-
Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung
mehrerer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
-
Derartige
hydraulische Steueranordnungen werden insbesondere bei mobilen Arbeitsgeräten, beispielsweise
bei Radladern oder Schleppern verwendet, um deren Verbraucher, beispielsweise
die Arbeitshydraulik, die Lenkung, Fahrantriebe oder/und Zusatzgeräte
mit Druckmittel zu versorgen. Aus der
DE 10 2006 008 940.5 ist eine
hydraulische Steueranordnungen bekannt, die als LS-System ausgeführt
ist. Bei einem derartigen LS-System wird die Fördermenge
der Pumpe so geregelt, dass in der Pumpenleitung ein um eine bestimmte
Druckdifferenz Δp über dem höchsten Lastdruck
der Verbraucher liegender Pumpendruck anliegt. Bei den bekannten
Systemen sind jedem Verbraucher eine einstellbare Zumessblende und
eine Individualdruckwaage zugeordnet, über die der Druckmittelvolumenstrom
zum Verbraucher in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt
der Zumessblende lastunabhängig eingestellt werden kann.
Bei diesem LS-System kann stromabwärts der Pumpe eine Eingangsdruckwaage vorgesehen
werden, über die eine Verbindung zum Tank aufsteuerbar
ist. Die Eingangsdruckwaage ist in Schließrichtung von
einem dem höchsten Lastdruck entsprechenden Steuerdruck
und einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Pumpendruck
beaufschlagt. Ihre Position ist ein Maß für die
Differenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck.
-
Zum
Anschluss von Anbaugeräten oder Zusatzgeräten
ohne eigene Druckmittelversorgung ist ein sogenannter Power-Beyond-Anschluss
vorgesehen, der eine Druckleitung, eine Rücklaufleitung
und eine LS-Leitung aufweist. Dieser Power-Beyond-Anschluss macht
das Load-Sensing-System des Arbeitsgerätes auch für
das Anbaugerät nutzbar. Der Power-Beyond-Anschluss, zum
Anschließen eines Power-Beyond-Verbrauchers, zweigt von
dem Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und der
Eingangsdruckwaage ab. Die federseitige Druckbeaufschlagung der
Eingangsdruckwaage erfolgt dann durch einen der Lastdrücke
der Verbraucher der Arbeitshydraulik oder eines Power-Beyond-Verbrauchers.
Diese hydraulische Steueranordnung gestattet eine priorisierte Versorgung
der Power-Beyond-Verbraucher sowie eine Anhebung der Regeldruckdifferenz
zwischen Pumpendruck und höchstem Lastdruck bei Versorgung
von Power-Beyond-Verbrauchern.
-
Entsprechend
der Lösung aus der
DE
10 2006 008 940.5 erfolgt die Anhebung der Regeldruckdifferenz
durch eine Vergrößerung der Federvorspannung des
Steuerkolbens der Eingangsdruckwaage entweder durch den Einsatz
von nur einer Feder oder unter Verwendung einer Zusatzfeder. In
einer Übergangsphase muss der Steuerkolben der Eingangsdruckwaage
einen Weg über einen bestimmten Zeitraum zurücklegen.
Dieses beeinflusst das Übertragungsverhalten des Systems.
-
Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete hydraulische
Steueranordnung zu schaffen, bei der das Übertragungsverhalten
verbessert ist.
-
Die
Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Es
wird eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung von vorzugsweise
zumindest zwei Verbrauchern vorgesehen, die über eine Pumpe
mit einstellbarer Fördermenge mit Druckmittel versorgbar
sind, insbesondere eines mobilen Arbeitsgerätes, und denen
jeweils eine verstellbare Zumessblende zugeordnet ist, mit einem
Power-Beyond-Anschluss, an den zumindest ein Power-Beyond-Verbraucher anschließbar
ist, und mit einer der Pumpe nachgeschalteten Eingangsdruckwaage,
die im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und
zumindest einem der zwei Verbraucher vorgesehen ist und dass der
Power-Beyond-Anschluss im Druckmittelströmungspfad zwischen
der Pumpe und der Eingangsdruckwaage abzweigt, und wobei die Eingangsdruckwaage
in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung
vom Druck an ihrem Eingang beaufschlagt ist, wobei die hydraulische
Steueranordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Eingangsdruckwaage
in Schließrichtung zusätzlich wahlweise vom größten
Lastdruck oder von einem Druck oberhalb des größten
Lastdrucks beaufschlagbar ist. Auf diese Weise ist die Druckanhebung
der Pumpe auf hydraulische Weise realisierbar, wodurch sich das Übertragungsverhalten
des Systems verbessert.
-
Es
wird bevorzugt, wenn der Druck oberhalb des größten
Lastdrucks an einem Druckmittelpfad zwischen dem Eingang der Eingangsdruckwaage und
einer Lastmeldeleitung für den größten
der Lastdrücke abgegriffen wird, so dass mit geringem schaltungstechnischem
Aufwand der Druck oberhalb des größten Lastdrucks
realisierbar ist.
-
Vorzugsweise
wird der Druck oberhalb des größten Lastdrucks
zwischen zwei Blenden abgegriffen, so dass diese wie ein Druckteiler
funktionieren. Die Druckdifferenz zum höchsten gemeldeten
Lastdruck kann somit durch Variation der Geometrien der Blenden
fein eingestellt werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausbildung ist der Druckmittelpfad zwischen
dem Eingang der Eingangsdruckwaage und der Lastmeldeleitung für
den größten der Lastdrücke über
ein Schaltventil schaltbar. Es wird ferner bevorzugt, dass das Schaltventil zwischen
einer der Blenden und dem Eingang der Eingangsdruckwaage vorgesehen
ist. Insbesondere bei elektrischer Ansteuerung des Schaltventils
ist eine kurze Ansprechzeit für das Schalten der Eingangsdruckwaage
umsetzbar.
-
In
einer Weiterbildung ist zwischen den zwei Blenden und dem Vorsteueranschluss
der Eingangsdruckwaage, über den die Eingangsdruckwaage
in Schließrichtung beaufschlagbar ist, ein weiteres Schaltventil
vorgesehen. Vorzugsweise ist durch das weitere Schaltventil eine
Druckmittelverbindung zwischen dem Vorsteueranschluss der Eingangsdruckwaage
und einem Ausgangsanschluss zu zumindest einem der zwei Verbraucher
schaltbar. Dadurch kann eine Pumpendruckanhebung auf ein Maximaldruckniveau
umgesetzt werden, so dass alle Verbraucher in einem Konstantdrucksystem
arbeiten können und sich eine Komfortfunktion realisieren
lässt.
-
Zwischen
Pumpe und Eingangsdruckwaage kann ein Prioritätsventil
vorgesehen sein, über das eine Druckmittelversorgung eines
Prioritätsverbrauchers mit geringem schaltungstechnischem
Aufwand umsetzbar ist.
-
Alternativ
dazu kann ein Prioritätsverbraucher über eine
Hilfspumpe und über die Pumpe mit Druckmittel versorgbar
sein oder kann ein Prioritätsverbraucher nur über
eine Hilfspumpe mit Druckmittel versorgbar sein. Im Fall der Unterversorgung
durch die Hauptpumpe oder einer hohen dynamischen Beanspruchung
von dieser ist somit eine sichere Umsetzung der Prioritätsfunktion
möglich. Die Hilfspumpe ist bevorzugt eine Konstantpumpe.
-
Der
Druck zwischen Pumpe und Eingangsdruckwaage ist bevorzugt über
ein Druckbegrenzungsventil begrenzbar, so dass eine Druckerhöhung bei
der Pumpe über ein Maximaldruckniveau hinaus vermieden
werden kann.
-
Es
kann ferner eine elektronische Sollwertermittlung der Mengenanforderungen
aller zu versorgenden Verbraucher und eine hydraulische Druckanhebung
bei defek ter elektronischer Steuerung erfolgen, wodurch sich ein
verbessertes Übertragungsverhalten ergibt.
-
Die
Pumpe kann in Abhängigkeit von der Position eines Steuerkolbens
der Eingangsdruckwaage oder in Abhängigkeit von einem Restvolumenstrom an
einem Tankanschluss der Eingangsdruckwaage ansteuerbar sein, so
dass eine schnelle Reaktion auf veränderte Druckverhältnisse
an der Eingangsdruckwaage durch eine elektronische Steuerung möglich ist.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung sperrt die Eingangsdruckwaage
in einer federvorgespannten Grundstellung die Verbindung zu dem
zumindest einen der zwei Verbraucher und zum Tank ab und steuert
diese bei Verstellen in Öffnungsrichtung zunächst die
Verbindung zu dem zumindest einen der zwei Verbraucher und dann
zum Tank auf. Wird die Pumpe über einen zum Tank fließenden
Restvolumenstrom gesteuert, befindet sich die Eingangsdruckwaage knapp
in der dritten Position. In dieser Position lässt die Druckwaage
auch Überschussmengen zum Tank abfließen.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
-
Die 1 eine
hydraulische Steueranordnung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel,
-
die 2 einen
Ausschnitt aus der hydraulischen Steueranordnung entsprechend dem
ersten Ausführungsbeispiel,
-
die 3 ein
Steuerungskonzept entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
-
die 4 eine
hydraulische Steueranordnung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel,
-
die 5 eine
hydraulische Steueranordnung entsprechend einer ersten Abwandlung
des zweiten Ausführungsbeispiels, und
-
die 6 eine
hydraulische Steueranordnung entsprechend einer zweiten Abwandlung
des zweiten Ausführungsbeispiels.
-
1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Steueranordnung
eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Ackerschleppers.
Diese Steueranordnung kann beispielsweise durch ein Mobilsteuerblock
gebildet sein, über den eine Arbeitshydraulik 2 mit
Druckmittel versorgt wird, das von einer Pumpe 4 gefördert
und über eine Eingangsdruckwaage 5 und die Arbeitshydraulik 2 zu Verbrauchern
und von diesen zu einem Tank 6 zurückgeführt
wird. Die Pumpe 4 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als elektrisch ansteuerbare Verstellpumpe ausgebildet, deren Schwenkwinkel über einen
Pumpenregler 8 verstellbar ist. An Stelle einer elektrisch
ansteuerbaren Verstellpumpe kann auch eine drehzahlgeregelte Konstantpumpe
oder eine andere über einen Pumpenregler ansteuerbare Pumpe
eingesetzt werden.
-
In 2 ist
der Aufbau der Arbeitshydraulik 2 aus 1 gezeigt,
die in diesem Fall zwei doppelt wirkende Zylinder 10, 12 aufweist.
Das von der Pumpe 4 aus dem Tank 6 angesaugte
Druckmittel (s. 1) wird über die Eingangsdruckwaage 5 in
einen Pumpenkanal 15 gefördert, der in zwei Zulaufleitungen 16, 18 verzweigt,
wobei die Zulaufleitung 16 dem Zylinder 10 und
die Zulaufleitung 18 dem Zylinder 12 zugeordnet
ist. In der zu einem stetig verstellbaren Wegeventil 24 führenden
Zulaufleitung 16 ist eine Individualdruckwaage 20 vorgesehen,
wobei durch das Wegeventil 24 die Druckmittelströmungsrichtung zum
zugeordneten Verbraucher bzw. vom zugeordneten Verbraucher und der
Druckmittelvolumenstrom in Bezug auf den zugeordneten Verbraucher
einstellbar ist. In der zu einem stetig verstellbaren Wegeventil 30 führenden
Zulaufleitung 18 ist eine Individualdruckwaage 26 vorgesehen,
wobei durch das Wegeventil 30 die Druckmittelströmungsrichtung
zum zugeordneten Verbraucher bzw. vom zugeordneten Verbraucher und
der Druckmittelvolumenstrom in Bezug auf den zugeordneten Verbraucher
einstellbar ist. An die Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 24 ist
eine Vorlaufleitung 32, die mit einem bodenseitigen Zylinderraum 34 des
Zylinders 10 verbunden ist, und eine Rücklaufleitung 36,
die mit einem kolbenstangenseitigen Ringraum 38 des Zylinders 10 verbunden
ist, angeschlossen. An die Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 30 sind
eine Vorlaufleitung 40, die mit einem bodenseitigen Zylinderraum 42 des
Zylinders 12 verbunden ist, und eine Rücklaufleitung 44,
die mit einem kolbenstangenseitigen Ringraum 46 des Zylinders 12 verbunden
ist, angeschlossen.
-
Der
Steuerkolben 48 des Wegeventils 24 und der Steuerkolben 50 des
Wegeventils 30 werden über ein in 1 gezeigtes
Vorsteuergerät 52 oder über Handbetätigung
angesteuert. Durch Handbetätigung, oder Betätigung
des Vorsteuergerätes 52, wodurch die Steuerdruckdifferenz
eingestellt wird, wird der jeweilige Steuerkolben 48 bzw. 50 aus
der in 2 dargestellten Sperrposition (0) in Richtung
der angedeuteten Positionen (a) oder (b) verstellt, in denen entweder
der Zylinderraum 34, 42 oder der Ringraum 38, 46 mit
Druckmittel versorgt wird, während aus dem jeweils anderen
Druckmittelraum das Druckmittel verdrängt wird. Dabei wird über
eine Zulaufsteuerkante eine Zulaufmessblende in den Wegeventilen 24, 30 aufgesteuert,
wobei der Öffnungsquerschnitt der jeweiligen Zulaufmessblende
den Druckmittelvolumenstrom zum Zylinder 10, 12 bestimmt.
Das vom Zylinder 10, 12 zurückströmende Druckmittel
wird über einen Tankanschluss T am jeweiligen Wegeventil 24, 30 und
eine an diese angeschlossene Tankleitung 54 zum Tank 6 (s. 1)
zurückgeführt.
-
Die
Individualdruckwaagen 20, 26 werden jeweils in Öffnungsrichtung
von der Kraft einer Druckwaagenfeder 56, 58 sowie
von dem Lastdruck am jeweiligen Verbraucher 10, 12 beaufschlagt.
In Schließrichtung wirkt auf die Druckwaagenschieber der
Individualdruckwaagen 20, 26 jeweils der Druck in
der Zulaufleitung 16 bzw. 18 zwischen dem Ausgang
der jeweiligen Individualdruckwaage 20, 26 und dem
Druckeingang P des nachgeschalteten Wegeventils 24, 30.
Durch die jeweilige Individualdruckwaage 24, 30 und
die zugeordnete Zumessblende, die durch das jeweilige Wegeventil 24, 30 ausgebildet
ist, wird ein Stromregler gebildet. Der Druckabfall über
dessen Messblende wird lastunabhängig konstant gehalten,
so dass die über die Messblende fließende Druckmittelmenge
allein vom Öffnungsquerschnitt der Messblende abhängt.
-
Gemäß 1 ist
im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Druckanschluss
der Pumpe 4 und dem Verzweigungspunkt der Zulaufleitungen 16, 18 (s. 2)
die Eingangsdruckwaage 5 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel
als stetig verstellbares 3/3-Wegeventil ausgeführt ist.
-
Von
einer Pumpenleitung 14 zwischen dem Druckanschluss der
Pumpe 4 und dem Eingangsanschluss P der Eingangsdruckwaage 5 zweigt
ein Power-Beyond-Anschluss 64 ab. Über diesen
ist es möglich, einen oder mehrere zusätzliche
hydraulische Power-Beyond-Verbraucher 66, beispielsweise eines
Ladewagens oder einer Kartoffelvollerntemaschine, an das mobile
Arbeitsgerät anzuschließen.
-
Die
Power-Beyond-Verbraucher 66 können ferner über
die Tankleitung 54 mit dem Tank 6 verbunden werden.
Der höchste Lastdruck der Power-Beyond-Verbraucher 66 wird über
eine Wechselventilkaskade ermittelt und über eine Steuerleitung 69 dem
Wechselventil 68 zugeführt. Der höchste
der Lastdrücke der Verbraucher 10, 12 wird über
das Wechselventil 74 (s. 2) abgegriffen
und ebenfalls dem Wechselventil 68 zugeführt.
-
Der
Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 wird in Schließrichtung
von der Kraft einer Feder 72 sowie dem Druck an einem Verzweigungspunkt 76 eines
Druckmittelpfades zwischen dem Mittenanschluss des Wechselventils 68 und
der Pumpenleitung 14 beaufschlagt. Im Druckmittelpfad zwischen dem
Verzweigungspunkt 76 und der Pumpenleitung 14 sind
eine Blende 78 und ein 2/2-Schaltventil 80 in Reihenschaltung
angeordnet. Zwischen dem Verzweigungspunkt 76 und dem Wechselventil 68 befindet
sich im Druckmittelpfad eine Blende 82. Das 2/2-Schaltventil 80 wird
elektrisch betätigt und ist in 1 in der
federvorgespannten Sperrposition dargstellt.
-
Beim
Anlegen einer Steuerspannung an das Schaltventil 80 öffnet
sich der Druckmittelpfad zwischen der Pumpenleitung 14 und
der Blende 78. Infolge des unterschiedlichen Druckniveaus
an der Pumpenleitung 14 und am Wechselventil 68 fließt
ein Volumenstrom über die Blenden 80, 82,
wobei diese als ein Druckteiler wirken. Der Druck am Verzweigungspunkt 76 liegt
an der Federseite des Schiebers 70 an und ist höher
als der am Wechselventil 68 gemeldete höchste
Lastdruck. Durch diese Druckerhöhung wird die gewollte
Druckanhebung im System umgesetzt.
-
Zur
Umsetzung der Druckanhebung im System entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung muss in der Lastmeldeleitung ein geringer Volumenstrom
zum lasthöchsten Verbraucher, der sowohl der Zylinder 10, 12 als
auch ein Power-Beyond-Verbraucher 66 sein kann, fließen.
Daher müssen alle Wechselventile 74, 68 für
diese Strömungsrichtung geeignet sein.
-
Die
Druckdifferenz zwischen dem Druck am Verzweigungspunkt 76 und
am Wechselventil 68 ist bei Vorgabe eines maximal zulässigen
Volumenstroms in der Lastmeldeleitung durch Variation der Geometrie
der Blenden 78, 82 fein einstellbar.
-
Die
in 1 dargestellte Feder 72 und der am Verzweigungspunkt 76 vorliegende
und auf den Schieber 70 wirkende Druck beaufschlagen den Schieber 70 in
Schließrichtung mit einer Kraft. In Öffnungsrichtung
liegt an dem Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 der
Druck in einer Steuerleitung 84 an, der stromaufwärts
der Eingangsdruckwaage 5 von der Pumpenleitung 14,
zwischen dem Power-Beyond-Anschluss 64 und der Eingangsdruckwaage 5,
abgegriffen wird. Bei der Zuschaltung eines Power-Beyond-Verbrauchers 66 wird
auch das Schaltventil 80 geschaltet, so dass die Sollposition des
Druckwaagenschiebers 70 erst bei einem höheren
Pumpendruck erreicht wird. Diese Sollposition kann die gleiche sein
wie vor der Druckanhebung. Sie liegt vorzugsweise im Bereich der
Stellung (b) der Druckwaage, so dass man einen zum Tank fließenden
Restvolumenstrom und eine Dämpfung des Systems hat. Hierbei
wird unabhängig davon, ob der Power-Beyond-Verbraucher
aktiv ist oder nicht, ein konstanter EDW-Lagesollwert angestrebt.
-
Der
Eingangsanschluss P der Eingangsdruckwaage steht mit der Pumpenleitung 14 in Druckmittelverbindung,
der Arbeitsanschluss A der Eingangsdruckwaage 5 ist über
den Pumpenkanal 15 mit der Zulaufleitung 16, 18 (s. 2)
verbunden. Der Tankanschluss T der Eingangsdruckwaage steht über
eine Tankleitung 86 mit dem Tank 6 in Druckmittelverbindung.
-
In
der in 1 dargestellten Sperrposition (0) der Eingangsdruckwaage 5 besteht
keine Druckmittelverbindung zwischen dem Pumpenanschluss P, dem
Arbeitsanschluss A und dem Tankanschluss T. In der Arbeitsposition
(a) besteht zwischen dem Pumpenanschluss P und dem Arbeitsanschluss
A eine Druckmittelverbindung. In der Arbeitsposition (b) sind der
Pumpenanschluss P, der Arbeitsanschluss A und der Tankanschluss
T in Druckmittelverbindung.
-
Die
Position des Schiebers 70 der Eingangsdruckwaage wird über
einen Wegaufnehmer 88 erfasst, dessen Ausgangssignal einem
Steuergerät 90 zugeleitet wird, das auch den Pumpenregler 8 steuert.
-
Unter
Bezugnahme auf 3, in der ein Steuerungskonzept
für die hydraulische Steueranordnung gezeigt ist, wird
die Betätigung des Pumpenreglers 8 über
das Steuergerät 90 näher beschrieben.
Dem Steuergerät 90 wird ein interner Sollwert yEDWsoll zugeführt. Wird der Power-Beyond-Verbraucher 66 angeschlossen,
so löst eine Power-Beyond-Ansteuerung 92 die Druckanhebung
durch Schalten des Schaltventils 80 aus. Die Power-Beyond-Ansteuerung 92 wird
durch ein Signal von einem Bediener, oder automatisch initialisiert.
-
Der
Sollwert yEDWsoll wird mit einem Ausgangssignal
yEDW des Wegaufnehmers 88 verglichen und
einem Regler 94 im Steuergerät 90 zugeführt. Der
Sollwert yEDWsoll entspricht der Position
(b) des Schiebers 70 der Eingangsdruckwaage. Die Ausgangssignale
des Vorsteuergeräts 52 können, wie es in
den 1 und 3 gezeigt ist, ebenfalls in
den Regler 84 eingespeist werden und in den Regelalgorithmus
eingreifen.
-
Die
Eingangsdruckwaage 5, s. 1, wird bei
nicht angeschlossenem Power-Beyond-Verbraucher 66, von
der Sperrposition (0) zur Arbeitsposition (b) hin unter Ausschwenken
der Pumpe 4 und damit einhergehenden Erhöhung
der geförderten Druckmittelmenge verschoben. Erreicht die
Eingangsdruckwaage ihre Sollposition, ist der Pumpendruck hoch genug.
Weiter schwenkt die Pumpe nicht mehr aus. Inder Arbeitsposition
(b) der Eingangsdruckwaage 5 ist sichergestellt, dass den
Verbrauchern 10, 12 das Druckmittel von der Pumpe 4 über
die Eingangsdruckwaage 5 (s. 2) zugeführt
wird. Ein Restvolumenstrom fließt über den Tankanschluss
T und die Tankleitung 86 ab.
-
Wird
bei Aktivierung eines Power-Beyond-Verbrauchers 66 das
Schaltventil 80 in seine Schaltposition (a) gebracht, so
fließt ein Druckmittelstrom von der Pumpenleitung 14 über
das geöffnete Schaltventil 80 und die Blenden 78, 82 zum
Wechselventil 68. Die Blenden 78, 82 funktionieren
als Druckteiler, wobei ein höherer Druck als der am Wechselventil 68 gemeldete
höchste Lastdruck am Verzweigungspunkt 76 und
somit am Schieber 70 zu seiner Sperrposition hin vorliegt.
Bei einer ausreichenden Druckanhebung in der Pumpenleitung 14 wird
die Eingangsdruckwaage 5 in der Arbeitsposition (b) in ihrer
Sollposition gehalten, in der wieder ein Restvolumenstrom über
den Tankanschluss T und die Tankleitung 86 abströmt.
Selbst bei einem hohen Volumenstrombedarf des Power-Beyond-Verbrauchers 66 werden
sowohl die Verbraucher 10, 12 als auch der Power-Beyond-Verbraucher 66 hinreichend
mit Druckmittel versorgt, sofern die Pumpe 6 entsprechend
ausgelegt ist.
-
Mit
der hydraulischen Steueranordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
ist sichergestellt, dass bei Unterversorgung die Eingangsdruckwaage 5 in
Schließrichtung verstellt und der Druckmittelstrom zu den
anderen Verbrauchern 10, 12 durch die Eingangsdruckwaage 5 vermindert
oder eingestellt wird, und somit eine Unterversorgung des Power-Beyond-Verbrauchers 66 vermieden
wird und dieser priorisiert ist.
-
In
einer alternativen Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels
ist der Wegaufnehmer 88 durch einen Reststromsensor an
der Tankleitung 86 ersetzt. Durch eine direkte Messung
des Restvolumenstroms in der Arbeitposition (b) ist eine feinfühlige
und genaue Pumpensteuerung möglich. Da bei der hydraulischen
Steuerungsanordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
der Lagesollwert der Eingangsdruckwaage 5 unabhängig
vom Aktivierungsstatus der Druckanhebung sein kann, kann dieser
durch einen Restvolumenstrom-Sollwert ersetzt werden.
-
Der
Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 hat dann
beim hohen Pumpen-Δp dieselbe Position wie bei niedrigem
Pumpen-Δp. Der Einfluss der absoluten Höhe des
Pumpendrucks auf den Restvolumenstrom, die Position des Druckwaagenschiebers 70 und
das Pumpen-Δp ist vernachlässigbar. Zudem kann
eine weiche Feder 72 verwendet werden, wodurch sich eine
geringe Positionsänderung des Schiebers 70 der
Eingangsdruckwaage 5 nur in geringem Maße auf
den Druck der Pumpe 4 auswirkt.
-
Ferner
kann die Steuerung durch das Steuergerät 90 in
einer solchen Weise angepasst werden, dass in dem Fall, in dem die
Pumpe 4 in Unterversorgung gerät und die Eingangsdruckwaage 5 in
einem bestimmten Maße schließt, so dass einer
der Verbraucher langsamer wird oder stehen bleibt, die Volumenstromwerte
aller aktiven Verbraucher der Arbeitshydraulik in gleichem Verhältnis
verringert werden, bis dieser Zustand der Unterversorgung wieder aufgehoben
ist. Im Anschluss öffnet die Eingangsdruckwaage 5 und
kann in der Schaltposition (b) mit vorgegebenem Restromwert arbeiten.
-
4,
die sich auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
bezieht, unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass Prioritätsfunktionen eines Prioritätsverbrauchers 96 und Komfortfunktionen
eines Komfortverbrauchers 98 in das Konzept der hydraulischen
Druckanhebung des ersten Ausführungsbeispiels einbezogen
sind.
-
Für
die Umsetzung der Prioritätsfunktion wurden in der in 1 gezeigten
hydraulischen Steuerungsanordnung folgende Änderungen vorgenommen:
In die Pumpenleitung 14 ist ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes
Prioritätsventil 100 geschaltet, in dessen federvorgespannte
Position (0) eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss
der Pumpe 4 und dem Einlassanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 (Steuerventil
plus eigentlicher Verbraucher) hergestellt ist, während
die Druckmittelverbindung zum Pumpenanschluss P der Druckwaage 5 blockiert
ist. In der Position (a) des Prioritätsventils 100 ist
die Druckmittelverbindung von der Pumpe 4 sowohl zum Einlassanschluss
des Prioritätsverbrauchers 96 als auch zum Pumpenanschluss
P der Eingangsdruckwaage 5 geöffnet.
-
Der
Steuerkolben 102 des Prioritätsventils 100 ist
in Schließrichtung durch den Druck einer Feder 104 und
den Lastdruck des Prioritätsverbrauchers an einer Lastdruckleitung 106 und
in Öffnungsrichtung durch den Druck am Einlassanschluss
des Prioritätsverbrauchers 96 beaufschlagt. Der
Lastdruck des Prioritätsverbrauchers an der Lastdruckleitung 106 wird über
ein Wechselventil 108 mit dem Lastdruck des Power-Beyond-Verbrauchers 66 verglichen
und der höhere von diesen zum Wechselventil 68 gemeldet.
-
Für
die normale Funktion liegt der Druck am Verzweigungspunkt 76 zwischen
den Blenden 78 und 82 bei dem in 4 dargestellten,
zweiten Ausführungsbeispiel über ein in seiner
Ruhestellung (a) befindliches Komfortventil 110 am Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 an.
Das Komfortventil 110 wird im Zusammenhang mit der Komfortfunktion
weiter unten erläutert.
-
Um
einen übermäßigen Druckanstieg am Druckanschluss
der Pumpe 4 zu vermeiden, ist ein Druckbegrenzungsventil 114 mit
dem Druckanschluss der Pumpe 4 verbunden.
-
Nachfolgend
erfolgt eine Beschreibung der Prioritätsfunktion, durch
die beispielsweise die Lenkung, die Anhängerbremsfunktion
oder die Getriebeschmierung, die mit erster Priorität zu
versorgen sind, umsetzbar sind. Dabei stellt der Prioritätsverbraucher 96 genauso
wie der Power-Beyond-Verbraucher 66 einen unbekannten Verbraucher
dar. Bei einem hohen Lastdruck in der Lastdruckleitung 106 und
bei Unterversorgung durch die Pumpe 4 befindet sich das
Prioritätsventil 100 in der in 4 gezeigten
Position (0), in der eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss
der Pumpe 4 und nur dem Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 vorliegt.
Der Druck am Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 liegt
am Steuerkolben 102 des Prioritätsventils 100 in
dessen Öffnungsrichtung an, während in Schließrichtung
der Druck der Feder 104 und der Lastdruck des Prioritätsverbrauchers 96 wirken.
Sobald der Druck am Eingangsanschluss die Summe aus dem Druck durch
die Feder 104 und dem Lastdruck des Prioritätsverbrauchers 96 überschreitet,
wird das Prioritätsventil 100 in seine Position
(a) gebracht, in der eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss
der Pumpe 4 und sowohl dem Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 als
auch dem Pumpenanschluss P der Eingangsdruckwaage 5 hergestellt
ist. Somit können die in 2 gezeigten
Zylinder 10, 12 ebenfalls mit Druckmittel versorgt
werden. Bei einer erneuten Unterversorgung durch die Pumpe 4 wird
das Prioritätsventil 100 in die Position (0) geschaltet,
in der die Druckmittelverbindung zu den Zylindern 10, 12 unterbrochen ist
und nur der Prioritätsverbraucher 96 mit Druckmittel
versorgt wird.
-
Der
Power-Beyond-Anschluss 64 befindet sich stromabwärts
von dem Prioritätsventil 100 in der Pumpenleitung 14.
-
Komfortfunktionen,
wie die Vorderachsfederung, sind in der Regel nicht in den hydraulischen
Signalkreis des Versorgungssystems integriert. Um nun den in 4 gezeigten
Komfortverbraucher 98, der ebenfalls stromabwärts
des Prioritätsventils 100 an die Pumpenleitung 14 angeschlossen
ist, zu aktivieren, wird der Druck der Pumpe 64 auf ein
Maximaldruckniveau angehoben, das durch die Druckabschneidung der
Pumpe 4 geregelt wird. Dieses Anheben erfolgt durch elektrische
Ansteuerung des Komfortventils 110 in die Position (b),
in der eine Druckmittelverbindung vom Verzweigungspunkt 76 zum Schieber 70 der
Eingangsdruckwaage blockiert ist, während eine Druckmittelverbindung
zwischen dem Arbeitsanschluss A der Eingangsdruckwaage 5 und einer
Vorsteuerleitung 112 geöffnet ist. Die Druckwaage
arbeitet nun wie ein Druckdifferenzventil. Sie kann nicht in die
Position (b) gelangen, so dass die Pumpe aufgrund der Messung mittels
des Wegaufnehmers 88 bzw. mittels eines Restromsensors
in der Tankleitung 86 über das Steuergerät 90 mit
maximalem Ansteuersignal angesteuert wird. Im Ergebnis erfolgt bei
Umsetzung der Komfortfunktion ein Konstantdruckbetrieb aller Verbraucher,
einschließlich des Prioritätsverbrauchers 96 und
des Power-Beyond-Verbrauchers 66.
-
Die
sonstigen hydraulischen Elemente der Steuerungsanordnung gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen denjenigen des
ersten Ausführungsbeispiels und werden daher nicht näher beschrieben.
-
Die 5 und 6 zeigen
alternative Ausführungen des zweiten Ausführungsbeispiels
zur Umsetzung der Prioritätsfunktion. Der in den 5 und 6 nicht
dargestellte, obere Teil der hydraulischen Schaltungsanordnung ist
dem oberen Teil der hydraulischen Schaltungsanordnung von 4 zu entnehmen.
-
Statt
des Prioritätsventils 100 aus 4 gelangt
in den 5 und 6 eine mit der Pumpe 4 mechanisch
gekoppelte Hilfspumpe 116 zur Anwendung, die vorzugsweise
eine Konstantpumpe ist und durch die der Prioritätsverbraucher 96 mit
Druckmittel versorgbar ist. Der höchste der Lastdrücke
des Prioritätsverbrauchers 96 und des Power-Beyond-Verbrauchers 66 wird
wie beim zweiten Ausführungsbeispiel über das
Wechselventil 108 zum Wechselventil 68 gemeldet.
-
In
der ersten Abwandlung nach 5 steht der
Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 über
ein Rückschlagventil 118 mit der Pumpenleitung 114 und
mit dem Druckanschluss der Hilfspumpe 116 in Druckmittelverbindung.
Somit fördern bei der ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels
bei einer hohen dynamischen Beanspruchung der Pumpe 4 oder
bei einer Unterversorgung bei alleiniger Druckmittelversorgung durch
die Pumpe 4 sowohl die Pumpe 4 als auch die Hilfspumpe 116 Druckmittel
zum Prioritätsverbraucher 96.
-
Die
zweite Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels nach 6 unterscheidet
sich von der ersten Abwandlung darin, dass keine Druckmittelverbindung
zwischen der Pumpenleitung 14 und dem Eingangsanschluss
des Prioritätsverbrauchers 96 vorgesehen ist.
Der Prioritätsverbraucher 96 wird somit ausschließlich
durch die Hilfspumpe 116 mit Druckmittel versorgt.
-
Bei
der ersten und zweiten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels
werden Leistungsverluste des Hilfskreises bei inaktivem Prioritätsverbraucher 96 durch
einen Neutralumlauf reduziert.
-
Alternativ
zur hydraulischen Steueranordnung entsprechend dem ersten und zweiten
Ausführungsbeispiel und deren Abwandlungen kann eine elektronische
Sollwertermittlung aller zu versorgenden Verbraucher und eine unmittelbare
Einbindung in das Versorgungskonzept über das Steuergerät 90 über
eine Anpassung der Ventilsollwerte erfolgen. Dadurch ist eine weitere
Verbesserung des Übertragungsverhaltens der hydraulischen
Steueranordnung bei einem hohen Flexibilitätsgrad möglich.
Die hydraulische Realisierung der Druckanhebung und/oder der Priorisierung
ausgewählter Funktionen ist auf den Fall der defekten elektronischen
Steuerung begrenzt. Im normalen Betrieb würde die Priorisierung
bzw. die komplette Volumenstromverteilung im System über
Modifikation der Ventilsollwerte erfolgen und könnte beliebig
definiert werden.
-
Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung
von zumindest zwei Verbrauchern, die über eine Pumpe mit
einstellbarer Fördermenge mit Druckmittel versorgbar sind,
insbesondere eines mobilen Arbeitsgerätes, und denen jeweils
eine verstellbare Zumessblende zugeordnet ist. Es ist ein Power-Beyond-Anschluss
vorgesehen, an den zumindest ein Power-Beyond-Verbraucher anschließbar
ist. Der Pumpe ist eine Eingangsdruckwaage nachgeschaltet, die im
Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und zumindest
einem der zwei Verbraucher vorgesehen ist. Der Power-Beyond-Anschluss
zweigt im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und
der Eingangsdruckwaage ab. Die Eingangsdruckwaage ist in Schließrichtung von
der Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Druck
an ihrem Eingang beaufschlagt. Ferner ist die Eingangsdruckwaage
in Schließrichtung wahlweise zusätzlich vom größten
Lastdruck oder von einem Druck oberhalb des größten
Lastdrucks beaufschlagbar.
-
- 2
- Arbeitshydraulik
- 4
- Pumpe
- 5
- Eingangsdruckwaage
- 6
- Tank
- 8
- Pumpenregler
- 10
- Zylinder
- 12
- Zylinder
- 14
- Pumpenleitung
- 15
- Pumpenkanal
- 16
- Zulaufleitung
- 18
- Zulaufleitung
- 20
- Individualdruckwaage
- 24
- Wegeventil
- 26
- Individualdruckwaage
- 30
- Wegeventil
- 32
- Vorlaufleitung
- 34
- Zylinderraum
- 36
- Rücklaufleitung
- 38
- Ringraum
- 40
- Vorlaufleitung
- 42
- Zylinderraum
- 44
- Rücklaufleitung
- 46
- Ringraum
- 48
- Steuerkolben
- 50
- Steuerkolben
- 52
- Vorsteuergerät
- 54
- Tankleitung
- 56
- Druckwaagenfeder
- 58
- Druckwaagenfeder
- 64
- Power-Beyond-Anschluss
- 66
- Power-Beyond-Verbraucher
- 68
- Wechselventil
- 69
- Steuerleitung
- 70
- Schieber
- 72
- Feder
- 74
- Wechselventil
- 76
- Verzweigungspunkt
- 78
- Blende
- 80
- Schaltventil
- 82
- Blende
- 84
- Steuerleitung
- 86
- Tankleitung
- 88
- Wegaufnehmer
- 90
- Steuergerät
- 92
- Power-Beyond-Ansteuerung
- 94
- Regler
- 96
- Prioritätsverbraucher
- 98
- Komfortverbraucher
- 100
- Prioritätsventil
- 102
- Steuerkolben
- 104
- Feder
- 106
- Lastdruckleitung
- 108
- Wechselventil
- 110
- Komfortventil
- 112
- Vorsteuerleitung
- 114
- Druckbegrenzungsventil
- 116
- Hilfspumpe
- 118
- Rückschlagventil
- A
- Arbeitsanschluss
- B
- Arbeitsanschluss
- P
- Druck-/Pumpenanschluss
- T
- Tankanschluss
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006008940 [0002, 0004]