DE69520585T2

DE69520585T2 - Ventileinrichtung zur verhinderung des zusammenfallens eines baumaschinen-arbeitswerkzeuges

Info

Publication number: DE69520585T2
Application number: DE69520585T
Authority: DE
Inventors: Shuji Hori; Tadao Karakama
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2015-08-04
Also published as: JP3397454B2; EP0774547A4; US5813310A; KR960008133A; EP0774547A1; CN1158649A; JPH0842740A; DE69520585D1; EP0774547B1; WO1996004431A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung zur Verhinderung des Zusammenfallens eines Arbeitswerkzeugs und insbesondere zur Verhinderung eines Zusammenfalls eines Bauteils des Arbeitswerkzeugs, wenn ein Fehler in einer Hydraulikschaltung zur Zufuhr eines Druckfluids zu einem Hydraulikzylinder auftritt, der zur Betätigung des Arbeitswerkzeugteils in einer Baumaschine, wie einem hydraulischen Bagger, auftritt.
Im Allgemeinen hat ein bekannter hydraulischer Bagger eine Konstruktion, bei der auf einem Fahrzeugkörper ein Ausleger montiert ist, der durch einen Auslegerzylinder nach oben und unten verschenkbar ist. Der Ausleger weist weiterhin einen Arm auf, der durch einen Armzylinder nach oben und unten verschwenkbar ist. An dem Arm ist eine Baggerschaufel verschwenkbar angeordnet.
Eine Hydraulikschaltung zur Zufuhr eines Druckabgabefluids von einer hydraulischen Pumpe zu den entsprechenden Zylindern bei einem solchen hydraulischen Bagger ist in den Abgabekanälen der hydraulischen Pumpe vorgesehen mit einem Richtungssteuerventil für den Ausleger, einem Richtungssteuerventil für den Arm und einem Richtungssteuerventil für die Baggerschaufel. Jedes dieser Richtungssteuerventile ist so aufgebaut, dass es zwischen einer Verbindung zu den entsprechenden Steuerkanälen zur Zufuhr des gesteuerten Fluiddrucks entsprechend zum Auslegerzylinder, zum Armzylinder und zum Baggerschaufelzylinder auf der einen Seite und den Pumpenabgabekanälen auf der anderen Seite zum Herstellen oder Unterbrechen der Verbindung schaltbar ist. Dadurch wird ein Ausschieben und Einschieben eines jeden solchen Zylinders gesteuert, um das Verhalten sowohl des Ausleger, des Arms und der Baggerschaufel zu steuern.
Bei einer solchen Hydraulikschaltung weist jeder dieser Zylinder eine Kammer zur Erzeugung eines Rückhaltedrucks auf, in der ein Rückhaltedruck entsprechend zur äußeren Last, wie des Gewichts des Auslegers, des Arms oder der Baggerschaufel aufgebaut wird. Eine solche Rückhaltedruckerzeugungskammer steht in Verbindung mit einem entsprechenden Richtungssteuerventil über eine Fluidverbindung, so dass bei Anordnen des entsprechenden Richtungssteuerventils in der geschlossenen Stellung die Kammer zur Aufrechterhaltung des Fluiddrucks zwischen der Kammer und dem Richtungssteuerventil auf einem im Wesentlichen konstanten Wert dient und entsprechenden die vorstehende Position von Ausleger, Arm oder Baggerschaufel beibehalten wird. Wird die Fluidverbindung, die ein bestimmtes Richtungssteuerventil und die Rückhaltedruckerzeugungskammer eines entsprechenden Zylinders verbindet, in einem Zustand beschädigt, in dem der Ausleger, der Arm oder die Baggerschaufel in einer vorbestimmten Position auf diese Weise gehalten sind, ergibt sich, dass der Rückhaltedruck in der Rückhaltedruckerzeugungskammer absinkt, so dass der entsprechende Zylinder sich unter der externen Last kontrahierend betätigt wird, wodurch der Ausleger, der Arm oder die Baggerschaufel, die durch diesen abgestützt sind, spontan runterfallen.
Um einen solchen Abfall im Rückhaltedruck innerhalb der Rückhaltedruckerzeugungskammer bei Betätigung der hydraulischen Baggereinrichtung zu verhindern, wird in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Sho 57-22554 eine Anordnung vorgeschlagen, in der die Fluidverbindung zwischen einem Richtungssteuerventil und der Rückhaltedruckerzeugungskammer eines entsprechenden Zylinders mit einer Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens des Arbeitsgeräts versehen ist, welche ein Sperrventil, ein Flussratensteuerventil und ein Sicherheitsventil aufweist. Ist bei einer solchen Anordnung die Fluidverbindung beschädigt, verhindert das Sperrventil einen Abbau des Rückhaltedrucks in der Rückhaltedruckerzeugungskammer des Zylinders, so dass ein spontanes Herabfallen des Auslegers aufgrund eines Zusammenziehen des Zylinders unter einer externen Kraft vermieden werden kann.
Das Sperrventil ermöglicht ein Fließen des Betriebsfluid von dem Richtungssteuerventil in die Rückhaltedruckerzeugungskammer und verhindert ein Fließen des Betriebsfluids aus der Rückhaltedruckerzeugungskammer in das Richtungssteuerventil. Das Flussratensteuerventil wird in einem Blockierzustand durch eine Federbeaufschlagung gehalten und wird in einen Verbindungszustand in Abhängigkeit von einem externen Signal gebracht, wenn der Zylinder zusammenziehend betätigt wird, so dass die Flussrate des Betriebsfluids von der Rückhaltedruckerzeugungskammer in das Richtungssteuerventil gesteuert werden kann auf der Grundlage eines Befehlswertes des externen Signals. Wirkt eine Stoßkraft auf den Zylinder, so dass der Druck innerhalb der Rückhaltekrafterzeugungskammer sich ungewöhnlich erhöht, dient das Sicherheitsventil zum Abbau des ungewöhnlichen erhöhten Drucks, so dass dieser den entsprechenden Teil nicht beschädigen kann.
Eine Montagestruktur einer Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Arbeitsgeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der DE-A-32 39 930 offenbart. Die dort offenbarte Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Arbeitsgeräts hat eine solche Konstruktion, dass dort ein Sperrventil, ein Flussratensteuerventil und ein Sicherheitsventil in einem Ventilkörper vorgesehen sind, der an einem Zylinder angebracht ist.
In der Ventileinrichtung nach DE-A32 39 930 weist der Ventilkörper eine Zylinderöffnung auf, die sich zu einer zylinderseitigen Montagefläche des Ventilkörpers öffnet. Das Sicherheitsventil ist auf Seiten der zylinderseitigen Montagefläche vorgesehen. Andererseits sind sowohl das Sperrventil als auch das Flussratensteuerventil auf der Fläche gegenüberliegend zur zylinderseitigen Montagefläche des Ventilkörpers angeordnet. Die von der Montagefläche des Ventilkörpers zu der gegenüberliegenden Fläche gemessene Größe, d. h. die Höhe der Montage von Sicherheitsventil, Sperrventil und Flussratensteuerventil, ist etwas größer als die Summe der maximalen Durchmesser von Sicherheitsventil und Sperrventil und Flussratensteuerventil.
Entsprechend ist der Ventilkörper, wenn er am Zylinder montiert ist, so angeordnet, dass er weit von der Fläche vorsteht, auf der er am Zylinder montiert ist. Als Ergebnis kann eine Schwenkbewegung des Zylinders relativ zu dem zylindermontierten Körper sehr wahrscheinlich ein Zusammenstoß des Ventilkörpers mit dem am Zylinder montierten Körper verursachen. Als mögliches Ergebnis ist daher das Ausmaß der Schwenkbewegung des erforderlichen Zylinders reduziert.
Bei einer hydraulischen Baggereinrichtung nach Fig. 1 der beigefügten Figuren sind ein Auslegerzylinder 1 und ein Ausleger 2 auf einem oberen Fahrzeugkörper 3 entsprechend an einem Stift 4 und an einem Stift 5 montiert, so dass jeder von diesen verschwenkbar nach oben und unten ist, während ein Ventilkörper 7 einer Ventileinrichtung 6 zur Verhinderung eines Herabfallens eines Arbeitsgeräts an dem Zylinder 1 an einer Position näher zu dem Stift 4 montiert ist. Bei einer solchen Anordnung wird, falls die Höhe H1 des montierten Ventilkörpers 7 groß ist, der Ventilkörper 7 mit dem oberen Fahrzeugkörper 3 kollidieren, wenn der Auslegerzylinder 1 nach oben verschwenkt wird. Folglich ergibt sich nach oben und nach unten eine Verminderung der Schwenkbewegung des Auslegerzylinders 1.
Um andererseits den Ausleger 2 in erheblichen Maße nach oben und unten zu verschwenken, ergibt sich als notwendige Forderung, dass die Größe der Schwenkbewegung des Auslegerzylinders 1 nach oben und unten zunehmen sollte. Um dies zu ermöglichen, zeigt der Stand der Technik eine Anordnung, in der der Ventilkörper 7 am Zylinder 1 an einer Stelle weit weg vom Stift 4 montiert ist, während eine Zylinderöffnung des Ventilkörpers und eine Öffnung des Zylinders auf Seiten des festen Bereichs einer Hydraulikschaltung miteinander durch einen Leitungsblock oder dergleichen verbunden sind, so dass der Zylinder 1 mehr verschwenkbar ist und der Ventilkörper 7 nicht mit dem oberen Fahrzeugkörper 3 kollidiert. Da dabei die Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens des Arbeitsgeräts beabstandet von dem Schwenkpunkt auf Seiten des Stifts 4 angeordnet ist, ergibt sich notwendigerweise eine unmäßig komplizierte hydraulische Leitungsstruktur, wie beispielsweise an dem Leitungsblock.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung zur Verhinderung des Zusammenfallens einer Arbeitsmaschine bereitzustellen, wobei die oben genannten Nachteile gelöst sind.
Eine weitere und spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Ventileinrichtung zur Verhinderung des Zusammenfallens einer Arbeitsmaschine, die zusammensetzbar ist, um deren Montagegröße relativ zu einem Hydraulikzylinder zu vermindern.
Um die obengenannten sowie weitere Aufgaben zu lösen, wird gemäß der Erfindung eine Ventileinrichtung zur Verhinderung des Zusammenfallens einer Arbeitsmaschine bereitgestellt mit:
einem Zylinderseitenkanal, der mit einem Zylindereingang in Verbindung steht, welcher sich zu einer Zylinderseitenmontagefläche öffnet;
einem Ventilkörper mit einem Richtungssteuerungsventilseitenkanal, der mit einem Richtungssteuerventileingang in Verbindung bringbar ist;
einem Sperrventil in dem Ventilkörper zur Verhinderung eines Strömens eines Druckfluids in den Richtungssteuerventilseitenkanal vom Zylinderseitenkanal;
einem Flussratensteuerventil im Ventilkörper, welches normalerweise eine Verbindung zwischen dem Richtungssteuerungsventilseitenkanal und dem Zylinderseitenkanal blockiert und auf ein externes Signal zum Herstellen der Verbindung reagiert, und
einem Sicherheitsventil in dem Ventilkörper zum Abbauen eines Drucks in dem Zylinderseitenkanal, gekennzeichnet dadurch, dass das Sperrventil, das Flussratensteuerventil und das Sicherheitsventil in einer vorgegebenen Ebene angeordnet sind, die im Wesentlichen parallel zu der Zylinderseitenmontagefläche ist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass bevorzugt das Flussratensteuerventil eine in eine Spulenbohrung eingepasste Spule aufweist, so dass diese darin beweglich ist zwischen einer Verbindungsstellung und einer Blockierstellung, wobei die Spule durch Einwirken einer Vielzahl von Federn in der Blockierstellung gehalten werden kann und unter dem Einfluss eines Vorsteuerfluiddrucks in die Verbindungsstellung gezwungen werden kann, wobei die Federn so eingestellt sind, dass bei einem niedrigen Vorsteuerfluiddruck die Spule eine größere Verstellung im Hinblick auf eine Änderung des Vorsteuerfluiddrucks aufweisen kann, und wenn der Vorsteuerfluiddruck einen gegebenen Wert überschreitet, die Spule nur einen geringeren Betrag verstellbar ist bezüglich einer Veränderung des Vorsteuerdrucks.
Es ist ebenfalls möglich, dass das Flussratensteuerventil eine in eine Spulenbohrung eingepasste Spule aufweist, wobei diese mit einem konischen Sitzbereich ausgebildet ist, so dass die Verbindung zwischen dem Richtungssteuerungsventilseitenkanal und dem Zylinderseitenkanal blockiert ist.
Gemäß der oben genannten Grundkonstruktion sei darauf hingewiesen, dass wegen der Anordnung des Sperrventils, das Flussratensteuerventils und des Sicherheitsventils in einer vorgegebenen Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Zylinderseitenmontagefläehe ist, die Montagehöhe des Ventilkörpers kommensurabel mit einem maximalen Durchmesser von Sperrventil, Flussratensteuerventil und Sicherheitsventil und daher reduziert ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in den in der Zeichnung beigefügten Figuren erläutert. Es sei angemerkt, dass die Ausführungsbeispiele der Figuren in keiner Weise die vorliegende Erfindung einschränken sollen, sondern nur zur Erläuterung und zum besseren Verständnis dienen sollen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Baumaschine, bei der in bekannter Weise die Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Zusammenfallens eines Arbeitswerkzeugs an einem Zylinder montiert ist;
Fig. 2 einen Schnitt einer Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Zusammenfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine linke Seitenansicht der Ventileinrichtung nach Fig. 2;
Fig. 4 eine rechte Seitenansicht der Ventileinrichtung nach Fig. 2;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Ventileinrichtung nach Fig. 2;
Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 2;
Fig. 7 einen Graphen zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen Verstellung der Spule der Ventileinrichtung und dem Druck eines Vorsteuerdruckfluids;
Fig. 8 ein Hydraulikschaltkreisdiagram zur Darstellung eines Zustandes, bei dem die Ventileinrichtung nach erstem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Hydraulikschaltkreis integriert ist;
Fig. 9 einen Querschnitt durch eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 einen Querschnitt durch eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 einen Querschnitt durch eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 einen Querschnitt durch eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 einen Querschnitt durch eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 einen Querschnitt durch eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 15 einen Querschnitt durch eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Im Folgenden werden passende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die Beschreibung, auch wenn eine Erläuterung von spezifischen Detailkonstruktionen im Hinblick auf bestimmte Teile zum Erreichen eines vollen Verständnis der vorliegenden Erfindung gegeben wird, es für einen Fachmann offensichtlich ist, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche ausführbar ist, ohne dass spezifische Detailkonstruktionen verwendet werden. Um weiterhin die Erfindung klar zu beschreiben, wird eine Detailbeschreibung im Hinblick auf bekannte Konstruktionen weggelassen.
Nach Fig. 2 bis 6 ist der Ventilkörper 10 aus einem rechteckigen Festkörper gebildet mit einer Zylinderseitenmontagefläche 11 und einer gegenüberliegenden Seitenfläche 12, einer ersten und einer zweiten Fläche 13 und 14, die einander gegenüberliegen und einer dritten und vierten Fläche 15 und 16, die ebenfalls einander gegenüberliegen. Die dritte Fläche 15 des Ventilkörpers 10 ist mit einem Richtungssteuerventileingang 17 versehen. Der Ventilkörper 10 ist mit einem Richtungssteuerventilseitenkanal 18 ausgebildet, der mit dem Richtungssteuerventileingang 17 in Verbindung steht. Die Zylinderseitenmontagefläche 11 des Ventilkörpers 10 ist mit einem Zylindereingang 19 ausgebildet, der zur Verbindung mit einem Zylinderseitenkanal 20 vorgesehen ist, der in dem Ventilkörper 10 ausgebildet ist.
Der oben erwähnte Richtungssteuerventilseitenkanal 18 und der ebenfalls oben erwähnte Zylinderseitenkanal 20 sind in einer identischen Ebene angeordnet, die parallel zur der oben erwähnten Zylinderseitenmontagefläche 11 ist. Weiterhin sind sie zur Verbindung über eine Verbindungsbohrung 21 miteinander verbindbar. Die Verbindungsbohrung 21 ist mittels eines Ventils 22 zu öffnen und zu schließen. Das Ventil 22 wird durch eine Feder 23 in einer Richtung betätigt, in der das Ventil die Verbindungsbohrung schließt. Ein Sperrventil 24 ist durch das Ventil 22 und die Verbindungsbohrung 21 gebildet. Das Absperrventil 24 erlaubt ein Fließen des Arbeitsfluids von dem Richtungssteuerventilseitenkanal 18 in den Zylinderseitenkanal 20, verhindert allerdings ein umgekehrtes Fließen des Arbeitsfluids in den Richtungssteuerventilseitenkanal 18 von dem Zylinderseitenkanal 20.
Der oben erwähnte Ventilkörper 10 weist eine Spulenbohrung 25 auf, die sowohl zur ersten Fläche 13 als auch zur zweiten Fläche 14 geöffnet ist und die zur Verbindung des Richtungssteuerventilseitenkanal 18 mit dem Zylinderseitenkanal 20 miteinander geeignet ist. In die Spulenbohrung 25 ist verschiebbar eine Spule 26 eingesetzt.
Die Spule 26 ist mit einem ersten Bereich 27 mit einem kleinen Durchmesser an einer Stelle ausgebildet, die dem Richtungssteuerventilseitenkanal 18 entspricht, und mit einem zweiten Bereich 28 mit kleinem Durchmesser, der an einer Position entsprechend zum Zylinderseitenkanal 20 angeordnet ist. Ein Bereich 29 mit großem Durchmesser liegt zwischen den ersten und zweiten Bereichen 27 und 28 mit kleinem Durchmesser. Die Spule 26 ist durch eine erste Feder 30 und eine zweite Feder 31 in Fig. 1 nach links gedrückt, so dass ihre eine Endfläche mit einem Stopfen 32 in Anlage bringbar ist und dann dort in einer Position gehalten ist, um eine Verbindung zwischen dem Richtungssteuerventilseitenkanal 18 und dem Zylinderseitenkanal 20 zu blockieren. Ein Vorsteuerdruck wirkt auf die eine Endfläche der Spule 26, d. h. auf einen Druckaufnahmebereich 33, um die Spule 26 in Fig. 2 gegen die Kräfte der ersten und zweiten Federn 30 und 31 nach rechts in Fig. 2 zu bewegen. Übertrifft daher der auf den Druckaufnahmebereich wirkende Vorsteuerdruck die Federkräfte der ersten und zweiten Federn 30 und 31, wird die Spule 26 nach rechts in Fig. 2 verstellt, um eine Stellung einzunehmen, in der der zweite Bereich 28 mit kleinem Durchmesser sowohl dem Richtungssteuerventilseitenkanal als auch dem Zylinderseitenkanal 20 zuweist, um diese beiden Kanäle miteinander zu verbinden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Flussrate des Arbeitsfluids, das zwischen dem Richtungssteuerventilkanal 18 und dem Zylinderseitenkanal 20 fließt, die miteinander über den zweiten Bereich 28 mit kleinem Durchmesser der Spule in Verbindung sind, sich entsprechend zur Öffnungsfläche des zweiten Bereichs 28 mit kleinem Durchmesser im Verhältnis zum Richtungssteuerventilseitenkanal 18 variiert, welche Fläche entsprechend zur Größe der Verstellung der Spule 26 in Richtung nach rechts in Fig. 2 variiert. Es ergibt sich daher, dass ein Flusssteuerventil 34 durch jene Spulenbohrung 25 und Spule 26 gebildet ist.
Nach Fig. 2 ist die oben erwähnte erste Feder 30 zwischen den beiden anderen Endflächen der Spule 26 und einem bewegbaren Federlager 35 angeordnet. Andererseits ist die zweite Feder 31 zwischen der bewegbaren Federlagerung 35 und eine festen Federbox 36 angeordnet. Die feste Federbox 36 ist an der oben erwähnten Seitenfläche 14 des Ventilkörpers 10 verbolzt. Es ist zu beachten, dass die Federkraft der ersten Feder 30 geringer als die Federkraft der zweiten Feder 31 gewählt ist.
Bei der oben erwähnten Konstruktion wird die Spule 26, wenn ein Vorsteuerdruck an dem Druckaufnahmebereich 33 von einer Vorsteuerleitung (siehe Fig. 8) zugeführt wird, die mit dem Stopfen 32 verbunden ist, nach rechts gegen die erste Feder 30 verstellt. Die Größe der Verstellung der Spule ist dann proportional zur Größe des Vorsteuerdrucks. Ist die Größe der Verstellung der Spule 26 größer als ein vorbestimmter Wert, gerät die andere Endfläche in Anlage mit der beweglichen Federlagerung 35. In der Position der Verstellung der Spule 26, in der deren andere Fläche mit der bewegbaren Feder 35 in Anlage ist, ist der Bereich 29 mit großem Durchmesser der Spule 26 noch in Anlage mit der Umfangswand der Spulenbogen 25, so dass der Blockierzustand zwischen dem Richtungssteuerventilseitenkanal 18 und dem Zylinderseitenkanal 20 beibehalten wird. Wie später beschrieben wird, sollte beachtet werden, dass der Vorsteuerdruck ein Steuerdruck ist, der erzeugt wird, wenn der Zylinder kontrahierend betätigt wird, um den Fluiddruck aus dem Zylinderseitenkanal 20 in den Richtungssteuerventilseitenkanal 18 abzugeben.
Falls der Vorsteuerdruck aus dem oben erwähnten Zustand weiter erhöht wird, wird die Spule 26 nach rechts gegen die zweite Feder 31 so gedrückt, dass der Bereich 29 mit großem Durchmesser aus der Spulenbohrung 25 heraustreten kann, um dem Bereich 28 mit kleinem Durchmesser zu ermöglichen, dass Richtungssteuerventilseitenkanal 18 und Zylinderseitenkanal 20 miteinander in Verbindung stehen. Dabei wird die Öffnungsfläche des zweiten Bereichs 28 mit kleinem Durchmesser zum Richtungssteuerventilseitenkanal 18 proportional zum oben erwähnten Vorsteuerdruck erhöht.
Mit anderen Worten gesagt, zeigt die Charakteristik einer Verstellung der Spule im Hinblick auf eine Änderung des Vorsteuerdrucks, siehe Fig. 7, zwei abgestufte Linien mit einem Bereich a, in dem die Spule 26 gegen die erste Feder 30 verstellt wird, und einen Bereich b, in dem sie gegen die zweite Feder 31 verstellt wird. Bei der Spulenverstellcharakteristik nach Fig. 7 repräsentiert der Bereich a einen Dichtbreitenhaltebereich, während der Bereich b einen Flussratensteuerbereich repräsentiert. DA die Dichtbreite (d. h. die Länge des eingepassten Einsetzens des Bereichs 29 mit großem Durchmesser in Spulenbohrung 25) groß werden kann, wenn der Vorsteuerdruck nicht aktiv ist, ist es möglich, ein Fluidleck zu minimieren. Auch in dem Bereich a, in dem die erste Feder 30 gegen den Vorsteuerdruck wirkt, erlaubt die Möglichkeit des Einstellens der Federkraft der ersten Feder 30 auf einen relativ kleinen Wert, eine Vergrößerung der Verstellung der Spule 26 in Relation zu einer Druckfluktuation des Vorsteuerdrucks. Andererseits wird im Bereich b, in dem die Feder 31 eine relativ große Federkraft aufweist, die entgegen dem Vorsteuerdruck wirkt, die Größe der Verstellung der Spule 26 in Relation zu einer Druckfluktuation des Vorsteuerdrucks reduziert. Da folglich die Möglichkeit hier gegeben ist, die Länge des eingepassten Einsetzens des Bereichs 29 mit großen Durchmesser der Spule 26 in die Spulenbohrung 26 ohne großes Anwachsen der Gesamtspulenverstellung zu erhöhen, ist es möglich, die Leckmenge des Arbeitsfluids in einer kleinen Lücke zwischen Spulenbogen 25 und Spule 26 zu reduzieren und folglich die Flussrate mit einer hohen Genauigkeit in dem Bereich b zu steuern.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Spule 26 mit einer Blindbohrung 37 in ihrer Axialrichtung versehen und eine Bohrung 38 verläuft in ihrer Radialrichtung. Bei einer solchen Anordnung ist die Einrichtung so konstruiert, dass bei Einsetzen der Spule 26 in den Ventilkörper 10 eine Luftextraktion in der Vorsteuerleitung durchgeführt werden kann, indem die Spule 26 nach rechts bewegt wird, um die Bohrung 38 zur festen Federbox 36 zu öffnen. Genauer gesagt, wird eine Luftextraktion in der Vorsteuerleitung dadurch ermöglicht, dass der Ventilkörper 10 einen Tankkanal 39 aufweist, der über eine Tanköffnung mit einer Tankseitenöffnung 41 der fixierten Federbox 36 verbunden ist und über eine Verbindungsöffnung 2 zur Federaufnahmekammer 43 der fixierten Federbox 36 geöffnet ist, wenn der Druck Aufnahmebereich 38 und das Innere des Stopfens 32 in Verbindung mit dem Tankseiteneingang 41 gebracht sind, durch Drücken der Spule 26 nach rechts, um die Bohrung 38 zur Federaufnahmekammer 43 zu öffnen.
Der oben erwähnte Ventilkörper 10 ist weiterhin mit einem Sicherheitsventil 44 ausgestattet, so dass wenn der Fluiddruck innerhalb des Zylinderseitenkanals 20 über einen Abgabedruck erhöht ist, ein erhöhter Druck über den Tankkanal 39 abgebaut werden kann. Dieses Sicherheitsventil 44 ist aus einer Hülse 45, einem Hauptventil 46, einem Hilfsventil 47, einer Leitung 48 usw. gebildet. Der Fluiddruck innerhalb des Zylinderseitenkanals 20 wird auf das Hilfsventil 47 durch die Leitung 48 einwirken. Das Hilfsventil 47 wird, wenn der in ihm vom Zylinderseitenkanal zugeführte Fluiddruck einen Wert übersteigt, der mit dem Montagegewicht der Feder 49 kommensurabel ist, entgegen der Federkraft der Feder 49 einen Hilfsauslass 50 öffnen. Als Ergebnis kann das von dem Zylinderseitenkanal 20 zugeführte Arbeitsfluid in den Tankkanal 39 fließen. Ein Differenzdruck wird daher um das Hauptventil 46 aufgebaut, um sowohl den Haupteinlass 51 als auch den Hauptauslass 52 zu öffnen, so dass der Fluiddruck des Zylinderseitenkanal 20 in den Tankkanal 39 abbaubar ist.
Nach Fig. 8 wird das abgegebene Druckfluid einer ersten Leitung 62 und einer zweiten Leitung 63 durch ein Richtungssteuerventil 61 zugeführt. Die erste Leitung 62 ist mit der Kammer 65 der Absenkseite eines Zylinders 64 verbunden, während die zweite Leitung 63 mit dem Richtungssteuerventileingang 17 des Ventilkörpers 10 verbunden ist. Weiterhin ist der Zylindereingang 19 des Ventilkörpers 10 mit der Kammer auf der Anhebeseite des Zylinders 64, d. h. einer Haltedruckerzeugungskammer, verbunden.
Das oben erwähnte Richtungssteuerventil 61 hat eine Neutralstellung N, eine Anhebestellung U und eine Absenkstellung D. Normalerweise ist es in der Neutralstellung N angeordnet. Das Richtungssteuerventil 61 wird durch einem ersten Druckaufnahmebereich 67 zugeführtes Druckfluid geschaltet, um die Anhebestellung U einzunehmen, und wird durch einem zweiten Druckaufnahmebereich 68 zugeführtes Druckfluid geschaltet, um eine Absenkstellung D einzunehmen. Es sei angemerkt, dass der über ein Vorsteuerventil 69 dem ersten und zweiten Druckaufnahmebereich 67 und 68 ein Vorsteuerdruck angelegt wird.
Das oben erwähnte Vorsteuerventil 69 ist mit einem ersten und einem zweiten Reduzierdruckventilbereich 71 und 72 ausgebildet, die durch einen Betätigungshebel 70 betätigbar sind. Erste und zweite Reduzierdruckventilbereiche 71 und 72 werden über ihre entsprechende Eingangsseiten mit einem Druckfluid von einer Hilfshydraulikpumpe 73 versorgt. Eine erste und eine zweite Vorsteuerleitung 74 und 75, die mit den entsprechenden Auslassseiten der ersten und zweiten Reduzierdruckventile 71 und 72 verbunden sind, sind mit den ersten und zweiten Druckaufnahmebereichen 67 und 68 des Richtungssteuerventil 61 entsprechend verbunden. Die zweite Vorsteuerleitung 75 ist weiterhin mit dem Stopfen 32 des Ventilkörpers 10 verbunden. Die Zylinderseitenmontagefläche 11 des Ventilkörpers 10 ist, siehe Fig. 3, mit dem Zylinder 64 so verbolzt, dass der Zylindereingang 19 direkt mit dem Einlass des Zylinders in Verbindung stehen kann.
Im Folgenden wird die Tätigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert.
Das Druckfluid in der Kammer 66 auf der Anhebeseite des Zylinders 64 kann in den Zylinderseitenkanal 20 von dem Zylindereingang 19 fließen. Allerdings wird ein Fließen in den Richtungssteuerseitenkanal 18 durch das Sperrventil 24 verhindert. Entsprechend wird, falls die zweite Leitung 63, die mit dem Richtungssteuerventileingang 17 verbunden ist, beschädigt ist, der in der Kammer 66 der Anhebeseite erzeugte Haltedruck entsprechend zu einer externen Last F nicht aus der zweiten Leitung ausfließen können. Daraus ergibt sich, dass Ausleger, Arm oder Ladeschaufel einer hydraulischen Baumaschine an einem spontanen Herabfallen gehindert ist.
Falls Vorsteuerdruckfluid der ersten Vorsteuerleitung 74 durch Betätigen des ersten Reduzierdruckventils 71 mittels des Betätigungshebels 70 zugeführt wird, nimmt das Richtungssteuerventil 61 die Anhebeposition U ein. Dann kann Druckfluid von der Hydraulikpumpe 60 abgegeben werden, um in den Richtungssteuerventileingang 17 von der zweiten Leitung 63 zu fließen, um das Sperrventil 24 zu öffnen, so dass es in die Kammer 66 der Anhebeseite des Zylinders 64 von dem Zylindereingang 19 fließen kann. Folglich wird Druckfluid aus der Kammer 65 der Absenkseite durch die erste Leitung 62 und das Richtungssteuerventil 61 in ein Reservoir abgegeben.
Falls ein Vorsteuerdruckfluid der zweiten Vorsteuerleitung 75 durch Betätigen des zweiten Reduzierdruckventils 72 durch den Betätigungshebel 70 zugeführt wird, nimmt das Richtungssteuerventil 61 die Absenkstellung D ein. Dann wird Abgabedruckfluid von der Hydraulikpumpe 60 der Kammer 65 der Absenkseite des Zylinders 64 zugeführt.
Zur selben Zeit wird ein Vorsteuerdruckfluid an dem Stopfen 32 des Ventilkörpers 10 zu dem Druckempfangsbereich 33 transportiert, um die Spule 26 von dem dargestellten Zustand nach rechts zu drücken, wodurch der Richtungssteuerventilseitenkanal 18 und der Zylinderseitenkanal 20 miteinander in Verbindung geraten. Dann kann das Druckfluid innerhalb der Anhebeseitenkammer 66 des Zylinders 64 durch den Zylindereingang 19 und den Zylinderseitenkanal 20 in den Richtungssteuerventilseitenkanal 18 fließen und wird durch den Richtungssteuerventileingang 17 und das Richtungssteuerventil 61 in das Reservoir abgegeben.
Fig. 9 zeigt eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs mit einer Hydraulikschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Sicherheitsventil 44 ist in einer Position angeordnet, die näher zum Richtungssteuerventileingang 17 als zum Flussratensteuerventil 34 im Ventilkörper 10 ist.
Fig. 10 zeigt eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs mit einer Hydraulikschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 24 näher zum Zylindereingangseitenkanal 20 als zum Flussratensteuervent.il 34 im Ventilkörper 10 angeordnet.
Fig. 11 zeigt eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 24 näher zum Zylindereingang 19 als zum Flussratensteuerventil 34 im Ventilkörper 10 angeordnet und das Sicherheitsventil ist zwischen dem Sperrventil 24 und dem Flussratensteuerventil 34 vorgesehen.
Fig. 12 zeigt eine Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs mit einer Hydraulikschaltung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Sicherheitsventil 44 näher zum Flussratensteuerventileingang 17 im Ventilkörper 10 angeordnet und das Sperrventil 24 ist zwischen dem Sicherheitsventil 44 und dem Flussratensteuerventil 34 vorgesehen.
Fig. 13 zeigt Ventilanordnung zur Verhinderung eines Herabfallens eines Baumaschinen-Arbeitswerkzeugs mit einer Hydraulikschaltung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 24 näher zum Richtungssteuerventileingang 17 im Ventilkörper 10 angeordnet und das Sicherheitsventil 44 ist zwischen dem Sperrventil 24 und dem Flussraten- Steuerventil 34 vorgesehen.
Bei den vorangehenden unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind Sperrventil 24, Flussratensteuerventil 34 und Sicherheitsventil 44 unterschiedlich angeordnet. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 ist die Anordnung der Ventile ähnlich zu der in Fig. 12, allerdings ist das Flussratensteuerventil 34 in anderer Weise aufgebaut.
Genauer gesagt ist der Ventilkörper 10 mit einem Zwischeneingang 80 ausgebildet, der sich zur Spule 25 öffnet. Andererseits ist die Spule 26 mit einem konischen Sitzbereich ausgebildet und einem Bereich 82 mit großem Durchmesser zum Öffnen und Schließen. Die Spule 26 wird durch eine Feder 83 so beaufschlagt, dass sie nach links gedrückt wird, wie dargestellt. Der konische Sitzbereich 81 ist zur Anlage mit einem peripheren Bereich 84 geeignet, der sich zum Richtungssteuerventilseitenkanal 18 der Spule 26 so öffnet, dass eine Verbindung zwischen dem Richtungssteuerventilseitenkanal 18 und dem Zwischeneingang 80 blockiert werden kann. Dabei ist eine Verbindung zwischen dem Zwischeneingang 80 und dem Zylinderseitenkanal 20 blockiert.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion gibt es kein Fluidleck von diesem Bereich, da der Anlageabschnitt des konischen Sitzbereichs 81 und der Umfangsbereich 84 dazu dienen, eine Verbindung zwischen dem Richtungssteuerventilseitenkanal 18 und dem Zylinderseitenkanal 20 zu blockieren. Weiterhin wird es nicht nur kein Leck des Rückhaltedrucks des Zylinders in Richtung des Richtungsteuerventilseitenkanals 18 geben, sondern auch der Bedarf nach nur einer Feder 83 macht die Struktur einfacher als in Fig. 2.
Während die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele des Ventilkörpers 10, wie vorangehend beschrieben, einteilig sind, ist es ebenso möglich, eine Anordnung zu wählen, siehe das achte Ausführungsbeispiel nach Fig. 15, bei dem ein erster Ventilkörper 90 mit dem Sperrventil 24 versehen ist, und Flussratensteuerventil 34 und Sicherheitsventil 44 durch Bolzen 82 an einem zweiten Ventilkörper 91 angebracht sind, der einen Zylindereingang 19 aufweist, der zur Zylinderseitenmontagefläche 11 geöffnet ist, wodurch ein modifizierter Ventilkörper 10 gebildet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorangehend beschrieben wurde, ergibt sich wegen der Tatsache, dass das Sperrventil 24, das Flussratensteuerventil 34 und das Sicherheitsventil 44 in einer identischen Höhenebene angeordnet sind, dass die Höhe zur Montage eines solchen Ventilkörpers 10 eine Größe aufweist, die kommensurabel mit einem maximalen Durchmesser für Sperrventil 24, Flussratensteuerventil 34 und Sicherheitsventil 44 ist. Aufgrund dieser Tatsache ist die Höhe der Montage des Ventilkörpers 10 so vermindert, dass, falls ein Zylinder verschwenkbar in einem großen Bereich relativ zum zylindermontierten Körper ist, der Ventilkörper nicht mit dem Zylindermontierkörper kollidiert. Demgemäß ergibt sich durch einfaches Anbringen des Ventilkörpers 10 an diesem Zylinder, dass es möglich ist, eine erheblich größere Schwenkverstellung des Zylinders zu erhalten und doch gleichzeitig sowohl die gesamte Struktur der Einrichtung als auch deren Montage zu vereinfachen.
Weiterhin wird ein Flussratensteuerventil 34 bereitgestellt mit einer Tätigkeitscharakteristik, die durch das Verhältnis einer Verstellung der Spule im Hinblick auf eine Änderung des Vorsteuerdrucks bestimmt ist, welche Abhängigkeit zweifach abgestufte Linien zeigt. Folglich wird ein Anfangszeitintervall, in dem die Spule verstellt wird, durch einen Dichtbreitenhaltebereich repräsentiert, dem ein nachfolgender Spulenverstellbereich folgt, der durch einen Flusssteuerbereich repräsentiert wird. Folglich kann nicht nur die Fluidleckage minimiert werden, sondern durch das System kann ebenfalls eine sehr genaue Flussratensteuerung realisiert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorangehend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben. Es ist offensichtlich für einen Fachmann, dass viele Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen möglich sind, ohne dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle möglichen Ausführungsbeispiele innerhalb des Schutzumfangs unter Berücksichtigung der insbesondere in den beigefügten Ansprüchen enthaltenen Merkmale.

Claims

1. Ventileinrichtung zur Verhinderung des Zusammenfallens eines Baumaschinen- Arbeitswerkzeugs mit:

einem Zylinderseitenkanal (20), welcher mit einem Zylindereinlass (19) in Verbindung steht, der in eine Zylinderseitenmontagefläche (11) mündet;

einem Ventilkörper (10) mit einem Richtungssteuerventilseitenkanal (18), der zur Verbindung mit einem Richtungssteuerventileinlass (17) ausgebildet ist;

einem in dem Ventilkörper (10) angeordneten Sperrventil zur Verhinderung eines Flusses von Druckfluid in den Richtungssteuerventilseitenkanal (18) aus dem Zylinderseitenkanal (20);

einem Flussratensteuerventil (23) in dem Ventilkörper (10), welches eine Verbindung zwischen dem Richtungssteuerventilseitenkanal (18) und dem Zylinderseitenkanal (20) normalerweise blockiert und in Abhängigkeit von einem äußeren Signal die Verbindung herstellt, und

einem Sicherheitsventil (44) im Ventilkörper (10) zum Abbauen eines Druck in dem Zylinderseitenkanal (20),

dadurch gekennzeichnet,

dass das Absperrventil (24), das Flussratensteuerventil (26) und das Sicherheitsventil (44) in einer vorgegebenen Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen parallel zur Zylinderseitenmontagefläche (11) ist.

2. Ventileinrichtung zur Verhinderung des Zusammenfallens eines Baumaschinen- Arbeitswerkzeugs nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Flussratensteuerventil eine Spule (26) aufweist, die in eine Spulenbohrung (25) eingepasst ist, so dass sie zwischen einer Verbindungsstellung und einer Absperrstellung verschiebbar ist, wobei die Spule durch eine Vielzahl von Federn (30, 31) in ihrer Absperrstellung gehalten ist und unter Einfluss eines Steuerfluiddrucks in die Verbindungsstellung gedrückt ist, wobei die Federn (30, 31) so eingestellt sind, dass bei einem niedrigen Steuerfluiddruck die Spule eine stärkere Verstellung im Hinblick auf eine Änderung im Steuerdruck, und wenn der Steuerfluiddruck einen vorgegebenen Wert überschreitet, die Spule eine geringere Verstellung im Hinblick auf die Änderung des Steuerdrucks aufweist.

3. Ventileinrichtung zur Verhinderung eines Zusammenfallens eines Baumaschinen- Arbeitswerkzeuges nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Flussratensteuerventil eine Spule (26) aufweist, die in eine Spulenbohrung (25) eingepasst ist, wobei die Spule einen konischen Sitzbereich (81) aufweist, so dass die Verbindung zwischen dem Richtungssteuerventilseitenkanal (18) und dem Zylinderseitenkanal (20) blockiert ist.