DE102008008102A1

DE102008008102A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Druckmittelversorgung von zumindest drei hydraulischen Verbrauchern

Info

Publication number: DE102008008102A1
Application number: DE200810008102
Authority: DE
Inventors: Bojan Ferhadbegović; Dieter Schwarzmann; Hinrich Meinheit
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-08-13

Abstract

Offenbart sind ein Verfahren und eine Steueranordnung zur Druckmittelversrogung von zumindest drei Verbrauchern über zumindest zwei Pumpen. Erfindungsgemäß kann zur Minimierung der hydraulischen Verluste die Zuordnung der drei Verbraucher zu den zwei Pumpen nach bestimmten Parametern, beispielsweise in Abhängigkeit vom Lastdruck, dem Bedarfsvolumenstrom und dem Ist-Volumenstrom, verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von zumindest drei Verbrauchern, wobei im Druckmittelströmungspfad zu jedem Verbraucher eine verstellbare Zumessblende angeordnet ist.
Zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher werden häufig Steueranordnungen eingesetzt, bei denen die Verbraucher über eine Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden. Zwischen der Verstellpumpe und jedem Verbraucher kann ein verstellbare Zumessblende und, bei einigen Systemen, eine Druckwaage vorgesehen werden. In dem Fall, in dem die Druckwaage der zugeordneten Zumessblende nachgeschaltet ist, und in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jeweiligen Zumessblende und in Schließrichtung von einem Steuerdruck beaufschlagt ist, der üblicherweise dem höchsten Lastdruck aller von derselben Hydropumpe versorgten hydraulischen Verbraucher entspricht, spricht man von einer so genannten lastunabhängigen Durchflussverteilung (LUDV-Steuerung, Stromteilerprinzip), bei der bei einer Unterversorgung die den einzelnen Verbraucher zufließenden Druckmittelmengen unabhängig vom jeweiligen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher verhältnisgleich reduziert werden.
Bei klassischen „LS-Systemen" ist die Druckwaage in der Regel der Zumessblende vorgeschaltet und in Schließrichtung vom Druck vor der Zumessblende und in Öffnungsrichtung vom Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers beaufschlagt. Bei einer derartigen, nach dem Stromreglerprinzip arbeitenden Steuerung wird im Fall einer Unterversorgung nur die dem Lastdruck höchsten hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge reduziert.
Bei herkömmlichen LUDV-/LS-Systemen wird die mehreren Verbrauchern zugeordnete Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der Verbraucher derart angesteuert, dass sich in der Pumpenleitung ein Druck einstellt, der um eine zur Kraft einer Regelfeder eines Pumpen-Regelventils äquivalente Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt.
In der DE 103 32 120 ist eine nach dem so genannten EFM(Electronic-Flow-Matching)-Prinzip arbeitende Steueranordnung offenbart, bei der die vorbeschriebene Bedarfsstromregelung derart erfolgt, dass die Verstellpumpe über ein Steuergerät elektrisch so verstellt wird, bis sie den Druckmittelbedarf aller Verbraucher deckt. D. h. bei einer derartigen Lösung ist es nicht erforderlich, den Lastdruck der Verbraucher zu einem Pumpenregler zu melden. Prinzipiell ist es bei EFM-Systemen auch möglich, auf die Individualdruckwaage zu verzichten, so dass die Einstellung der Zumessblende und der Verstellpumpe über das Steuergerät nach dem individuellen Druckmittelbedarf der angesteuerten Verbraucher geregelt wird. Ein derartiges EFM-System ist auch in der DE 37 16 200 C2 und in der US 5,138,838 erläutert.
Bei den eingangs beschriebenen herkömmlichen Steueranordnungen mit verstellbarer Zumessblende und Individualdruckwaage sowie in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck angesteuerter Verstellpumpe stellt sich beim gleichzeitigen Betrieb mehrerer Verbraucher ein Problem ein, das anhand der 1 erläutert wird, auf die bereits jetzt verwiesen wird. In dieser 1 ist die Kennlinie der zugeordneten Verstellpumpe dargestellt, wobei der Druck p über dem von der Pumpe zur Verfügung gestellten Volumenstrom Q dargestellt ist. Nimmt man an, dass die drei Verbraucher V1, V2, V3 mit unterschiedlichen Lastdrücken und unterschiedlichem Volumenstrombedarf betrieben werden, wird der von der Pumpe zur Verfügung gestellte Druckmittelvolumenstrom so eingestellt, dass er um die vorbeschriebene Druckdifferenz Δp_DR oberhalb des höchsten Lastdrucks des Verbrauchers V2 liegt. Der Druckmittelvolumenstrom zu den lastniedrigeren Verbrauchern muss entsprechend angedrosselt werden, so dass sich die in 1 dargestellte vergleichsweise sehr hohe Verlustleistung P_Verlust einstellt. Bei den vorbeschriebenen EFM-Systemen kann die Druckdifferenz Δp_DR zwar deutlich reduziert werden, die systembedingten Verluste bei großen Verbraucherdruckdifferenzen sind jedoch nicht vermeidbar.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von zumindest drei Verbrauchern mit verringerten Verlusten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und hinsichtlich der Steueranordnung durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 2 gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt die Druckmittelversorgung von zumindest drei Verbrauchern über zumindest zwei Pumpen, von denen wenigstens eine eine Verstellpumpe ist, die in Abhängigkeit vom Bedarfsstrom eines Verbrauchers verstellbar ist. In jedem Druckmittelpfad zu den Verbrauchern ist eine elektrisch verstellbare Zumessblende angeordnet, wobei über geeignete Aufnehmer die individuellen Lastdrücke der Verbraucher und/oder die Ist-Druckmittelvolumenströme oder entsprechende Parameter an den Verbrauchern erfasst werden.
Erfindungsgemäß werden in Abhängigkeit von diesen Parametern oder im Lastdruck oder im Bedarfsstrom ähnliche Verbraucher einer Pumpe zugeordnet und der oder die sonstigen Verbraucher der oder den anderen Pumpen zugeordnet. Auf diese Weise ist es mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich, dass die Verbraucher mit niedrigerem Lastdruck über eine auf einen entsprechenden niedrigeren Pumpendruck eingestellte Pumpe versorgbar sind, während der oder die Verbraucher mit dem systemhöchsten oder ähnlich hohen Lastdrücken/Volumenströmen über ein auf das entsprechend hohe Druckniveau eingestellte Pumpe versorgt werden, so dass die Verluste insbesondere an den lastniedrigeren Verbrauchern erheblich reduziert werden. Ein derartiges Mehrpumpensystem ermöglicht somit eine effektive Verringerung der Verlustleistung, so dass die bei einem derartigen Mehrpumpensystem erforderlichen höheren Investitionskosten kompensiert werden.
Durch die Reduzierung der Verlustleistung steht gegenüber den herkömmlichen Lösungen zusätzliche Leistung zur Verfügung, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird. Ein weiterer Vorteil ist die höhere Flexibilität gegenüber konventionellen Mehrkreissystemen, da Freiheitsgrade bei der Wahl der verwendeten Pumpen bleiben. Prinzipiell kann aber auch durch die erfindungsgemäße Steueranordnung und das erfindungsgemäße Verfahren die installierte Pumpenleistung bei gleicher Arbeitsgeschwindigkeit geringer als bei konventionellen Systemen ausgelegt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind beide Pumpen verstellbar ausgeführt, so dass diese sehr exakt an das Druckniveau der zugeordneten Verbraucher angepasst werden können.
Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Lösung bei vorbeschriebenen LUDV-Systemen (Stromteilerprinzip) oder den klassischen „LS-Systemen" (Stromreglerprinzip) anwendbar, wobei zumindest eine der Pumpen in Abhängigkeit vom Lastdruck des zugeordneten Verbrauchers ansteuerbar ist.
Zum Abgreifen dieses Lastdrucks kann der Druckwaage ein LS-Umschaltventil zugeordnet werden, über die der zur zugeordneten Verstellpumpe gemeldete Lastdruck auf die Druckwaage aufschaltbar ist.
Selbstverständlich können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Steueranordnung auch nach dem EFM-Prinzip mit und ohne Individualdruckwaagen angesteuert werden.
Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel wird ein Verbraucher fest einer Pumpe zugeordnet, während die anderen Verbraucher beliebig den zumindest zwei Pumpen zugeordnet werden können.
Bei dieser Ausführungsform muss dann lediglich den nicht einer Pumpe fest zugeordneten Verbrauchern ein Pumpenauswahlventil zugeordnet werden.
Das Pumpenauswahlventil ist vorzugsweise elektrisch oder elektrohydraulisch über ein Steuergerät betätigbar.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Pumpenauswahlventil ein Wegeventil ist, mit mehreren, jeweils einer der Pumpen zugeordneten Eingangsanschlüssen sowie einem dem Verbraucher zugeordneten Ausgangsanschluss.
Die erfindungsgemäße Steueranordnung und das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich vorteilhafter Weise bei einem mobilen Arbeitsgerät, beispielsweise einem Hydraulikbagger einsetzen.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein p-Q-Diagramm einer herkömmlichen Steueranordnung;
2 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrpumpen-Steueranordnung;
3 ein p-Q-Diagramm der Steueranordnung aus 2;
4 eine Steueranordnung, bei der den im Druckmittelströmungspfad zu den Verbrauchern angeordneten Zumessblenden keine Druckwaagen zugeordnet sind und
5 eine vereinfachte Variante des Ausführungsbeispiels aus 4.
2 zeigt ein Schaltschema einer hydraulischen Steueranordnung eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Hydraulikbaggers, dessen Verbraucher V1, V2, V3 über ein Mehrpumpensystem mit zwei Pumpen 2, 4 mit Druckmittel versorgbar sind. Beide Pumpen 2, 4 sind als Verstellpumpen ausgeführt, die in Abhängigkeit vom Bedarfsstrom der Verbraucher V1, V2, V3 angesteuert wird. Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele werden nach dem EFM-Prinzip arbeitende Steueranordnungen beschrieben, bei denen die zur Deckung des Druckmittelbedarfs verstellbaren Elemente elektrisch über ein Steuergerät 6 angesteuert werden, wobei die Sollwerte über ein Eingabegerät 8, beispielsweise Joy-Sticks von der Bedienperson eingestellt werden, um die Verbraucher mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auszufahren oder zu betreiben. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind darüber hinaus als LUDV-Systeme ausgeführt, wobei in dem Fall, in dem die Pumpen 2, 4 den Druckmittelbedarf aller angesteuerten Verbraucher V1, V2, V3 nicht decken können, der Druckmittelvolumenstrom zu den Verbrauchern verhältnisgleich reduziert wird. Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Steueranordnung jedoch auch bei den herkömmlichen, nach dem Stromreglerprinzip arbeitenden LS-Systemen anwendbar.
An den Druckanschluss der beiden Pumpen 2, 4 ist jeweils eine Pumpenleitung 10, 12 angeschlossen, die jeweils in drei, jedem Verbraucher V1, V2, V3 zugeordnete Zulaufleitungen 14, 16, 18 (Pumpenleitung 10) bzw. 20, 22, 24 (Pumpenleitung 12) verzweigen. Die jeweils einem Verbraucher zugeordneten Zulaufleitungen 14, 16 (V1); 16, 22 (V2); 18, 24 (V3) sind jeweils mit Eingangsanschlüssen eines Pumpenauswahlventils 26, 28, 30 verbunden, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil zugeordnet ist.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verstellung der Pumpenauswahlventile 26, 28, 30 jeweils über einen Schaltmagneten 32, 34, 36, die jeweils über Signalleitungen 38, 40, 42 mit dem Steuergerät 6 verbunden sind, so dass von diesem Steuersignale zum Schalten der Schaltmagnete 32, 34, 36 generiert werden können.
Ein Ausgangsanschluss jedes Pumpenauswahlventils 26, 28, 30 ist an eine Leitung 44, 46, 48 angeschlossen, in der jeweils eine elektrisch verstellbare Zumessblende 50, 52, 54 angeordnet ist. Diese kann beispielsweise durch ein stetig verstellbares Wegeventil ausgebildet sein, über das der Öffnungsquerschnitt der Zumessblende 50, 52, 54 und damit der Druckmittelvolumenstrom und die Richtung der Druckmittelströmung einstellbar sind. Über das als 3/3-Wegeventil ausgeführte Pumpenauswahlventil 26, 28, 30 kann je somit jeweils eine der einem Verbraucher V1, V2, V3 zugeordneten Zulaufleitungen 14, 20 (V1); 16, 22 (V2); 18, 24 (V3) mit der Leitung 44, 46 bzw. 48 verbunden werden, so dass entsprechend der Einstellung des Pumpenauswahlventils 26, 28, 30 der zugeordnete Verbraucher V1, V2, V3 entweder von der Pumpe 2 oder von der Pumpe 4 mit Druckmittel versorgt wird.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Pumpenauswahlventile 26 in eine Grundposition voreingestellt, in der beispielsweise die mit der Pumpe 2 verbundenen Zulaufleitungen 14, 16 mit der jeweiligen Leitung 44, 46 und die der Pumpe 4 zugeordnete Zulaufleitung 24 mit der Leitung 48 verbunden ist, so dass die beiden Verbraucher V1, V2 über die Pumpe 2 mit Druckmittel versorgt werden, während der Verbraucher V3 mit der Pumpe 4 verbunden ist.
Die Verstellung der Zumessblende 50, 52, 54 erfolgt wiederum über das Steuergerät 6, dessen Signalanschlüsse über Steuerleitungen 56, 58, 60 mit den Stellgliedern zur Verstellung der zugeordneten Zumessblende 50, 52, 54 verbunden sind. Stromabwärts der jeweiligen Zumessblende 50, 52, 54 ist in der Leitung 44, 46, 48 jeweils eine Druckwaage 62, 64, 66 angeordnet, die in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der Zumessblende 50 und in Schließrichtung von dem höchsten, zu einer der Pumpen 2, 4 gemeldeten Lastdrücken beaufschlagt ist.
Der auf die Druckwaagen 62, 64, 66 in Schließrichtung wirksame Druck wird jeweils über ein LS-Schaltventil 68, 70, 72 wahlweise von zwei Lastdruckleitungen 74, 76 abgegriffen, in denen jeweils der höchste Lastdruck der einer der Pumpen 2, 4 zugeordneten Verbraucher (je nach Einstellung der Pumpenauswahlventile 26, 28, 30) anliegt. Dieser Lastdruck wird über nicht dargestellte Wechselventilkaskaden abgegriffen. Durch die den Zumessblenden 50, 52, 54 jeweils nachgeschalteten Druckwaagen 62, 64, 66 wird somit ein LUDV-System gemäß den Ausführungen in der Beschreibungseinleitung ausgebildet.
In Abhängigkeit von diesem höchsten Lastdruck in den Lastmeldeleitungen 74, 76 wird auch der Schwenkwinkel der beiden Verstellpumpen 2, 4 eingestellt, wobei das Signal zum Einstellen des Schwenkwinkels über das Steuergerät 6 und Signalleitungen 78, 80 zu einer Schwenkwinkelstelleinrichtung der jeweiligen Pumpe 2, 4 geführt ist.
Die LS-Schaltventile 68, 70, 72 sind ebenfalls als elektrisch betätigbare 3/2-Wegeventile ausgeführt, wobei die Verstellung ebenfalls wieder über das Steuergerät 6 erfolgt, dabei können beispielsweise die Signale zum Schalten von Schaltmagneten 82, 84, 86 von den gleichen Signalleitungen 38, 40, 42 abgegriffen werden, mit denen die Pumpenauswahlventile 26, 28, 30 umgeschaltet werden. Die beiden Eingangsanschlüsse der LS-Schaltventile 68, 70, 72 sind mit jeweils einer der Lastdruckleitungen 74, 76 verbunden, wobei entsprechend der Voreinstellung der Pumpenauswahlventile 26, 28, 30 die zugehörigen LS-Schaltventile 68, 70, 72 in eine Grundposition vorgespannt sind, in der der in Schließrichtung auf die Druckwaagen 62, 64, 66 wirkende Druck über die beiden Schaltventile 68, 70 von der Lastmeldeleitung 76 (der ersten Pumpe 2 zugeordnet) und über das LS-Schaltventil 72 von der Lastmeldeleitung 74 (der zweiten Pumpe 4 zugeordnet) abgegriffen wird. Beim Umschalten liegt dann entsprechend der höchste Lastdruck der von der jeweils anderen Pumpe 4, 2 versorgten Verbraucher an der zugeordneten Druckwaage 62, 64, 66 an.
Deren Ausgänge sind über Vorlaufleitungen 88, 90, 92 mit den Verbrauchern V1, V2 bzw. V3 verbunden. Diese sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Differentialzylinder ausgeführt, deren bodenseitige Zylinderräume 94, 96, 98 mit der jeweiligen Vorlaufleitung 88, 90 bzw. 92 verbunden sind. In der Darstellung gemäß 2 sind die Druckmittelströmungspfade zur Verbindung von Ringräumen 100, 102, 104 sowie der Druckmittelablauf von den Zylinderräumen 94, 96, 98 zu einem Tank oder die Druckmittelströmungspfade zwischen den Ringräumen 100, 102, 104 und den Pumpen 2, 4 nicht dargestellt.
Die Lastdrücke der Verbraucher V1, V2, V3 werden jeweils über Drucksensoren 106, 108, 110 erfasst. Zusätzlich sind Aufnehmer zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung des Druckmittelvolumenstroms zu den jeweiligen Verbrauchern V1, V2, V3 vorgesehen. Zur Volumenstrommessung können unterschiedliche Prinzipien heran gezogen werden, wobei auch eine indirekte Messung über die Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Position der Differentialzylinder erfolgen kann. Im konkreten Fall gemäß 2 wird der zugeführte Volumenstrom aus dem Hub der Differentialzylinder berechnet, der über Lagesensoren 112, 114, 116 erfasst wird. Falls der Verbraucher ein Hydromotor ist, würde in entsprechender Weise die Drehzahl des Hydromotors erfasst und zur Ist-Volumenstromberechnung verwendet werden. Die Signale der Sensoren 106, 108, 110; 112, 114, 116 werden jeweils über Signalleitungen 118, 120, 122 (Drucksensoren) und Signalleitungen 124, 126, 128 (Lagesensoren) zum Steuergerät 6 gemeldet und dort bei der Berechnung der Stellsignale zur Ansteuerung 2, 4 der Pumpenauswahlventile 26, 28, 30 und der LS-Schaltventile 68, 70, 72 ausgewertet.
Die Software des Steuergerätes 6 ist so ausgelegt, dass sich in etwa auf einem gleichen Druckniveau und/oder Volumenstromniveau befindliche Verbraucher, im vorliegenden Fall die Verbraucher V1, V2 einer der Pumpen (Pumpe 2) zugeordnet werden, während der verbleibende, sich im Druck oder im Volumenstrom von den anderen Verbrauchern V1, V2 unterscheidende Verbraucher V3 der weiteren Pumpe 4 zugeordnet wird. Der Schwenkwinkel der beiden Pumpen 2, 4 wird dann in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der zugeordneten Verbraucher, vom Ist-Volumenstrom zu den jeweils zugeordneten Verbrauchern und/oder von dem über das Eingabegerät 8 eingestellten Druckmittelvolumenbedarf der einzelnen Verbraucher V1, V2, V3 eingestellt. D. h. es werden die Lastdrücke, die Ist-Volumenströme und die Signale der Eingabegeräte 8 erfasst und mit entsprechenden Algorithmen bestimmt, welche der Pumpen 2, 4 welchen Verbraucher V1, V2, V3 mit Druckmittel versorgen soll. Anhand der in 2 beschriebenen Schaltung kann jeder Verbraucher mit einer der Pumpen 2, 4 verbunden werden, prinzipiell ist es jedoch auch möglich, durch eine entsprechende Ausgestaltung des Pumpenauswahlventils 26, 28, 30 die Anordnung so weiter zu bilden, dass ein oder mehrere Verbraucher gleichzeitig von beiden Pumpen 2, 4 mit Druckmittel versorgt werden.
Über das Steuergerät 6 wird somit die energetisch günstigste Aufteilung des Volumenstroms der beiden Pumpen 2, 4 (Minimierung der Drosselverluste) ermittelt und die Pumpenauswahlventile entsprechend angesteuert. Dabei werden vorzugsweise Verbraucher mit ähnlichem Druckniveau gebündelt und von einer Pumpe versorgt. Die Zuordnung der Verbraucher zur jeweiligen Pumpe 2, 4 kann jedoch auch nach anderen Kriterien, beispielsweise nach dem jeweiligen Soll-Volumenstrom erfolgen, wobei die Verbraucher in so viele Gruppen aufgeteilt werden können, wie es Pumpen gibt.
Der energetische Vorteil einer derartigen Schaltung wird anhand 3 erläutert, in der die hydraulische Leistung bzw. Verlustleistung der einzelnen Verbraucher V1, V2, V3 dargestellt ist, wobei der Druck p in Abhängigkeit vom Volumenstrom Q gezeigt ist. Ähnlich wie beim in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass der Lastdruck an den Verbrauchern V1, V2 auf vergleichsweise hohem, ähnlichem Niveau liegt; der Lastdruck des Verbrauchers V3 ist wesentlich geringer. Die Druckmittelvolumenströme zu den Verbrauchern unterscheiden sich ebenfalls etwas, wobei dies für die folgende Betrachtung von untergeordneter Bedeutung ist. Gemäß den vorbeschriebenen Algorithmen werden dann die im Lastdruck ähnlichen Verbraucher V1, V2 zusammengefasst und durch entsprechendes Einstellen der Pumpenauswahlventile 26, 28 und der LS-Schaltventile 68, 70 mit der Pumpe 2 verbunden. Der verbleibende Verbraucher V3 wird durch entsprechendes Umschalten des LS-Schaltventils 72 und des Pumpenauswahlventils 30 mit der Pumpe 4 verbunden. Die Pumpen werden derart eingestellt, dass der Pumpendruck um die vorbestimmte Druckdifferenz Δp_DR oberhalb des Maximaldrucks der jeweils zugeordneten Verbraucher, d. h. oberhalb des Lastdrucks des Verbrauchers V1 (Pumpe 2) und oberhalb des Lastdrucks des Verbrauchers V3 (Pumpe 4) liegt. Die Verlustleistung P_Verlust ist, wie sich ohne Weiteres aus einem Vergleich der 1 und 3 ergibt, erheblich minimiert, so dass die Verbraucher V1, V2, V3 entweder mit höherer Geschwindigkeit verfahren werden können oder aber die installierte Leistung geringer ausgelegt werden kann.
Die erfindungsgemäße Schaltung ist besonders vorteilhaft, wenn ein Verbraucher mit einem sehr geringen Volumenstrom bei sehr hohem Lastdruck betrieben wird, während die anderen Verbraucher auf wesentlich niedrigerem Lastdruck- und Volumenstromniveau betrieben werden. In diesem Fall müsste bei eine herkömmlichen System der Pumpendruck in Abhängigkeit von dem lastdruckhöchsten Verbraucher eingestellt werden, so dass sich erhebliche Drosselverluste ergeben. Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden wiederum die beiden Lastdruck niedrigeren Verbraucher zusammengefasst und einer der Pumpen zugeordnet, während der lastdruckhohe, mit geringem Druckmittelvolumenstrom versorgte Verbraucher der anderen Pumpe zugeordnet wird.
Prinzipiell kann bei dem vorbeschriebenen und auch bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen an Stelle der Verstellpumpen 2, 4 auch zumindest eine Konstantpumpe eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich besonders einfach realisieren, wenn bei Systemen, die ohnehin mehrere Hydraulikkreisläufe besitzen, die nicht gleichzeitig aktiv sind, wie beispielsweise bei einem Hydraulikbagger, die Pumpen der vorhandenen Kreisläufe zu dem vorbeschriebenen Mehrpumpensystem zusammengeschaltet werden.
Bei einem System gemäß 2 kann die Einstellung der Pumpen 2, 4 prinzipiell auch – wie bei herkömmlichen LUDV- oder LS-Systemen – in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der jeweils zugeordneten Verbraucher erfolgen, so dass dann über das Steuergerät 6 lediglich die Zuordnung der Verbraucher V1, V2, V3 zu den Pumpen 2, 4 gesteuert wird.
4 zeigt ein EFM-/LUDV-System, bei der die Druckmittelversorgung der einzelnen Verbraucher V1, V2, V3 ohne Druckwaage erfolgt. In diesem Fall ist es unumgänglich, dass der Schwenkwinkel der Pumpen 2, 4 in Abhängigkeit von den vorbeschriebenen Parametern (Eingabewerte an dem Eingabegerät 8, Ist-Volumenstrom zu den Verbrauchern und/oder Lastdrücke der Verbraucher V1, V2, V3) über das Steuergerät 6 eingestellt wird. Bei diesem System ist es zusätzlich noch erforderlich, den Pumpendruck in den Pumpenleitungen 10, 12 über Drucksensoren 130, 132 zu erfassen und über angedeutete Signalleitungen zum Steuergerät 6 zu melden, so dass die Berechnung der Zuordnung der Verbraucher zu den Pumpen auch der Pumpendruck 130, 132 eingeht. Bei diesen EFM-Systemen wird der Öffnungsquerschnitt der Zumessblenden 50, 52, 54 so eingestellt, dass eine lastdruckunabhängige Druckmittelversorgung der Verbraucher V1, V2, V3 ermöglicht ist.
Im Übrigen entspricht das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
5 zeigt schließlich eine vereinfachte Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 4, wobei diese Vereinfachung auch allgemein, beispielsweise bei einem Konzept gemäß 2 angewendet werden kann.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbraucher V1 einer der Pumpen, im vorliegenden Fall der Pumpe 4 fest zugeordnet, d. h. in der Zulaufleitung 14 zu diesem Verbraucher V1 befindet sich kein Pumpenauswahlventil. Die Zuordnung der beiden anderen Verbraucher V2, V3 erfolgt wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen zu einer der Pumpen 2, 4. Diesbezüglich und im Hinblick auf die anderen Elemente der Schaltung besteht kein Unterschied zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei über die Grundeinstellung der Pumpenauswahlventile 28, 30 vorbestimmt ist, welcher der Verbraucher V2, V3 welcher Pumpe 2, 4 bei unbestromten Schaltmagneten 34, 36 zugeordnet ist. Bei der in 5 dargestellten Variante ist in der dargestellten Grundposition die Pumpe 2 mit dem Verbraucher V2 verbunden, während die Pumpe 4 dem Verbraucher V3 zugeschaltet ist und stets mit dem Verbraucher V1 verbunden bleibt. Durch Umschalten kann dann die Zuordnung der Verbraucher V2, V3 geändert werden.
Offenbart sind ein Verfahren und eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von zumindest drei Verbrauchern über zumindest zwei Pumpen. Erfindungsgemäß kann zur Minimierung der hydraulischen Verluste die Zuordnung der drei Verbraucher zu den zwei Pumpen nach vorbestimmten Parametern, beispielsweise in Abhängigkeit vom Lastdruck, dem Bedarfsvolumenstrom und dem Ist-Volumenstrom verändert werden.

1: Steueranordnung
2: Pumpe
4: Pumpe
6: Steuergerät
8: Eingabegerät
10: Pumpenleitung
12: Pumpenleitung
14: Zulaufleitung
16: Zulaufleitung
18: Zulaufleitung
20: Zulaufleitung
22: Zulaufleitung
24: Zulaufleitung
26: Pumpenauswahlventil
28: Pumpenauswahlventil
30: Pumpenauswahlventil
32: Schaltmagnet
34: Schaltmagnet
36: Schaltmagnet
38: Signalleitung
40: Signalleitung
42: Signalleitung
44: Leitung
46: Leitung
48: Leitung
V1: Verbraucher
V2: Verbraucher
V3: Verbraucher
50: Zumessblende
52: Zumessblende
54: Zumessblende
56: Signalleitung
58: Signalleitung
60: Signalleitung
62: Druckwaage
64: Druckwaage
66: Druckwaage
68: LS-Schaltventil
70: LS-Schaltventil
72: LS-Schaltventil
74: Lastdruckleitung
76: Lastdruckleitung
78: Signalleitung
80: Signalleitung
82: Schaltmagnet
84: Schaltmagnet
86: Schaltmagnet
88: Vorlaufleitung
90: Vorlaufleitung
92: Vorlaufleitung
94: Zylinderraum
96: Zylinderraum
98: Zylinderraum
100: Ringraum
102: Ringraum
104: Ringraum
106: Drucksensor
108: Drucksensor
110: Drucksensor
112: Lagesensor
114: Lagesensor
116: Lagesensor
118: Signalleitung
120: Signalleitung
122: Signalleitung
124: Signalleitung
126: Signalleitung
128: Signalleitung
130: Drucksensor
132: Drucksensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10332120 [0005]
- DE 3716200 C2 [0005]
- US 5138838 [0005]

Claims

Verfahren zur Druckmittelversorgung von zumindest drei Verbrauchern (V1, V2, V3) eines Hydraulikkreislaufes, denen zumindest zwei Pumpen (2, 4) zugeordnet sind, wobei im Druckmittelströmungspfad zu jedem Verbraucher (V1, V2, V3) eine mittels eines Steuergerätes (6, 8) verstellbare Zumessblende (50, 52, 54) angeordnet ist und die Lastdrücke und/oder die Druckmittelvolumenströme an den Verbrauchern (V1, V2, V3) erfasst werden, wobei zumindest eine der Pumpen (2, 4) in Abhängigkeit vom Bedarfsstrom eines Verbrauchers (V1, V2, V3) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Druckmittelvolumenstrom oder dem Lastdruck oder dem Bedarfsstrom an den einzelnen Verbrauchern (V1, V2, V3) mehrere, bezüglich des Lastdrucks oder des Bedarfsstroms ähnliche Verbraucher (V1, V2, V3) einer Pumpe (2, 4) und die sonstigen Verbraucher (V1, V2, V3) der oder den anderen Pumpen (2, 4) zugeordnet werden.
Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von zumindest drei Verbrauchern (V1, V2, V3 über zumindest zwei Pumpen (2, 4), von denen zumindest eine eine Verstellpumpe ist, die in Abhängigkeit vom Bedarfsstrom eines Verbrauchers (V1, V2, V3) verstellbar ist, wobei zum Einstellen des Druckmittelvolumenstroms jeweils im Druckmittelströmungspfad zu einem Verbraucher (V1, V2, V3) eine verstellbare Zumessblende (50, 52, 54) angeordnet ist, und mit Aufnehmern (106, 108, 110; 112, 114, 116; 130, 132) zum mittelbaren oder unmittelbaren Erfassen eines Lastdrucks oder eines Druckmittelvolumenstroms an den Verbrauchern (V1, V2, V3) und mit einer im Druckmittelströmungspfad zwischen einem Verbraucher (V1, V2, V3) und den Pumpen (2, 4) angeordneten Pumpen-Auswahlventileinrichtung (26, 28, 30), über die zumindest ein Verbraucher (V1, V2, V3) in Abhängigkeit vom individuellen Lastdruck, vom Druckmittelvolumenstrom oder von anderen Kriterien mit der einen oder anderen Pumpe (2, 4) verbindbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei beide Pumpen (2, 4) verstellbar sind.
Steueranordnung nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei jeder Zumessblende (50, 52, 54) eine Druckwaage (62, 64, 66) zugeordnet ist, die in einer Richtung vom Lastdruck des Verbrauchers (V1, V2, V3) oder vom höchsten Lastdruck der Verbraucher (V1, V2, V3) und in der anderen Richtung von einem Druck stromaufwärts der Druckwaage (62, 64, 66) beaufschlagt ist, wobei zumindest eine der Pumpen (2, 4) in Abhängigkeit von diesem Lastdruck ansteuerbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 4, mit einem jeweils einer Druckwaage (62, 64, 66) zugeordneten LS-Schaltventil (68, 70, 72), über das der zu der zugeordneten Pumpe (2, 4) gemeldete Lastdruck auf die Druckwaage (62, 64, 66) aufschaltbar ist.
Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei die Pumpen (2, 4) und die Zumessblenden (50, 52, 54) derart eingestellt sind, dass sich eine lastdruckunabhängige Durchflussverteilung zu den Verbrauchern (V1, V2, V3) einstellt.
Steueranordnung nach Patentanspruch 6, soweit dieser auf Patentanspruch 2 zurückbezogen ist, wobei die Pumpen (2, 4) und die Zumessblenden (50, 52, 54) über ein Steuergerät (6) elektrisch verstellbar sind.
Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, wobei einer der Verbraucher (V1) einer Pumpe (4) fest zugeordnet ist und zumindest zwei weitere Verbraucher (V2, V3) mit dieser oder der anderen Pumpe (2, 4) verbindbar sind, so dass nur den letztgenannten Verbrauchern (V2, V3) ein Pumpenauswahlventil (28, 30) zugeordnet ist.
Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 8, wobei die Pumpenauswahlventile (26, 28, 30) elektrisch betätigbar sind.
Steueranordnung nach Patentanspruch 9, wobei das Pumpenauswahlventil (26, 28, 30) ein Wegeventil mit mit jeweils einer Pumpe (2, 4) verbundenen Eingangsanschlüssen sowie einem mit dem zugeordneten Verbraucher (V1, V2, V3) verbundenen Ausgangsanschluss ist.
Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 10, wobei die Verbraucher Hydrozylinder oder Hydromotoren eines mobilen Arbeitsgeräts sind.