DE19610181A1 - Hydraulische Steuervorrichtung für einen hydraulischen Verbraucher mit ziehender Last - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Steuervorrichtung ist durch die DE 43 08 004 A1 be­ kannt. Bei dieser bekannten Steuervorrichtung wird während des Betriebes der Hydraulikeinrichtung jeweils nur der Pumpendruck eingestellt, der für die Funktion der Verbraucher zum Zeitpunkt ihres Betriebes erforderlich ist, und zwar mit Hilfe der Steuer­ lage des Steuerventils für den Verbraucher mit der größten Last. Mit der Betätigung des betreffenden Steuerventils wird gleich­ zeitig eine entsprechende Einstellung des Druckreglers der Ver­ stellpumpe vorgenommen. Das Steuerventil für die größte Last wird soweit in Öffnungsrichtung verschoben, bis die Druck­ regeleinrichtung einen der Last entsprechenden Druckaufbau durch die Pumpe gewährleistet. Die Geschwindigkeit dieses Verbrauchers wird nicht vom freigegebenen Öffnungsquerschnitt des zugeordne­ ten Steuerventils, sondern durch die Einstellung der von der Einstellung des Öffnungsquerschnitts des zugeordneten Steuerven­ tils abhängigen Druckregeleinrichtung für die Verstellpumpe festgelegt. Befinden sich die Steuerschieber in ihrer Ausgangs­ stellung, erhält auch die Druckregeleinrichtung der Pumpe kein Steuersignal zugeführt. Der Druckregler ist in diesem Betriebs­ zustand nur von der geringen Kraft der weitgehend entspannten Regelfeder beaufschlagt. Die Pumpe arbeitet somit bei der sich hierbei einstellenden minimalen Fördermenge gegen den von der geringen Vorspannung der Regelfeder vorgegebenen Druck. Damit wird ein besonders wirtschaftlicher Betrieb der Hydraulikanlage sichergestellt.

Bei Senkbetrieb und ziehender Last am Arbeitszylinder bzw. am Hydromotor wird zur Vermeidung von Kavitation im mit der Pumpe verbundenen Arbeitsraum des Arbeitszylinders im Steuerbereich sowie des betreffenden Steuerventils in der zum Tank führenden Leitung ein als Logikelement ausgebildetes Vorspannventil zuge­ schaltet, das gleichzeitig vom Ansteuerdruck für die betreffende Steuerstellung des Steuerventils betätigt wird, wobei die Zuhal­ tekraft des Vorspannventils von der Steuerdruckquelle erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, daß der Druckregler der Pumpe auch bei Senkbetrieb mit dem gleichen Steuerdruck zu steuern ist wie das betreffende Steuerventil. Die Pumpe wird somit soweit ver­ schwenkt, daß deren Fördermenge ausreicht, den eingestellten Druck zu erzeugen, so daß die Gefahr von Kaviation im in diesem Betriebszustand mit der Druckseite der Pumpe verbundenden Ar­ beitsraum des Verbrauchers bzw. der Steuereinrichtung wirkungs­ voll unterbunden ist.

In der Schwimmstellung dieser bekannten Steuervorrichtung, in der beide Arbeitsräume des Arbeitszylinders bzw. des Hydromotors miteinander verbunden sind, wird das für das Heben und Senken des Arbeitszylinders bzw. des Hydromotors zuständige Steuerven­ til durch Erhöhung des Steuerdruckes über ein separates Schalt­ ventil in seine Ausgangslage zurückgestellt und damit gleichzei­ tig auch der Druckregler der Pumpe und das Vorspannventil vom Steuerdruck entlastet und mit dem Tank verbunden. Dieser höhere Ansteuerdruck wirkt gleichzeitig auf ein Steuerventil, in dessen Schaltstellung die beiden Arbeitsräume des Arbeitszylinders bzw. Hydromotors untereinander und zusätzlich unmittelbar mit dem Tank verbunden sind. Durch die Verbindung der Arbeitsräume zum Tank wird in der Schwimmstellung der Arbeitszylinder ein Nach­ saugen von Arbeitsflüssigkeit ermöglicht. Da der Tank unter At­ mosphärendruck steht, besteht während des Nachsaugens die Ge­ fahr, daß durch den hierbei im Saugbereich sich einstellenden Unterdruck Kavitation in den Arbeitsräumen und am Steuerventil auftritt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Steuervor­ richtung derart weiterzubilden, daß die Funktion des in der zum Tank führenden Leitung angeordneten Vorspannventils unabhängig vom Steuerdruck für die Steuerventile und Druckregler arbeitet und bei Senkbetrieb des Verbrauchers die Einstellung des Druck­ reglers für die Pumpe ebenfalls unabhängig vom Steuerdruck für die Steuerventile erfolgt.

In Weiterbildung der Erfindung soll schließlich auch im Schwimm­ betrieb des Verbrauchers ein Vorspanndruck zur Vermeidung von Kavitation in den Arbeitsräumen der Verbraucher sowie im betref­ fenden Steuerbereich des Steuerventils aufrechterhalten bleiben. Dies wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 er­ reicht.

Dadurch, daß in der Tankleitung ein vom Steuerdruck völlig unab­ hängiges Vorspannventil eingesetzt ist und das Steuerventil zur Umgehung des Vorspannventils in der Steuerstellung "Heben" einen zusätzlichen Tankanschluß aufweist und schließlich der Druckreg­ ler über ein vom Vorspanndruck gesteuertes Ventil von der das Steuerventil in Richtung "Senken" ansteuernden Steuerflüssigkeit beaufschlagt wird, ist die Einstellung des Druckreglers unabhän­ gig von der Größe des Ansteuerdruckes für das Steuerventil. Durch entsprechende Einstellung des vom Vorspanndruck gesteuer­ ten Ventils läßt sich der Druckregler auf einen Wert begrenzen, daß die Pumpe nur einen solchen Druck aufbaut, der bei Senkbe­ trieb Kavitationsgefahr in den mit der Pumpe verbundenen Ar­ beitsraum sowie des betreffenden Teiles der Steuervorrichtung wirkungsvoll unterbindet. Bei Schwimmbetrieb verbleibt das Steu­ erventil in seiner Steuerstellung "Senken" und die über das Steu­ erventil mit der Pumpe verbundene zum Verbraucher führende Ar­ beitsleitung wird über ein Schaltventil mit der das Vorspannven­ til aufweisenden Tankleitung verbunden, wobei das Schaltventil zum Verbinden der beiden Leitungen mit einem Steuerdruck beauf­ schlagt wird, der größer ist als der für das Senken erforderli­ che Steuerdruck für das betreffende Steuerventil. Dadurch wird auch in der Schwimmstellung des Verbrauchers der Vorspanndruck in den Arbeitsräumen sowie am Steuerventil aufrechterhalten, wo­ bei durch die entsprechende Einstellung des vom Vorspanndruck gesteuerten Ventils, über das die Steuerflüssigkeit gleichzeitig zum Druckregler geführt wird, der Druckregler der Pumpe so ein­ gestellt wird, daß die Pumpe den am Vorspannventil eingestellten Vorspanndruck gerade aufrechterhält und damit ein kavitations­ freies Zuführen von Arbeitsflüssigkeit in die Arbeitsräume des Verbrauchers von der Pumpe aus erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Beispiels der Erfindung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Schaltschema einer hy­ draulischen Steuervorrichtung für einen Lader. Eine verstellbare Pumpe 1 weist einen Stellzylinder 2 auf, der über einen Druck­ regler 4 und Förderstromregler 3 mit Steuerflüssigkeit zu beauf­ schlagen ist. Die Druckleitung 5 der Pumpe führt zum Einlaß 6 eines Steuerblockes 7 mit zwei Steuerkolben 8, 9, die mit ent­ sprechenden Ausnehmungen im Steuerblock als Wegeventile ausge­ bildete Steuerventile zum Ansteuern von Arbeitszylindern 11 und 12 als Verbraucher bilden. Die Steuerkolben 8 und 9 stehen über Steuerleitungen 13, 14, 15 und 16 mit den Anschlüssen 13′ bis 16′ eines Vorsteuerblocks 18 in Verbindung. Der Vorsteuerblock weist vier von Hand zu betätigende Druckregelventile 20, 21, 22 und 23 sowie ein Schaltventil 24 auf. Das Schaltventil 24 leitet den am Druckregelventil 20 eingestellten Steuerdruck ab einer bestimmten Größe über die Steuerleitung 17 an einen Entlastungs­ kolben 60 für ein als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes Schaltventil 61 weiter, das in einer Verbindungsleitung 32a zwi­ schen der vom Steuerkolben 9 zum kolbenstangenseitigen Zylinder­ raum 35 des Liftzylinders 12 führenden Arbeitsleitung 32 und ei­ ner über ein Vorspannventil 40 zum Tank T führenden Tankleitung 41 angeordnet ist. Das Druckbegrenzungsventil 61 ist auf den ma­ ximal zulässigen Druck im kolbenstangenseitigen Arbeitszylinder­ raum 35 des Liftzylinders 12 eingestellt. Mit der zum Tank füh­ renden Leitung 41 ist in der Schaltstellung a (Senken) des Steu­ erkolbens über dessen Strömungspfad 74 die Arbeitsleitung 75 so­ wie den Leitungsabschnitt 41a auch der kolbenseitige Zylinder­ raum 34 verbunden und damit beide Zylinderräume 34, 35 des Ar­ beitszylinders 12 untereinander.

Mit der über das Vorspannventil 40 zum Tank führenden Leitung 41 ist eine zu der einen Steuerseite 62s eines gleichzeitig als Druckregelventil arbeitenden Umschaltventils 62 führende Steuer­ leitung 63 verbunden. Das Umschaltventil 62 ist als 3-Wegeventil mit zwei Schaltstellungen a, b ausgebildet.

Die Schaltstellung a des Umschaltventils wird durch den in der Leitung 41 herrschenden Vorspanndruck und die Schaltstellung b durch die Kraft der dem Vorspanndruck entgegenwirkenden ein­ stellbaren Druckfeder 62b festgelegt. Damit die Schaltstellung a zu erreichen ist, wird die Druckfeder auf einen Wert einge­ stellt, der etwas geringer ist als die Druckeinstellung des Vor­ spannventils 40.

Der Anschluß 62a des Umschaltventils 62 ist mit dem einen Ein­ gang 47a eines Wechselventils 47 verbunden. In der Schaltstel­ lung a des Umschaltventils ist dessen Anschluß 62a über einen Strömungspfad mit dem mit dem Tank verbundenen Anschluß 62b ver­ bunden und in dessen Schaltstellung b über einen Strömungspfad mit dem Anschluß 62c, der mit einer Steuerleitung 64 in Verbin­ dung steht, die zum Ausgang eines Wechselventils 45 führt, des­ sen einer Eingang mit der vom Druckregelventil 23 des Steuer­ blockes 18 zum Anschluß a2 des Steuerkolbens 8 führenden Steuer­ leitung 14 verbunden ist und dessen anderer Eingang mit der vom Druckregelventil 20 des Steuerblockes 18 zum Anschluß a3 des Steuerkolbens 9 führenden Steuerleitung 16 verbunden ist. Damit wird in der Schaltstellung b des Umschaltventils 62 jeweils der zwischen den an den Druckregelventilen 20, 23 eingestellte höch­ ste Steuerdruck zu dem einen Anschluß 47a des Wechselventils 47 geführt und von dort, falls am anderen Anschluß 47b des Wechsel­ ventils 47 ein geringerer Steuerdruck ansteht, weiter über den Ausgang 47c des Wechselventils 47 und die Steuerleitung 48 zum Vorspannkolben 50 für die Regelfeder 51 des Druckreglers 4 der Pumpe 1. Am Druckregler 4 stellt sich dann ein entsprechend ho­ her Regeldruck für die Pumpe ein. Liegt beispielsweise die Schaufel eines Laders nach dem Auskippen durch Betätigung des Druckregelventils 23 und Verschieben des Steuerkolbens 8 in die Schaltstellung a auf dem Erdreich auf und soll vom Tiltzylinder mit einem bestimmten Druck auf das Erdreich aufgedrückt werden, erfolgt dies durch entsprechend hohe Einstellung des Druckregel­ ventils 23 und Weiterleitung des eingestellten Druckes über das Wechselventil 45, die Steuerleitung 64, das Umschaltventil 62 in Schaltstellung b, das Wechselventil 47 und Steuerleitung 48 zum Vorspannkolben 50 des Druckreglers der Pumpe. Da beim Aufsetzen der Schaufel auf das Erdreich, der im Zylinderraum 11a des Tilt­ zylinders herrschende durch das Vorspannventil 40 eingestellte Vorspanndruck zusammenbricht und damit auch in der Steuerleitung 63, wird das Umschaltventil 62 durch die Kraft der Feder 62d in die Schaltstellung b zurückgeschoben und damit die Verbindung des Druckregelventils 23 zum Vorspannkolben 50 des Druckreglers 4 der Pumpe freigegeben, so daß der am Druckregelventil 23 ein­ stellbare Druck unmittelbar auf den Vorspannkolben des Druckes 4 wirkt und damit der gewünschte Druck der Schaufel auf das Erd­ reich eingestellt werden kann.

Die Schwimmstellung des Liftzylinders wird mit der gleichen Schaltstellung "a" des Steuerkolbens 9 erreicht wie beim Senken des Liftzylinders. Zusätzlich wird das in der Verbindungsleitung 32a zwischen Arbeitsleitung 32 und der über das Vorspannventil 40 zum Tank führenden Leitung 41 angeordnete Druckbegrenzungs­ ventil 61 durch Entlastung dessen Druckfeder 61a unwirksam ge­ macht und damit eine freie Verbindung zwischen Arbeitsleitung 32 und Leitung 41 geschaffen. Die Druckfederentlastung des Druckbe­ grenzungsventils 61 erfolgt durch einen die Abstützkraft der Druckfeder 61a für den Ventilschließkörper aufnehmenden Abstütz­ kolben 60, indem dieser durch Steuerdruck gegen die Kraft einer weiteren die Abstützkraft der Druckfeder 61a für den Ventil­ schließkörper auf ein festes Ventilgehäuseteil weiterleitenden Druckfeder soweit verschoben wird, daß die Druckfeder 61a für den Ventilschließkörper 61b entspannt ist und sich letzterer für den Durchfluß der Arbeitsflüssigkeit in beiden Durchflußrichtun­ gen frei öffnen kann. Den Steuerdruck zum Verschieben des Ab­ stützkolbens 60 gegen die Kraft der die Abstützkraft weiterlei­ tenden Druckfeder liefert die von einer separaten Pumpe 100 ge­ bildete Steuerdruckmittelquelle für die Druckregelventile 20, 21, 22, 23, und zwar über ein vom Steuerdruck des Druckregelven­ tils 20 angesteuerten 3-Wege-Schaltventil 24.

Die Ausgangsschaltstellung a des 3-Wege-Schaltventils, in der dessen Anschluß 14a über einen Strömungspfad mit dem mit dem Tank verbundenen Anschluß 14c verbunden ist, wird durch die Kraft einer Druckfeder 14d festgelegt und die Schaltstellung b, in der der Anschluß 14a über einen Strömungspfad mit dem mit der Steuerdruckmittelquelle 100 verbundenen Anschluß 14b in Verbin­ dung steht, wird durch den vom Druckregelventil 20 einzustellen­ den gegen die Kraft der Druckfeder 14d wirkenden Steuerdruck festgelegt. Die Vorspannung der Druckfeder 14d wird so groß ge­ wählt, daß das Umsteuern des Steuerkolbens des 3-Wege­ Schaltventils aus der Schaltstellung a in die Schaltstellung b erst erfolgt, wenn der vom Druckregelventil 20 angesteuerte Steuerkolben 9 seine Endschaltstellung "a" bzw. "Senken" er­ reicht hat.

Bei Schwimmstellungsbetrieb des Liftzylinders steht zunächst der am Druckregelventil 20 eingestellte Steuerdruck über das in der Schaltstellung b befindliche Umschaltventil 62 sowie dem nachge­ ordneten Wechselventil 47 am Druckregler 4 der Pumpe 1 an. Die Pumpe 1 fördert über die Druckleitung 5, den Anschluß 6 des Steuerblockes 7 und den Druckkanal 70 mit Rückschlagventil 71, den Strömungspfad 72 des Steuerkolbens 9 und von dort weiter in die Kanalabschnitte 73 und von dort schließlich über die Ar­ beitsleitung 32 Arbeitsmittel in den kolbenstangenseitigen Zy­ linderraum 35 des Liftzylinders 12. Mit dem einen Kanalabschnitt 73 ist der Kanalabschnitt 32a verbunden, der über das entlastete Druckbegrenzungsventil 61 mit der Leitung 41 verbunden ist, die wiederum über den Leitungskanal 41a sowie den Strömungspfad 74 des Steuerkolbens 9 in dessen Schaltstellung "a" und den Kanal­ abschnitten 75 und Arbeitsleitung 33 mit dem kolbenseitigen Zy­ linderraum 34 in Verbindung steht. Damit sind beide Zylinderräu­ me 34, 35 miteinander verbunden und werden vom Pumpendruck be­ aufschlagt. Über die mit der Leitung 41 verbundene Steuerleitung 63 wirkt dieser Pumpendruck auch auf die eine Steuerseite 62s des Umschaltventils 62 gegen die Kraft der Druckfeder 62d in Richtung der Schaltstellung a des Umschaltventils, in der die Verbindung der den Steuerdruck führenden Steuerleitung 64 zum Druckregler 4 der Pumpe 1 unterbrochen und eine Verbindung des Druckreglers 4 zum Tank solange hergestellt wird, bis an der Steuerseite 62s des Umschaltventils 62 wirkende Pumpendruck der Einstellung der entgegen dem Pumpendruck wirkenden Druckfeder 62d entspricht. Dieser an der Druckfeder 62d einzustellende Pum­ pendruck wird geringfügig kleiner gewählt als der am Vorspann­ ventil 40 eingestellte Vorspanndruck, um die Förderstromverluste der Pumpe auf ein Kleinstmaß zu beschränken. Dieser Pumpendruck reicht aus, um auch im Schwimmbetrieb des Liftzylinders im An­ triebssystem Kavitation wirkungsvoll zu unterbinden.

In der Schaltstellung c "Heben" stellt der Steuerkolben 9 die Verbindung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraumes des Liftzy­ linders 12 über einen Strömungspfad 74a und einen zweiten Tank­ anschluß 9a sowie einen zweiten Kanalabschnitt 41b unter Umge­ hung des Vorspannventils 40 eine unmittelbare Verbindung mit dem mit dem Tankanschluß T der Steuerplatte 7 verbundenen Kanal 41, 42 her. Durch diese Umgehung des Vorspannventils 40 ist sicher­ gestellt, daß bei diesem Betriebszustand "Heben", bei dem keine Kavitation zu befürchten ist, der Pumpendruck nicht zusätzlich gegen den Vorspanndruck arbeiten muß.

Claims (6)

1. Hydraulische Steuervorrichtung zur Betätigung eines oder mehrerer hydraulischer Verbraucher wie hydraulische Arbeitszy­ linder oder Hydromotoren mit ziehender Last, wobei die aus dem einen Arbeitsraum verdrängte Arbeitsflüssigkeit beim Senken der Last über ein als Vorspannventil wirkendes Druckventil zum Tank geleitet wird und die Druckmittelquelle für den hydraulischen Verbraucher von einer verstellbaren Pumpe mit Druckregeleinrich­ tung gebildet ist und das Ansteuersignal für die Steuereinrich­ tung zum Heben der Last gleichzeitig der Druckregeleinrichtung der Verstellpumpe zu deren Druckeinstellung zuführbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal (20) zum Senken der Last über eine Vorrichtung (62) der Druckregeleinrichtung (4) der Verstellpumpe (1) zuführbar ist und die Vorrichtung (62) vom vor dem Vorspannventil (40) wirkenden Arbeitsmitteldruck ansteu­ erbar ist.

2. Hydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ansteuersignal einem einstellbaren Steuerdruck einer Steuerflüs­ sigkeit gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (62) über die das vom Steuerdruck einer Steuerflüssigkeit gebildete Ansteuersignal geführt ist als 3-Wegeventil ausgebil­ det ist, das die Verbindung der Druckregeleinrichtung (4) der Verstellpumpe (1) mit der von einem Druckregelventil (20) gebil­ deten Steuerflüssigkeitsquelle oder mit dem Tank herstellt und in Richtung der Verbindung zum Tank vom in dem einen Arbeitsraum (34) des hydraulischen Verbrauchers (12) wirkenden vom Vorspann­ druck und in Gegenrichtung zur Verbindung der Druckregeleinrich­ tung (4) mit der Steuerflüssigkeitsquelle (20) von einer Rück­ stellkraft (62d) beaufschlagt ist.

3. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal (20) zum Senken der Last ab einer bestimmten Größe gleichzeitig eine Schalteinrichtung (14) betätigt, über die ein Signal zur Betätigung einer Ventileinrichtung (61) geführt wird, die den einen Arbeitsraum (34) des hydraulischen Verbrauchers (12) mit der über das Vor­ spannventil (40) zum Tank führenden Leitung (41) verbindet.

4. Hydraulische Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (14) als 3-Wegeventil mit zwei Schaltstellungen (a, b) ausgebildet ist, das in der ei­ nen Schaltstellung (a) die Ansteuervorrichtung (60) der Ventileinrichtung (61) mit dem Tank und in der anderen vom An­ steuersignal (20) zum Senken der Last herbeigeführten Schalt­ stellung (b) die Ansteuervorrichtung (60) der Ventileinrichtung (61) unmittelbar mit der Steuerdruckmittelquelle (100) verbin­ det.

5. Hydraulische Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (61) als Druckbegrenzungsventil mit einer vom Steuerdruck beaufschlagba­ ren Entlastungsvorrichtung (60) als Ansteuervorrichtung ausge­ bildet ist.

6. Hydraulische Steuervorrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verbraucher (12) steuernde Steuereinrichtung (9) einen zweiten Tankanschluß (9a) aufweist, der in deren Steuerstellung (c) "Heben" über ei­ nen Strömungspfad (74a) unter Umgehung des Vorspannventils (40) den einen Arbeitsraum (35) des Verbrauchers (12) über einen Ka­ nalabschnitt (41b) unmittelbar mit dem zum Tank führenden Kanal (41c) verbindet.