JP2003521652A - 特に作業機械の昇降シリンダを制御するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 降下の際、外力によって、油圧オイルが加圧シリンダ室（１２）から制御要素（３）を介して吸入シリンダ室（１１）内へと押出されるように構成された作業機械の昇降シリンダ（２）を制御するための方法及び装置でもって、特に標準運転への自動的な切替え、また、付加的な力を降下方向に加えることができる運転状態への自動的な切替えが可能にされるべきである。これは、特に、所定の第１の力において、加圧室（１２）から来る油圧オイルが、制御要素（３）内の逆止弁（１５）を介し、油圧ポンプ（７）によって作用を受ける分配器通路（５）を介して、吸入シリンダ室（１１）内へと移動され、その際油圧ポンプの供給路は、圧力制御される遮断弁（８）を介して遮断されており、その際、ポンプ（７）によって付加的な力を吸入シリンダ室（１１）に加えることができるようにするため、この遮断弁（８）が、圧力減少が行なわれた際に開放し、逆止弁（１５）が閉鎖するように構成されていることによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１もしくは２に記載の種類の昇降シリンダを制御するための
方法及び装置に関する。

【０００２】 作業機械の油圧式の昇降シリンダは、負荷の下にある場合、付加的なエネルギ
供給を行なうことなく降下させることができ、その際、ピストン側、即ち加圧シ
リンダ室内にも、ロッド側、即ち吸入シリンダ室内にも、オイル充填を行なうこ
とが通常である。

【０００３】 作動機械の昇降シリンダにおいては、負荷によって押し出された圧縮オイルが
、制御ユニットによって、又は自由にタンクに導かれ、一方、油圧ポンプは、キ
ャビテーションを回避するために、油圧オイルをシリンダの吸入側に移送するこ
とによって、この昇降シリンダを降下させることが公知である。この場合、吸入
側の充填をするために付加的なエネルギを使用しなければならないことが欠点で
ある。

【０００４】 他の解決策は、シリンダの吸入側をタンクと連結する点にあり、従って、吸入
側のオイルがタンクから吸入されるが、シリンダとタンクとの間の導管抵抗を克
服しなければならず、これがシリンダの不完全な充填に通じてしまうという欠点
を伴う。これには、タンク還流路内の絞りによって対処されるが、もっともこれ
らの絞りは熱を発生させ、この熱は冷却によって導出しなければならない。

【０００５】 エネルギ節約の基本から、移送は、エネルギの供給を行なうことなく制御され
るようにシリンダを降下させることができるようにする点に、即ち、ストローク
側から流出する油圧オイルのエネルギを吸入側の充填のために、絞りを回避する
下に利用する点にある。このため、加圧の下に存在する流出する油圧オイルを制
御要素によってシリンダの吸入側へと導くことが公知であり、その際、例えば別
個の降下弁がシリンダと主制御弁との間に設けられており、この主制御弁は、降
下工程の際、必要な部分量をシリンダの吸入側へと導くために、主すべり弁の替
わりに操作され、一方、残量は、主すべり弁を迂回する下にタンク内へと流出さ
せることができる。

【０００６】 更に別の解決策が公知であり、この解決策は、昇降シリンダのための主制御す
べり弁を中空ピストンとして形成する点にあり、この中空ピストンは、降下位置
において、シリンダの加圧側から吸入側への移行部を形成し、その際、中空ピス
トン内に逆止弁が配設されており、標準運転の際の連結を中断する。この様式の
中空ピストンを主制御すべり弁内の制御ピストンとして製造することは費用がか
かり、その際、重力の下に降下させるための相応の切替えが、昇降シリンダによ
って降下方向の付加的な力を何ら調達することができないという欠点を有する。
降下方向にも作用を得るためには、重力の下に降下させるための切替えが遮断さ
れなければならない。

【０００７】 上記公知の解決策に対し、本発明の課題は、降下工程の際に全ての圧力比の下
で制御すべり弁を調節する下にシリンダの吸入室を十分に充填し、その際、降下
方向の付加的なシリンダ力が必要となったら直ぐに、自動的にシリンダの標準運
転への切替えが行なわれる方法様式もしくは装置を提供する点にある。

【０００８】 冒頭で説明した様式の方法でもって、この課題は、本発明によれば、 制御要素内の油圧ポンプによって分配器通路が作用を受け、その際、制御ピス
トンを介して加圧シリンダ室又は吸入シリンダ室が接続されるようにすること、 外力／外部負荷（Ｐ）によって作用を受けるシリンダ室内の所定の第１の圧力
において、このシリンダ室が、逆止弁を介してこの分配器通路と連結され、圧力
センサによって影響可能な遮断弁を介して、分配器通路に対するポンプの供給路
が遮断され、その際、通路に吸入シリンダ室が接続されているようにすること、
そして、 所定の第２の圧力に達した際、逆止弁が閉鎖し、遮断弁、従って分配器通路に
対する油圧ポンプの供給路が、吸入シリンダ室内の付加的な力の調達のために開
放されるようにすることによって解決される。

【０００９】 装置によれば、上記の課題は、 制御要素内に、油圧ポンプによって作用可能な分配器通路が、制御ピストンを
介して接続及び遮断可能な、昇降シリンダの加圧シリンダ室もしくは吸入シリン
ダ室に対する連結導管を有する２つの出口通路と共に設けられており、その際、
通路と分配器通路との間に逆止弁が、分配器通路内にポンプ供給路に影響を与え
る遮断弁が、通路と加圧シリンダ室との間に圧力センサが、並びにこの圧力セン
サによって起動可能なスイッチが、遮断弁を操作するための油圧弁を操作するた
めに設けられていることによって解決される。

【００１０】 本発明による方法様式によって、制御要素を介して、シリンダの加圧室から来
るオイルを吸入側に対して導くことが認めることができ、その際、加圧室内の圧
力コントロール並びに相応の逆止弁の調節並びに制御弁の切替えは、外力の調達
を行なうことのない降下を保証する。

【００１１】 その際、例えば、昇降シリンダを介して作業機器を完全に降下させる際、シリ
ンダの加圧室内の圧力が低下するか、もしくは完全にシステム圧力に適合し、そ
の際、逆止弁が閉鎖し、場合によっては遮断弁を開放することができる。これは
また、加圧の下で降下させる際にも問題なく可能であり、ここでは、遮断弁を介
して、ポンプによる作用が可能にされ、この作用は、降下方向に作用させること
ができる。制御要素内の制御ピストンが切り替えられる場合、ポンプはストロー
ク方向に加圧室の作用の下に作用させることができる。

【００１２】 例えば外力によって２０バールより高い圧力が、圧力スイッチに通報された場
合、油圧流体が、ポンプ分配器通路内の遮断弁を閉鎖し、従って油圧オイルの供
給路をポンプから遮断するように制御弁が切り替えられ、従って油圧オイルは、
シリンダの加圧シリンダ室から逆止弁を介して吸入シリンダ室内へと流れ、その
際、過剰なオイルは、場合によってはタンク内へとフィードバックさせることが
できる。

【００１３】 例えば圧力が、加圧シリンダ室内の外部負荷を除去することによって降下した
場合は、逆止弁が閉鎖する。自動的に、圧力センサを介して制御信号が切替え弁
に付与され、この切替え弁が切り替わり、これにより遮断弁が圧力を失わされ、
従ってこの遮断弁は、自動的に開放し、ポンプを介してシリンダの吸入側への油
圧オイルの供給を可能にし、従って降下方向のシリンダの加圧が可能にされる。

【００１４】 上昇させるべきである場合は、ピストンの制御側が徐荷され、従ってバネ作用
を受けたこのピストンは縮小し、これにより、ピストンの加圧側に対する油圧オ
イルの供給路が開放される。

【００１５】 本発明の別の形態は、従属請求項から明らかである。

【００１６】 例えば、制御ピストンの制御縁部に、シリンダのストローク側及び吸入側の供
給路もしくは排出路を開放する制御溝が設けられており、その際、ストローク側
及び吸入側の溝が、シリンダのストローク側及び吸入側の面積比に相当するよう
に構成されていることは、特に有利である。

【００１７】 更に、逆止弁が、二次圧力制限弁との統合ユニットを形成するように構成され
ていることから有効かつコンパクトな構造様式が得られる。

【００１８】 また本発明は、２つのポンプの使用も可能とし、その際、更に、システム内に
少なくとも１つの制御される遮断弁及び少なくとも１つの制御される逆止弁を設
けることは有効である。

【００１９】 本発明の更なる詳細、特徴及び利点は、以下の説明に基づいて、並びに図面に
よって明らかである。

【００２０】 ２で指示された昇降シリンダの運動を制御するための、全ての図において一般
に１で指示された装置は、部分に関して象徴的であり、更にこれらの図では断面
で示されており、本質的に、内部に摺動可能な制御ピストン４を有する制御要素
３から成り、更に以下で詳細に説明される種々の通路を介して、開放され、閉鎖
され、もしくは互いに連結されているようにすることができる。

【００２１】 制御要素３内には、図１の例において、横断面でほぼＵ字形に図示された分配
器通路５が設けられており、この分配器通路は、ほぼ対称にポンプ通路６によっ
て作用をうけており、このポンプ通路には、油圧オイルポンプ７が接続されてい
る。分配器通路５に対するポンプ通路６を介する供給路を遮断するため、ほぼ中
心に遮断弁８が設けられており、この遮断弁は、切替え弁を介してポンプ供給導
管１０によってポンプ７と連結可能である。

【００２２】 シリンダ２は、１１で指示された吸入室と、１２で指示された加圧室とを、外
から当接する負荷（矢印Ｐ）によって定義されるように備え、この負荷は、導管
を介して、前記の圧力定義により同じ方法で定義された制御要素３内の加圧通路
１３及び吸入通路１４と連結されており、その際、加圧通路１３及び吸入通路１
４は、ポンプ分配器通路５の両方の部分アームに対して平行に配設されており、
これら全ての通路は、制御ピストン４の伸縮を介して供給もしくは排出可能であ
る。

【００２３】 １５で指示され、かつ図４に拡大されて再現された二次防護装置１６内の逆止
弁を介して、通路１３内の圧力が十分に高い場合は、油圧流体が、そこから分配
器通路５内へと流れることができ、これは、更に以下で詳細に説明する。

【００２４】 説明した要素以外に、装置１、即ち制御要素３は、制御ピストン４の軸内で端
部に制御接続部１７を備え、この制御接続部を介して、圧力調達の際、制御ピス
トン４は、バネキャップ１９内に収容されているバネ１８に対向して摺動するこ
とができる。

【００２５】 加圧シリンダ室１２内、もしくはこの加圧シリンダ室から加圧通路１３へと通
じる導管内の圧力は、圧力センサ２０を介して測定可能である。バネキャップ１
９からの導管２１を介して、スイッチ２２が起動可能であり、このスイッチは、
更にまた圧力センサ２０と連結して弁９を切り替える。二重に作用する分配器通
路５及び加圧通路１３並びに吸入通路１４以外に、制御要素３内には、平行な別
の２つのタンク通路２３もしくは２４が設けられており、オーバーフローを切替
え工程に応じて保証するために、これらのタンク通路は、一方では、それぞれ１
つの二次防護装置１６によって作用を受けており、他方では、２５で支持された
タンクへの供給導管を形成する。

【００２６】 相応の貫流を可能にするため、制御ピストン４は、相応の位置に制御溝２６も
しくは２７を備える。

【００２７】 装置１の機能様式を、以下に、図１ａ及び１ｂの例を基に詳細に説明する。

【００２８】 制御接続部１７を介して、制御すべり弁のピストンが「降下」（図１）に切り
替えられる場合は、ピストン４がバネキャップ１９の方向に運動する。外部負荷
Ｐは、シリンダ２内でシリンダ室１２内に圧力を発生させ、シリンダ室１２の加
圧流体が、通路１３、この例では二次防護装置１６のカートリッジ内に内蔵され
ている（図４）逆止弁１５を介して分配器通路５内へと流れる。制御溝２７を介
して、加圧流体は、シリンダ２の吸入室１１へと通じる通路１４内へと到達する
。更にシリンダ室１２内の圧力は、圧力センサ２０を切り替え、この圧力センサ
が、弁９を操作し、これによりポンプ７の圧力を遮断弁８へと導き、従ってこの
遮断弁は閉鎖する。

【００２９】 同時に制御スライドピストン４の摺動により、制御溝２６を介してタンク通路
２３への連結が形成される。逆止弁１５が開放された際の通路５及び１３内の圧
力が等しく、従って制御溝２６及び２７の圧力も等しいので、制御溝２６及び２
７の形成は、シリンダ２の吸入室１１に対し、全ての制御ピストン位置及び圧力
比の下に必要な油圧オイルの量が任意に使用可能にされ、一方、残量は、タンク
２５に供給されるように構成することができる。その際、タンク２５へと流出す
る油圧オイルの量とシリンダ２の吸入室１１へと流出する油圧オイルの量との比
は一定のままである。シリンダ室１２からシリンダ室１１への油圧オイルの流れ
は、破線で図示されている。

【００３０】 降下工程の開始と同時に、ポンプ７は、ゼロ移送に制御するか、又は適当な切
替え手段によって他の消費装置に導くことができる。これにより、分配器通路５
は圧力がなく、遮断弁８は、この場合も自動的に閉鎖する。

【００３１】 負荷Ｐが底部で除去された場合は、シリンダ室１２内の圧力がゼロの領域内に
位置する。圧力センサ２０は、この状態を検出し、遮断弁８をポンプ圧力から徐
荷し、これにより降下工程のために標準運転を形成する。ストローク工程のため
に遮断弁８の開放を維持するため、スイッチ２２は、圧力センサ２０から弁９へ
の信号を中断し、遮断弁８は、圧力徐荷をされ、開放することができる。

【００３２】 スイッチ２２は、「上昇」（図１ｂ）のための制御信号によって切り替えられ
、この制御信号は、ここでは例として、バネキャップ１９からの導管２１を介し
て取り出される。上昇の際の油圧オイルの流れは、図１ｂに同様に破線で図示さ
れている。本発明によるこの装置によって、再生切替え部が、負荷の下で降下す
る際に付与されており、一方、標準運転としてのポンプによる機能「降下」及び
「上昇」は自動的に行われる。

【００３３】 図２による本発明の第２の形態では、シリンダ室１２の圧力が、弁９を介し、
導管を介して、ポンプ調整器２８へと切り替えられ、従ってポンプ７は、ゼロ移
送にセットされる。この構成では、制御される遮断弁の替わりに逆止弁２９を設
けることができる。逆止弁２９を有するこの構成は、全てのシステムにおいて使
用することができ、これらのシステムにおいては、降下工程の開始の際、シリン
ダ２のために通路５へのポンプ供給路が中断されている。

【００３４】 本発明の第３の形態は図３に図示されている。この場合、２つのポンプ７ａ及
び７ｂが、制御すべり弁内へと導入され、その際、ポンプ７ａは、遮断された再
生切替え部における降下のためだけに、またポンプ７ａ及び７ｂは上昇のために
設けられている。この場合、ポンプ７ａのポンプ圧力は、弁９を介して弁８ａに
切り替えられる。この例では、ポンプ７ａが、降下の際、他の消費装置によって
遮断されているか、又は圧力がないように切り替えられており、従ってこの回路
のため逆止弁が設けられている。

【００３５】 図４には、逆止弁１５の有利な装置が図示されている。作業機械のための弁ブ
ロックは、二次防護装置１６を任意に使用可能である。有利で経済上より好都合
な構成は、逆止弁１５が通路１３を分配器通路５と連結するように、逆止弁１５
が二次防護装置１６のハウジング内に配設されている場合である。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 本発明の第１の実施例を、若干の装置要素の位置「降下」でもって示す。

【図１ｂ】 本発明の第１の実施例を、若干の装置要素の位置「上昇」でもって示す。

【図２】 図１による装置の内容を変更した実施例を示す。

【図３】 ２つのポンプを有する例を示す。

【図４】 統合された逆止弁と共に内蔵された二次防護装置の拡大図を示す。

【符号の説明】

１ 装置 ２ 昇降シリンダ ３ 制御要素 ４ 制御ピストン ５ 分配器通路 ６ ポンプ通路 ７ 油圧オイルポンプ ８ 遮断弁 ９ 弁 １０ ポンプ供給導管 １１ 吸入室 １２ 加圧室 １３ 加圧通路 １４ 吸入通路 １５ 逆止弁 １６ 二次防護装置 １７ 制御接続部 １８ バネ １９ バネキャップ ２０ 圧力センサ ２１ 導管 ２２ スイッチ ２３，２４ タンク通路 ２５ タンク ２６，２７ 制御溝 ２８ ポンプ調整器 ２９ 逆止弁 ７ａ，７ｂ ポンプ ８ａ 弁 Ｐ 外部負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベーゼベック・フォルカー ドイツ連邦共和国、カーメン、フリードリ ヒストラーセ、21 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB03 BA05 CA02 CA04 CA06 DB02 3H002 BA01 BB06 BC01 BC02 BD04 BE01 3H089 AA61 BB15 BB17 CC01 DA03 DB33 DB43 DB47 DB49 DB75 EE17 EE31 FF07 FF13 GG02 JJ01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 昇降シリンダ（２）が、降下方向に外力（外部負荷Ｐ）によ
   って作用可能であるようにし、昇降シリンダ（２）の加圧シリンダ室（１２）及
   び吸入シリンダ室（１１）が、加圧流体でもって、これらの両方の室（１１，１
   ２）を互いに連結する、内部に設けられた制御要素（３）を有する導管を介して
   作用を受けているようにし、制御要素（３）が、シリンダ室（１２，１１）への
   供給もしくはシリンダ室（１２，１１）からの排出及び作動媒体のためのタンク
   （２５）内へのオーバーフローを油圧ポンプ（７）を介して制御する、掘削機、
   ホイールローダ等のような作業機械の昇降シリンダ（２）を制御するための方法
   において、 制御要素（３）内の油圧ポンプ（７）によって分配器通路（５）が作用を受け
   、その際、制御ピストン（４）を介して加圧シリンダ室（１２）又は吸入シリン
   ダ室（１１）が接続されるようにすること、 外力／外部負荷（Ｐ）によって作用を受けるシリンダ室（１２）内の所定の圧
   力において、このシリンダ室が、逆止弁（１５）を介してこの分配器通路（５）
   と連結され、圧力センサ（２０）によって影響可能な遮断弁（８）を介して、分
   配器通路（５）に対するポンプ（７）の供給路が遮断され、その際、通路（５）
   に吸入シリンダ室（１１）が接続されているようにすること、そして、 所定の他の圧力に達した際、逆止弁（１５）が閉鎖し、遮断弁（８）、従って
   分配器通路（５）に対する油圧ポンプ（７）の供給路が、吸入シリンダ室（１１
   ）内の付加的な力の調達のために開放されるようにすることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 昇降シリンダ（２）が、降下方向に外力（外部負荷Ｐ）によ
   って作用可能であり、昇降シリンダ（２）の加圧シリンダ室（１２）及び吸入シ
   リンダ室（１１）が、加圧流体でもって、これらの両方の室（１１，１２）を互
   いに連結する、内部に設けられた制御要素（３）を有する導管を介して作用を受
   けており、制御要素（３）が、シリンダ室（１２，１１）への供給もしくはシリ
   ンダ室（１２，１１）からの排出及び作動媒体のためのタンク（２５）内へのオ
   ーバーフローを油圧ポンプ（７）を介して制御するように構成された、掘削機、
   ホイールローダ等のような作業機械の昇降シリンダ（２）を制御するための装置
   （１）において、 制御要素（３）内に、油圧ポンプ（７）によって作用可能な分配器通路（５）
   が、制御ピストン（４）を介して接続及び遮断可能な、昇降シリンダ（２）の加
   圧シリンダ室（１２）もしくは吸入シリンダ室（１１）に対する連結導管を有す
   る２つの出口通路（１３，１４）と共に設けられており、その際、通路（１３）
   と分配器通路（５）との間に逆止弁（１５）が、分配器通路（５）内にポンプ供
   給路に影響を与える遮断弁（８）が、通路（１３）と加圧シリンダ室（１２）と
   の間に圧力センサ（２０）が、並びにこの圧力センサによって起動可能なスイッ
   チ（２２）が、遮断弁（８）を操作するための油圧弁（９）を操作するために設
   けられていることを特徴とする装置。
3. 【請求項３】 制御ピストン（４）の制御縁部に、シリンダ（２）のストロ
   ーク側及び吸入側の供給路もしくは排出路を開放する制御溝（２６，２７）が設
   けられており、その際、ストローク側及び吸入側の溝が、シリンダ（２）のスト
   ローク側及び吸入側の面積比に相当するように構成されていることを特徴とする
   請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 逆止弁（１５）が、二次圧力制限弁（１６）との統合ユニッ
   トを形成するように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の装
   置。
5. 【請求項５】 ２つのポンプ（７ａ，７ｂ）が、逆止弁（１５）、別の逆止
   弁（２９）並びに圧力作用を受ける制御要素（３）内の遮断弁（８ａ）と共に設
   けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の装置。
6. 【請求項６】 移送ポンプ（７）を調整するためのポンプ調整器（２８）が
   、シリンダ（２）の加圧室（１２）内の圧力に依存して設けられていることを特
   徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. 【請求項７】 制御溝が、加圧通路（１３）もしくは吸入通路（１４）を、
   油圧タンク（２５）内へと油圧オイルオーバーフィード導出をするために付設さ
   れたタンク通路（１６もしくは２３）と連結するために設けられていることを特
   徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の装置。