DE102019216771A1

DE102019216771A1 - Hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung wenigstens zweier hydraulischer Verbraucher

Info

Publication number: DE102019216771A1
Application number: DE102019216771.3A
Authority: DE
Inventors: Botond Szeles; Matthias Jerg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-05-06
Also published as: CN112746997A; US11268545B2; EP3816455A1; US20210131455A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung, mit der wenigstens zwei hydraulische Verbraucher gleichzeitig mit vorgebbaren individuellen Druckmittelmengen versorgbar sind und die aufweist eine in ihrem Hubvolumen verstellbaren Hydropumpe, wenigstens zwei Ventilanordnungen, von denen jede eine Zumessblende und eine stromab der Zumessblende angeordnete Druckwaage umfasst, die vom Druck stromab der jeweiligen Zumessblende in Öffnungsrichtung und von dem höchsten Lastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck in Schließrichtung beaufschlagbar ist, und von denen jede zwischen einer von der Hydropumpe abgehenden Pumpenleitung und einem Verbraucher angeordnet ist, und mit einem elektronischen Steuereinrichtung, von der die Hydropumpe derart ansteuerbar ist, dass diese die Summe der individuellen Druckmittelmengen fördert, und von der die Zumessblenden bei ausreichender Fördermenge der Hydropumpe derart mit Steuersignalen ansteuerbar sind, dass deren Durchflussquerschnitte zueinander in denselben Verhältnissen stehen wie die individuellen Druckm ittelmengen.Bei einer derartigen hydraulischen Steueranordnung ist eine auch veränderbare Priorisierung von Verbrauchern dadurch möglich, dass bei gleichzeitiger Ansteuerung mehrerer Zumessblenden und nicht ausreichender Fördermenge der Hydropumpe, die gleichzeitig angesteuerten Zumessblenden zugunsten eines bevorzugt mit Druckmittel zu versorgenden Verbrauchers mit Steuersignalen ansteuerbar sind, deren Verhältnisse zueinander von den Verhältnissen der individuellen Druckmittelmengen abweichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung, mit der wenigstens zwei hydraulische Verbraucher gleichzeitig mit vorgebbaren individuellen Druckmittelmengen versorgbar sind und die aufweist eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Hydropumpe, wenigstens zwei Ventilanordnungen, von denen jede eine Zumessblende und eine stromab der Zumessblende angeordnete Druckwaage umfasst, die vom Druck stromab der jeweiligen Zumessblende in Öffnungsrichtung und von dem höchsten Lastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck in Schließrichtung beaufschlagbar ist, und von denen jede zwischen einer von der Hydropumpe abgehenden Pumpenleitung und einem hydraulischen Verbraucher angeordnet ist, und mit einen elektronischen Steuereinrichtung, von der die Hydropumpe derart ansteuerbar ist, dass diese die Summe der individuellen Druckmittelmengen fördert, und von der die Zumessblenden bei ausreichender Fördermenge der Hydropumpe derart mit Steuersignalen ansteuerbar sind, dass deren Durchflussquerschnitte zueinander in denselben Verhältnissen stehen wie die individuellen Druckmittelmengen.
Aus der DE 197 14 141 A1 ist eine hydraulische Steueranordnung bekannt, bei der in Reihe zu den Zumessblenden angeordnete Druckwaagen in Öffnungsrichtung vom Druck stromab der jeweiligen Zumessblende und von einer Feder und in Schließrichtung von dem Druck stromauf der Zumessblende beaufschlagt. Üblicherweise ist die Druckwaage stromauf der Zumessblende angeordnet, so dass der Druck stromab der Zumessblende der Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers ist. Bei dieser bekannten hydraulischen Steueranordnung wird der höchste Lastdruck mit Hilfe einer Wechselventilkette ausgewählt und an einen Load-Sensing-Regler der Hydropumpe gemeldet, der das Hubvolumen der Hydropumpe so einstellt, dass der in der Pumpenleitung anstehende Pumpendruck um eine feste Druckdifferenz von zum Beispiel 20 bar über dem höchsten Lastdruck liegt. Bei einer solchen hydraulischen Steueranordnung wird die einem hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge lastdruckunabhängig allein durch den Durchflussquerschnitt der jeweiligen Zumessblende bestimmt, solange die durch die Summe der Durchflussquerschnitte der Zumessblenden vorgegebene Summe der individuellen Druckmittelmengen nicht die maximale Fördermenge der Hydropumpe überschreitet. Eine solche hydraulische Steueranordnung wird deshalb auch als lastfühlende (Load-Sensing- oder kurz LS-) Steueranordnung bezeichnet. Die Hydropumpe versucht jeweils die Druckmittelmenge zu fördern, die sich aufgrund der Durchflussquerschnitte der Zumessblenden als Bedarf ergibt. Man kann deshalb auch von einer Bedarfsstromregelung sprechen. Im Fall der Unterversorgung, wenn also die Summe der individuellen Druckmittelmengen die maximale Fördermenge der Hydropumpe, die sich aus dem maximalen Hubvolumen und der Drehzahl der Hydropumpe ergibt, übersteigt, fließt nur dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher weniger Druckmittelmenge als gewünscht zu.
Bei einer anderen, zum Beispiel aus der EP 566 449 B1 bekannten Art einer hydraulischen LS-Steueranordnung sind die Druckwaagen den Zumessblenden nachgeordnet und werden in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jeweiligen Zumessblende und in Schließrichtung von einem in einem Steuerraum anstehenden Steuerdruck beaufschlagt, der üblicherweise dem höchsten Lastdruck aller von derselben Hydropumpe versorgten hydraulischen Verbraucher entspricht. Wenn bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher die Zumessblenden soweit aufgemacht werden, dass die von der bis zum Anschlag verstellten Hydropumpe gelieferte Druckmittelmenge kleiner als die insgesamt geforderte Druckmittelmenge ist, also eine Unterversorgung vorliegt, werden die den einzelnen hydraulischen Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen unabhängig vom jeweiligen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher im Verhältnis der tatsächlichen Fördermenge zur gewünschten Fördermenge reduziert. Man spricht deshalb von einer hydraulischen Steueranordnung mit lastdruckunabhängiger Durchflussverteilung (LUDV-Steuerung). Weil auch bei einer solchen LUDV-Steueranordnung der höchste Lastdruck abgefühlt und von der Hydropumpe ein um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegender Pumpendruck erzeugt wird, ist eine solche LUDV-Steueranordnung ein Sonderfall einer LS-Steueranordnung.
In der DE 103 32 120 A1 ist eine nach dem sogenannten EFM (Electronic-Flow-Matching)-Prinzip arbeitende hydraulische Steueranordnung offenbart, bei der die Hydropumpe in Abhängigkeit von einem von einer elektrischen Steuereinrichtung abgegebenen Steuersignal gesteuert wird, das unter Berücksichtigung der Drehzahl der Hydropumpe der Summe der individuellen Druckmittelmengen aller gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher entspricht, so dass die Hydropumpe die Summe der individuellen Druckmittelmengen fördert. Zwischen der Hydropumpe und jedem hydraulischen Verbraucher befindet sich eine Ventilanordnung, die wie bei einer LUDV-Steueranordnung eine Zumessblende und eine stromab der Zumessblende angeordnete Druckwaage umfasst, die vom Druck stromab der jeweiligen Zumessblende in Öffnungsrichtung und von dem höchsten Lastdruck in Schließrichtung beaufschlagbar ist. In Schließrichtung kann auch noch eine schwache Feder wirken. Die Zumessblenden sind von der elektrischen Steuereinrichtung derart mit Steuersignalen ansteuerbar, dass die Durchflussquerschnitte zueinander in denselben Verhältnissen stehen wie die individuellen Druckmittelmengen. Es kommt hier nicht darauf an, dass die Fördermenge der Hydropumpe und die Durchflussquerschnitte der Zumessblenden ganz genau aufeinander abgestimmt sind, da die Durchflussverteilung durch die Durchflussquerschnitte der Zumessblenden bestimmt ist und sich Abweichungen in der Fördermenge der Hydropumpe nicht in einem anderen Bewegungsablauf, sondern nur in der Geschwindigkeit des Bewegungsablaufs bemerkbar macht. Dies lässt sich jedoch leicht durch die Eingabe andere Sollwerte, was üblicherweise über einen Joystick geschieht, für die individuellen Druckmittelmengen korrigieren. Bei einer Unterversorgung werden auch bei der aus der DE 10332120 A1 bekannten EFM Steueranordnung die den einzelnen hydraulischen Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen unabhängig vom jeweiligen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher im Verhältnis der tatsächlichen Fördermenge zur gewünschten Fördermenge reduziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung mit den eingangs angeführten Merkmalen, derart weiterzuentwickeln, dass ein hydraulischer Verbraucher oder mehrere hydraulische Verbraucher gegenüber anderen hydraulischen Verbrauchern im Falle einer Unterversorgung bevorzugt mit hydraulischem Druckmittel versorgt werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Fall, dass gleichzeitig mehrere Zumessblenden angesteuert werden und bei einer Unterversorgung die Summe der individuellen Druckmittelmengen die maximale Fördermenge der Hydropumpe überschreitet, die gleichzeitig angesteuerten Zumessblenden zugunsten eines bevorzugt mit Druckmittel zu versorgenden hydraulischen Verbrauchers mit Steuersignalen ansteuerbar sind, deren Verhältnisse zueinander von den Verhältnissen der vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen abweichen. Bei einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung werden also im Falle einer Unterversorgung die Verhältnisse zwischen den Durchflussquerschnitten der gleichzeitig angesteuerten Zumessblenden im Vergleich zu den Durchflussquerschnitten, die den vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen entsprechen, verändert.
Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Die Verhältnisse zwischen den Durchflussquerschnitten können bei einer Unterversorgung dadurch verändert werden, dass der Durchflussquerschnitt einer einem bevorzugten hydraulischen Verbraucher zugeordneten Zumessblende bei gleicher vorgegebener Druckmittelmenge für diesen Verbraucher gegenüber dem Fall der ausreichenden Fördermenge vergrößert wird. Eine Vergrößerung des Durchflussquerschnitts ist allerdings nur bis zum maximalen Durchflussquerschnitt möglich. Außerdem kann das Verhalten eines hydraulischen Verbrauchers bei kleinen Durchflussquerschnitten stabiler als bei großen Durchflussquerschnitten sein.
Deshalb wird es besonders bevorzugt, wenn bei einer Unterversorgung der Durchflussquerschnitt einer einem nachrangigen hydraulischen Verbraucher zugeordneten Zumessblende bei gleicher vorgegebener Druckmittelmenge für diesen Verbraucher gegenüber dem Fall der ausreichenden Fördermenge verkleinert wird. Es können jedoch im Fall einer Unterversorgung auch gleichzeitig der Durchflussquerschnitt der Zumessblende eines bevorzugten hydraulischen Verbrauchers vergrößert und der Durchflussquerschnitt der Zumessblende eines nachrangigen hydraulischen Verbrauchers verkleinert sein.
Es ist auch möglich, im Fall einer Unterversorgung die einem bevorzugten hydraulischen Verbraucher zugeordnete Zumessblende und die einem nachrangigen hydraulischen Verbraucher zugeordnete Zumessblende derart anzusteuern, dass im Vergleich zum Fall einer ausreichenden Fördermenge das Verhältnis zwischen dem Steuersignal für die dem bevorzugten hydraulischen Verbraucher zugeordnete Zumessblende und dem Steuersignal für die dem nachrangigen hydraulischen Verbraucher zugeordnete Zumessblende vergrößert ist und die dem bevorzugten hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge verkleinert ist. Das heißt, dass im Fall der Unterversorgung dem bevorzugten hydraulischen Verbraucher zwar nicht die vorgegebene individuelle Druckmittelmenge zufließt, dass ihm jedoch im Verhältnis zum nachrangigen hydraulischen Verbraucher mehr Druckmittelmenge als bei ausreichender Fördermenge der Hydropumpe.
Es kann vorgesehen sein, dass im Fall einer Unterversorgung die Zumessblenden derart ansteuerbar sind, dass dem nachrangigen hydraulischen Verbraucher noch eine Mindestmenge an Druckmittel zufließt.
Es kann eine Gruppe mit mindestens zwei in gleicher Weise bevorzugten hydraulischen Verbrauchern vorhanden sein, wobei im Fall einer Unterversorgung die Steuersignale an die diesen in gleicher Weise bevorzugten hydraulischen Verbrauchern zugeordneten Zumessblenden im Vergleich zu den Steuersignalen bei ausreichender Fördermenge verhältnisgleich verändert werden.
Es kann auch eine Gruppe mit mindestens zwei in gleicher Weise nachrangigen hydraulischen Verbrauchern vorhanden sein, wobei im Falle einer Unterversorgung die Steuersignale an die diesen nachrangigen hydraulischen Verbrauchern zugeordneten Zumessblenden im Vergleich zu den Steuersignalen bei ausreichender Fördermenge verhältnisgleich verändert werden.
Bevorzugt fließt im Fall einer Unterversorgung der Gruppe der nachrangigen hydraulischen Verbraucher in Summe noch eine Mindestmenge zu.
Wird die Hydropumpe nicht mit einer konstanten Drehzahl angetrieben, wie dieses bei Anwendungen auf mobilen Arbeitsmaschinen normalerweise der Fall ist, so hat die elektronische Steuereinrichtung einen Eingang für ein die Drehzahl der Hydropumpe angebendes Signal hat. Mit Hilfe des bekannten maximalen Hubvolumens der Hydropumpe und der Drehzahl der Hydropumpe kann elektronische Steuereinrichtung die augenblickliche maximale Fördermenge ermitteln.
Grundsätzlich kann eine erfindungsgemäße hydraulische Steueranordnung derart ausgebildet sein, dass einem Regelventil der Hydropumpe der höchste Lastdruck zugeführt wird und die Hydropumpe wie bei den bekannten Load-Sensing-Steueranordnungen so geregelt wird, dass sie einen Volumenstrom fördert, der einen um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegenden Pumpendruck erzeugt. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung, bei der von der elektronischen Steuereinrichtung mit einem unter Berücksichtigung der Drehzahl der Hydropumpe der Summe der individuellen Druckmittelmengen entsprechendes Steuersignal die Hydropumpe derart volumenstromgeregelt steuerbar ist, dass diese die Summe der vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen fördert. Das Hubvolumen, auf das die Hydropumpe bei einer bestimmten Summe der individuellen Druckmittelmengen zu stellen ist, ergibt sich aus der Drehzahl und der Summe der vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen.
Jede Zumessblende ist vorteilhafterweise an einem Steuerschieber ausgebildet, der Steuerschieber elektrohydraulisch betätigbar ist.
Es kann mindestens ein Bedienungselement, zum Beispiel ein Joystick, zur Erzeugung von den individuellen Druckmittelmengen entsprechenden Signalen für die elektronische Steuereinrichtung vorhanden sein.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung, ein Diagramm mit einer beispielhaften Aufteilung einer maximalen Fördermenge einer Hydropumpe auf verschiedene hydraulische Verbraucher sowie ein ausführlicheres Schaltbild einer Hydropumpe, deren Hubvolumen elektronisch geregelt wird und die in einer hydraulischen Steueranordnung gemäß den 1 oder 2 verwendbar ist, sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem der höchste Lastdruck an die load-sensing geregelte Hydropumpe gemeldet wird und eine elektronische Steuereinheit die Zumessblenden ansteuert,
2 das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem eine elektronische Steuereinheit nicht nur die Zumessblenden ansteuert, sondern auch ein der Summe der für die hydraulischen Verbraucher vorgegebenen Druckmittelmengen entsprechendes elektrisches Signal an einen Pumpenregler gibt,
3 das Diagramm mit der beispielhaften Aufteilung einer maximalen Fördermenge einer Hydropumpe und
4 das Schaltbild einer Hydropumpe mit einem Schwenkwinkelsensor zusammen mit einem elektronischen Steuergerät.

Zu der hydraulischen Steueranordnung gemäß 1 gehört eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Hydropumpe 10, die einen Load-Sensing-Regler 11 aufweist und von der im Ausführungsbeispiel als hydraulische Verbraucher vier Hydrozylinder 12, 13, 14 und 15 mit Druckmittel versorgbar sind. Die Hydropumpe 10 ist zum Beispiel eine Axialkolbenpumpe und saugt Druckmittel aus einem Tank 16 an und gibt es in eine Pumpenleitung 17 ab. Der Load-Sensing-Regler 11 ist mit der Pumpenleitung 17 verbunden. Außerdem wird dem Load-Sensing-Regler 11 der höchste Lastdruck aller gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher gemeldet. Mit Hilfe des Load-Sensing-Reglers 11 wird das Hubvolumen der Hydropumpe 10 so eingestellt, dass der Druck in der Pumpenleitung 17 um eine bestimmte Druckdifferenz, dem sogenannte Pumpen-Ap, über dem höchsten Lastdruck liegt.
Zu der hydraulischen Steueranordnung gemäß 2 gehört eine Hydropumpe 20, die ebenfalls in ihrem Hubvolumen verstellbar ist und Druckmittel aus einem Tank 16 ansaugt und in eine Pumpenleitung 17 abgibt. Auch von der Hydropumpe 20 werden vier Hydrozylinder 12, 13, 14 und 15 mit Druckmittel versorgt. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Hydropumpe 20 allerdings nicht load-sensinggeregelt, sondern volumenstromgeregelt und weist zum Beispiel ein EP-Regelgerät 21 auf. Bei einer EP-Regelung wird das Hubvolumen einer Hydropumpe proportional zu einem elektrischen Signal, zum Beispiel proportional zur Höhe des durch einen Elektroproportionalmagneten fließenden elektrischen Stromes eingestellt.
Bei beiden hydraulischen Steueranordnungen ist der hydraulische Verbraucher 12 über eine Ventilanordnung 25, der hydraulische Verbraucher 13 über eine Ventilanordnung 26, der hydraulische Verbraucher 14 über eine Ventilanordnung 27 und der hydraulische Verbraucher 15 über eine Ventilanordnung 28 mit der Pumpenleitung 17 fluidisch verbindbar. Jede Ventilanordnung 25, 26, 27 und 28 weist eine elektrohydraulisch proportional verstellbare Zumessblende 30, die üblicherweise an einem Steuerschieber ausgebildet ist, der auch der Richtungssteuerung des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers dient, und eine Druckwaage 31 auf, die stromab der Zumessblende 30 zwischen dieser und dem jeweiligen hydraulischen Verbraucher angeordnet ist. Alle Druckwaagen 31 sind in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck aller gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher und eventuell von einer schwachen Feder und in Öffnungsrichtung von dem Druck beaufschlagt, der zwischen einer Zumessblende und einer Druckwaage ansteht. Sieht man von einer eventuell vorhanden schwachen Feder ab, so ist der Druck zwischen einer Zumessblende und einer Druckwaage gleich dem höchsten Lastdruck, da der Regelkolben einer Druckwaage jeweils eine Position einzunehmen sucht, in der an ihm ein Kräftegleichgewicht herrscht, und deshalb den zu einem hydraulischen Verbraucher fließenden Volumenstrom jeweils so stark androsselt, bis der in Öffnungsrichtung wirkende Druck gleich dem in Schließrichtung wirkenden höchsten Lastdruck ist. Weil alle Druckwaagen mit der gleichen Kraft in Schließrichtung beaufschlagt sind, steht stromab aller Zumessblenden derselbe Druck an, so dass über alle Zumessblenden dieselbe Druckdifferenz, nämlich die Differenz zwischen dem in der Pumpenleitung anstehenden Pumpendruck und dem Druck stromab der Zumessblenden besteht. Ändert sich der Pumpendruck, so ändert sich unabhängig vom individuellen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher die Druckdifferenz über alle angesteuerten Zumessblenden in gleicher Weise. Das bedeutet, dass bei einer Änderung des Pumpendrucks die Volumenstromverteilung zwischen den angesteuerten Zumessblenden lastdruckunabhängig erhalten bleibt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen wird der höchste Lastdruck über eine Kette von Wechselventilen 33 ausgewählt und auf die eine Seite der Druckwaagen 31 gegeben. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 wird der höchste Lastdruck zusätzlich an den Load-Sensing-Regler gemeldet. Letzteres ist nicht der Fall bei dem Ausführungsbeispiel nach 2.
In den 1 und 2 sind der Einfachheit halber die die Hydrozylinder mit Tank verbindenden Leitungen und Kanäle weggelassen, deren Durchflussquerschnitte ebenfalls über die Steuerschieber mit den Zumessblenden auf- oder zugesteuert werden.
Die hydraulische Steueranordnung nach 1 weist ein elektronisches Steuergerät 35 auf, das über elektrische Leitungen 37, 38, 39 und 40 mit nicht näher dargestellten elektrischen Aktuatoren, zum Beispiel mit Elektroproportionalmagneten verbunden ist, von denen jeder ein als Druckreduzierventil ausgebildetes Pilotventil betätigt. Der Durchflussquerschnitt einer Zumessblende 30 wird proportional zu einem elektrischen Signal eingestellt, das von dem elektronischen Steuergerät 35 generiert wird. Dem elektronischen Steuergerät 35 werden Steuersignale von einem Joystick 41 zugeführt, die die Sollsignale für den Durchflussquerschnitt der Zumessblenden, damit die Sollvolumenströme zu den Hydrozylindern und damit die Sollgeschwindigkeit, mit der sich ein Hydrozylinder bewegen soll, darstellen. Außerdem wird dem Steuergerät 35 noch ein die Drehzahl der Hydropumpe 20 repräsentierendes Eingangssignal 42 zugeführt.
Die hydraulische Steueranordnung nach 2 weist ein elektronisches Steuergerät 36 auf, das wie das Steuergerät 35 aus 1 über elektrische Leitungen 36, 37, 38 und 39 die Zumessblenden ansteuert. Außer den Signalen vom Joystick 41 wird auch dem Steuergerät 36 des Ausführungsbeispiels nach 2 ein die Drehzahl der Hydropumpe 20 repräsentierendes Eingangssignal 42 zugeführt. In dem Steuergerät 36 wird aus den über den Joystick 41 generierten Signalen für die den Hydrozylindern zufließenden individuellen Druckmittelmengen ein Summensignal gebildet, das der Summe aller vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen entspricht. Aus dem Summensignal wird in dem Steuergerät 36 unter Berücksichtigung der Drehzahl der Hydropumpe 20 ein Steuersignal für das EP-Regelgerät 21 der Hydropumpe 20 erzeugt, das ein solches Hubvolumen der Hydropumpe 20 einstellt, dass diese bei der gegebenen Drehzahl die Summe aller vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen fördert. Ändern sich die Drehzahl oder das Summensignal, so wird auch das Steuersignal für das EP-Regelgerät 21 verändert.
Bei beiden Ausführungsbeispielen steuern die Steuergeräte 35 und 36 über die elektrischen Leitungen 36, 37, 38 und 39 die Zumessblenden 30 der Ventilanordnungen 25, 26, 27 und 28 in Abhängigkeit von den über den Joystick 41 vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen derart an, dass sich an den Zumessblenden Durchflussquerschnitte ergeben, die im selben Verhältnis zueinander wie die vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen stehen. Nimmt man zum Beispiel an, dass gleichzeitig den beiden Hydrozylindern 12 und 13 dieselbe, erste Druckmittelmenge, dem Hydrozylinder 14 eine zweite Druckmittelmenge, die doppelt so groß wie die erste Druckmittelmenge ist, und dem Hydrozylinder 15 eine dritte Druckmittelmenge zufließen sollen, die dreimal so groß wie die erste Druckmittelmenge ist, so werden die Zumessblenden so angesteuert, dass sich ihre Durchflussquerschnitte wie eins zu eins zu zwei zu drei verhalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 sind dabei für bestimmte individuelle Druckmittelmengen ganz bestimmte Durchflussquerschnitte an den Zumessblenden einzustellen, da andere Durchflussquerschnitte zu einer stärkeren oder schwächeren Androsselung der Volumenströme, damit zu einer Änderung des Pumpendrucks und damit zu einer Änderung der Fördermenge der Hydropumpe 10 führen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 dagegen ist die Fördermenge der Hydropumpe 20 unabhängig davon, wie groß die Durchflussquerschnitte der Zumessblenden 30 bei vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen sind. Je nach Größe der Durchflussquerschnitte stellt sich ein höherer oder niedrigerer Pumpendruck ein. In der Praxis sind die Durchflussquerschnitte so gewählt, dass sich über die Zumessblenden ein Druckabfall im Bereich zwischen 10 bar und 20 bar einstellt, wie er auch über die Zumessblenden des Ausführungsbeispiels nach 1 besteht. Alternativ kann jeweils die Zumessblende, die dem hydraulischen Verbraucher mit der größten Volumenstromanforderung zugeordnet ist, ganz geöffnet werden, wobei die Zumessblenden der anderen gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher im selben Verhältnis weiter aufgemacht werden, wie dies in der DE 103 32 120 A1 beschrieben ist.
Bei einer Ansteuerung der Zumessblenden entsprechend den vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen würden in dem Fall, dass die Hydropumpe die Summe der vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen nicht fördern kann, also im Fall der Unterversorgung, die den hydraulischen Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen verhältnisgleich reduziert.
Erfindungsgemäß ist jedoch nun vorgesehen, dass im Fall der Unterversorgung bestimmte hydraulische Verbraucher im Verhältnis zu anderen hydraulischen Verbrauchern bevorzugt mit Druckmittel versorgt werden. Dazu sind bei den hydraulischen Steueranordnungen nach den 1 und 2 die gleichzeitig angesteuerten Zumessblenden zugunsten eines bevorzugt mit Druckmittel zu versorgenden hydraulischen Verbrauchers mit Steuersignalen ansteuerbar, deren Verhältnisse zueinander von den Verhältnissen der vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen abweichen. Dabei ist eine solche Ansteuerung möglich, dass einem bevorzugten hydraulischen Verbraucher auf jeden Fall die für ihn vorgegebene individuelle Druckmittelmenge zufließt. Denkbar ist es jedoch auch, dass die einem bevorzugten hydraulischen Verbraucher im Fall der Unterversorgung im Verhältnis weniger stark reduziert wird als für nachrangige hydraulische Verbraucher.
Beispielhaft sei angenommen, dass bei den hydraulischen Steueranordnungen gemäß den 1 und 2 der Hydrozylinder 12 ein bevorrechtigter hydraulischer Verbraucher sei, dem in jedem Fall die vorgegebene Druckmittelmenge zufließen soll. Die anderen Hydrozylinder 13, 14 und 15 seien gleichberechtigt. Die Hydropumpe 10 beziehungsweise 20 mag bei der vorliegenden Drehzahl maximal 180 Liter fördern können. Dem Hydrozylinder 12 sollen 80 Liter, dem Hydrozylinder 13 sollen 60 Liter, dem Hydrozylinder 14 sollen 40 Liter und dem Hydrozylinder 15 soll nichts zufließen. Die Literangaben beziehen sich immer auf 1 Minute. Somit werden im Moment in Summe 180 Liter angefordert. Unterversorgung liegt nicht vor und die Zumessblenden der Ventilanordnungen 25, 26 und 27 werden entsprechend den vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen geöffnet.
Mit dem Joystick 41 werden nun für den Hydrozylinder 14 anstatt 40 Liter auch 60 Liter wie für den Hydrozylinder 13 angefordert, so dass die Summe der vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen auf 200 Liter steigt. Im Steuergerät 35 beziehungsweise 36 wird festgestellt, dass Unterversorgung vorliegt. Je nachdem, welcher Ablauf im Steuergerät hinterlegt ist, wird nun die Ansteuerung der Zumessblenden in verschiedener Weise geändert. Es kann der Durchflussquerschnitt der dem Hydrozylinder 12 zugeordneten Zumessblende unverändert bleiben, während die Durchflussquerschnitte der den Hydrozylindern 13 und 14 zugeordneten Zumessblenden auf einen 50 Litern entsprechenden Durchflussquerschnitt reduziert werden. Es kann aber auch der Durchflussquerschnitt der dem Hydrozylinder 12 zugeordneten Zumessblende auf 96 Liter vergrö-ßert werden, während die Durchflussquerschnitte der den Hydrozylindern 13 und 14 zugeordneten Zumessblenden unverändert bleiben. Denkbar ist es auch, den Durchflussquerschnitt der einen Zumessblende zu vergrößern und die Durchflussquerschnitte der beiden anderen Zumessblenden zu verkleinern. Zum Beispiel kann der Durchflussquerschnitt der dem Hydrozylinder 12 zugeordneten Zumessblende entsprechend 88 Liter eingestellt werden. Die Durchflussquerschnitte der beiden anderen Zumessblenden entsprechen dann 55 Liter.
Das Diagramm gemäß 3 veranschaulicht als weiteres Beispiel ein Vorgehen, bei dem im Falle einer Unterversorgung nachrangige hydraulische Verbraucher noch mit einer Mindestmenge versorgt werden können und die den bevorzugten hydraulischen Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen im Verhältnis zu den per Joystick angeforderten Druckmittelmengen weniger stark reduziert sind als die Volumenströme zu den nachrangigen hydraulischen Verbrauchern. Die Mindestmenge für die nachrangigen hydraulischen Verbraucher kann ein prozentualer Anteil der bei der vorliegenden Drehzahl der Hydropumpe derzeit möglichen maximalen Fördermenge oder eine absolute Mindestmenge sein.
In 3 zeigt die Höhe eines eine Hydropumpe 44 symbolisierenden Rechtecks die maximale Fördermenge der Hydropumpe 44 an. In einem weiteren Rechteck 45 sind sechs hydraulische Verbraucher 46 bis 51 durch übereinanderliegende kleinere Rechtecke symbolisiert, wobei die Höhe eines kleineren Rechtecks die vorgegebene individuelle Druckmittelmenge für einen hydraulischen Verbraucher und die Höhe des Rechtecks 45 die Summe der für die sechs hydraulischen Verbraucher 46 bis 51 vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen symbolisieren. Die sechs hydraulischen Verbraucher sind in zwei Gruppen aufgeteilt, nämlich eine Gruppe mit den hydraulischen Verbrauchern 46, 47 und 48 und eine Gruppe mit den hydraulischen Verbrauchern 49, 50 und 51, die gegenüber den Verbrauchern 46, 47 und 48 nachrangig sind, aber im Fall der Unterversorgung insgesamt noch mit einer Mindestmenge versorgt werden sollen. Die hydraulischen Verbraucher innerhalb einer Gruppe sind gleichberechtigt.
Man erkennt an der Höhe der kleinen Rechtecke, dass für alle sechs hydraulischen Verbraucher 46 bis 51 gleiche Druckmittelmengen angefordert werden. Und man erkannt an der Höhe des Rechtecks 45, dass die Summe der angeforderten Druckmittelmengen die maximale Fördermenge der Hydropumpe 45 weit übersteigt. Wie nun die maximale Fördermenge der Hydropumpe 44 verteilt wird, wird anhand des Rechtecks 52 deutlich, dessen Höhe der Höhe der Hydropumpe 44 entspricht und damit die maximale Fördermenge der Hydropumpe 44 symbolisiert. In das Rechteck 52 sind übereinander sechs kleinere Rechtecke eingezeichnet, die an sich die sechs Verbraucher 46 bis 51 darstellen und deren Höhe ein Maß für die einem hydraulischen Verbraucher tatsächlich zufließende Druckmittelmenge ist. Man erkennt, dass die für die untereinander gleichberechtigten hydraulischen Verbraucher 49, 50 und 51 in Summe vorgesehene Mindestmenge gleichmäßig auf diese hydraulischen Verbraucher verteilt ist. Man erkannt weiterhin, dass die noch für eine Verteilung zur Verfügung stehende Restmenge gleichmäßig auf die untereinander gleichberechtigten hydraulische Verbraucher 46, 47 und 48 verteilt ist, wobei jedem bevorzugten hydraulischen Verbrauchern 46, 47 und 48 eine größere Druckmittelmenge als jedem nachrangigen hydraulischen Verbraucher 49, 50 und 51 zufließt.
Auch hier sei ein zahlenmäßiges Beispiel betrachtet, wobei die maximale Fördermenge der Hydropumpe wiederum 180 Liter sei. Den hydraulischen Verbrauchern 49, 50 und 51 sollen auch im Fall einer Unterversorgung 60 Liter zufließen. Über einen oder mehrere Joysticks seien nun für alle hydraulischen Verbraucher gleiche Druckmittelmengen von 60 Litern angefordert. Die Summe der angeforderten Druckmittelmengen ist also 360 Liter und übersteigt weit die maximale Fördermenge der Hydropumpe. Deshalb werden die Zumessblenden so angesteuert, dass jedem der hydraulischen Verbraucher 49, 50 und 51 20 Liter und jedem der hydraulischen Verbraucher 46, 47 und 48 40 Liter an Druckmittel zufließen. Die Zumessblenden werden also so angesteuert, dass der Durchflussquerschnitt der den bevorzugten hydraulischen Verbrauchern 46, 47 und 48 zugeordneten Zumessblenden doppelt so groß wie der Durchflussquerschnitt der den nachrangigen hydraulischen Verbrauchern 49, 50 und 51 zugeordneten Zumessblenden ist. Man könnte also den Durchflussquerschnitt der den bevorzugten hydraulischen Verbrauchern 46, 47 und 48 zugeordneten Zumessblenden auf einen Wert stellen, wie er für 60 Liter bei ausreichender Versorgung vorgesehen ist, und den Durchflussquerschnitt der den nachrangigen hydraulischen Verbrauchern 49, 50 und 51 zugeordneten Zumessblenden auf einen Wert stellen, wie er für 30 Liter bei ausreichender Versorgung vorgesehen ist.
Das Schaltbild gemäß 4 symbolisiert eine Axialkolbenmaschine 60 in Schrägscheibenbauweise, wobei der Schwenkwinkel der Schrägscheibe und damit das Hubvolumen der Hydropumpe 60 geregelt sind. Die Schrägscheibe ist über null verstellbar, so dass die Axialkolbenmaschine 60 ohne Drehrichtungsumkehr sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor betreibbar ist. Im Folgenden sei die Axialkolbenmaschine 60 kurz als Hydropumpe 60 bezeichnet. Diese hat einen Tankanschluss S und einen Druckanschluss A. Die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Schrägscheibe umfasst einen Stellkolben 62, der in die eine Verstellrichtung wirkt, und einen Gegenkolben 63, der zusammen mit einer Feder 64 in die Gegenrichtung wirkt und dessen wirksame Fläche kleiner ist als die wirksame Fläche des Stellkolbens 62. Über ein Wechselventil 65 wird ermittelt, ob der Druck im Druckanschluss A oder ein an einem Anschluss P anstehender Fremddruck der höhere Druck ist. Der jeweils höhere Druck beaufschlagt den Gegenkolben 64. Aufgrund der Feder 63 nimmt die Schrägscheibe eine Endlage ein, wenn die Hydropumpe 60 außer Betrieb ist. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe wird durch einen Schwenkwinkelsensor 66 erfasst, der ein entsprechendes elektrisches Signal an ein elektronisches Steuergerät 67 gibt. Neben dem Schwenkwinkelsensor 66 ist noch ein Drucksensor 68 vorhanden, mit dem der Druck im Druckanschluss A erfassbar ist und von dem ebenfalls ein elektrisches Signal an das Steuergerät 67 gegeben wird. Es sind somit auch eine Druckregelung und eine Leistungsregelung der Hydropumpe 60 möglich.
Der Zufluss und der Abfluss von Druckmittel zu und aus einer Stellkammer, in die der Stellkolben 62 eintaucht, wird durch ein proportional verstellbares 3/2 Wegeventil 70 gesteuert, das in einer Ruhestellung, die es unter der Wirkung einer Druckfeder 71 einnimmt, die Stellkammer mit seinem Druckanschluss verbindet, an dem ebenfalls der vom Wechselventil 65 ausgewählte höhere Druck ansteht. Durch einen Proportionalelektromagneten 72 kann des 3/2 Wegeventil 70 in eine Stellung gebracht werden, in der Druckmittel aus der Stellkammer in des Innere des Gehäuses der Hydropumpe und von dort über eine Tankanschluss T weiter zu einem Tank abfließen kann. Der Proportionalelektromagnet 72 wird entsprechend den Vorgaben durch einen in 4 nicht dargestellten Joystick, der Drehzahl der Hydropumpe 60 und dem von dem Schwenkwinkelsensor 66 abgegebenen Signal von dem elektronischen Steuergerät 67 so angesteuert, dass die Hydropumpe 60 die Summe der angeforderten individuellen Druckmittelmengen fördert.
Die Ansteuerung von Zumessblenden durch das elektronische Steuergerät 67 erfolgt mit einer Hydropumpe gemäß 4 im Fall einer ausreichenden geförderten Druckmittelmenge und im Fall einer Untersättigung genauso wie bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 durch das Steuergerät 35 beziehungsweise durch das Steuergerät 36.
Bezugszeichenliste

10: Hydropumpe
11: Load-Sensing-Regler
12: Hydrozylinder
13: Hydrozylinder
14: Hydrozylinder
15: Hydrozylinder
16: Tank
17: Pumpenleitung
20: Hydropumpe
21: EP-Regelgerät
25: Ventilanordnung
26: Ventilanordnung
27: Ventilanordnung
28: Ventilanordnung
30: Zumessblende
31: Druckwaage
33: Wechselventil
35: elektronisches Steuergerät
36: elektronisches Steuergerät
37: elektrische Leitung
38: elektrische Leitung
39: elektrische Leitung
40: elektrische Leitung
41: Joystick
42: Eingangssignal Drehzahl
44: Hydropumpe
45: Rechteck
46: hydraulischer Verbraucher
47: hydraulischer Verbraucher
48: hydraulischer Verbraucher
49: hydraulischer Verbraucher
50: hydraulischer Verbraucher
51: hydraulischer Verbraucher
52: Rechteck
60: Hydropumpe
62: Stellkolben
63: Gegenkolben
64: Feder
65: Wechselventil
66: Schwenkwinkelsensor
67: elektronisches Steuergerät
68: Drucksensor
70: 3/2 Wegeventil
71: Druckfeder
72: Proportionalelektromagnet
S: Tankanschluss
A: Druckanschluss
P: Fremddruckanschluss
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 19714141 A1 [0002]
EP 566449 B1 [0003]
DE 10332120 A1 [0004, 0030]

Claims

Hydraulische Steueranordnung, mit der wenigstens zwei hydraulische Verbraucher (12, 13, 14, 15; 46, 47, 48, 49, 50, 51) gleichzeitig mit vorgebbaren individuellen Druckmittelmengen versorgbar sind und die aufweist eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Hydropumpe (10, 20, 44), von der die Summe der individuellen Druckmittelmengen förderbar ist, wenigstens zwei Ventilanordnungen (25, 26, 27, 28), von denen jede eine Zumessblende (30) und eine stromab der Zumessblende (30) angeordnete Druckwaage (31) umfasst, die vom Druck stromab der jeweiligen Zumessblende (30) in Öffnungsrichtung und von dem höchsten Lastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck in Schließrichtung beaufschlagbar ist, und von denen jede zwischen einer von der Hydropumpe (10, 20, 44) abgehenden Pumpenleitung (17) und einem hydraulischen Verbraucher (12, 13, 14, 15; 46, 47, 48, 49, 50, 51) angeordnet ist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (35, 36), von der die Zumessblenden (30) derart mit Steuersignalen ansteuerbar sind, dass deren Durchflussquerschnitte zueinander in denselben Verhältnissen stehen wie die individuellen Druckmittelmengen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass gleichzeitig mehrere Zumessblenden (30) angesteuert werden und bei einer Unterversorgung die Summe der individuellen Druckmittelmengen die maximale Fördermenge der Hydropumpe (10, 20, 44) überschreitet, die gleichzeitig angesteuerten Zumessblenden (30) zugunsten eines bevorzugt mit Druckmittel zu versorgenden hydraulischen Verbrauchers (12; 46, 47, 48) mit Steuersignalen ansteuerbar sind, deren Verhältnisse zueinander von den Verhältnissen der vorgegebenen individuellen Druckmittelmengen abweichen.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei bei einer Unterversorgung der Durchflussquerschnitt einer einem bevorzugten hydraulischen Verbraucher (12; 46, 47, 48) zugeordneten Zumessblende (30) bei gleicher vorgegebener Druckmittelmenge für diesen Verbraucher (12; 46, 47, 48) gegenüber dem Fall der ausreichenden Fördermenge vergrößert wird.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei bei einer Unterversorgung der Durchflussquerschnitt einer einem nachrangigen hydraulischen Verbraucher (13, 14, 15; 49, 50, 51) zugeordneten Zumessblende (30) bei gleicher vorgegebener Druckmittelmenge für diesen Verbraucher (13, 14, 15; 49, 50, 51) gegenüber dem Fall der ausreichenden Fördermenge verkleinert wird.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei im Fall der Unterversorgung die einem bevorzugten hydraulischen Verbraucher (12; 46, 47, 48) zugeordnete Zumessblende (30) und die einem nachrangigen hydraulischen Verbraucher (13, 14, 15; 49, 50, 51) zugeordnete Zumessblende (30) derart ansteuerbar sind, dass im Vergleich zum Fall einer ausreichenden Fördermenge das Verhältnis zwischen dem Steuersignal für die dem bevorzugten hydraulischen Verbraucher (12; 46, 47, 48) zugeordnete Zumessblende (30) und dem Steuersignal für die dem nachrangigen hydraulischen Verbraucher (13, 14, 15; 49, 50, 51) zugeordnete Zumessblende (30) vergrößert ist und die dem bevorzugten hydraulischen Verbraucher (12; 46, 47, 48) zufließende Druckmittelmenge verkleinert ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei die Zumessblenden (30) derart ansteuerbar sind, dass dem nachrangigen hydraulischen Verbraucher (13, 14, 15; 49, 50, 51) noch eine Mindestmenge an Druckmittel zufließt.
Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei eine Gruppe mit mindestens zwei in gleicher Weise bevorzugten hydraulischen Verbrauchern (46, 47, 48) vorhanden ist und wobei im Falle einer Unterversorgung die Steuersignale an die diesen in gleicher Weise bevorzugten hydraulischen Verbrauchern (46, 47, 48) zugeordneten Zumessblenden (30) im Vergleich zu den Steuersignalen bei ausreichender Fördermenge verhältnisgleich verändert werden.
Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei eine Gruppe mit mindestens zwei in gleicher Weise nachrangigen hydraulischen Verbrauchern (49, 50, 51) vorhanden ist und wobei im Falle einer Unterversorgung die Steuersignale an die diesen nachrangigen hydraulischen Verbrauchern (49, 50, 51) zugeordneten Zumessblenden (30) im Vergleich zu den Steuersignalen bei ausreichender Fördermenge verhältnisgleich verändert werden.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 7, wobei im Falle einer Unterversorgung der Gruppe der nachrangigen hydraulischen Verbraucher (49, 50, 51) in Summe noch eine Mindestmenge zufließt.
Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die elektronische Steuereinrichtung (35, 36) einen Eingang für ein die Drehzahl der Hydropumpe (10, 20) angebendes Signal hat.
Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei von der elektronischen Steuereinrichtung (35, 36) mit einem unter Berücksichtigung der Drehzahl der Hydropumpe (20) der Summe der individuellen Druckmittelmengen entsprechendes Steuersignal die Hydropumpe (20) derart volumenstromgeregelt steuerbar ist, dass diese die Summe der individuellen Druckmittelmengen fördert.
Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Zumessblenden jeweils an einem Steuerschieber ausgebildet sind und wobei der Steuerschieber elektrohydraulisch betätigbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei mindestens ein Bedienungselement (41) zur Erzeugung von den individuellen Druckmittelmengen entsprechenden Signalen für die elektronische Steuereinrichtung (35, 36) vorhanden ist.