DE19610181A1 - Hydraulische Steuervorrichtung für einen hydraulischen Verbraucher mit ziehender Last - Google Patents
Hydraulische Steuervorrichtung für einen hydraulischen Verbraucher mit ziehender LastInfo
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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.
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- 1996-03-15 DE DE19610181A patent/DE19610181B4/de not_active Expired - Fee Related
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