DE10342037A1 - Steueranordnung und Verfahren zur Druckmittelversorgung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern - Google Patents
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Abstract
Offenbart sind eine Steueranordnung und ein Verfahren zur Druckmittelversorgung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern, die über eine Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden. Im Druckmittelströmungspfad zwischen den Verbrauchern und der Verstellpumpe ist jeweils eine Zumessblende vorgesehen. Die Einstellung der Verstellpumpe und der Zumessblenden erfolgt elektronisch über eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den von einem Bediener eingegebenen Sollwerten. Erfindungsgemäß wird die dem lastdruckhöchsten Verbraucher zugeordnete Zumessblende vollständig aufgesteuert, so dass der Druckverlust über dieser Zumessblende minimal ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung derartiger Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
- Zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher werden Hydrauliksysteme eingesetzt, bei denen die Verbraucher über eine Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen (Verstellpumpe) mit Druckmittel versorgt werden. Zwischen der Verstellpumpe und jedem Verbraucher wird häufig eine Zumessblende und eine Druckwaage vorgesehen, wobei letztere der Zumessblende vor- oder nachgeschaltet sein kann. Man unterscheidet dabei nach dem Stromreglerprinzip arbeitende LS-Systeme und nach dem Stromteilerprinzip arbeitende Systeme, bei denen die Druckwaage der Zumessblende stets nachgeschaltet ist. Diese Stromteilersysteme bezeichnet man auch als LUDV-Systeme, die eine Untergruppe der LS-Systeme darstellen. Bei den LS-Systemen wird die Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der betätigten hydraulischen Verbraucher so eingestellt, dass der Zulaufdruck um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt.
- Bei LUDV-Systemen werden die nachgeschalteten Druckwaagen in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jeweiligen Zumessblende und in Schließrichtung von einem Steuerdruck, der üblicherweise dem höchsten Lastdruck aller angesteuerten Verbraucher entspricht, beaufschlagt. Wenn bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydrau lischer Verbraucher die Zumessblenden so weit aufgemacht werden, dass die von der bis zum Anschlag verstellten Hydropumpe gelieferte Druckmittelmenge kleiner ist als die insgesamt geforderte Druckmittelmenge, werden die den einzelnen hydraulischen Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen unabhängig vom jeweiligen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher verhältnisgleich reduziert (lastunabhängige Durchflussverteilung).
- Bei nach dem Stromreglerprinzip arbeitenden Systemen wird die der Zumessblende vor- oder nachgeschaltete Druckwaage in Schließrichtung vom Druck vor der Zumessblende und in Öffnungsrichtung vom individuellen Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers beaufschlagt, so dass man keine lastunabhängige Durchflussverteilung erhält. Bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher und nicht ausreichend von der Verstellpumpe gelieferter Druckmittelmenge wird dabei nur die dem lastdruckhöchsten Verbraucher zufließende Druckmittelmenge reduziert.
- Eine derartige Steueranordnung ist beispielsweise in der
EP 0 972 138 B1 offenbart, wobei die Druckwaagen den Zumessblenden vorgeschaltet sind. In derDE 100 27 382 A1 ist eine LS-Steueranordnung dargestellt, bei der die Druckwaagen den Zumessblenden nachgeschaltet sind. - Bei allen vorbeschriebenen LS-/LUDV-Systemen wird die Verstellpumpe in Abhängigkeit vom über eine LS-Leitung abgegriffenen höchsten Lastdruck derart angesteuert, dass sich in der Pumpenleitung ein Druck einstellt, der um eine zur Kraft einer Regelfeder eines Pumpenregelventils äquivalenten Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt. In der Zeitschrift O + P "Ölhydraulik und Pneumatik" 38 (1994), Nr. 8, Seiten 473ff wird ein sogenanntes elektrohydraulisches LS-System beschrieben, bei dem die Regelung der Pumpeneinstellung elektronisch durchgeführt wird. Dabei werden über Sensoren unter anderem die an den Verbrauchern wirksamen Drücke, der Pumpendruck, die Antriebsdrehzahl und das Antriebsmoment der Verstellpumpe erfasst und in Abhängigkeit von bspw. über einen Joystick vorgegebenen Sollwerten Stellsignale an das Pumpenregelventil und die den Verbrauchern vorgeschalteten Proportionalventile abgegeben. In diesem bekannten elektrohydraulischen System wird die Funktion der den Zumessblenden zugeordneten Individualdruckwaagen elektronisch realisiert.
- Auch bei dieser Lösung wird der Pumpendruck so eingestellt, dass er um eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb des höchsten Lastdruckes liegt, so dass bei dieser Art der Ansteuerung entsprechende Systemverluste auftreten.
- In der
EP 0 275 969 B1 ist eine elektrohydraulische LS-Steueranordnung gezeigt, bei der die Individualdruckwaagen den Zumessblenden vorgeschaltet sind. Bei diesem bekannten Verfahren werden die über Stellglieder, beispielsweise Joysticks eingestellten Sollwerte für die Zumessblenden erfasst und daraus ein Gesamtvolumenstrom ermittelt. Die Ansteuerung der Verstellpumpe erfolgt dann derart, dass sich eine leichte Unterversorgung einstellt, so dass die Zumessblende des lastdruckhöchsten Verbrauchers geöffnet und somit die vorgenannte Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck verringert ist. Durch diese Unterversorgung wird jedoch die Betätigungsgeschwindigkeit der Verbraucher verringert. - Aus der
DE 35 46 336 C2 und derDE 36 44 736 A1 sind elektrohydraulische LS-Systeme bekannt, bei denen der Gesamtvolumenstrom entweder aus den Auslenkungen der die Zumessblenden ausbildenden Wegeventile oder aus den Einstellungen des Sollwertgebers (Joysticks) ermittelt und dieser Summenvolumenstrom mit einer maximalen Fördermenge der Pumpe verglichen wird. In dem Fall, in dem mehr Fördermenge angefordert wird, wird der Hub aller angesteuerten Wegeventile elektrisch so weit verringert, dass die jeweiligen Durchflüsse verhältnisgleich reduziert werden und somit die eingestellte Bahnkurve der angesteuerten Verbraucher bei verringerter Verstellgeschwindigkeit erhalten bleibt. - Auch bei diesen Lösungen tritt an der Zumessblende des am höchsten belasteten Verbrauchers ein Druckverlust auf, der dem Unterschied zwischen dem Pumpendruck und dem individuellen Lastdruck entspricht.
- Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung und ein Verfahren zur Druckmittelversorgung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern derart weiterzubilden, dass eine Ansteuerung mehrerer Verbraucher mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bei verringerten Energieverlusten ermöglicht ist.
- Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Steueranordnung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.
- Erfindungsgemäß werden die individuellen Lastdrücke der Verbraucher über geeignete Sensoren erfasst und aus diesen Signalen der lastdruckhöchste Verbraucher ermittelt. Die dem lastdruckhöchsten Verbraucher zugeordnete Zumessblende wird von der sich aus dem vorgegebenen Sollwert ergebenden Einstellung vollständig auf gesteuert, so dass der Druckverlust über der dem lasthöchsten Verbraucher zugeordneten Zumessblende minimal ist. Bei hinreichend genauer Abstimmung zwischen den durch die Sollwerte vorgegebenen Druckmittelvolumenströmen durch die Zumessblenden und der Fördermenge entsteht an der Zumessblende des lasthöchsten Verbrauchers nur noch eine minimale Druckdifferenz. In dem Fall, in dem dieser Zumessblende eine Individualdruckwaage zugeordnet ist, ist diese ebenfalls ganz aufgesteuert, da auch eine geringe Übermenge des von der Pumpe geförderten Druckmittelvolumenstroms an der vollständig geöffneten Zumessblende keinen Druckabfall erzeugen kann, der die Druckwaage gegen die Kraft einer dieser zugeordneten Regelfeder in Schließrichtung verstellen könnte.
- Die erfindungsgemäße Steueranordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Steueranordnungen verwendet werden, bei denen die Individualdruckwaagen stromaufwärts oder stromabwärts der Zumessblenden angeordnet sind.
- In dem Fall, in dem die erfindungsgemäße Steueranordnung mit einem weiteren Sensor zur Erfassung des Systemdrucks, d.h. des Drucks stromaufwärts der Zumessblenden ausgeführt ist, kann über die von den Drucksensoren erfassten Signale die Druckdifferenz über den jeweiligen Zumessblenden ermittelt werden. Über die Elektronik der Steueranordnung werden die Zumessblenden dann so verstellt, dass der gewünschte Druckmittelvolumenstrom zu den Verbrauchern fließt. D.h. bei einer derartigen Variante wird die Funktion der Individualdruckwaagen elektronisch realisiert, wobei allerdings im Gegensatz zu der eingangs genannten Druckschrift (O + P) die Zumessblende des lastdruckhöchsten Verbrauchers stets vollständig aufgesteuert wird, so dass die Energieverluste gegenüber der bekannten Lösung verringert sind.
- Alternativ zu der vorbeschriebenen Lösung, bei der die Funktion der Individualdruckwaagen softwaremäßig erfüllt wird, kann die Steueranordnung mit den Zumessblenden vor- oder nachgeschalteten Individualdruckwaagen ausgeführt sein, die jeweils in Schließrichtung vom Druck stromaufwärts der Zumessblende und in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der Zumessblende beaufschlagt sind.
- Bei der Variante, bei der die Druckwaagen stromabwärts der Zumessblenden angeordnet werden, ergibt sich ein Aufbau, der ähnlich ist zu demjenigen von LUDV-Wegeventilen. Dies ermöglicht es, für die erfindungsgemäße Steueranordnung und LUDV-Steueranordnungen gleiche oder zumindest ähnliche Gehäuse als Halbfabrikate vorzusehen, so dass die Fertigungskosten verringert werden können.
- Im Fall einer ziehenden Last kann dies über die erfindungsgemäß verwendeten Sensoren erfasst und die Verstellpumpe zurückgestellt werden und das Druckmittel über Nachsaugventile in die Niederdruckseite der Verbraucher nachgesaugt werden.
- Beim erfindungsgemäßen Verfahren können im Fall einer Unterversorgung die Durchflüsse der den lastniedrigeren Verbrauchern zugeordneten Zumessblenden verhältnisgleich verringert werden. Diese Verringerung erfolgt vorzugsweise im Verhältnis der maximalen Pumpenfördermenge zur gewünschten Sollmenge.
- Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Lastdrücke gleichzeitig betätigter Verbraucher verglichen und in dem Fall, in dem diese Lastdrücke sich um weniger als das Regel-Δp der Druckwaagen unterscheiden, die Zumessblende des lastdruckniedrigeren Verbrauchers weiter aufgemacht als dies vom Sollwert vorgegeben ist, so dass diese Druckdifferenz ausgeglichen wird.
- Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Steueranordnung mit den Zumessblenden nachgeschalteten Individualdruckwaagen; -
2 eine Variante der Steueranordnung aus1 mit vorgeschalteter Individualdruckwaage; -
3 eine Steueranordnung, bei der die Funktion der Individualdruckwaagen elektronisch realisiert ist und -
4 eine Steueranordnung mit den Zumessblenden nachgeschalteten Individualdruckwaagen. - Die in
1 dargestellte Steueranordnung1 arbeitet nach dem Stromreglerprinzip, bei dem mehrere Stromregler parallel geschaltet sind. Die dargestellte Steueranordnung1 hat eine Verstellpumpe2 , über die zwei oder mehrere Verbraucher4 ,6 mit Druckmittel versorgbar sind. Deren Ansteuerung erfolgt mittels eines Steuergerätes, beispielsweise eines Joysticks8 , über den Steuersignale an eine elektronische Steuereinrichtung10 abgegeben werden. Diese Signale stellen einen Befehl dar, die Verbraucher mit einer bestimmten Geschwindigkeit und entlang einer bestimmten Bewegungsbahn zu bewegen. - Der Ausgang der Verstellpumpe
2 ist an eine Pumpenleitung12 angeschlossen, die in zwei Zulaufleitungen14 ,16 verzweigt. In jeder Zulaufleitung14 ,16 ist eine elektronisch proportional verstellbare Zumessblende18 bzw.20 angeordnet, die jeweils über einen Proportionalmagneten22 verstellbar sind, der über die Steuereinrichtung10 angesteuert wird. - Den beispielsweise durch ein Proportionalventil gebildeten Zumessblenden
18 ,20 ist jeweils eine Druckwaage24 bzw.26 nachgeschaltet, die in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Regelfeder sowie dem Druck stromabwärts der Zumessblenden18 ,20 und in Schließrichtung von dem Pumpen- oder Systemdruck beaufschlagt ist, der über eine sich verzweigende Steuerleitung28 von der Pumpenleitung12 abgegriffen ist. - Die Ausgänge der Druckwaagen
24 ,26 sind über Vorlaufleitungen30 bzw.32 mit den Verbrauchern4 ,6 verbunden. Im vorliegenden Fall sind diese Verbraucher4 ,6 Hydraulikzylinder, deren Zylinderräume an die Vorlaufleitung30 bzw.32 angeschlossen sind. In dem Hydraulikschaubild gemäß1 sind der Einfachheit halber die die Zylinderräume mit dem Tank T verbindenden Rücklauf- und Ablaufleitungen weggelassen, deren Durchflussquerschnitte ebenfalls über das die Zumessblende18 ,20 ausbildende Proportionalventil auf- oder zugesteuert werden. - Erfindungsgemäß werden die Lastdrücke der Verbraucher
4 ,6 erfasst und in Abhängigkeit von diesen Lastdrücken die Einstellung der Zumessblenden18 ,20 geändert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden diese Lastdrücke durch Drucksensoren34 ,36 erfasst, die in den Vorlaufleitungen30 ,32 angeordnet sind und deren Signale von der Steuereinrichtung10 verarbeitet werden. Gemäß der Darstellung in1 sind die Drucksensoren34 ,36 sowie der Joystick8 über Signalleitungen mit der Steuer einrichtung10 verbunden, über die dann entsprechend der vorgegebenen Sollwerte und der erfassten Lastdrücke Steuersignale über Signalleitungen an das elektrisch betätigte Pumpenregelventil sowie die beiden proportional verstellbaren Zumessblenden18 ,20 abgegeben werden. - Anstelle einer Verstellpumpe mit veränderlichem Schwenkwinkel kann beispielsweise auch eine Konstantpumpe mit drehzahlveränderlichem Antrieb verwendet werden.
- Die Verstellpumpe
2 ist vorzugsweise mit einem Drucksensor zur Erfassung des Pumpendrucks, einem Drehzahlsensor zur Erfassung der Pumpendrehzahl und einem Schwenkwinkelsensor zur Erfassung des Pumpenschwenkwinkels ausgeführt. In der Steuereinrichtung sind des weiteren die Kennlinien der Verstellpumpe2 und der beiden proportional verstellbaren Zumessblenden18 ,20 abgelegt, so dass mit Hilfe aller oder einiger der vorgenannten Sensoren und Kennlinien eine äußerst exakte Volumenstromsteuerung über die Verstellpumpe2 möglich ist. Die Funktion der erfindungsgemäßen Steueranordnung ist wie folgt. - Zur Betätigung der beiden Verbraucher
4 ,6 werden durch den Bediener über einen oder mehrere Joysticks8 Steuersignale erzeugt, die an die Steuereinrichtung10 abgegeben werden. Zur entsprechenden Ansteuerung der Verbraucher4 ,6 muss die Verstellpumpe2 einen bestimmten Druckmittelvolumenstrom bereitstellen, der der Summe der über den Joystick8 eingestellten Soll-Volumenströme entspricht. D.h. die Verstellpumpe2 muss in Abhängigkeit von der Einstellung des Joysticks8 auf einen Schwenkwinkel verstellt werden, bei dem dieser Summenvolumenstrom geliefert wird. Die entsprechende Einstellung der Verstellpumpe2 kann in Abhängigkeit von dem Sollwert auf einfache weise durch Erfassung des aktuellen Pumpen drucks, der aktuellen Pumpendrehzahl und des eingestellten Schwenkwinkels über die Pumpenkennlinie erfolgen. - Erfindungsgemäß erhält der Pumpenregler somit kein Drucksignal, das in der Regel dem höchsten Lastdruck entspricht, sondern die Ansteuerung der Verstellpumpe
2 erfolgt in Abhängigkeit von den Sollwerten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Lastdrücke über komplexe Wechselventilanordnungen an den Verbrauchern abzugreifen und über vergleichsweise lange Leitungen zur Verstellpumpe2 zu führen. - Durch die Sollwerteinstellung über dem Joystick
8 können Volumenstromfehler aufgrund volumetrischer Verluste der Verstellpumpe2 ausgeglichen werden, da der Bediener sofort über den Joystick8 nachregelt, falls die Verbraucher4 ,6 nicht mit der gewünschten Geschwindigkeit betätigt werden. Der höchste Lastdruck stellt sich dann entsprechend an dem am höchsten belasteten Verbraucher ein und die Druckdifferenz zu den niedriger belasteten Verbrauchern wird durch Stromregelung an den Individualdruckwaagen24 ,26 weggedrosselt. - Erfindungsgemäß wird über die Drucksensoren
34 ,36 derjenige Verbraucher ermittelt, an dem der höchste Lastdruck anliegt. Hierzu werden in der Steuereinrichtung10 die von den Drucksensoren34 ,36 erfassten Signale miteinander verglichen und an diejenige Zumessblende18 ,20 , die demjenigen Verbraucher4 ,6 mit dem höchsten Lastdruck zugeordnet ist, ein Steuersignal abgegeben, durch das diese Zumessblende18 ,20 vollständig geöffnet wird. An dieser Zumessblende18 ,20 entsteht dann nur noch eine minimale Druckdifferenz, so dass die Systemverluste gegenüber den eingangs beschriebenen Regelungen verringert sind. Die zugeordnete Druckwaage24 bzw.26 des lastdruckhöchsten Verbrauchers4 bzw.6 ist dann ebenfalls ganz geöffnet, da die Druckdifferenz über der zugeordneten Zumessblende18 bzw.22 nicht ausreicht, um die Druckwaage gegen die Kraft der Regelfeder in Schließrichtung zu verstellen. - Bei dem in
1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stromreglerschaltung mit den den Zumessblenden18 ,20 nachgeschalteten Druckwaagen24 ,26 ausgeführt. Da bei den eingangs beschriebenen LUDV-Systemen die Druckwaagen stets den Zumessblenden nachgeschaltet sein müssen, können für das in1 dargestellte System und für LUDV-Systeme identische oder nur geringfügig abgewandelte Gehäuse verwendet werden. - Wie in
2 angedeutet, lässt sich die erfindungsgemäße Steueranordnung auch bei Schaltungen realisieren, bei denen die Individualdruckwaagen24 ,26 den Zumessblenden18 bzw.20 vorgeschaltet sind. Auch diese Druckwaagen sind in Öffnungsrichtung von dem Druck stromabwärts der Zumessblenden18 ,20 und in Schließrichtung von dem Druck stromaufwärts der Zumessblenden18 ,20 , d.h. dem von der Verstellpumpe2 gelieferten Pumpendruck beaufschlagt. Der sonstige Aufbau und die Funktion der in2 dargestellten Steueranordnung entsprechen dem Ausführungsbeispiel gemäß1 , so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. - In
3 ist eine Variante dargestellt, bei der den Zumessblenden18 ,20 keine Individualdruckwaagen zugeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Funktion der Individualdruckwaagen praktisch durch die Elektronik übernommen. Hierzu muss über einen weiteren Drucksensor38 der Druck in der Pumpenleitung12 , d.h. der Druck stromaufwärts der Zumessblenden18 ,20 erfasst werden. Aus diesem Druck und den über die Drucksensoren34 ,36 erfassten Drücken stromabwärts der Zumessblenden18 ,20 lässt sich dann der Druckabfall über den Zumessblenden18 ,20 berechnen. In Kenntnis dieser Druckabfälle über den Zumessblenden18 ,20 kann dann über die Steuereinrichtung10 mit Hilfe der gespeicherten Kennlinien der Durchflussquerschnitt der jeweiligen Zumessblenden18 ,20 so verstellt werden, dass der gewünschte Volumenstrom zu den Verbrauchern4 ,6 fließt. Die Einstellung der Verstellpumpe2 erfolgt in der vorbeschriebenen Weise in Abhängigkeit von den über den Joystick8 eingestellten Sollwerten. - Die vorbeschriebenen Systeme unterscheiden sich von den bisher bekannten LS-Systemen darin, dass die Verstellpumpe auf den Wunsch-Summenstrom eingestellt wird und die Einzeldruckmittelströme zu den Verbrauchern durch geeignete Steuerung der Ventilblenden aufgeteilt wird, wobei die dem lastdruckhöchsten Verbraucher zugeordnete Zumessblende vollständig aufgesteuert wird.
- Eine derartige Steuerung ermöglicht es, beispielsweise bei einer Unterversorgung, d.h. in dem Fall, in dem die Sollmenge größer ist als die maximale Pumpenmenge, die Durchflüsse durch die Zumessblenden der lastdruckniedrigeren Verbraucher verhältnisgleich zu reduzieren. D.h. mit der erfindungsgemäßen Steueranordnung kann praktisch ein LUDV-Verhalten erzeugt werden, indem die Öffnungsquerschnitte der lastdruckniedrigeren Zumessblenden
18 ,20 reduziert werden. Diese Reduktion kann beispielsweise im Verhältnis der maximalen Pumpenfördermenge zur Sollmenge erfolgen. Dies sei anhand eines Beispiels erläutert, bei dem die erfindungsgemäße Steueranordnung zur Ansteuerung von drei Verbrauchern ausgebildet ist. Es sei des weiteren angenommen, dass die über Joysticks8 an den drei Verbrauchern eingestellten Sollströme 40, 60 und 20 Liter/Minute beträgt, d.h. der Soll-Summenvolumenstrom beträgt 120 Liter/Minute wobei der lastdruckhöchste Verbraucher mit 20 Litern/Minute versorgt werden soll. Die maximale Fördermenge der Pumpe beträgt beispielsweise 100 Liter/Minute – es liegt somit eine Unterversorgung vor. Diese Unterversorgung wird erfindungsgemäß dadurch ausgeglichen, dass die Sollwerte für die beiden lastniedrigeren Verbraucher (40, 60 Liter/Minute) über die Steuereinrichtung10 in dem Verhältnis der maximalen Fördermenge der Pumpe zum Summenvolumenstroms, d.h. im Verhältnis 100/120 verringert wird. D.h. der erstgenannte Verbraucher wird mit 33,33 Litern/Minute, der an zweiter Stelle genannte Verbraucher mit 50 Litern/Minute (pro Zeiteinheit) versorgt. Die Zumessblende des lastdruckhöchsten Verbrauchers ist erfindungsgemäß vollständig auf gesteuert – der sich einstellende Volumenstrom über dieser Zumessblende beträgt 16,66 Liter/Minute, so dass die maximale Fördermenge der Pumpe von 100 L/Minute verhältnisgleich aufgeteilt und somit praktisch eine lastunabhängige Durchflussverteilung (LUDV) realisiert wird. - In dem Fall, in dem eine ziehende Last wirkt (beispielsweise Bergabfahrt), kann dies über die Drucksensoren
34 ,36 erfasst werden und die Pumpe entsprechend zurückgestellt werden. Das Nachsaugen in die Niederdruckseite der Verbraucher4 ,6 erfolgt dann über nicht dargestellte Nachsaugventile von der Hochdruckseite. D.h. im Vergleich zu heute üblichen Schaltungen lassen sich im Falle einer ziehenden Last die Verluste weiter verringern. - Insbesondere die anhand der
1 und2 erläuterten Ausführungsbeispiele zeichnen sich durch eine geringe Schwingungsanfälligkeit aus. - Die Sollwerte können anstelle über den elektrischen Joystick
8 auch bei Proportionalventilen mit Schieberwegmessung aus dem Schieberweg-Ist-wert der Zumessblenden18 ,20 ermittelt werden. - Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße System auch dann wirksam, wenn nur ein einziger Verbraucher angesteuert wird – in diesem Fall wird die Zumessblende dieses Verbrauchers vollständig aufgesteuert und der Druckmittelvolumenstrom über die Verstellpumpe
2 gesteuert. -
4 zeigt eine Steueranordnung, bei der die individuellen Lastdrücke der Verbraucher4 ,6 nicht über Drucksensoren oder dergleichen erfasst werden. Es handelt sich wieder um ein Stromreglersystem, wobei die beiden Individualdruckwaagen24 ,26 den beiden proportional verstellbaren Zumessblenden18 ,20 nachgeschaltet sind. D.h. abgesehen von den beiden nicht vorhandenen Sensoren34 ,36 entspricht die in4 dargestellte Steueranordnung derjenigen aus1 . Auch bei der Steueranordnung gemäß4 wird die Verstellpumpe2 in Abhängigkeit von den über den Joystick8 eingestellten Sollwerten so verstellt, dass sie den gewünschten Druckmittelsummenstrom liefert. Die Aufteilung dieses Druckmittelsummenstroms erfolgt dann über die Stromregler (Zumessblenden18 ,20 ; Druckwaagen24 ,26 ), wobei die Zumessblenden18 ,20 wiederum in Abhängigkeit von den am Joystick8 eingestellten Sollwerten verstellt wird. Über die Individualdruckwaagen24 ,26 wird dann der am Ausgang der Zumessblenden18 ,20 anliegende Lastdruck, der etwa dem höchsten wirksamen Lastdruck der Verbraucher entspricht, auf die individuellen Lastdrücke abgedrosselt. Im Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel bleibt jedoch die dem lastdruckhöheren Verbraucher zugeordnete Zumessblende auf dem in Abhängigkeit von den vorgegebenen Sollwerten eingestellten Öffnungsquerschnitt und wird nicht vollständig auf gesteuert. - Offenbart sind eine Steueranordnung und ein Verfahren zur Druckmittelversorgung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern, die über eine Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden. Im Druckmittelströmungspfad zwischen den Verbrauchern und der Verstellpumpe ist jeweils eine Zumessblende vorgesehen. Die Einstellung der Verstellpumpe und der Zumessblenden erfolgt elektronisch über eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den von einem Bediener eingegebenen Sollwerten. Erfindungsgemäß wird die dem lastdruckhöchsten Verbraucher zugeordnete Zumessblende vollständig aufgesteuert, so dass der Druckverlust über dieser Zumessblende minimal ist.
-
- 1
- Steueranordnung
- 2
- Verstellpumpe
- 4
- Verbraucher
- 6
- Verbraucher
- 8
- Joystick
- 10
- Steuereinrichtung
- 12
- Pumpenleitung
- 14
- Zulaufleitung
- 16
- Zulaufleitung
- 18
- Zumessblende
- 20
- Zumessblende
- 22
- Proportionalmagnet
- 24
- Druckwaage
- 26
- Druckwaage
- 28
- Steuerleitung
- 30
- Vorlaufleitung
- 32
- Vorlaufleitung
- 34
- Drucksensor (Lastdruck)
- 36
- Drucksensor (Lastdruck)
- 38
- Drucksensor (Pumpendruck)
Claims (10)
- Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern (
4 ,6 ) mit einer Verstellpumpenanordnung (2 ), deren Fördermenge veränderbar ist und mit zumindest zwei verstellbaren Zumessblenden (18 ,20 ), die jeweils einem der Verbraucher (4 ,6 ) zugeordnet sind und die jeweils in Abhängigkeit von einem an einem Sollwertgeber (8 ) eingestellten Sollwert über eine Steuereinrichtung (10 ) verstellbar sind, und mit einer Einrichtung (10 ) zur Abgabe eines Steuersignals an die Verstellpumpe (2 ) in Abhängigkeit von den eingestellten Sollwerten, gekennzeichnet durch jeweils einen im Druckmittelströmungspfad stromabwärts der Zumessblenden vorgesehenen Sensor (34 ,36 ) zur Erfassung des individuellen Lastdrucks, durch eine Einrichtung (10 ) zur Erfassung des lastdruckhöchsten Verbrauchers (4 ,6 ) aus den von den Sensoren (34 ,36 ) erfassten Signalen und zum Aufsteuern der dem lastdruckhöchsten Verbraucher (4 ,6 ) zugeordneten Zumessblende (18 ,20 ). - Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei ein weiterer Sensor (
38 ) zum Erfassen des Drucks stromaufwärts der Zumessblenden (18 ,20 ) vorgesehen ist, und wobei über die Einrichtung (10 ) aus den erfassten Signalen der Druckabfall über den Zumessblenden (18 ,20 ) bestimmt wird und in Abhängigkeit von diesem Druckabfall die Ansteuerung der Zumessblenden (18 ,20 ) veränderbar ist, so dass ein gewünschter Druckmittelvolumenstrom zu den Verbrauchern (4 ,6 ) fließt. - Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei jeder Zumessblende (
18 ,20 ) eine Druckwaage (24 ,26 ) vor- oder nachgeschaltet ist, die in Schließrichtung vom Druck stromaufwärts der Zumessblende (18 ,20 ) und in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der zugeordneten Zumessblende (18 ,20 ) beaufschlagt ist. - Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit Nachsaugventil zum Nachsaugen von Druckmittel in die Niederdruckseite der Verbraucher (
4 ,6 ). - Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Sollwertgeber zumindest ein Joystick (
8 ) ist. - Verfahren zum Ansteuern einer Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern, mit einer Verstellpumpenanordnung (
2 ), deren Fördermenge veränderbar ist und mit zumindest zwei verstellbaren Zumessblenden (18 ,20 ), die jeweils einem der Verbraucher (4 ,6 ) zugeordnet sind und die jeweils in Abhängigkeit von einem an einem Sollwertgeber (8 ) eingestellten Sollwert über eine Steuereinheit (10 ) einstellbar sind und mit einer Einrichtung (10 ) zur Abgabe eines Steuersignals an die Verstellpumpe (2 ) in Abhängigkeit von den eingestellten Sollwerten, dadurch gekennzeichnet, dass der individuelle Lastdruck der Verbraucher (4 ,6 ) erfasst wird und die dem lastdruckhöchsten Verbraucher (4 ,6 ) zugeordnete Zumessblende (18 ,20 ) vollständig auf gesteuert wird. - Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei ein Druck stromaufwärts der Zumessblenden (
18 ,20 ) erfasst wird und aus diesem und den individuellen Lastdrücken der Druckabfall über den jeweiligen Zumessblenden (18 ,20 ) bestimmt und deren Einstellung so geändert wird, dass sich eine gewünschte Druckmittelvolumenstromverteilung über den Zumessblenden (18 ,20 ) einstellt. - Verfahren nach Patentanspruch 6 oder 7, wobei im Fall einer Unterversorgung die Durchflussquerschnitte der den Lastdruck niedrigeren Verbrauchern (
4 ,6 ) zugeordneten Zumessblenden (18 ,20 ) – vorzugsweise im Verhältnis der maximalen Pumpenfördermenge zum Soll-Summenvolumenstrom – verringert werden. - Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 8, wobei eine ziehende Last durch Auswertung der von den Sensoren (
34 ,36 ) erfassten Signale erkannt wird und die Verstellpumpe (2 ) entsprechend zurückgefahren wird. - Verfahren nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, wobei bei gleichzeitiger Ansteuerung mehrerer Verbraucher (
4 ,6 ) deren Lastdruck verglichen und bei einem Differenz-Lastdruck, der weniger als das Regel-Δp der Druckwaage ist, die dem Lastdruck niedrigeren Verbraucher (4 ,6 ) zugeordnete Zumessblende (18 ,20 ) so weit aufgesteuert wird, bis diese Lastdruck-Druckdifferenz ausgeglichen ist.
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