DE102013002814A1

DE102013002814A1 - Hydrauliksystem für eine Arbeitsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013002814A1
Application number: DE201310002814
Authority: DE
Inventors: Guillaume Bonnetot; Volker Gliniorz
Original assignee: Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Current assignee: Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2013-08-29

Abstract

Hydrauliksystem für eine Arbeitsvorrichtung mit wenigstens einer Fördereinrichtung zum Fördern eines Fluids, wenigstens einem Verbraucher, wenigstens einer der Fördereinrichtung nachgeschalteten Einstelleinrichtung, die die Bewegungsrichtung des Verbrauchers einstellt, und wenigstens einer Steuervorrichtung, wobei wenigstens eine Steuervorrichtung die Fördereinrichtung und die Einstelleinrichtung, insbesondere hinsichtlich des durch die Fördereinrichtung zu fördernden Fluidvolumenstroms und/oder der durch die Einstelleinrichtung eingestellten Bewegungsrichtung des Verbrauchers, steuert, wobei die Einstelleinrichtung in Abhängigkeit des Zulaufdruckes von wenigstens einer Fördereinrichtung zur Einstelleinrichtung und/oder in Abhängigkeit des Verbraucherzulaufdruckes von der Einstelleinrichtung zu wenigstens einem Verbraucher hydraulisch steuerbar ist, um die Bewegungsrichtung des Verbrauchers zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine Arbeitsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von unterschiedlich ausgebildeten Hydrauliksystemen für Arbeitsvorrichtungen bekannt. Insbesondere sind unterschiedliche Hydrauliksteuerungssysteme zur Steuerung von Arbeitsvorrichtungen bekannt.
So kann eine hydraulische Steuerung als sogenannte Widerstandssteuerung ausgeführt werden. Bei der Widerstandssteuerung wird eine hydraulische Größe, wie beispielsweise ein Fluidvolumenstrom, mittels Ventilen verändert. Ein Vorteil der Widerstandssteuerung besteht darin, dass eine schnelle und genaue Verstellung von Volumenströmen und Druckdifferenzen möglich ist. Der schnellen und genauen Verstellung steht der Nachteil eines hohen, systembedingten Energieverbrauches gegenüber, da prinzipbedingt die Drosselverluste der Ventile zur Steuerung genutzt werden.
Ferner kann eine hydraulische Steuerung als sogenannte Verdrängersteuerung ausgeführt werden. Der Vorteil der Verdrängersteuerung besteht darin, dass abgesehen von den Wirkungsgradverlusten der Bauelemente diese verlustfrei arbeitet. Dabei wird von der Pumpe nur soviel Energie abgegeben wie vom Verbraucher tatsächlich benötigt wird. Nachteilig an der Verdrängersteuerung ist, dass der Bauaufwand zur Realisierung der Verdrängersteuerung erheblich über dem der Widerstandssteuerung liegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Hydrauliksystem vorzusehen, das wenigstens die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist ein Hydrauliksystem für eine Arbeitsvorrichtung wenigstens eine Fördereinrichtung zum Fördern eines Fluids, wenigstens einen Verbraucher, wenigstens eine der Fördereinrichtung nachgeschaltete Einstelleinrichtung, die die Bewegungsrichtung des Verbrauchers einstellt, und wenigstens eine Steuervorrichtung auf. Die Einstelleinrichtung kann der Fördereinrichtung fluidisch nachgeschaltet sein, so dass sichergestellt ist, dass das durch die Fördereinrichtung geförderte Fluid durch die Einstelleinrichtung strömt. Die wenigstens eine Steuervorrichtung steuert die Fördereinrichtung und die Einstelleinrichtung. Dabei kann die Steuerung der Fördereinrichtung hinsichtlich des durch die Fördereinrichtung zu fördernden Fluidvolumenstroms erfolgen. Die Steuerung der Einstelleinrichtung kann hinsichtlich der gewünschten Bewegungsrichtung des Verbrauchers erfolgen.
Weiter erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einstelleinrichtung in Abhängigkeit des Zulaufdruckes von wenigstens einer Fördereinrichtung zur Einstelleinrichtung hydraulisch steuerbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann weiter vorgesehen sein, dass die Einstelleinrichtung in Abhängigkeit des Verbraucherzulaufdruckes, d. h. des Zulaufdruckes von der Einstelleinrichtung zu wenigstens einem Verbraucher hydraulisch steuerbar ist. Die Einstelleinrichtung bzw. eine integrierte Ventillogik zur Schaltung der Bewegungsrichtung des wenigstens einen angeschlossenen Verbrauchers wird hydraulisch angesteuert. Die Einstelleinrichtung arbeitet folglich selbsttätig in Abhängigkeit der anliegenden Druckverhältnisse, eine gezielte Ansteuerung der integralen Ventillogik ist nicht zwingend erforderlich.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems besteht darin, dass dieses eine Kombination der Widerstandssteuerung und der Verdrängersteuerung darstellt. So weist das Hydrauliksystem die Vorteile beider Steuerungsarten auf, aber ohne deren Nachteile. So nutzt das Hydrauliksystem die Effizienzvorteile der Verdrängersteuerung, indem von der Fördereinrichtung exakt der Volumenstrom bereitgestellt wird, der für die gewünschte Verbrauchergeschwindigkeit benötigt wird. Dabei wird die Fördereinrichtung bzw. der durch die Fördereinrichtung geförderte Fluidvolumenstrom durch ein von der Steuervorrichtung abgegebenes Steuersignal gesteuert, so dass die gewünschte Geschwindigkeit des Verbrauchers erreicht wird.
Ferner nutzt das Hydrauliksystem die Vorteile der Widerstandssteuerung, da durch die Einstelleinrichtung die Fluidstromrichtung und damit die Bewegungsrichtung des Verbrauchers auf einfache Weise eingestellt wird. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Widerstandssteuerungen wird in dem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem in der Einstelleinrichtung nicht mehr ein konstanter Volumenstrom angedrosselt, sondern lediglich der variable durch die Fördereinrichtung geförderte Fluidvolumenstrom auf die gewünschte Verbraucherseite zum Einstellen der Bewegungsrichtung des Verbrauchers geleitet. Somit reduzieren sich die durch die Einstellvorrichtung verursachten Druckverluste im Hydrauliksystem. Zudem entfallen die Umlaufkanten von sogenannten Open-Center Steuerungssystemen.
Im Ergebnis können im Hydrauliksystem systembedingte Verluste verringert werden. Somit erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad des Hydrauliksystems, wodurch die Produktivität der hydraulischen Verbraucher erhöht wird. Des Weiteren können aufgrund des hohen Wirkungsgrads auch die Betriebskosten maßgeblich gesenkt werden, da sich der Kraftstoffverbrauch, der zum Betreiben der Arbeitsvorrichtung benötigt wird, verringert.
Eine hydraulische Ansteuerung der Einstelleinrichtung bietet den Vorteil, dass für die Schaltung der Einstelleinrichtung bzw. einer innerhalb der Einstellvorrichtung vorgesehenen Ventilanordnung keine elektrischen Signale notwendig sind. Die Einstelleinrichtung kann beispielsweise selbstständig den entsprechenden Schaltvorgang ausführen, um den Bewegungsablauf des Verbrauchers gewährleisten zu können. Dies ermöglicht eine vereinfachte Konstruktion der Einstelleinrichtung, wobei gleichzeitig deren Wartungsaufwand reduziert wird. Zudem vereinfacht sich die Logik der Steuereinrichtung, da eine direkte Ansteuerung der Ventilanordnung der Einstelleinrichtung nicht erforderlich ist.
Im Sinne der Erfindung kann die Arbeitsvorrichtung ein Bauteil und/oder eine Bauteilgruppe eines Fahrzeugs, insbesondere eines Baufahrzeugs, sein, das hydraulisch angetrieben wird. So kann beispielsweise eine hydraulisch angetriebene Baggerschaufel oder ein ausfahrbarer Teleskopausleger eines Krans der Arbeitsvorrichtung entsprechen. Natürlich ist der Einsatz des Hydrauliksystems nicht auf Arbeitsvorrichtungen beschränkt, die an einem Fahrzeug angebracht sind. Es ist vielmehr vorstellbar, dass das Hydrauliksystem auch bei hydraulisch angetriebenen Arbeitsvorrichtungen eingesetzt wird, die Bestandteil einer nicht mobilen Vorrichtung sind. Bei dem Verbraucher kann es sich um einen Linear- oder einen Rotationsantrieb handeln, der zum Antrieb der Arbeitsvorrichtung eingesetzt wird.
Die Einstelleinrichtung kann in einer aufgelösten Bauweise vier einzeln schaltbare Hauptventile aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Einstelleinrichtung einem Längsschieberventil entsprechen. Für den Fall, dass die Einstelleinrichtung vier Ventile aufweist, können die Ventile die Zulauf- und Rücklaufkanten für die gewünschte Fluidstromrichtung und damit die Bewegungsrichtung des Verbrauchers realisieren. Die einzelnen Ventile können als 2/2-Wegeventile in Längsschieberbauweise oder als 2-Wege-Einbauventile, insbesondere Sitzventile, ausgeführt sein. Natürlich sind auch andere Ventilausbildungen möglich, die sich zur Realisierung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems eignen.
Besonders bevorzugt ist die Einstelleinrichtung bzw. deren integrale Ventillogik derart aufgebaut, so dass wenigstens ein Hauptventilpaar für die Ausführung einer Verbraucherbewegungsrichtung geschaltet ist. In diesem Fall gibt ein Hauptventil den Verbraucherzulauf und ein Ventil den Verbraucherrücklauf frei.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Hauptventile in Abhängigkeit des Zulaufdruckes von wenigstens einer Fördereinrichtung zur Einstelleinrichtung bzw. in Abhängigkeit des Verbraucherzulaufdruckes, d. h. in Abhängigkeit des von der Einstelleinrichtung ausgehenden und am Verbraucher anliegenden Druckes, hydraulisch schaltbar. Demnach muss nicht für jedes der Hauptventile eine elektrische Leitung zur Ventilbetätigung vorgesehen sein. Statt dessen lassen sich diese komfortabel in Abhängigkeit der Druckverhältnisse hydraulisch selbstständig schalten.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Zulaufdruck als Vorsteuerdruck an den entsprechenden Hauptventilen anliegt. Insbesondere kann dabei der Zulaufdruck von wenigstens einer Fördereinrichtung zur Einstelleinrichtung an wenigstens zwei Hauptventilen als Steuerdruck anliegen, während der Zulaufdruck von der Einstelleinrichtung zu wenigstens einem Verbraucher an den verbleibenden Hauptventilen als Steuerdruck anliegt.
In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn die als Zulaufventile agierenden Hauptventile durch den an der Einstelleinrichtung anliegenden Druck der Fördereinrichtung schaltbar und die als Rücklaufventile agierenden Hauptventile durch den Verbraucherzulaufdruck schaltbar sind.
Ergänzend lassen sich zusätzlich wenigstens zwei hydraulische Schaltventile in die Einstelleinrichtung integrieren. Beispielsweise ist jeweils ein Schaltventil für die Freigabe einer Bewegungsrichtung des angeschlossenen Verbrauchers verantwortlich. In diesem Fall wird durch die Betätigung wenigstens eines Schaltventils eine Bewegungsrichtung freigegeben und ein Öffnen der entsprechenden Hauptventile für den Verbraucherzulauf- und Rücklaufdruck in Abhängigkeit des jeweiligen anliegenden Zulaufdrucks ermöglicht. Ein Teil bzw. alle Schaltventile können elektrisch betätigbar sein, so dass die Freigabe der Hauptventile über die Steuervorrichtung per elektrische Signalisierung erfolgen kann.
Besonders bevorzugt sind die Schaltventile als hydraulische Schaltventile ausgeführt, die den Zulauf des anliegenden Pumpendrucks zu einem der Hauptventile bzw. den anliegenden Zulaufdruck zu wenigstens einem Verbraucher zu den entsprechenden Hauptventilen bzw. deren Vorsteuereingänge schalten bzw. unterbinden. Insbesondere öffnen bzw. schließen die Schaltventile den Zulauf des Pumpendrucks bzw. Rücklaufdrucks zu wenigstens zwei Hauptventilen.
In einer bevorzugten Ausführung kann das Hydrauliksystem als ein offener Kreislauf ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass das Hydrauliksystem derart ausgebildet ist, dass das aus dem Verbraucher strömende Fluid in ein Fluidsammelbehältnis gelangt. Das Hydrauliksystem kann wenigstens zwei Hydraulikkreise aufweisen und somit als Mehrkreissystem ausgebildet sein. Dabei kann jeder Hydraulikkreis wenigstens eine Fördereinrichtung, wenigstens eine Einstelleinrichtung und wenigstens einen Verbraucher aufweisen. Durch das Vorsehen von mehreren Hydraulikkreisen ist es möglich, dass mehrere Verbraucher parallel betrieben werden können.
Die Hydraulikkreise können im Hydrauliksystem parallel geschaltet sein, wobei die einzelnen Hydraulikkreise durch wenigstens eine Trenneinrichtung voneinander getrennt sein können. Durch das Vorsehen der Trenneinrichtung kann der Fluidvolumenstrom gesteuert werden, der aus einem ersten Hydraulikkreis einem zweiten Hydraulikkreis zugeführt wird. Natürlich kann mittels der Trenneinrichtung auch gesteuert werden, ob ein Fluidvolumenstrom aus dem ersten Hydraulikkreis dem zweiten Hydraulikkreis zugeführt wird. Somit kann durch das Vorsehen der Trenneinrichtung ein Fluidvolumenstrom von einer oder mehreren Fördereinrichtungen für einen Verbraucher bereitgestellt werden. Daher ist es möglich, dass in einem Hydraulikkreis der durch die dem Hydraulikkreis zugeordnete Fördereinrichtung maximal bereitgestellte Fluidvolumenstrom erhöht wird, wodurch sich die Verbrauchergeschwindigkeit ebenfalls erhöht. Im Ergebnis wird durch das Vorsehen von wenigstens einer Trenneinrichtung erreicht, dass der dem Verbraucher zur Verfügung gestellte Fluidvolumenstrom auf einfache Weise in einem großen Volumenstrombereich variiert werden kann.
Die Trenneinrichtung kann zwischen der Fördereinrichtung und der Einstelleinrichtung angeordnet sein. Die Trenneinrichtung kann ein Schaltventil aufweisen, das als Wegeventil oder Sitzventil ausgeführt ist. Das Öffnungs- und/oder Schließverhalten der Trenneinrichtung, insbesondere des Schaltventils, kann proportional schaltbar sein. Natürlich kann das Schaltventil auch derart ausgebildet sein, dass die Trenneinrichtung nur einen vollständig offenen oder geschlossenen Zustand einnehmen kann. Die Ansteuerung der Trenneinrichtung kann durch eine Steuervorrichtung erfolgen. Dabei kann jeweils eine Trenneinrichtung zwei Hydraulikkreise voneinander trennen. Insbesondere können die Hydraulikkreise derart ausgebildet sein, dass jeder Hydraulikkreis mit allen anderen Hydraulikkreisen verbunden ist, wobei die beiden Hydraulikkreise durch eine Trenneinrichtung voneinander getrennt sind.
In einer bevorzugten Ausführung kann die Trenneinrichtung neben dem Schaltventil, das die beiden Hydraulikkreise voneinander trennt, auch ein weiteres Ventil, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, aufweisen. Das Ventil kann in einer Abzweigungsleitung vorgesehen sein, wobei die Abzweigungsleitung mit dem Hydraulikkreis und an einem von dem Hydraulikkreis entfernten Ende mit einem Fluidsammelbehältnis verbunden ist.
Die Fördereinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass diese abhängig von einer Steuerdruckvorgabe zwischen einem Wert, bei dem kein Fluidvolumenstrom gefördert wird, und einem Wert, bei dem ein maximaler Fluidvolumenstrom gefördert wird, proportional verstellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Fördereinrichtung derart ausgebildet sein, dass durch Vorgabe eines Steuerdrucks die maximale Leistungsabgabe der Fördereinrichtung begrenzt werden kann. Diese Leistungsregelung der Fördereinrichtung kann zur Anpassung der maximalen hydraulischen Leistung der Fördereinrichtung an die maximale Leistung des Verbrauchers benutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Fördereinrichtung derart ausgebildet sein, dass durch Vorgabe des Steuerdrucks und durch eine geregelte Verstellung der Fördereinrichtung ein vorgegebener maximaler Druck im Hydrauliksystem nicht überschritten wird.
Wie voranstehend beschrieben besteht die Möglichkeit, dass wenigstens eine Fördereinrichtung mittels eines Vorsteuersignals direkt verstellbar ist. Die Steuervorrichtung kann mit entsprechenden Mitteln zur Analyse der an die Fördereinrichtungen übertragenen Vorsteuersignale ausgeführt sein. In Abhängigkeit des Analyseergebnisses kann die Steuervorrichtung ein oder mehrere Trenneinrichtungen passend ansteuern. Die Vorsteuersignale korrelieren beispielsweise mit einem vom Bediener des Hydraulikkreislaufs gewünschten Bewegungsablauf für die einzelnen Verbraucher. Damit lässt die Analyse einen Rückschluss auf den vom Bediener gewünschten Bewegungsablauf zu, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, in Abhängigkeit des Analyseergebnisses ein oder mehrere Trenneinrichtungen bzw. die darin integrierten Ventilanordnungen anzusprechen. Die vorhandenen Fördereinrichtungen lassen sich gezielt in Abhängigkeit des benötigten Volumenstroms einstellen bzw. summieren, um einen höheren Volumenstrom bereitstellen zu können. Es wird also vorab abgeschätzt, welcher Volumenstrom für die Betätigung der einzelnen Verbraucher notwendig ist. In Kenntnis des benötigten Volumenstroms kann die Steuervorrichtung eine entsprechende Summierung der Fördereinrichtungen vorsehen, um den notwendigen Pumpenvolumenstrom bereitstellen zu können. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit der Vorsteuersignale zwei oder mehr Fördereinrichtungen zur Pumpensummation zusammenzuschalten.
Die Einstelleinrichtung kann in einem stromaufwärtigen Bereich des Verbrauchers angeordnet sein und/oder nach einer 4/3 Ventillogik arbeiten. Ferner kann die Einstelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie die Bewegungsrichtung des Verbrauchers durch eine Fluidzufuhr in den Verbraucher und/oder eine Fluidabfuhr aus dem Verbraucher einstellt. So kann die Einstelleinrichtung mit einem ersten und einem zweiten Fluidanschluss des Verbrauchers, insbesondere unmittelbar, verbunden sein. Zudem kann die Einstelleinrichtung mit einem Fluidsammelbehältnis als auch der Fördereinrichtung, insbesondere unmittelbar, verbunden sein. Dabei kann wenigstens eine Einstelleinrichtung einem Verbraucher zugeordnet sein.
Die Einstelleinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass diese in wenigstens drei Stellungen geschaltet werden kann. Die Schaltung der Einstelleinrichtung kann durch eine Steuervorrichtung erfolgen. So kann die Einstelleinrichtung in einer ersten Stellung derart geschaltet werden, dass kein von der Fördereinrichtung geförderter Fluidvolumenstrom zum Verbraucher strömen kann. Ferner kann die Einstelleinrichtung in einer zweiten Stellung derart geschaltet werden, dass der von der Fördereinrichtung geförderte Fluidvolumenstrom über den ersten Fluidanschluss in den Verbraucher einströmt und über den zweiten Fluidanschluss aus dem Verbraucher ausströmt und in das Fluidsammelbehältnis gelangt. In einer dritten Stellung kann die Einstelleinrichtung derart geschaltet werden, dass der von der Fördereinrichtung geförderte Fluidvolumenstrom über den zweiten Fluidanschluss in den Verbraucher einströmt und über den ersten Fluidanschluss aus dem Verbraucher ausströmt und in das Fluidsammelbehältnis gelangt. Im Ergebnis kann die Fluidstromrichtung und damit die Bewegungsrichtung durch einen einfachen Aufbau der Einstelleinrichtung des Verbrauchers gesteuert werden.
Die Öffnungscharakteristik der Ventile kann proportional verstellbar sein. Insbesondere kann der Öffnungsquerschnitt des dem Verbraucher nachgeschalteten Rücklaufventils proportional verstellbar sein. Das dem Verbraucher vorgeschaltete Zulaufventil kann so ausgebildet sein, dass es entweder vollständig geöffnet oder geschlossen ist. Mittels der Ansteuerung der einzelnen Ventile einer Einstelleinrichtung kann das Öffnungsverhalten der Ventile getrennt voneinander beeinflußt werden, so dass der aus dem Verbraucher ausströmende Fluidvolumenstrom unabhängig von dem in den Verbraucher eingeströmten Fluidvolumenstrom angedrosselt werden kann. Dadurch kann ein erforderlicher Mindestdruck im Zulauf des Verbrauchers eingehalten werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Einstelleinrichtung wenigstens ein Längsschieberventil aufweisen. Das Längsschieberventil kann einen Kolben aufweisen, wobei der Kolben über die notwendigen Steuerkanten zur Realisierung der 4/3-Ventillogik besitzt und damit zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Verbrauchers dient. Der Öffnungsquerschnitt des Längsschieberventils kann proportional verstellt werden.
Das Hydrauliksystem kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Insbesondere kann das Hydrauliksystem in Baufahrzeugen, wie beispielsweise Hydraulikbagger, Radlader, Raupen, Kranen, etc., eingesetzt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems und
2: eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Einstellvorrichtung.
Das in 1 gezeigte Hydrauliksystem 1 weist mehrere, insbesondere drei, Hydraulikkreise 2, 3, 4 auf. Die einzelnen Hydraulikkreise 2, 3, 4 weisen jeweils eine Fördereinrichtung 20, eine Einstelleinrichtung 22 und einen Verbraucher 23, 33, 43 auf. Dabei sind die Fördereinrichtung 20 und die Einstelleinrichtung 22 in jedem Hydraulikkreis 2, 3, 4 gleich aufgebaut, so dass im Folgenden nur die Fördereinrichtung 20 und die Einstelleinrichtung 22 eines ersten Hydraulikkreises 2 beschrieben werden. Die einzelnen Hydraulikkreise 2, 3, 4 sind im Hydrauliksystem 1 parallel geschaltet.
Der erste Hydraulikkreis 2 weist stromabwärts der Fördereinrichtung 20 eine Trenneinrichtung 10 auf, über die eingestellt wird, ob die einzelnen Hydraulikkreise 2, 3, 4 miteinander verbunden sind oder nicht. So weist die Trenneinrichtung 10 Schaltventile 100, 101 auf, die in Verbindungsleitungen 104, 104' angeordnet sind. Die Verbindungsleitungen 104, 104' verbinden die einzelnen Hydraulikkreise 2, 3, 4 miteinander. Abhängig von der Stellung des Schaltventils 100, 101 kann eine fluidische Verbindung zwischen den Hydraulikkreisen 2, 3, 4 hergestellt werden. So kann über ein erstes Schaltventil 100, das in einer ersten Verbindungsleitung 104 angeordnet ist, eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Hydraulikkreis 2 und einem dritten Hydraulikkreis 4 hergestellt werden. Über ein zweites Schaltventil 101, das in einer zweiten Verbindungsleitung 104' angeordnet ist, kann eine fluidische Verbindung zwischen einem zweiten Hydraulikkreis 3 und dem dritten Hydraulikkreis 4 hergestellt werden.
Zudem weist die Trenneinrichtung 10 weitere Druckbegrenzungsventile, insbesondere Schaltventile 102, auf, die in Abzweigungsleitungen 105 angeordnet sind. Die Abzweigleitungen 105 verbinden den jeweiligen Hydraulikkreis 2, 3, 4 mit einer Leitung 103, die zu einem in der Figur nicht dargestellten Fluidsammelbehältnis führt. Dabei weist jeder Hydraulikkreis 2, 3, 4 eine Abzweigungsleitung 105 auf. Die Stellung der Schaltventile 100, 101 kann durch die nicht dargestellte Steuervorrichtung gesteuert werden. Der Öffnungsquerschnitt der Schaltventile 100, 101 kann proportional verstellt werden. Die Schaltventile 100, 101 können als 2-Wegeventile ausgebildet sein.
Die Fördereinrichtung 20 ist mit einer in der 1 nicht dargestellten Steuervorrichtung verbunden. Die Steuervorrichtung steuert über Steuersignale den von der Fördereinrichtung 20 geförderten Fluidvolumenstrom. Bei dem geförderten Fluid kann es sich um Öl handeln.
Die Einstelleinrichtung 22 ist stromabwärts der Trenneinrichtung 10 angeordnet und mit dieser bzw. der Fördereinrichtung 20 fluidisch verbunden. Des Weiteren ist die Einstelleinrichtung 22 mit dem Verbraucher 23 und dem nicht dargestellten Fluidsammelbehältnis verbunden. Insbesondere ist die Einstelleinrichtung 22 durch eine erste Einstellleitung 224 mit einem ersten Fluidanschluss 231 des Verbrauchers 23 und über eine zweite Einstellleitung 225 mit einem zweiten Fluidanschluss 230 des Verbrauchers 23 verbunden. Ferner ist die Einstelleinrichtung 22 durch eine Abführleitung 226 mit dem Fluidammelbehältnis verbunden.
Die Einstelleinrichtung 22 weist vier einzeln steuerbare Ventile 220, 221, 222, 223 auf, wobei die Ventile als 2-Wegeventile ausgebildet sind. Durch eine Steuerung der Ventilstellung kann gesteuert werden, ob der von der Fördereinrichtung 20 geförderte Fluidvolumenstrom zum Verbraucher 23 strömt oder nicht. Ferner kann durch eine Steuerung der Ventilstellung gesteuert werden, ob der Fluidvolumenstrom über den ersten Fluidanschluss 231 oder über den zweiten Fluidanschluss 230 dem Verbraucher 23 zugeführt wird. Dementsprechend wird auch durch die Stellung der Ventile 220, 221, 222, 223 gesteuert, über welchen Anschluss 230, 231 das Fluid aus dem Verbraucher 23 strömt.
Der Verbraucher 23, 33, 43 kann einem Linearantrieb oder einem Rotationsantrieb entsprechen. So ist in dem ersten und dritten Hydraulikkreis 2, 4 ein Linearantrieb und in dem zweiten Hydraulikkreis 3 ein Rotationsantrieb vorgesehen. Der Linear- oder Rotationsantrieb dient zum Antreiben einer in den Figuren nicht dargestellten Arbeitsvorrichtung.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Hydrauliksystems 1 erläutert. Auch wenn die Beschreibung unter Zuhilfenahme von Bezugszeichen erfolgt, ist das Verfahren nicht auf die in 1 dargestellte Ausführung beschränkt.
Durch die Steuervorrichtung wird ein Steuersignal an die Fördereinrichtung 20 gesendet, das Informationen hinsichtlich des zu fördernden Fluidvolumenstroms enthält. Die Verstellung der Fördereinrichtung 20 erfolgt unter Berücksichtigung der Leistungsregelung und der Druckabschneidung. Ferner wird die Stellung der Schaltventile 100, 101 eingestellt. Dies bedeutet, dass bestimmt wird, welche Fördereinrichtung 20 dem Verbraucher zugeordnet ist. Der von der Fördereinrichtung geförderte Fluidvolumenstrom strömt in Richtung zur jeweiligen Einstelleinrichtung 22. Abhängig von der Stellung der Schaltventile 100, 101 kann der Fluidvolumenstrom eingestellt werden, der einem Verbraucher 23, 33, 43 zugeführt wird.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass das erste Ventil 220 der Einstelleinrichtung 22 derart geschaltet ist, dass eine Strömung von der Fördereinrichtung 20 in Richtung zum zweiten Fluidanschluss 230 des Verbrauchers 23 erfolgt. In diesem Fall befindet sich das zweite Ventil 221 in einer geschlossenen Stellung, so dass der komplette durch das erste Ventil 220 strömende Fluidvolumenstrom über den zweiten Fluidanschluss 230 dem Verbraucher 23 zugeführt wird. Infolge der Fluidzufuhr in den Verbraucher 23 führt dieser eine Linearbewegung durch. Das in dem Verbraucher 23 befindliche Fluid strömt über den ersten Fluidanschluss 231 aus diesem über die erste Einstellleitung 224 aus. Das dritte Ventil 222 befindet sich in einer geschlossenen Stellung, so dass verhindert wird, dass das aus dem Verbraucher abgeführte Fluid zur Fördereinrichtung 20 strömt. Ein viertes Ventil 223 befindet sich in einer geöffneten Stellung, so dass das aus dem Verbraucher 23 abgeführte Fluid über das vierte Ventil 223 und die Abführleitung 226 in das nicht dargestellte Fluidsammelbehältnis strömen kann.
Für den Fall, dass das von der Fördereinrichtung 20 geförderte Fluid über den ersten Fluidanschluss 231 in den Verbraucher einströmen soll, wird das dritte Ventil 222 geöffnet und das vierte Ventil 223 geschlossen. Zudem wird das erste Ventil 220 geschlossen, um eine Fluidströmung des aus dem Verbraucher 23 ausgeströmten Fluids zur Fördereinrichtung 20 zu vermeiden. Des Weiteren wird das zweite Ventil 221 geöffnet, um das aus dem Verbraucher 23 ausgeströmte Fluid über die Abführleitung 226 dem nicht dargestellten Fluidsammelbehältnis zuzuführen.
Prinzipiell werden die Geschwindigkeiten der Verbraucher 23, 33, 43 durch das Verstellen der Arbeitspumpen 20 eingestellt, d. h. durch Vorgabe des Pumpenvolumenstroms wird die Geschwindigkeit für jeden Verbraucher 23, 33, 43 direkt gesteuert. Die Verstellung der Pumpen 20 erfolgt über geeignete Vorsteuersignale. Diese Vorsteuersignale werden mittels Vorsteuergeräten erzeugt, die eine Benutzereingabe auswerten, d. h. die Betätigung eines Bedienhebels, und darauf basierend passende Vorsteuersignale für die jeweilige Pumpe 20 bereitstellen.
Durch eine Analyse dieser Vorsteuersignale der Vorsteuergeräte durch die Steuervorrichtung kann ein Rückschluss auf den vom Fahrer gewünschten Bewegungsablauf für die einzelnen Verbraucher 23, 33, 43 erfolgen. Auf Grundlage dieser Auswertung können die Schaltventile in der Trenneinrichtung 10, auch als Pumpensummierungsbiock bezeichnet, geöffnet oder geschlossen werden, so dass die vorhandenen Arbeitspumpen 20 mit den vom Fahrer angesprochenen Hauptverbrauchern 23, 33, 43 hydraulisch verbunden werden. Bedarfsweise können ein oder mehrere Pumpen 20 summiert werden, um einen maximalen Volumenstrom bereitstellen zu können.
2 zeigt nochmals den detaillierten Aufbau der Einstelleinrichtung 22. Aus der Analyse der Vorsteuersignale der Vorsteuergeräte sollen die den einzelnen Verbrauchern 23, 33, 43 zugeordneten Einstelleinrichtungen 22 angesprochen werden, d. h. auf Vorgabe des Fahrers für eine Bewegung eines Verbrauchers 23, 33, 43 soll zunächst die Bewegung des Verbrauchers 23, 33, 43 über ein Schaltventil 224, 225 freigegeben werden. Erst nach dieser Freigabe können die Hauptventile 220, 221, 222, 223 der Einstellvorrichtung 22 geöffnet werden. Für eine Bewegungsrichtung des Verbrauchers 23, 33, 43 soll immer nur ein Schaltventil 224, 225 über ein elektrisches Signal betätigt und geöffnet werden.
Bei geöffnetem Schaltventil 240 liegt der Ausgangsdruck 227 der Fördereinrichtungen 20 am Eingang der Einstellvorrichtung 22 an. Das geöffnete Schaltventil 240 leitet diesen als Vorsteuerdruck an das Hauptventil 222 weiter. Der sich am Verbraucher 23 einstellende Zulaufdruck 224 liegt gleichzeitig als Vorsteuerdruck am Hauptventil 221 an. Damit werden bei der Schaltung des Schaltventils 240 die Hauptventile 221, 222 in Abhängigkeit des jeweiligen Zulaufdruckes 224, 227 hydraulisch gesteuert. Sofern der anliegende Steuerdruck 224, 227 ausreicht, werden die Hauptventile 221, 222 geschaltet und geben den Verbraucher 23 für eine erste Bewegungsrichtung frei. Dieser Ventilaufbau hat ebenfalls zur Folge, dass ein Schalten des Rücklaufventils 222 geringfügig verzögert nach dem Schalten des Zulaufventils 221 erfolgt.
Für die entgegengesetzte Ansteuerung des Verbrauchers 23 wird das Schaltventil 241 geöffnet, während das Schaltventil 240 geschlossen bleibt. In diesem Fall liegt der Pumpenzulaufdruck 227 am Hauptventil 220 an, während der Verbraucherzulaufdruck 225 am Hauptventil 223 als Vorsteuerdruck anliegt. Auch hier werden beide Hauptventile 220, 223 in Abhängigkeit der Zulaufdrücke 225, 227 geöffnet.
Die Hauptventile 220, 221, 222, 223 der Einstelleinrichtung 22 werden ausschließlich durch hydraulische Signale verstellt. Dabei erfolgt die Anordnung der einzelnen Ventile 220, 221, 222, 223 derart, so dass die Zulaufventile 220, 222 durch den anliegenden Pumpenzulaufdruck 227 und die Rücklaufventile 221, 223 durch den entstehenden Verbraucherzulaufdruck 224, 225 geöffnet werden. Dies bietet den Vorteil, dass für die Betätigung der Hauptventile 220, 221, 222, 223 keine zusätzlichen elektrischen Signale verwendet werden müssen und die Hauptventile 220, 221, 222, 223 nach Freigabe eigenständig ihre Öffnungen einstellen, um den Bewegungsablauf des Verbrauchers 23 zu gewährleisten.

Claims

Hydrauliksystem (1) für eine Arbeitsvorrichtung mit wenigstens einer Fördereinrichtung (20) zum Fördern eines Fluids, wenigstens einem Verbraucher (23, 33, 43), wenigstens einer der Fördereinrichtung (20) nachgeschalteten Einstelleinrichtung (22), die die Bewegungsrichtung des Verbrauchers (23, 33, 43) einstellt, und wenigstens einer Steuervorrichtung, wobei wenigstens eine Steuervorrichtung die Fördereinrichtung (20) und die Einstelleinrichtung (22), insbesondere hinsichtlich des durch die Fördereinrichtung (20) zu fördernden Fluidvolumenstroms und/oder der durch die Einstelleinrichtung (22) eingestellten Bewegungsrichtung des Verbrauchers (23, 33, 43), steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (22) in Abhängigkeit des Zulaufdruckes (227) von wenigstens einer Fördereinrichtung (20) zur Einstelleinrichtung (22) und/oder in Abhängigkeit des am Verbraucher (23, 33, 43) anliegenden Zulaufdruckes (224, 225) hydraulisch steuerbar ist, um die Bewegungsrichtung des Verbrauchers (23, 33, 43) zu steuern.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (22) vier einzeln schaltbare Hauptventile (220, 221, 222, 223) aufweist, wobei pro Verbraucherbewegungsrichtung jeweils zwei Ventile geschaltet sind.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptventile (220, 221, 222, 223) in Abhängigkeit des Zulaufdruckes (227) von wenigstens einer Fördereinrichtung (20) zur Einstelleinrichtung (22) und/oder in Abhängigkeit des Verbraucherzulaufdruckes (224, 225) von der Einstelleinrichtung (22) zu wenigstens einem Verbraucher (23, 33, 43) hydraulisch schaltbar sind, wobei der Zulaufdruck (224, 225, 227) insbesondere als Vorsteuerdruck an dem oder den Hauptventilen (220, 221, 222, 223) anliegt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Zulaufventile agierenden Hauptventile (220, 222) durch den an der Einstellrichtung (22) anliegenden Druck (227) der Fördereinrichtung (20) schaltbar und die als Rücklaufventile agierenden Hauptventile (221, 223) durch den Zulaufdruck (224, 225) von der Einstelleinrichtung (22) zu wenigstens einem Verbraucher (23, 33, 43) schaltbar sind.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (22) zusätzlich wenigstens zwei hydraulische Schaltventile (224, 225), insbesonders elektrisch betätigbare Schaltventile umfasst, wobei jeweils ein Schaltventil (224, 225) einer Verbraucherbewegungsrichtung zugeordnet und zur Freigabe der entsprechenden Hauptventile (220, 221, 222, 223) schaltbar ist.
Hydrauliksystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsquerschnitt wenigstens eines Hauptventils (220, 221, 222, 223), insbesondere ein dem Verbraucher (23, 33, 43) nachgeschaltetes Rücklaufventil, proportional verstellbar ist.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (1) als ein offener Kreislauf ausgebildet ist.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (1) wenigstens zwei Hydraulikkreise (2, 3, 4) mit jeweils wenigstens einer Fördereinrichtung (20), wenigstens einer Einstelleinrichtung (22) und wenigstens einem Verbraucher (23, 33, 43) aufweist, wobei die Hydraulikkreise (2, 3, 4) im Hydrauliksystem (1) parallel geschaltet sind.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine steuerbare Trenneinrichtung (10), insbesondere ein Ventil, vorgesehen ist, durch die ein Fluidvolumenstrom eines ersten Hydraulikkreises (2, 3, 4) in einen zweiten Hydraulikkreis (2, 3, 4) steuerbar ist.
Hydrauliksystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fördereinrichtung (20) mittels eines Vorsteuersignals direkt verstellbar ist, wobei das oder die Vorsteuersignale durch die Steuervorrichtung analysierbar und in Abhhängigkeit des Analyseergebnisses ein oder mehrere Trenneinrichtungen (10) ansteuerbar sind.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (22) durch eine Fluidzufuhr in den Verbraucher (23, 33, 43) und/oder eine Fluidabfuhr aus dem Verbraucher (23, 33, 43) die Bewegungsrichtung des Verbrauchers (23, 33, 43) einstellt.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (22) mit einem ersten und einem zweiten Fluidanschluss (230, 231) des Verbrauchers (23, 33, 43), der Fördereinrichtung (20) und einem Fluidsammelbehältnis, insbesondere unmittelbar, verbunden ist.
Hydrauliksystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (22) wenigstens in drei Stellungen schaltbar ist.
Fahrzeug, insbesondere Baufahrzeug, mit einem Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13.