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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisches Zweikreissystem zur Ansteuerung
von Verbrauchern eines mobilen Gerätes, insbesondere eines Raupengerätes gemäss dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, und eine Zusammenschaltventilanordnung für ein derartiges
Zweikreissystem.
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In
der
US 6,170,261 B1 ist
ein hydraulisches Zweikreissystem eines mobilen Gerätes, beispielsweise eines
Ketten- oder Raupengeräts
offenbart. Bei derartigen Raupengeräten hat das Fahrwerk zwei Ketten,
die jeweils über
einen der hydraulischen Kreise getrennt voneinander ansteuerbar
sind. An die beiden hydraulischen Kreise des Kettengerätes sind
des Weiteren noch ein Drehwerk sowie Aggregate der Ausrüstung, wie beispielsweise
der Ausleger, der Löffelstiel
und der Löffel
angeschlossen. Jeder der beiden hydraulischen Kreise wird von einer
Verstellpumpe mit Druckmittel gespeist, die in Abhängigkeit
vom jeweils höchsten
Lastdruck der Verbraucher im jeweils zugeordneten Kreis angesteuert
werden.
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Für den Fall,
dass neben den beiden Ketten noch zumindest ein Verbraucher der
Ausrüstung
betätigt werden
soll, besteht die Möglichkeit,
zur Vermeidung einer Druckmittelunterversorgung beide hydraulischen Kreise
zusammenzuschalten. Bei der in der
US 6,170,261 B1 offenbarten Lösung erfolgt
diese Zusammenschaltung der beiden hydraulischen Kreise über ein
Zusammenschaltventil, über
das die mit den beiden Pumpen verbundenen Druckleitungen sowie die
Lastdruckmeldeleitungen der beiden Kreise zusammengeschaltet werden.
Die Ansteuerung des Zusammen schaltventils erfolgt in Abhängigkeit
von der Druckmittelzufuhr zum zusätzlichen Verbraucher. Zusätzlich kann
der Bediener manuell eingreifen und die beiden Kreise zusammenschalten.
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Nachteilig
bei dieser Lösung
ist, dass beispielsweise bei der Ansteuerung eines an den einen
hydraulischen Kreis angeschlossenen Verbrauchers mit hohem Druckmittelbedarf
und geringem Druck und bei Ansteuerung eines an den anderen Kreis
angeschlossenen Verbrauchers mit geringem Mengenbedarf und hohem
Druck beide Kreise über
das Zusammenschaltventil verbunden werden, so dass der höhere Lastdruck des
letztgenannten Kreises auch im erstgenannten Kreis anliegt. Aufgrund
dieses höheren
Lastdruckes wird die Pumpe des ersten Kreises hochgefahren, so dass
beide Kreise auf das höhere
Druckniveau angehoben werden. Der Druck im erstgenannt hydraulischen
Kreis muss dann entsprechend wieder auf das erforderliche Druckniveau
heruntergeregelt werden, was erhebliche Energieverluste zur Folge
hat. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei der Lösung gemäss der
US 6,170,261 B1 ein
erheblicher schaltungstechnischer Aufwand zum Abgreifen des Lastdrucks
vom zusätzlichen
Verbraucher und zur Ansteuerung des Zusammenschaltventils erforderlich
ist.
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In
der
DE 102 545 738
A1 der Anmelderin ist ein verbessertes Zweikreissystem
gezeigt, bei dem eine Zusammenschaltventilanordnung mit zwei Druckwaagen
ausgeführt
ist, von denen jeweils eine einem der Kreise zugeordnet ist und über die
in Abhängigkeit
vom Lastdruck und vom Pumpendruck im zugeordneten Kreis die Verbindung
zum anderen Kreis aufsteuerbar ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist,
dass die Zusammenschaltventilanordnung einen vergleichsweise komplexen
Aufbau hat.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Zweikreissystem
und eine dafür
geeignete Zusammenschaltventilanordnung mit einfachem Aufbau zu
schaffen.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des hydraulischen Zweikreissystems mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Zusammenschaltventilanordnung
durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 12 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die
zum Summieren der Druckmittelvolumenströme eines Zweikreissystems erforderliche Zusammenschaltventilanordnung
im Wesentlichen durch ein Zusammenschaltventil ausgebildet, das
mit zumindest vier Steuerflächen
ausgeführt
ist, wobei zwei in einer Richtung wirkenden Steuerflächen vom
höchsten
Lastdruck in einem ersten Kreis und vom Pumpendruck im zweiten Kreis
und die in der anderen Richtung wirkenden Steuerflächen vom
höchsten
Lastdruck in diesem Kreis und vom Pumpendruck im erstgenannten Kreis
beaufschlagt sind. In Abhängigkeit
von der resultierenden Steuerdruckdifferenz können dann zum Summieren zwei
Druckanschlüsse
und ein dem ersten Kreis zugeordneter LS-Eingangsanschluß mit einem
dem zweiten Kreis zugeordneten LS-Ausgangsanschluß verbunden
werden, wodurch verhindert wird, dass ein im einen der Kreise wirkender
höherer
Lastdruck bei geringem Druckmittelbedarf in den anderen Kreis mit
niedrigerem Lastdruck und hohem Druckmittelbedarf gemeldet wird.
Es wird in beiden Kreisen lediglich der den tatsächlichen Anforderungen entsprechende
Lastdruck zur jeweils zugeordneten Verstellpumpe gemeldet, so dass
in dem Fall, in dem in einem der Kreise ein hoher Druck bei geringem
Druckmittelbedarf anliegt, die Verstellpumpe dieses Kreises nicht
hochgefahren wird und somit die Energieverluste gegenüber herkömmlichen
Lösungen
erheblich minimiert sind. Diese Lösung lässt es jedoch zu, dass in dem
Fall, in dem in einem der Kreise ein hoher Druck bei hohem Druckmittelbedarf
anliegt, dieser hohe Druck in den zweiten Kreis gemeldet wird, falls
in diesem ein niedrigerer Lastdruck anliegt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist ein Ventilkörper
des Zusammenschaltventils über
eine Zentrierfederanordnung in eine Sperrstellung vorgespannt.
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Um
zu verhindern, dass bei geöffnetem
Zusammenschaltventil ein höherer
Lastdruck von dem zugeschalteten Kreis in den anderen Kreis gemeldet
wird, sind in den Lastdruckleitungen Rückschlagventile vorgesehen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist eine LS-Leitung eines Kreises jeweils mit einem dem anderen Kreis
zugeordneten LS-Ausgangsanschluß des Zusammenschaltventils
verbunden.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die vom Pumpendruck und dem Lastdruck beaufschlagten Steuerflächen des
Ventilkörpers
gleich groß ausgeführt.
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Das
Zusammenschaltventil ist besonders einfach aufgebaut, wenn der Pumpendruck
und der Lastdruck eines Kreises jeweils auf eine einen Federraum
begrenzende rückseitige
Stirnfläche
und der Pumpendruck und der Lastdruck des anderen Kreises auf Ringstirnflächen des
Ventilkörpers
wirken.
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Ein
Ventilkörper
des Zusammenschaltventils wird vorzugsweise mit einem mittigen Steuerbund
ausgeführt,
an dem zwei Steuerkanten zum Aufsteuern der Verbindung zwischen
den beiden Druckanschlüssen ausgebildet
sind. Der Ventilkörper
hat desweiteren zwei aussenliegende LS-Steuerbunde, an denen jeweils eine
Steuerkante zum Aufsteuern der Verbindung zwischen dem LS-Eingangsanschluß des einen
Kreises und dem LS-Ausgangsanschluß des anderen Kreises ausgebildet
ist. Die federraumseitigen Rückflächen der
beiden Steuerbunde bilden dabei die oben genannten rückseitigen
Stirnflächen
aus.
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Vorzugsweise
ist jeweils zwischen dem mittigen Steuerbund und einem LS-Steuerbund
ein weiterer Bund ausgebildet, an den die genannte Ringstirnfläche angeordnet
ist.
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Ein
derartiger Aufbau ermöglicht
es, den Ventilkörper
symmetrisch auszubilden, so dass die Herstellung und Montage besonders
einfach ist.
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Der
Aufbau des Zusammenschaltventils ist weiter vereinfacht, wenn die
vorstehend beschriebenen Rückschlagventile
in das Ventilgehäuse
des Zusammenschaltventils integriert sind.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen
näher erläutert:
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1 ein
Schaltschema eines Steuerblocks zur Ansteuerung eines Raupengerätes;
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2 ein
Schaltsymbol einer Zusammenschaltventilanordnung eines Zwei- oder
Mehrkreissystems gemäß 1 und
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3 eine
konkrete Ausführung
der Zusammenschaltventilanordnung aus 1.
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1 zeigt
ein Schaltschema einer hydraulischen Baggersteuerung 1.
Diese ist als Zweikreissystem mit zwei hydraulischen Kreisen 2, 4 aufgebaut,
die jeweils über
eine nicht dargestellte Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden.
Der mit der in 1 dargestellten Steuerung versehene
Bagger hat ein Fahrwerk mit zwei Ketten, deren Fahrantriebe über die
beiden Kreise 2, 4 unabhängig voneinander mit Druckmittel
versorgbar sind. Neben dem Fahrantrieb werden über das Zweikreissystem noch
weitere Verbraucher des Baggers, wie beispielsweise ein Drehwerk,
ein Stiel, ein Löffel
oder ein Ausleger angesteuert.
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Der
die Baggersteuerung gemäss 1 realisierende
Steuerblock ist in Scheibenbauweise ausgeführt, wobei die beiden nicht
dargestellten Verstellpumpen an Druckanschlüsse P1 und P2 des Steuerblocks angeschlossen
sind. Dieser hat des Weiteren noch einen Tankanschluss T sowie Arbeitsanschlüsse A1, B1 sowie A2, B2, an die der
Antrieb der rechten bzw. linken Kette angeschlossen ist. An weitere
Anschlüsse
A3, B3 und A4, B4 etc. werden
die weiteren Verbraucher des Baggers, wie beispielsweise der Antrieb
des Drehwerks, die Hydrozylinder zur Betätigung des Stiels, des Löffels oder
des Auslegers angeschlossen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
sei angenommen, dass an die Anschlüsse A2,
B2 der Ausleger und an den Anschluss A4, B4 der Löffel angeschlossen
sind.
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Der
dargestellte Steuerblock hat des Weiteren zwei Lastdruckanschlüsse, im
folgenden LS1 und LS2 genannt, über die
der im jeweiligen Kreis 2, 4 wirkende Lastdruck
abgegriffen und zum Förderstromregelventil (nicht
dargestellt) der Verstellpumpe geführt wird, die somit in Abhängigkeit
von diesem höchsten Lastdruck angesteuert
wird.
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Die
Ansteuerung der vorgenannten Verbraucher erfolgt jeweils über ein
proportional verstellbares Wegeventil 6, dem jeweils eine
Druckwaage 8 nachgeschaltet ist. Das Wegeventil 6 hat
einen eine veränderliche Messblende
ausbildenden Geschwindigkeitsteil und einen Richtungsteil, wobei
die Messblende der Druckwaage 8 vorgeschaltet ist und der
Richtungsteil stromabwärts
der Druckwaage 8 angeordnet ist. Jede Druckwaage 8 ist
in Schliessrichtung vom Lastdruck und in Öffnungsrichtung von dem Druck
stromabwärts
der Messblende des Wegeventils 6 beaufschlagt. Der Druckwaagenkolben
stellt sich in Abhängigkeit
von den anliegenden Steuerdrücken
in eine Regelposition ein, in der der Druckabfall über der
Messblende des proportional verstellbaren Wegeventils 6 kontant
gehalten wird, so dass eine lastdruckunabhängige Volumenstromsteuerung
ermöglicht
wird. Derartige LS-Steuerungen sind hinlänglich bekannt, so dass auf
eine ausführliche
Beschreibung des Aufbaus des Wegeventils 6 und der nachgeschalteten
Druckwaage 8 verzichtet werden kann. Die Ansteuerung des
Wegeventils 6 erfolgt jeweils über Pilotventile 10, 12, über die
ein Steuerdruck an die stirnseitigen Steuerflächen eines Schiebers des Wegeventils 6 angelegt
wird. Diese Pilotventile werden beispielsweise in Abhängigkeit
von der Stellbewegung eines Joysticks betätigt.
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Die
Anschlüsse
der Wegeventile 6 sind über
eine Druckleitung 14, 16 mit dem Druckanschluss
P1 bzw. P2 verbunden.
Des Weiteren hat jedes Wegeventil zwei Arbeitsanschlüsse, die
jeweils über
eine Arbeitsleitung 18 bzw. 20 mit den zugeordneten
Verbraucheranschlüssen
A, B verbunden sind. Zur Rückführung des
Druckmittels vom Verbraucher ist ein Ausgangsanschluss des Wegeventils 6 über eine
Tankleitung 22 mit dem Tankanschluss T des Steuerblocks
verbunden.
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In
den Arbeitsleitungen sind zur Begrenzung des maximalen, zum Verbraucher
geführten
Druckes jeweils noch Druckbegrenzungsventile vorgesehen, wobei die
den Druck an den Arbeitsanschlüssen
A2, B2, B1 und B3 sowie A4 (nicht dargestellt) begrenzenden Druckbegrenzungsventile
mit Nachsaugfunktion ausgeführt sind,
so dass bei einem Voreilen des Verbrauchers (negative Last) Druckmittel
aus dem Tank nachgesaugt werden kann um Kavitätserscheinungen zu vermeiden.
Eine jeweils an den Lastdruckanschluss LS der beiden Kreise 2, 4 angeschlossene
Lastdruckmeldeleitung 28, 30 ist über ein
LS-Stromregelventil 32 bzw. 34 mit der gemeinsamen
Tankleitung 22 verbunden.
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Die
Druckwaagen 8 sind so ausgeführt, dass sie in ihrer voll
aufgesteuerten Endposition den an ihrem Eingang anliegenden Druck
(Druck stromabwärts
der Messblende) in die Lastdruckleitung 28 bzw. 30 melden, so
dass in dieser stets der höchste
Lastdruck im jeweiligen Kreis 2 oder 4 liegt.
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Die
vorbeschriebenen Wegeventile mit der zugeordneten Druckwaage 8,
den Pilotventilen 10, 12 sowie den Druckbegrenzungsventilen 24, 25 können jeweils
in einer Scheibe oder in einem gemeinsamen Steuerblock aufgenommen
sein. Zur Verbindung der beiden hydraulischen Kreise 2, 4 ist
in einer Zwischenscheibe 36 eine Zusammenschaltventilanordnung 38 vorgesehen, über die
bei bestimmten Betriebszuständen
die Druckleitungen 14, 16 der beiden hydraulischen
Kreise 2, 4 zusammengeschaltet werden können, so
dass die angesteuerten Verbraucher von beiden Verstellpumpen gemeinsam
mit Druckmittel versorgt werden.
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Der
Aufbau der Zusammenschaltventilanordnung wird im Folgenden anhand
der 2 und 3 erläutert.
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Gemäß dem in 2 dargestellten
Schaltsymbol der Zusammenschaltventilanordnung 38, hat
diese ein als Druckwaage aufgebautes Zusammenschaltventil 40,
dessen Druckwaagenschieber, im Folgenden Ventilkörper 42 genannt, mit
vier Steuerflächen
A1, A2, A3, A4 ausgeführt
ist, wobei zwei in einer Richtung wirkenden Steuerflächen A1,
A2 mit dem Pumpendruck des zweiten Kreises und dem Lastdruck des
ersten Kreises und die in der anderen Richtung wirkenden Steuerflächen A3,
A4 mit dem Pumpendruck des ersten Kreises und dem Lastdruck im zweiten
Kreis beaufschlagt sind. Entsprechend ist die Steuerfläche A1 über eine Drucksteuerleitung 44 mit
der Druckleitung 16 des zweiten Kreises 4 und
die in gleicher Richtung wirkenden Steuerfläche A2 über eine LS-Steuerleitung 46 mit
der Lastdruckmeldeleitung 28 des ersten Kreises verbunden.
Die in der Gegenrichtung wirksamen Steuerflächen A3, A4 sind über eine
weitere Drucksteuerleitung 48 mit der Druckleitung 14 bzw.
eine weitere LS-Steuerleitung 50 mit der Lastdruckmeldeleitung 30 des
zweiten Kreises verbunden. Die Flächen der Steuerflächen A1,
A2, A4 und A3 sind jeweils gleich.
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Der
Ventilkörper 42 ist über eine
Zentrierfederanordnung 51 in eine mittlere Sperrstellung
vorgespannt, in der zwei mit dem Druckleitungen 14, 16 verbundene
Druckanschlüsse
P1 und P2 sowie zwei dem ersten Kreis 2 zugeordneten Anschlüsse LS1
und LS1' und zwei
dem zweiten Kreis 4 zugeordnete Anschlüsse LS2, LS2' abgesperrt sind.
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Der
LS-Eingangsanschluss LS1 ist über
einen LS-Kanal 52 und über
ein in Richtung zum Anschluss LS1 öffnendes Rückschlagventil 54 mit
der Lastdruckmeldeleitung 28 des ersten Kreises 2 verbunden,
an die auch der LS-Ausgangsanschluss LS1' über
einen LS-Zweigkanal 56 angeschlossen ist. Entsprechend
ist die Lastdruckmeldeleitung 30 des zweiten Kreises 4 über einen
weiteren LS-Kanal 58 und ein weiteres Rückschlagventil 60 mit
dem LS-Eingangsanschluss LS2 und über einen weiteren LS-Kanal 62 mit
dem LS-Ausgangsanschluss LS2' verbunden.
Je nach anliegender Steuerdruckdifferenz kann der Ventilkörper 42 des
Zusammenschaltventils 40 nach oben (Ansicht nach 2)
in eine der mit b gekennzeichneten Regelpositionen oder nach unten
nach eine der mit a gekennzeichneten Regelpositionen verschoben
werden. In den Regelpositionen a, b wird der vom Kreis mit dem höheren Druckniveau
zum anderen Kreis summierte Druckmittelvolumenstrom über das
Zuschaltventil 40 auf das niedrigere Druckniveau abgedrosselt.
Die Regelposition stellt sich ein, wenn die Druckdifferenz zwischen
Pumpendruck und Lastdruck im ersten Kreis etwa gleich derjenigen
im zweiten Kreis ist. In den Regelpositionen a wird Druckmittel
vom zweiten Kreis 4 zum Druckmittelvolumenstrom des ersten
Kreises 2 summiert, wobei auch die LS-Anschlüsse LS1
und LS2' miteinander verbunden sind,
während
die beiden anderen LS-Anschlüsse
LS2, LS1' gegeneinander
gesperrt sind. Das Rückschlagventil 54 verhindert
dabei, dass bei einem niedrigeren Lastdruck im ersten Kreis 2 der
höhere
Lastdruck des zweiten Kreises 4 in den ersten Kreis gemeldet
wird, so dass entsprechend die dem ersten Kreis zugeordnete Verstellpumpe
in diesem Fall nicht hochgefahren wird. In dem Fall, in dem der
höhere
Lastdruck im ersten Kreis 2 anliegt, wird diese über das
sich öffnende
Rückschlagventil 54 und
die beiden verbundenen LS-Anschlüsse
LS1 und LS2' zur
Verstellpumpe des zweiten Kreises gemeldet und diese entsprechend
hochgefahren.
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Entsprechend
werden bei einer Verschiebung in einer der Regelpositionen b die
Druckanschlüsse
P1 und P2 miteinander verbunden, so dass Druckmittel vom ersten
Kreis zum Druckmittelvolumenstrom des zweiten Kreises summiert wird
und die LS-Anschlüsse
LS2 und LS1' miteinander
verbunden sind, wobei das Rückschlagventil 60 verhindert,
dass ein niedrigerer Lastdruck im ersten Kreis 2 (in der
Lastdruckmeldeleitung 28) in die Lastdruckmeldeleitung 30 des
zweiten Kreises 4 gemeldet wird.
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In 3 ist
ein konkretes Ausführungsbeispiel
einer Zusammenschaltventilanordnung 38 gemäß 2 dargestellt.
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Wie
eingangs ausgeführt,
kann diese in die Zwischenscheibe 36 des Steuerblocks integriert
sein oder aber als eigenes Ventil auf den Steuerblock aufgesetzt
werden. 3 zeigt einen Längsschnitt
durch die Ventilscheibe 36 oder durch ein die Zusammenschaltventilanordnung 38 aufnehmendes
Ventilgehäuse.
In der Ventilscheibe 36 ist eine Ventilbohrung 64 ausgebildet,
in der der Druckwaagenschieber oder Ventilkörper 42 axialverschiebbar
geführt
ist. Die Ventilbohrung 64 ist in ihrem mittleren Bereich
zu zwei Druckkammern 66, 68 erweitert, die von
einem Gehäusesteg 70 von
einander getrennt sind. Die Druckkammer 66 ist dabei mit
dem Druckanschluss P1 und die Druckkammer 68 mit dem Druckanschluss
P2 verbunden. Zu ihren Endabschnitten hin ist die Ventilbohrung
in Radialrichtung jeweils zu LS-Ringräumen 70, 72 und 74, 76 erweitert,
wobei die aussenliegenden Ringräume 70, 76 mit
dem Lastdruckmeldekanal 30 verbunden sind und somit in
diesen Räumen
der höchste
Lastdruck des zweiten Kreises 4 anliegt. Die beiden innenliegenden
Ringräume 72, 74 sind
entsprechend mit der Lastdruckmeldeleitung 28 und somit
mit dem höchsten
Lastdruck des ersten Kreises 2 beaufschlagt. In der Schnittdarstellung
gemäß 3 sind
die Lastdruckmeldeleitungen 28, der zum Ringraum 72 führende LS-Kanal 52 und
das darin angeordnete Rückschlagventil 54 sowie
der zum Ringraum 74 führende
LS-Zweigkanal 56 dargestellt. Die Anbindung der beiden
anderen Ringräume 70, 76 an
die Lastdruckmeldeleitung 30 erfolgt über entsprechende Kanäle mit integriertem
Rückschlagventil 60 (in 3 nicht dargestellt).
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Der
Ventilkörper 42 hat
einen mittleren Steuerbund 78 an dem zwei mit Feinsteuerkerben
ausgeführte Steuerkanten 80, 82 ausgebildet
sind. Bei Axialverschiebung des Ventilkörpers 42 wird über eine
der Steuerkanten 80, 82 die Verbindung zwischen
den beiden Druckkammern 66, 68 aufgesteuert, die – wie vorstehend erwähnt – an die
Druckleitungen 14 bzw. 16 angeschlossen sind.
In der Darstellung gemäß 2 ist
die Druckkammer 66 mit dem Anschluss P1 und die Druckkammer 68 mit
dem Anschluss P2 verbunden – zum
einfacheren Verständnis
sind die Anschlussbezeichnungen in der Darstellung gemäß 3 in
Klammern hinzugefügt.
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Im
Axialabstand zum mittleren Steuerbund 78 hat der Ventilkörper 42 beidseitig
zwei Bunde 84, 86, die jeweils über einen
radial zurückgesetzten
Kolbenhals mit einem aussenliegenden Steuerbund 88 bzw. 90 verbunden
sind. Jeder Steuerbund 88, 90 ist in einer Reduzierhülse 92 bzw. 94 geführt, die
jeweils in einen stirnseitigen, stufenförmig erweiterten Endabschnitt
der Ventilbohrung 64 eingesetzt sind und somit den wirksamen
Führungsdurchmesser
für den
Ventilkörper 42 verringern
und eine Flächendifferenz
schaffen. An den zu den Steuerbunden 88, 90 weisenden
Stirnflächen
der Bunde 84 und 86 ist jeweils eine Ringstirnfläche vorgesehen,
die die Steuerflächen
A2 bzw. A3 bilden.
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Die
Steuerfläche
A3 begrenzt mit der benachbarten Stirnfläche der Reduzierbuchse 92 einen
Raum 96, in dem der Druck der Druckleitung 14 und
somit am Druckanschluss P1 anliegt. Die Ringstirnfläche A2 des Bundes 86 begrenzt
mit der benachbarten Stirnfläche
der Reduzierbuchse 94 einen weiteren Raum 98,
in dem entsprechend der Druck in der Druckleitung 16 und
somit der Druck am Druckanschluss P2 anliegt. Die beiden aussenliegenden
Steuerbunde 88, 90 sind jeweils durch einen Kolbenhals 100, 102 mittig
etwas zurückgestuft, so
dass jeweils eine Steuerkante 104, 106 gebildet
ist. Durch die in 3 links liegende Steuerkante 104 kann die
Verbindung zwischen den Ringräumen 72 und 70 und
durch die rechte Steuerkante 106 die Verbindung zwischen
den Ringräumen 74, 76 aufgesteuert
werden. In der dargestellten Grundposition des Ventilkörpers 42 ist
die Verbindung durch die Steuerkanten 104 und 106 abgesperrt.
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Die
beiden Stirnflächen
des Ventilkörpers 42 bilden
die Steuerflächen
A1 und A1 (siehe 2) aus, die mit dem Druck in
der Druckleitung 16 des zweiten Kreises bzw. mit dem höchsten Lastdruck
des zweiten Kreises beaufschlagt sind.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Stirnflächen
A1, A4 sowie die Ringstirnflächen
A2, A3 jeweils mit gleicher Fläche
ausgeführt.
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Wie
bereits anhand 2 erläutert, wird der Ventilkörper 42 durch
die Zentrierfederanordnung 51 in seine dargestellte Mittstellung
vorgespannt. Diese Zentrierfederanordnung 51 wirkt auch
als Regelfederanordnung, und ist beim konkreten Ausführungsbeispiel
mit zwei Regelfedern 108, 110 ausgeführt, deren
Federkonstante so ausgelegt ist, dass sie etwas unterhalb des Pumpen-Δp liegt.
Bei einem Pumpen-Δp
von etwa 20 bar, entspricht die Federkraft einer Regelfeder 108, 110 etwa
einem Druck von delta-p-Unterschied: 3 bis 6 bar (aus Versuch ermittelt).
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Die
beiden Regelfedern 108, 110 sind jeweils an einer
in die Ventilbohrung 64 eingeschraubten Federbuchse 112, 114 abgestützt und
greifen jeweils über
einen Federteller 116, 118 an den Stirnflächen A1,
A4 des Ventilkörpers 42 an.
Die den Regelfedern 108, 110 zuweisenden, radial
vergrößerten Ringstirnflächen der
Reduzierbuchsen 92, 94 dienen dabei als Endanschlag
für die
Federteller 116, 118. Durch diese beiden Endanschläge ist auch
die dargestellte Mittelposition des Ventilkörpers 42 bestimmt.
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Zum
besseren Verständnis
der Funktion wird im Folgenden ein Betriebszustand der Baggersteuerung erläutert.
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Es
sei angenommen, dass der an die Arbeitsanschlüsse A2, B2 angeschlossene Verbraucher,
beispielsweise der Stiel, viel Druckmittel benötigt und entsprechend vergleichsweise
geringer Pumpendruck im hydraulischen Kreis 2 anliegt.
Der an die Arbeitsanschlüsse
A4, B4 des zweiten Kreises angeschlossene Verbraucher, beispielsweise
der Ausleger, soll dagegen nur eine geringe Druckmittelmenge bei
einem vergleichsweise hohen Pumpendruck benötigen. Aufgrund des Druckabfalls
im ersten Kreis 2 (niedriger Druck in der Druckleitung 14)
wird der Ventilkörper 86 gegen
die Kraft der Regelfeder 108 in der Darstellung gemäß 3 nach
links verschoben, so dass über
die Steuerkante 80 mit ihren Feinsteuerkerben der Druckmittelströmungspfad
zwischen den Druckkammern 86, 66 aufgesteuert
wird und entsprechend Druckmittel vom zweiten Kreis 4 zum
ersten Kreis 1 summiert wird (Druckmittelströmung von
P1 nach P2 des Zusammenschaltventils 40). Parallel dazu
wird über
die Steuerkante 104 die Verbindung zwischen den beiden
LS-Ringräumen 70, 72 aufgesteuert,
so dass die Verbindung zwischen dem LS-Eingangsanschluss 181 und
dem LS-Ausgangsanschluss
LS2' geöffnet ist.
Durch das Rückschlagventil 54 wird
verhindert, dass ein höherer
Lastdruck im zweiten Kreis 4 in den ersten Kreis 2 gemeldet
wird, der Druckmittel von dem zweiten Kreis aufnimmt. Das nach dem
Druckwaagenprinzip arbeitende Zusammenschaltventil 40 stellt
sich dabei in eine Regelposition ein, so dass das von der Verstellpumpe
des zweiten Kreises 4 geförderte Druckmittel auf das
Druckniveau im ersten Kreis 2 abgedrosselt wird und die
Druckdifferenzen (Pumpendruck-Lastdruck)
in beiden Kreisen etwa gleich sind.
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Die
Energieeinsparung für
diesen Fall berechnet sich wie folgt:
PStiel = 60 bar | QStiel = 300 l/min |
PAusleger = 140 bar | QAusleger = 100 l/min |
- 2-Kreis: QPumpe1 =
QPumpe2 = 200 l/min
- 1-Kreis: QP(1-Kreis) = 400 l/min
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Bei
einer Summierung vom ersten Kreis 2 in den zweiten Kreis 4 wird
entsprechend der Ventilkörper 42 in
der Darstellung gemäß 3 nach
rechts verschoben, so dass über
die Steuerkante 82 die Verbindung vom Druckraum 66 zum
Druckraum 68 und somit der Druckmittelströmungspfad
vom Druckanschluss P1 zum Druckanschluss P2 aufgesteuert wird. Gleichzeitig
wird über
die Steuerkante 106 die Verbindung zwischen den beiden
LS-Ringräumen 74, 76 aufgesteuert,
wobei ein höherer
Lastdruck in dem Druckmittel empfangenden Kreis 4 an die
Verstellpumpe des ersten Kreises 2 gemeldet wird, diese
entsprechend hochgefahren wird. Sollte der Lastdruck im zweiten
Kreis 4 niedriger sein, so verhindert das Rückschlagventil 60,
dass der höhere Lastdruck
in den Kreis gemeldet wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung zeichnet
sich durch einen äußerst kompakten
Aufbau aus, der sich mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand
realisieren lässt.
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Offenbart
sind ein hydraulisches Zweikreissystem zur Ansteuerung von Verbrauchern
eines mobilen Gerätes
beispielsweise eines Raupengerätes
und einer für
ein derartiges Zweikreissystem geeignete Zusammenschaltventilanordnung, über die
die beiden Kreise zum Summieren zusammengeschaltet werden können. Erfindungsgemäß hat die
Zusammenschaltventilanordnung ein Zusammenschaltventil mit zwei
Druckanschlüssen,
zwei LS-Eingangs- und
zwei LS-Ausgangsanschlüssen,
wobei ein Ventilkörper
des Zusammenschaltventils mit vier Steuerflächen ausgeführt ist, von denen zwei in
einer Richtung wirkende Steuerflächen vom
höchsten
Lastdruck im ersten Kreis und vom Pumpendruck im zweiten Kreis und
die der anderen Richtung wirkenden Steuerflächen vom höchsten Lastdruck im zweiten
Kreis und vom Pumpendruck im ersten Kreis beaufschlagt sind.
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- 1
- Baggersteuerung
- 2
- erster
Kreis
- 4
- zweiter
Kreis
- 6
- Wegeventil
- 8
- Druckwaage
- 10
- Pilotventil
- 12
- Pilotventil
- 14
- Druckleitung
- 16
- Druckleitung
- 18
- Arbeitsleistung
- 20
- Arbeitsleistung
- 22
- Tankleitung
- 24
- Druckbegrenzungsventile
- 26
- Druckbegrenzungsventile
- 28
- Lastdruckmeldeleitung
- 30
- Lastdruckmeldeleitung
- 32
- LS-Stromregelventil
- 34
- LS-Stromregelventil
- 36
- Zwischenscheibe
- 38
- Zusammenschaltventilanordnung
- 40
- Zusammenschaltventil
- 42
- Ventilkörper
- 44
- Drucksteuerleitung
- 46
- LS-Steuerleitung
- 48
- Drucksteuerleitung
- 50
- LS-Steuerleitung
- 51
- Zentrierfederanordnung
- 52
- LS-Kanal
- 54
- Rückschlagventil
- 56
- LS-Zweigkanal
- 58
- LS-Kanal
- 60
- Rückschlagventil
- 62
- LS-Zweigkanal
- 64
- Ventilbohrung
- 66
- Druckkammer
- 68
- Druckkammer
- 70
- LS-Ringraum
- 72
- LS-Ringraum
- 74
- LS-Ringraum
- 76
- LS-Ringraum
- 78
- Steuerbund
- 80
- Steuerkante
- 82
- Steuerkante
- 84
- Bund
- 86
- Bund
- 88
- Steuerbund
- 90
- Steuerbund
- 92
- Reduzierbuchse
- 94
- Reduzierbuchse
- 96
- Raum
- 98
- Raum
- 100
- Kolbenhals
- 102
- Kolbenhals
- 104
- Steuerkante
- 106
- Steuerkante
- 108
- Regelfeder
- 110
- Regelfeder
- 112
- Federbuchse
- 114
- Federbuchse
- 116
- Federteller
- 118
- Federteller