eine Sitzventilanordnung 60 auf. Das Einmeßkolbenventil weist einen Einlaß 62 und einen Auslaß 64 auf. Der Einlaß 62 ist in Strömungsmittelverbindung mit einer parallelen Strömungsmittelleitung 32, die sich von einem Lasthalterückschlagventil 16 erstreckt. Der Auslaß 64 ist in Strömungsmittelverbindung mit einer Betätigungsvorrichtung 66 über eine Versorgungsleitung 68. Die Betätigungsvorrichtung 66 kann die Form von beispielsweise einem Hydraulikzylinder oder ähnlichem haben, welche in einem relativ großen Bereich von Betriebszuständen betreibbar ist. Beispielsweise kann die Betätigungsvorrichtung 66 die Form eines Hydraulikzylinders haben, der Betriebszustände mit hohem Druck und niedrigem Fluß oder Betriebszustände mit niedrigem Druck und hohem Fluß erfordert.
Das Einmeßkolbenventil 58 weist einen Hubsensor 70 auf, eine Drucksteuerkammer 72, einen Körper 74, einen Kolbensteg 76 und eine Feder 78. Der Hubsensor 70 hat in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Form eines induktiven Sensors, der ein Ausgangssignal an eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung liefert, die eine Position des Kolbensteges 76 während des Betriebes anzeigt. Die Drucksteuerkammer 72 ist in Strömungsmittelverbindung mit einem Hubsteuerproportionalventil 80 über die Strömungsmittelleitung 82 und nimmt unter Druck gesetztes Strömungsmittel darin auf, um selektiv den Kolbensteg 76 während des Betriebes zu positionieren. Der Druck des Strömungsmittels innerhalb der Drucksteuerkammer 72 und somit wiederum die Position des Kolbensteges 76 wird gesteuert durch Verwendung des Hubsteuerproportionalventils 80. Der Körper 74 trennt strömungsmittelmäßig die Drucksteuerkammer 72 vom Einlaß 62.
Die Feder 78 spannt den Kolbensteg 76 und den Körper 74 in eine geschlossene Position des Kolbensteges 76. Eine Federkraft, die von der Feder 78 aufgebracht wird, kann natürlich auf die spezielle Anwendung zugeschnitten sein.
Der Kolbensteg 76 ist selektiv bewegbar zwischen einer (in Fig. 1 gezeigten) geschlossenen Position und einer offenen Position, bei der der Einlaß 62 und der Auslaß 64 strömungsmittelmäßig miteinander verbunden sind. Der Kolbensteg 76 weist eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Nuten 84 auf, die radial um den Umfang des Kolbensteges 76 herum beabstandet sind. Die Nuten 84 erstrecken sich um eine vorbestimmte Distanz in Axialrichtung von der Endstirnseite des Kolbensteges 76, der zum Körper 74 hinweist. Das Ausmaß, in dem der Kolbensteg 76 in einer Richtung zur Druckfeder 78 hin bewegt wird, steuert die Anschlußöffnungsfläche zwischen dem Einlaß 62 und dem Auslaß 64, wodurch auch die Flußmenge über den Kolbensteg 76 gesteuert wird. Die Ausdrücke "Einlaß" und "Auslaß" werden hier zu Beschreibungszwecken verwendet. Es sei bemerkt, daß in gewissen Betriebszuständen, wie sie im folgenden beschrieben werden, der Einlaß 62 und der Auslaß 64 eine entgegengesetzte Funktionalität haben können. Da die grundlegende Richtung vom Einlaß 62 zum Auslaß 64 ist, sind diese Ausdrücke zu Beschreibungszwecken ausgewählt worden.
Der Kolbensteg 76 weist auch eine Druckfläche in Form einer Schulter 86 auf, die in Strömungsmittelverbindung mit der Betätigungsvorrichtung 66 ist. Die Schulter 86 definiert eine Fläche, gegen die das unter Druck gesetzte Strömungsmittel innerhalb der Versorgungsleitung 68 eine Axialkraft liefern kann, um zusätzlich zur Druckfeder 78 den Kolbensteg 76 zu einer geschlossenen Position hin vorzuspannen. Die Druckfläche, die von der Schulter 86 definiert wird, ist natürlich kleiner als die Druckfläche der axialen Stirnseite des Körpers 74, die zur Druckkammer 72 hinweist, wie klar in Fig. 1 zu sehen.
Das Sitzventil 60 ist strömungsmittelmäßig mit dem Kolbenventilauslaß 64 und der Betätigungsvorrichtung 66 verbunden. Das Sitzventil 60 wird selektiv betätigt, um die doppelte Funktionalität sowohl für eine Nachfüllfunktion als auch für eine Leitungsentlastungsfunktion zu bieten. Zu diesem Zwecke verbindet die Sitzventilanordnung 60 selektiv strömungsmittelmäßig die Betätigungsvorrichtung 66 entweder mit dem Tank 88 oder einem Umgebungsdruck für eine Nachfüllfunktion oder für eine Leitungsentlastungsfunktion abhängig von den Betriebspositionen.
Die Sitzventilanordnung 60 weist ein Sitzventil 90 der Bauart mit Vorsteuerflußverstärkung auf, ein Vorsteuerentlastungsventil 92, ein Vorsteuerventil 94 zur Ausmeßflußsteuerung, und ein proportionales Druckreduktionsventil 96. Das Sitzventil 90 mit Vorsteuerflußverstärkung sieht in erster Linie die Nachfüllfunktion vor und die Ventile 92, 94 und 96 sehen in erster Linie die Leitungsentlastung und die Druckeinstellsteuerfunktion vor.
Das Sitzventil 90 mit Vorsteuerflußverstärkung ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Tank 88, der in diesem Ausführungsbeispiel ein Umgebungsdruck ist. Das Sitzventil 90 mit Vorsteuerflußverstärkung ist auch in Strömungsmittelverbindung mit der Betätigungsvorrichtung 66 über die Strömungsmittelleitung 98. Der Druck innerhalb der Versorgungsleitung 68, die zur Betätigungsvorrichtung 66 führt, fließt in eine Ringkammer 100 innerhalb des Sitzventils 90 mit Vorsteuerverstärkung, um eine Axialkraft gegen den Ventilkörper 102 gegen eine Kraft auszuüben, die von der Feder 104 ausgeübt wird. Eine entgegenweisende Strömungsmittelkraft wird auch gegen die entgegengesetzte Seite des Ventilkörpers 102 und ein normalerweise offenes Sitzelement 106 ausgeübt, und zwar entsprechend dem Druck innerhalb der Versorgungsleitung 68. Insbesondere läuft der Druck in der Strömungsmittelleitung 98 durch die Strömungsmittelleitung 108, das Vorsteuerentlastungsventil 92 und die Strömungsmittelleitung 110, um eine entgegengesetzte Kraft auf der Rückseite des Ventilkörpers 102 und des Sitzelementes 106 auszuüben.
Das Vorsteuerentlastungsventil 92 ist in Strömungsmittelverbindung mit der Versorgungsleitung 68 über die Strömungsmittelleitungen 108 und 98. Das Vorsteuerentlastungsventil ist in eine geschlossene Position vorgespannt und springt bei einem ausgewählten Leitungsdruck auf. Der Aufsprengdruck des Vorsteuerentlastungsventils 92 wird selektiv über die Strömungsmittelleitung 112 unter Verwendung eines proportionalen Druckreduzierungsventils 96 eingestellt. Das Vorsteuerkolbenventil 94 mit Ausflußsteuerung ist parallel zum Vorsteuerentlastungsventil 92 angeschlossen und wirkt dahingehend, daß es proportional die Bewegung des Sitzventils 90 steuert.
Das proportionale Hubsteuerventil 80 steuert den Strömungsmitteldruck, der innerhalb der Drucksteuerkammer 72 ausgeübt wird, und zwar abhängig vom Ausgangssignal des Hubsensors 70 und einem erwünschten Eingabebefehlssignal, das an eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung geliefert wird. Während der Anwendung liefert die Druckquelle 14 Hydraulikströmungsmittel als Ausgangsdruck an die Auslaßleitung 24, die zu dem Lasthalterückschlagventil 16 führt. Wenn das Drei-Wege-Ventil 18 in der in Fig. 1 gezeigten Position ist, ist der Strömungsmitteldruck innerhalb der parallelen Strömungsmittelleitungen 32, 34 auch in der Drucksteuerkammer 40 des Lasthalterückschlagventils 16 auf der Rückseite des Ventilkörpers 36 vorhanden. Wenn der Druck, der von der Pumpe 14 ausgegeben wird, größer ist, als die kombinierte Axialkraft, die gegen den Ventilkörper 36 durch die Druckfeder 38 und den Strömungsmitteldruck innerhalb der Drucksteuerkammer 40 ausgeübt wird, hebt sich der Ventilkörper 36 und gestattet, daß unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel zu dem Einmeßkolbenventil 58 fließt. Unter Druck gesetztes Strömungsmittel wird auf die Drucksteuerkammer 72 in dem Einmeßkolbenventil 58 aufgebracht, und zwar entgegenwirkend zur Druckfeder 78 zur Bewegung des Kolbensteges 76 zu einer ausgewählten Position, und zwar folgend zu einer vorbestimmten Strömungsmittelflußmenge zwischen dem Einlaß 62 und dem Auslaß 64. Das unter Druck gesetzte Hydraulikströmungsmittel fließt dann durch die Versorgungsleitung 68 zur Betätigungsvorrichtung 66.
Das Lasthalterückschlagventil 36 kann geschlossen werden durch Bewegung des Drei-Wege-Ventils 18 in eine Position, so daß der erste Anschluß 46 strömungsmittelmäßig mit dem dritten Anschluß 50 gekoppelt ist, wodurch der Ausgangsdruck der Pumpe 14 zur Drucksteuerkammer auf der Rückseite des Ventilkörpers 36 gekoppelt wird. Eine zusätzliche Kraft, die von der Druckfeder 38 geliefert wird, bewegt den Ventilkörper 6 zu der in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Position.
In dem Fall, daß der Ausgangsdruck aus der Pumpe 14 unter den Strömungsmitteldruck innerhalb der Versorgungsleitung 68 fällt, wie beispielsweise wenn die Pumpe 14 Strömungsmittel bei Zuständen mit niedrigem Druck zu einer hydraulischen Hilfslast 28 liefert, ist es auch möglich, einen Rückfluß des Hydraulikströmungsmittels zu gestatten, und zwar für einen wirkungsvollen Betrieb der hydraulischen Hilfslast 28. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Ventilkörper 36 in einer geschlossenen Position ist, und daß der Kolbensteg 76 in einer offenen Position ist, wobei der Druck innerhalb der Versorgungsleitung 68 auch in der parallelen Strömungsmittelleitung 32 vorhanden ist und eine axiale Kraft gegen den Ventilkörper 36 an den Schultern 42 und 44 ausübt. Wenn das Drei-Wege-Ventil in die Position vorgespannt ist, die den Ausgangsdruck der Pumpe 14 so ankoppelt so daß er zur Steuerkammer 40 paßt bzw. läuft, existiert somit ein niedriger Druck bei einem Betriebszustand mit hoher Flußrate und niedrigem Druck während des Betriebes der hydraulischen Hilfslast 28. Das Hydraulikströmungsmittel auf höherem Druck übt eine Axialkraft gegen den Ventilkörper 36 an den Schultern 42, 44 aus, was den Ventilkörper 36 zu einer offenen Position bewegt, die gestattet, daß das Hydraulikströmungsmittel auf hohem Druck strömungsmittelmäßig mit der Ausgangsleitung 24 von der Pumpe 14 gekoppelt wird, was parallel zur Hilfsleitung 30 angekoppelt wird, die zu der hydraulischen Hilfslast 28 führt.
Die exakte Position des Kolbensteges 76 wird unter Verwendung eines Hubsensors 70 abgefühlt. Die abgefühlte Position des Kolbensteges 76 wird verwendet, um einen entsprechenden Druck auf die Drucksteuerkammer 72 auf der Rückseite des Körpers 74 aufzubringen, was die genaue Positionierung des Kolbensteges 76 in dem Einmeßkolbenventil 58 gestattet. Die Druckfläche, die von der Schulter 86 des Kolbensteges 76 definiert wird, gestattet auch, daß der Druck innerhalb der Versorgungsleitung 68 eine axiale Kraft ausübt, die in Kombination mit der von der Feder 78 aufgebrachten Federkraft der axialen Kraft entgegenwirkt, die auf dem Ventilkörper 74 in der Drucksteuerkammer 72 durch das unter Druck gesetzte Strömungsmittel darin aufgebracht wird. Diese entgegenweisenden Kräfte gestatten eine verbesserte Steuerung und Positionierung des Kolbensteges 76.
In dem Fall, daß die Strömungsmittelversorgung von der Pumpe 14 nicht ausreicht, um einen adäquaten Strömungsmittelfluß zur Betätigungsvorrichtung 66 zu liefern, kann Kavitation auftreten, was nicht wünschenswert ist. Das Sitzventil mit Vorsteuerflußverstärkung öffnet sich, wenn der Druck den Druck innerhalb der Versorgungsleitung 68 überschreitet, wodurch eine Nachfüllfunktion für Hydraulikströmungsmittel vom Tank 88 zur Versorgungsleitung 68 vorgesehen wird, und schließlich zur Betätigungsvorrichtung 66, um den Kavitationszustand zu verhindern.
Darüber hinaus sollte der Druck innerhalb der Versorgungsleitung 68 einen vorbestimmten Wert überschreiten, wobei der gesamte Druck gegen das Vorsteuerentlastungsventil 92 ausgeübt wird. Der Aufsprengdruck des Vorsteuerentlastungsventils 92 wird unter Verwendung eines proportionalen Druckreduktionsventils 96 gesteuert, und die Flußrate vom Vorsteuerentlastungsventil 92 wird unter Verwendung des Vorsteuerkolbenventils 94 mit Ausflußsteuerung gemessen. Somit werden der Aufsprengdruck in der Versorgungsleitung 68 genauso wie die Rate der Druckableitung aus der Versorgungsleitung 68 unter gleichzeitiger Verwendung der Ventile 92, 94 und 96 gesteuert.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems 120 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Hydrauliksystem 120 weist die erste Hydraulikstufe 20 und die zweite Hydraulikstufe 22 auf, die jeweils mit parallelen Strömungsmittelleitungen 32 und 34 gekoppelt sind, genauso wie in Fig. 1 gezeigt. Zur Vereinfachung sind die erste Hydraulikstufe 20 und die zweite Hydraulikstufe 22 in Fig. 2 nicht gezeigt. Das Hydrauliksystem 120 weist auch eine Druckwelle in Form einer Pumpe 14 auf, ähnlich wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Hydrauliksystem 10. Jedoch ist die Pumpe 14 strömungsmittelmäßig parallel zu zwei getrennten Lasthalterückschlagventilen 122 und 124 gekoppelt, genauso wie mit zwei getrennten Drei-Wege-Ventilen 126, 128. Jedes Drei-Wege-Ventil 126, 128 weist einen ersten Anschluß 130 auf, einen zweiten Anschluß 132 und einen dritten Anschluß 134. Jeder erste Anschluß 130 ist strömungsmittelmäßig mit einer Drucksteuerkammer 136 eines jeweiligen assoziierten Lasthalterückschlagventils 122, 124 gekoppelt. Jeder zweite Anschluß 132 ist strömungsmittelmäßig mit jedem Kolbenventileinlaß über parallele Strömungsmittelleitungen 32, 34 gekoppelt. Jeder dritte Anschluß 134 ist strömungsmittelmäßig mit dem Ausgangsdruck aus der Pumpe 14 gekoppelt.
Fig. 3 veranschaulicht noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hydrauliksystems 140 der vorliegenden Erfindung. Das Hydrauliksystem 140 weist eine Pumpe 14, ein Lasthalterückschlagventil 16 und ein Drei-Wege- Ventil 18 auf, die parallel zu einer ersten Hydraulikstufe 142 und einer (nicht gezeigten) zweiten Hydraulikstufe angeschlossen sind, und zwar ähnlich dem Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 gezeigten Hydrauliksystems 10. Da die Konfiguration der Pumpe 14, des Lasthalterückschlagventils 16 und des Drei-Wege-Ventils 18 die gleiche ist wie in Fig. 1, und da die erste Hydraulikstufe die gleiche ist wie die veranschaulichte zweite Hydraulikstufe wird in Fig. 3 zu Vereinfachungszwecken nur die erste Hydraulikstufe 142 gezeigt.
Die erste Hydraulikstufe 142 weist ein Einmeßkolbenventil 58 auf, welches strömungsmittelmäßig die parallele Strömungsmittelleitung 32 mit der Versorgungsleitung 68 verbindet, und zwar genauso wie in Fig. 1. Das Hydrauliksystem 140 weist eine Sitzventilanordnung 144 auf, die auch strömungsmittelmäßig parallel mit dem Einmeßkolbenventil 58 gekoppelt ist. Jedoch weicht die Sitzventilanordnung 144 von der in Fig. 1 gezeigten Sitzventilanordnung 60 ab. Die Sitzventilanordnung 144 weist ein Sitzventil 90 mit Vorsteuerflußverstärkung auf, welches strömungsmittelmäßig in Reihe mit einem Vorsteuerkolbenventil 146 mit variabler Vorsteuerentlastung und Ausmeßflußsteuerung gekoppelt ist. Der Druck innerhalb der Strömungsmittelleitung 98 fließt durch einen geschlitzten Bohrungsdurchlaß 148, um einen Druck gegen das Sitzelement 106 auf der entgegengesetzten Seite des Ventilkörpers 102 zusammen mit der Feder 104 auszuüben. Der gleiche Strömungsmitteldruck wirkt gegen das variable Vorsteuerdruckentlastungs/Ausmeßflußsteuerventil 146 über die Strömungsmittelleitung 150, welches wiederum sowohl die Vorsteuerentlastungsaufsprengeinstellung genauso wie die Flußablaufrate während des Druckentlastungszustandes steuert.
Mit Bezug auf Fig. 4 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems 160 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Hydrauliksystem 160 ist in gewisser Weise eine Kombination der Ausführungsbeispiele der Hydrauliksysteme 120 und 140, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Insbesondere weist das Hydrauliksystem 160 zwei Lasthalterückschlagventile 122, 124 und zwei Drei-Wege-Ventile 126, 128 auf, und zwar die gleichen wie in dem Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 gezeigten Hydrauliksystems 120. Darüber hinaus weist das Hydrauliksystem 160 ein Paar von Sitzventilanordnungen 144 auf, wobei jede Sitzventilanordnung ein Sitzventil 90 mit Vorsteuerflußverstärkung und ein variables Druckentlastungs/Ausmeßflußsteuerventil 146 aufweist, und zwar genauso wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Hydrauliksystem 140.
Das Hydrauliksystem 10, 120, 140 und 160 bietet verbesserte Nachfüll- und Druckentlastungsfunktionen für einen effektiven Betrieb von Hochdruck- und/oder Niederdruckhydrauliksystemen, die mit der Strömungsmittelpumpe 14 gekoppelt sind. Die Sitzventilanordnungen 60 und 144 sehen Nachfüll- und Leitungsentlastungsfunktionen für eine assoziierte Betätigungsvorrichtung ohne Anwendung eines zusätzlichen Kolbenventils vor. Die von der Schulter 86 auf jedem Kolbensteg definierte Druckfläche von jedem Kolbenventil sieht eine verbesserte Steuerung der Position des Kolbens innerhalb des Einmeßkolbenventils vor. Das Zwei-Positionen-Drei-Wege-Ventil, das mit jedem Lastrückschlagventil assoziiert ist, gestattet, daß der Druck innerhalb der Drucksteuerkammer 40 auf der Rückseite von jedem darauf ansprechenden zu kontrollierenden Ventilkörper dem Pumpenauslaßdruck oder dem Druck in den parallelen Strömungsmittelleitungen 32, 34 entspricht, die zu einer assoziierten Betätigungsvorrichtung führen.

Industrielle Anwendbarkeit

Während der Anwendung liefert die Druckquelle 14 Hydraulikströmungsmittel als Auslaßdruck zu einer Auslaßleitung 24, die zu einem Lasthalterückschlagventil 16 führt. Wenn das Drei-Wege-Ventil 18 in der in Fig. 1 gezeigten Position ist, ist der Strömungsmitteldruck in den parallelen Strömungsmittelleitungen 32, 34 auch in der Drucksteuerkammer 40 des Lasthalterückschlagventils 16 auf der Rückseite des Ventilkörpers 36 vorhanden. Wenn der aus der Pumpe 14 ausgegebene Druck größer ist, als die kombinierte axiale Kraft, die gegen den Ventilkörper 36 durch die Druckfeder 38 und den Strömungsmitteldruck in der Drucksteuerkammer 40 ausgeübt wird, hebt der Ventilkörper 36 sich an und gestattet, daß unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel aus dem Einmeßkolbenventil 58 fließt. Unter Druck gesetztes Strömungsmittel wird in die Drucksteuerkammer 72 innerhalb des Einmeßkolbenventils 58 aufgebracht, und zwar in Gegenwirkung zur Druckfeder 78, um proportional den Kolbensteg 76 zu einer ausgewählten Position zu bewegen, was gestattet, daß eine vorbestimmte Strömungsmittelmenge zwischen dem Einlaß 62 und dem Auslaß 64 fließt. Das unter Druck gesetzte Hydraulikströmungsmittel fließt dann durch die Versorgungsleitung 68 zur Betätigungsvorrichtung 66.
Das Lasthalterückschlagventil 16 kann durch Bewegung des Drei-Wege- Ventils 18 in eine Position geschlossen werden, so daß der erste Anschluß 46 strömungsmittelmäßig mit dem dritten Anschluß 50 gekoppelt ist, wodurch der Auslaßdruck der Pumpe 14 mit der Drucksteuerkammer auf der Rückseite des Ventilkörpers 36 gekoppelt wird. Eine zusätzliche Kraft, die durch die Druckfeder 38 geliefert wird, bewegt den Ventilkörper 36 zu der in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Position.
In dem Fall, daß der Ausgangsdruck aus der Pumpe 14 unter den Strömungsmitteldruck in der Versorgungsleitung 68 fällt, wie beispielsweise wenn die Pumpe 14 Strömungsmittel bei Zuständen mit niedrigem Druck zu einer hydraulischen Hilfslast 28 liefert, ist es auch möglich, den Rückfluß des Hydraulikströmungsmittels für einen effektiveren Betrieb von der hydraulischen Hilfslast 28 zu gestatten. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Ventilkörper 36 in einer geschlossenen Position ist, und daß der Kolbensteg 76 in einer offenen Position ist, so ist dann der Druck innerhalb der Vorsorgungsleitung 68 auch innerhalb der parallelen Strömungsmittelleitung 32 vorhanden und übt eine axiale Kraft gegen den Ventilkörper 36 an den Schultern 42 und 44 aus. Wenn das Drei-Wege-Ventil 18 in die Position vorgespannt ist, die den Ausgangsdruck der Pumpe 14 mit der Drucksteuerkammer 40 koppelt, ist somit ein niedrigerer Druck in einem Betriebszustand mit hoher Flußrate und niedrigem Druck während des Betriebes der hydraulischen Hilfslast 28 vorhanden. Der höhere Druck des Hydraulikströmungsmittels übt eine Axialkraft gegen den Ventilkörper 36 an den Schultern 42, 44 aus, was den Ventilkörper 36 zu einer offenen Position bewegt, die gestattet, daß das Hydraulikströmungsmittel mit höherem Druck strömungsmittelmäßig mit der Ausgangsleitung 24 aus der Pumpe 14 gekoppelt wird, die parallel zur Hilfsleitung 30 gekoppelt ist, die zu einer hydraulischen Hilfslast 28 führt.
Die exakte Position des Kolbensteges 76 wird unter Verwendung eines Hubsensors 70 abgefühlt. Die abgefühlte Position des Kolbensteges 76 wird verwendet, um einen entsprechenden Druck auf die Drucksteuerkammer 72 der Rückseite des Körpers 74 aufzubringen, was die genaue Positionierung des Kolbensteges 76 innerhalb des Einmeßkolbenventils 58 gestattet. Die von der Schulter 86 des Kolbensteges 76 definierte Druckfläche gestattet auch, daß der Druck innerhalb der Versorgungsleitung 68 eine Axialkraft ausübt, die in Kombination mit der von der Feder 78 aufgebrachten Federkraft der Axialkraft entgegenwirkt, die auf den Ventilkörper 74 in der Drucksteuerkammer 72 durch das unter Druck gesetzte Strömungsmittel darin ausgeübt wird. Diese entgegen wirkenden Kräfte gestatten eine verbesserte Steuerung und Positionierung des Kolbensteges 76.
In dem Fall, daß die Strömungsmittelversorgung von der Pumpe 14 nicht ausreicht, um einen adäquaten Strömungsmittelfluß zur Betätigungsvorrichtung 66 zu liefern, kann Kavitation auftreten, was nicht wünschenswert ist. Das Sitzventil 90 mit Vorsteuerflußverstärkung öffnet sich, wenn der Druck in dem Tank 88 den Druck in der Versorgungsleitung 68 überschreitet, wodurch eine Nachfüllfunktion des Hydraulikströmungsmittels aus dem Tank 88 zur Versorgungsleitung 68 vorgesehen wird, und schließlich zur Betätigungsvorrichtung 66, um den Kavitationszustand zu verhindern.
Weiterhin sollte der Druck in der Vorsorgungsleitung 68 einen vorbestimmten Wert überschreiten, wobei der gleiche Druck gegen das Vorsteuerentlastungsventil 92 ausgeübt wird. Der Aufsprengdruck des Vorsteuerentlastungsventils 92 wird unter Verwendung des proportionalen Druckreduktionsventils 96 gesteuert. Das Vorsteuerkolbenventil 94 mit Ausmeßflußsteuerung steuert die Bewegung des Ventilkörpers 102 und gestattet somit die proportionale Steuerung des Strömungsmittels von der Betätigungsvorrichtung 66 zum Tank 88 über den Ventilkörper 102. Somit wird der Aufsprengdruck innerhalb der Versorgungsleitung 68 genauso wie die Druckablaßrate von der Versorgungsleitung 68 unter Verwendung der Ventile 92, 94 und 96 gesteuert.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Hydrauliksystem, das folgendes aufweist:
eine Hydraulikdruckquelle;
mindestens ein Einmeßkolbenventil, wobei jedes Kolbenventil einen Einlaß und einen Auslaß besitzt;
eine hydraulische Betätigungsvorrichtung, die strömungsmittelmäßig mit dem Kolbenventilauslaß gekoppelt ist;
ein Lasthalterückschlagventil, das strömungsmittelmäßig die Druckquelle mit dem mindestens einen Kolbenventileinlaß verbindet, wobei das Lasthalterückschlagventil eine Drucksteuerkammer besitzt; und
ein Drei-Wege-Ventil mit einem ersten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Drucksteuerkammer, mit einem zweiten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit mindestens einem Kolbenventileinlaß und mit einem dritten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Druckquelle.

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, das ein zweites Lasthalterückschlagventil und ein zweites Drei-Wege-Ventil aufweist, wobei das zweite Lasthalterückschlagventil eine Drucksteuerkammer besitzt, wobei das zweite Lasthalterückschlagventil einen ersten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Drucksteuerkammer des zweiten Lasthalterückschlagventils hat, einen zweiten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit mindestens einem Kolbenventileinlaß, und einen dritten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Druckquelle.

3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei das Drei-Wege-Ventil ein Zwei-Positionen-Ventil ist.

4. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei das Drei-Wege-Ventil einen Elektromagneten aufweist.

5. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Einmeßkolbenventil aus zwei Einmeßkolbenventilen besteht, die parallel zu dem Lasthalterückschlagventil angekoppelt sind.

6. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikdruckquelle eine Pumpe ist.

7. Arbeitsmaschine, die folgendes aufweist:
einen Rahmen; und
ein Hydrauliksystem, das folgendes aufweist:
eine Hydraulikdruckquelle;
mindestens ein Einmeßkolbenventil, wobei jedes Kolbenventil einen Einlaß und einen Auslaß besitzt;
eine hydraulische Betätigungsvorrichtung, die strömungsmittelmäßig mit dem Kolbenventilauslaß gekoppelt ist;
ein Lasthalterückschlagventil, das strömungsmittelmäßig die Druckquelle mit jedem Kolbenventileinlaß verbindet, wobei das Lasthalterückschlagventil eine Druckkammer besitzt; und
ein Drei-Wege-Ventil mit einem ersten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Drucksteuerkammer, mit einem zweiten Strömungsmittelanschluß in Strömungsmittelverbindung mit mindestens einem Kolbenventileinlaß, und mit einem dritten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Druckquelle.

8. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, die ein zweites Lasthalterückschlagventil und ein zweites Drei-Wege-Ventil aufweist, wobei das zweite Lasthalterückschlagventil eine Drucksteuerkammer besitzt, wobei das zweite Lasthalterückschlagventil einen ersten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Drucksteuerkammer des zweiten Lasthalterückschlagventils hat, weiter einen zweiten Strömungsmittelanschluß in Strömungsmittelverbindung mit mindestens einem Kolbenventileinlaß, und einen dritten Anschluß in Strömungsmittelverbindung mit der Druckquelle.

9. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, wobei das Drei-Wege-Ventil ein Zwei-Positionen-Ventil ist.

10. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, wobei das Drei-Wege-Ventil einen Elektromagneten aufweist.

11. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, wobei das mindestens eine Einmeßkolbenventil aus zwei Einmeßkolbenventilen besteht, die parallel zu dem Lasthalterückschlagventil gekoppelt sind.

12. Hydrauliksystem, das folgendes aufweist:
eine Hydraulikpumpe;
mindestens ein Einmeßkolbenventil, wobei das Kolbenventil einen Einlaß und einen Auslaß besitzt;
mindestens eine hydraulische Betätigungsvorrichtung, wobei die hydraulische Betätigungsvorrichtung strömungsmittelmäßig mit einem entsprechenden Kolbenventilauslaß gekoppelt ist;
ein Lasthalterückschlagventil, das strömungsmittelmäßig die Pumpe mit jedem Kolbenventileinlaß verbindet;
einen Tank; und
mindestens eine Sitzventilanordnung, wobei jede Sitzventilanordnung strömungsmittelmäßig mit einem entsprechenden Kolbenventilauslaß und der Betätigungsvorrichtung verbunden ist, wobei jede Sitzventilanordnung selektiv die entsprechende Betätigungsvorrichtung mit dem Tank und/oder der Umgebung verbindet.

13. Hydrauliksystem nach Anspruch 12, wobei jede Sitzventilanordnung ein Sitzventil mit Vorsteuerflußverstärkung aufweist, ein Vorsteuerentlastungsventil, ein Vorsteuerkolbenventil mit Ausflußsteuerung und ein Proportionaldruckreduzierungsventil aufweist.

14. Hydrauliksystem nach Anspruch 13, wobei das Vorsteuerentlastungsventil parallel zu dem Sitzventil mit Vorsteuerflußverstärkung gekoppelt ist.

15. Hydrauliksystem nach Anspruch 12, wobei jede Sitzventilanordnung ein Sitzventil mit Vorsteuerflußverstärkung aufweist, und ein variables Vorsteuerdruckentlastungsventil/Vorsteuerkolbenventil mit Ausflußsteuerung aufweist.

16. Hydrauliksystem nach Anspruch 12, wobei jedes Einmeßkolbenventil einen Kolben und einen Hubsensor aufweist, wobei der Hubsensor konfiguriert ist, um ein Signal zu liefern, das eine Position des Kolbens anzeigt.

17. Hydrauliksystem nach Anspruch 16, wobei der Kolben eine Druckfläche in Verbindung mit mindestens einer Betätigungsvorrichtung aufweist.

18. Hydrauliksystem nach Anspruch 17, wobei die Druckfläche eine Schulter ist.

19. Arbeitsmaschine, die folgendes aufweist:
einen Rahmen; und
ein Hydrauliksystem, das folgendes aufweist:
eine Hydraulikpumpe;
mindestens ein Einmeßkolbenventil, wobei jedes Kolbenventil einen Einlaß und einen Auslaß besitzt;
mindestens eine hydraulische Betätigungsvorrichtung, wobei jede hydraulische Betätigungsvorrichtung strömungsmittelmäßig mit einem entsprechenden Kolbenventilauslaß gekoppelt ist;
ein Lasthalterückschlagventil, das strömungsmittelmäßig die Pumpe mit jedem Kolbenventileinlaß verbindet;
einen Tank; und
mindestens eine Sitzventilanordnung, wobei jede Sitzventilanordnung strömungsmittelmäßig mit einem entsprechenden Kolbenventilauslaß und der Betätigungsvorrichtung verbunden ist, wobei jede Sitzventilanordnung selektiv die entsprechende Betätigungsvorrichtung mit dem Tank oder der Umgebung verbindet.

20. Arbeitsmaschine nach Anspruch 19, wobei jede Sitzventilanordnung ein Sitzventil mit Vorsteuerflußverstärkung, ein Vorsteuerentlastungsventil, ein Vorsteuerkolbenventil mit Ausflußsteuerung und ein proportionales Druckreduktionsventil aufweist.

21. Arbeitsmaschine nach Anspruch 20, wobei das Vorsteuerentlastungsventil parallel zu dem Sitzventil mit Vorsteuerflußverstärkung angeschlossen ist.

22. Arbeitsmaschine nach Anspruch 19, wobei jede Sitzventilanordnung ein Sitzventil mit Vorsteuerflußverstärkung aufweist, und ein variables Vorsteuerdruckentlastungsventil/Vorsteuerkolbenventil mit Ausflußsteuerung.

23. Arbeitsmaschine nach Anspruch 19, wobei jedes Einmeßkolbenventil einen Kolben und einen Hubsensor aufweist, wobei der Hubsensor konfiguriert ist, um ein Signal zu liefern, das eine Position des Kolbens anzeigt.

24. Arbeitsmaschine nach Anspruch 23, wobei der Kolben eine Druckfläche in Verbindung mit mindestens einer Betätigungsvorrichtung aufweist.

25. Arbeitsmaschine nach Anspruch 24, wobei die Druckfläche eine Schulter ist.