DE19520451C1 - Hydraulisches System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Pa­ tentanspruches.

Bei Steuerschiebern nach dem Prinzip der lastdruckunabhängigen Durchflußverteilung (LUDV) gibt es unterschiedliche Möglichkeiten des Abgriffes und der Weiterleitung des sogenannten Load-Sensing (LS)-Signals. Einerseits gibt es die Möglichkeit, dieses Signal über ein aufwen­ diges in die Schiebersektionen integriertes System von Meldeleitungen das Load-Sensing- Signal an den Pumpenregler weiterzuleiten. Andererseits besteht die Möglichkeit, in die Kom­ pensatorkolben weitere Kolben einzubauen, die mit einer relativ schwachen Feder ausgerüstet sind. Die Kompensatorkolben können auch so ausgebildet sein, daß sie über eine Steueröff­ nung das Load-Sensing-Signal weiterleiten. Die erstgenannte Ausführung ist aufwendig, wäh­ rend die beiden letztgenannten bezüglich der Signalabgabe derart empfindlich sind, daß über die Steuerkanten bei den kleinen Ölströmen ein druckgenaues Weiterleiten des Load-Sensing- Signals nicht immer gewährleistet ist. Dies bewirkt eine ungenaue Ansteuerung des Pumpen­ reglers, was sich wiederum negativ auf die Gesamtsteuerung, d. h. die Ansteuerung einzelner oder mehrerer Verbraucher auswirkt.

Die DE-A 34 43 354 betrifft eine Hydraulikanlage, die über eine beispielsweise von einem Die­ selmotor angetriebene Pumpe verfügt die Druckmittel über Wegeventile Verbrauchern zuleitet. Der Drehzahlregler der Einspritzpumpe des Dieselmotors wird mit Hilfe eines druckbeauf­ schlagten Stellzylinders beeinflußt, auf den der zwecks Drehzahlanhebung der Brennkraftma­ schine erzeugte Druck in einer Steuerleitung einwirkt. Dieser Druck wird im Zusammenwirken eines der Wegeventile für einen einfach wirkenden Verbraucher und eines Druckregelventils so gesteuert, daß beim Betätigen eines üblichen Wegeventils in der Leitung ein konstanter Druck erzeugt wird. Beim Betätigen des anderen Wegeventils für den einfach wirkenden Verbraucher kommt eine spezielle Steuerkante zur Wirkung, wodurch ein proportional zur Auslenkung des Steuerschiebers ansteigender Druck in der Leitung erzeugt wird. Dadurch wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine und damit der Pumpe erhöht und so eingestellt, daß die Verbraucher ge­ rade die benötigte Druckmittelmenge erhalten. Auf diese Weise ist ein wirtschaftlicher Betrieb möglich.

Aus der US-A 2, 892, 312 ist eine hydraulische Anlage für Traktoren bekannt, die mit Arbeitszy­ lindern zum Betreiben von mehreren Arbeitsgeräten ausgerichtet ist, wobei diese Arbeitszylin­ der von einer Pumpe gespeist werden, deren Förderdruck lastunabhängig gesteuert wird, und wobei die Arbeitszylinder unter Verwendung eines Steuerschiebers und eines Steuerventils jeweils separat angesteuert werden.

Einem Linde-Bericht aus "Technik und Wissenschaft", Nr. 63, 1969, Seiten 5-8 ist die Be­ schreibung der Linde-Synchro-Control (LSC) für mobile Hydraulik-Anwendungen zu entneh­ men. Das System arbeitet nach dem Load-Sensing-Prinzip. Es verbessert erheblich die gleich­ zeitige Betätigung verschiedener Funktionen von Hydraulik-Systemen im offenen Kreislauf. Die Linde-Synchro-Control (LSC)-Ventile sind einzelne Ventilsektionen. Die geeignete Kombination für verschiedene Maschinen wird dadurch erreicht, daß man die Einzelsektionen auf entspre­ chende Ventilplatten montiert. Die Ventilplatten beinhalten lediglich die Verbindungskanäle, wie z. B. den Eingangskanal von der Pumpe, Verbindungskanäle zu und von den Ventilen, die Rücklaufleitung und den Anschluß des Rücklaufs zum Tank. In den Ventilsektionen sind die eigentlichen Funktionselemente untergebracht. Die Ventile selbst sind in Kolbenbauart ausge­ führt, haben eine federzentrierte geschlossene Mittelstellung und werden hydraulisch betätigt. Der maximale Kolbenhub ist einstellbar, und da das Druckgefälle an den Steuerkanten kon­ stant gehalten wird, bedeutet dies, daß der maximale Ölstrom, der durch das Ventil fließen soll, an den Endanschlägen des Ventils begrenzt werden kann. Eine Druckwaage ist im Innern des Ventilkolbens angeordnet. Die Wechselventile für das LS-Signal befinden sich im Innern der Druckwaagen und bewegen sich mit diesem in den Ventilkolben.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Einrichtung zur lastdruckunabhängigen Durch­ flußverteilung bei einem Steuerschieber für mobile Bau- und Arbeitsmaschinen dahingehend weiterzubilden, daß sich eine kostengünstige, einfache und störungsunanfällige Lösung ergibt, bei welcher der benötigte Ölstrom zuverlässig und druckgenau an den Pumpenregler weiterge­ leitet wird.

Dieses Ziel wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen. Neben kugelförmigen Verschlußelementen können auch geometrisch anders geform­ te Elemente, wie z. B. Kegel, Verwendung finden.

Der Erfindungsgegenstand ist anwendbar für eine beliebige Anzahl von Verbrauchern, die über einen nach dem Prinzip der lastdruckunabhängigen Durchflußverteilung arbeitenden Steuerschieber angesteuert werden. Wesentlicher Vorteil eines kugel- oder kegelförmigen Ver­ schlußelementes gegenüber einem Kolben ist, daß das kugel- oder kegelförmige Verschluße­ lement lediglich zwei definierte Stellungen kennt, nämlich "offen" oder "geschlossen", während bei dem Einsatz eines Kolbens infolge der sich ständig ändernden Richtungswechsel sich le­ diglich ein sogenanntes Anschnäbeln an den Steuerkanten einstellt, was sich letztendlich in der ungünstigen Abgabe des benötigten Ölstromes widerspiegelt. Dieser Nachteil wird durch das als Rückschlagventil ausgebildete Verschlußelement wirksam behoben, da es nun möglich ist, durch den durch die Kugel- oder Kegelstellung "offen" freigegebenen Querschnitt einen ausrei­ chenden Ölstrom an den Pumpenregler sowie die weiteren Kompensatoren abzugeben.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.

Die einzige Figur zeigt als Prinzipskizze den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems mit einer beliebigen Anzahl von Verbrauchern; in diesem Beispiel aus­ gebildet als Arbeitszylinder 1, 2, 3. Die Arbeitszylinder 1, 2, 3 werden über einen Steuerschieber angesteuert, der nach dem Prinzip der lastdruckunabhängigen Durchflußverteilung aufgebaut ist, von dem lediglich die Steueröffnungen 4, 5, 6 dargestellt sind. Diese Steueröffnungen 4, 5, 6 sind durch den Fahrer veränderbar.

Unter der Annahme, daß der Arbeitszylinder 1 dem höchsten Lastdruck p_z1 unterworfen ist, wird die Verstellpumpe 7 den Förderstrom mit einem um den Load-Sensing-Differenzdruck Δp_LS ihrer Verstelleinrichtung 8 höheren Druck ausgeben. Es gilt: p_p = p_z1 + Δp_LS.

Durch den um den Steuerdruckabfall in der Steueröffnung 4 verminderten Pumpendruck, der in einem Druckraum 9 (zweiter Druckraum) wirkt, wird der als Steuerkolben 10 ausgebildete Kompensator, dessen Schiebersektion dem Arbeitszylinder 1 zugeordnet ist, aufgesteuert, so daß sein Ölstrom diesem Arbeitszylinder 1 zufließen kann. Gleichzeitig pflanzt sich der Zylin­ derdruck p_z1, der als LS-Signal zu dienen hat, über quer verlaufende Kanäle 11 im Steuerkol­ ben 10 unter Anheben des hier kugelförmig ausgebildeten, ein Rückschlagventil bildenden Verschlußelementes 12 über die Leitung 13, an welcher in Parallelschaltung auch die übrigen Steuerkolbenkolben 14, 15 liegen, zur Verstelleinrichtung 8 der Verstellpumpe 7 fort. Wie be­ reits dargelegt, können auch geometrisch anders geformte Rückschlagventile, wie z. B. Kegel, zur Anwendung gelangen. Dieser Druck wirkt über einen in Längsrichtung verlaufenden Ver­ bindungskanal 16 auch im Federraum 17 (erster Druckraum). Damit wirken der Lastdruck p_z1 und der Äquivalenzdruck der Feder 18 dem Druck im zweiten Druckraum 9 entgegen, so daß sich der Steuerkolben 10 selbsttätig so einstellt, daß über die sich bildende Drosselstelle 19 der Förderstrom auf den Lastdruck p_z1 vermindert wird. Der Druckabfall an der Drosselstelle 19 entspricht hierbei dem Äquivalenzdruck der Feder 18 (dieser ist relativ gering, 1 bis 8 bar).

Der Lastdruck p_z1 des Arbeitszylinders 1 wird über die Leitung 13 auch den weiteren Steuerkol­ ben 14, 15 zugeführt. Über die in Längsrichtung verlaufenden Verbindungskanäle 20, 21 steht dieser Druck auch in den Federräumen 22, 23 (erste Druckräume) der Steuerkolben 14 und 15 an. In den Druckräumen 24, 25 wirkt der gleiche um den Druckabfall durch die Steueröffnungen 5, 6 verminderte Pumpendruck p_p, wobei entsprechend dem LUDV-Prinzip die Druckabfälle in den Steueröffnungen 4, 5, 6 aller Arbeitszylinder 1, 2, 3 gleich sind. Dadurch wird der Druck in den zweiten Druckräumen 24, 25 durch die sich nach dem Druckwaagenprinzip einstellenden Drosselöffnungen 26, 27 auf die gegenüber dem Druck p_z1 im Arbeitszylinder 1 niedriger liegen­ den Drücke p_z2 bzw. p_z3 in den Arbeitszylindern 2, 3 vermindert. Da in den zu den Kugelsitzen 28, 29 führenden quer verlaufenden Kanälen 42, 44 nur die Zylinderdrücke p_z2 und p_z3 herrschen, werden die kugelförmigen Rückschlagelemente 30, 31 durch den über die Leitung 13 einge­ steuerten höheren Druck p_z1 auf ihre Sitze 28, 29 gedrückt, so daß ein Ölfluß von der Leitung 13 zu den Arbeitszylindern 2 und 3 verhindert wird. Das kugelförmige Rückschlagelement 12 ist in diesem Beispiel infolge des in diesem Steuerkolben 10 herrschenden höheren Druckes von seinem Ventilsitz 32 abgehoben und liegt an einem Anschlag 33 eines von oben in den Steuer­ kolben 10 eingeführten Abschlußelementes 34 an, das gleichzeitig im Federraum 17 die Feder 18 führt. Das kugelförmige Rückschlagelement 12, 30, 31 ist somit in Abhängigkeit des sich am jeweiligen Steuerkolben 10, 14, 15 einstellenden höheren Druckes zwischen seinen beiden defi­ nierten Stellungen 32, 33; 28, 35; 29, 36 hin und her bewegbar. Jeder Steuerkolben 10, 14, 15 ist - wie bereits dargelegt - mit in Längsrichtung verlaufenden Kanälen 37, 38, 39 sowie jeweils zwei quer dazu verlaufenden Kanälen 11, 41; 42, 43; 44, 45 versehen. Im jeweiligen Abschlußelement 34, 46, 47 sind ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kanäle 16, 20, 21 zur Verbindung der Ar­ beitszylinder 1, 2, 3 mit der zugehörigen Federkammer 17, 22, 23 eingearbeitet.

Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

• - die Querschnitte in den Load-Sensing-Meldeleitungen 11, 42, 44 sowie die von den kugel­ förmigen Rückschlagventilen 12, 30, 31 freigegebenen Querschnitte 37, 38, 39 können ohne nennenswerten Druckabfall den durch die Verstelleinrichtung 8 der Verstellpumpe 7 und/oder durch die Entspannungsblende 48 in den Tank 49 abfließenden Ölstrom durchleiten.
• - die Signalgabe ist absolut präzise und zuverlässig, da das kugelförmige Rückschlagventil 12, 30, 31 lediglich zwei definierte Stellungen 32, 33; 28, 35 sowie 29, 36 (offen - geschlos­ sen) aufweist und der LS-Strom nicht über Steuerkanten sich einregelnder Kolben abfließt.
• - die Leitungsführung ist stark vereinfacht.

Claims (8)

1. Hydraulisches System mit einer verstellbaren Förderpumpe (7) zum Versorgen mehrerer, insbesondere als Arbeitszylinder (1, 2, 3) ausgebildeter, Verbraucher einer mobilen Bau- und Arbeitsmaschine, die durch Steuerschieber jeweils separat ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen der Steueröffnung (4, 5, 6) eines Steuerschiebers und einem Arbeitszylinder (1, 2, 3) ein als Kompensator ausgebildetes Steuerventil ange­ ordnet ist, welches einen axial verstellbaren Steuerkolben (10, 14, 15) enthält, dessen eine Seite einem ersten Druckraum (17, 22, 23) zugeordnet ist, welcher den Steuerkolben (10, 14, 15) durch die Kraft einer Feder (18) und den Druck des jeweils mit dem höchsten Lastdruck beaufschlagten Arbeitszylinders (1 oder 2 oder 3) beaufschlagt, und dessen entgegengesetzte Seite einem zweiten Druckraum (9, 24, 25) zugeordnet ist, welcher in die Zuleitung des Steuerschiebers eingesetzt ist, und welcher eine zum Arbeitszylinder (1, 2, 3) führende Steueröffnung (19, 26, 27) besitzt, die von der Kolbenkante des Steuerkolbens (10, 14, 15) ansteuerbar ist, daß zwischen dem ersten Druckraum (17, 12, 23) und dem zweiten Druckraum (9, 24, 25) des jeweiligen Kompensators ein Rückschlagventil (12, 30, 31) vorgesehen ist, welches in Richtung auf den ersten Druckraum (17, 22, 23) öff­ net, und daß die ersten Druckräume (17, 22, 23) und die zweiten Druckräume (9, 24, 25) an eine Steuerleitung (13) angeschlossen sind, die zum lastdruckunabhängigen Steuern der Förderpumpe (7) mit deren Verstelleinrichtung (8) verbunden sind, wobei der zweite Druckraum (9 oder 24 oder 25) des mit dem jeweils höchsten Druck beaufschlagten Ar­ beitszylinders (1 oder 2 oder 3) mit der Steuerleitung (15) in Verbindung steht, wohingegen bei den mit niedrigen Drücken beaufschlagten Arbeitszylindern (1 oder 2 oder 3) der erste Druckraum (17 oder 22 oder 23) mit der Steuerleitung (13) verbunden ist.

2. Hydraulisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag­ ventil (12, 30, 31) ein Verschlußelement aufweist, welches eine Kugel ist.

3. Hydraulisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlag­ ventil (12, 30, 31) eine kegelförmige Sitzfläche aufweist.

4. Hydraulisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Steuerkolben (10, 14, 15) mindestens einen (37, 16; 38, 20; 39, 21) in Längsrichtung sowie mindestens zwei quer dazu verlaufende Kanäle (11, 41; 42, 43; 44, 45) beinhaltet, wobei der in Längsrichtung verlaufende Kanal (37, 16; 38, 20;39, 21) das Rück­ schlagventil (12, 30, 31) enthält und die Arbeitszylinder (1, 2, 3) und die jeweiligen ersten Druckräume (17, 22, 23) miteinander verbindet, einer der quer verlaufenden Kanäle (11 oder 42 oder 44) bei Auslenkung eines der Steuerkolben (10 oder 14 oder 15) das im zweiten Druckraum (9, 24, 25) anstehende Drucksignal an den in Längsrichtung verlaufen­ den Kanal (37 oder 38 oder 39) weiterleitet und ein weiterer quer verlaufender Kanal (41 oder 43 oder 45) dieses Signal über eine Leitung (13) einerseits an die Druckräume (22, 23 oder 17, 22 oder 17, 23) der weiteren Kompensatoren (14, 15; 10, 14; 10, 15) und andererseits der Verstelleinrichtung (8) der Pumpe (7) übermittelt.

5. Hydraulisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rückschlagventil (12, 30, 31) zwischen den quer zur Längsleitung (37, 38, 39) verlaufenden Kanälen (11, 41; 42, 43; 44, 45) eingesetzt ist.

6. Hydraulisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verschlußelement des Rückschlagventils (12, 30, 31) einen An­ schlag (33, 35, 36) besitzt, der durch eine Stirnseite eines in den Steuerkolben (10, 14, 15) eingesetzten Abschlußelementes (34, 46, 47) gebildet ist, das gleichzeitig als Führung für die Feder (18) im ersten Druckraum (17, 22, 23) dient.

7. Hydraulisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zum ersten Druckraum (17, 22, 23) führende Kanal (16, 20, 21) durch das Abschlußelement (34, 46, 47) verläuft.

8. Hydraulisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zum Federraum (17, 22, 23) führende Kanal innerhalb der Wandung des Steuerkolbens (10, 14, 15) verläuft.