DE19848310A1 - Einrichtung und Verfahren zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für eine Baumaschine - Google Patents
Einrichtung und Verfahren zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für eine BaumaschineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des
Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für eine Baumaschine, einschließlich eines
Arbeitsgeräts, beispielsweise einer Ladeschaufel.
In einer hydraulischen Steuerungseinrichtung für eine Baumaschine, einschließlich eines
Arbeitsgeräts, beispielsweise einer Ladeschaufel, wird allgemein zur Verringerung des
Druckverlusts eine Hydraulikpumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen eingesetzt.
In den vergangenen Jahren ist als Antwort auf die Forderung nach Energieeinsparungen
eine lastabhängige Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer solchen
Hydraulikpumpe eingesetzt worden. In einer lastabhängigen Steuereinrichtung wird ein zu
starkes hydraulisches Drehmoment dadurch vermieden, daß von der Hydraulikpumpe je
nach der Drehgeschwindigkeit eines Steuerrades eine Ölmenge gefördert wird, die nahezu
der einem Steuerzylinder zugeführten Ölmenge entspricht.
Das erste Beispiel des bisherigen Standes der Technik (eine lastabhängige Einrichtung zur
Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe) soll nun unter Bezugnahme
auf Fig. 6 beschrieben werden. Das Verdrängungsvolumen V (Fördermenge je Umdrehung)
einer von einem Motor 1 angetriebenen Hydraulikpumpe 2 mit veränderlichem
Verdrängungsvolumen wird durch eine Verdrängungsvolumensteuereinrichtung 5 gesteuert,
zu der ein Servozylinder 3 und ein lastabhängiges Ventil 4 gehören. Ein Steuerzylinder 6 zur
Betätigung des Hydrauliksystems einer Baumaschine wird durch ein Stellventil 10 gesteuert,
das sich zwischen dem Steuerzylinder 6 und der Hydraulikpumpe 2 befindet. Wird ein
Steuerschieber 12 mit einem Steuerrad 11 gedreht, um den Steuerschlitz des mit dem
Steuerzylinder 6 in Verbindung stehenden Stellventils 10 zu öffnen, dann wird der
Steuerzylinder 6 mit dem von der Hydraulikpumpe 2 über den Steuerschieber 12 und einen
elektronisch gesteuerten Motor 13 für den Antrieb des Hydrauliksystems der Baumaschine
geförderten Öl beaufschlagt. Wird eine Laufbuchse 14 durch den elektronisch gesteuerten
Motor in der gleichen Richtung wie der Steuerschieber 12 gedreht und in die gleiche
Position wie der Steuerschieber 12 gebracht, dann wird die Ölzufuhr zum Steuerzylinder 6
unterbrochen.
Wird hierbei das Stellventil 10 betätigt, dann wird der Steuerschlitz größer, wodurch sich der
Differenzdruck zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes verringert.
Entsprechend der Verringerung des Differenzdrucks zwischen der Vorder- und Rückseite
des Steuerschlitzes bewegt sich das lastabhängige Ventil 4 durch die Federkraft f in
Richtung auf die Position a wodurch die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 größer wird.
Entsprechend der Zunahme der Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 nimmt der
Differenzdruck zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes zu, wodurch die
Federkraft f des lastabhängigen Ventils 4 ausgeglichen wird. Da der Differenzdruck
zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes bei einer Betätigung des
Steuerventils 10 konstantgehalten wird, kann somit die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2
entsprechend der Arbeitsgeschwindigkeit des Stellventils 10 erreicht werden.
Der Motor 1 treibt eine Konstantpumpe 9 eines Arbeitsgeräts und eine Startpumpe 19
ähnlich der Hydraulikpumpe 2 an. Die Konstantpumpe 9 betätigt über die Betätigungsventile
17 und 18 für das Arbeitsgerät die Arbeitszylinder 7 und 8 des Arbeitsgerätes unabhängig
von der Hydraulikpumpe 2. Die Startpumpe 19 liefert den Anfangsdruck für die
Vorsteuerventile 22 und 23, die einen Vorsteuerdruck zur Betätigung der Betätigungsventile
17 und 18 für das Arbeitsgerät liefern.
Bei dem zweiten Beispiel des bisherigen Standes der Technik (ungeprüfte japanische
Patentveröffentlichung Nr. 3-186600) wird das von einer Hydraulikpumpe geförderte Öl in
den Hydraulikkreislauf eines Arbeitsgeräts gebracht, um das Arbeitsgerät zu betätigen. Bei
unabhängigem Betrieb eines Hydrauliksystems fördert eine Hydraulikpumpe mit
veränderlichem Verdrängungsvolumen dann eine für die Steuerung erforderliche Ölmenge
entsprechend der Drehgeschwindigkeit eines Steuerrades ungeachtet der Drehzahl eines
Motors im Bereich bis zur größten Fördermenge der Hydraulikpumpe, wie es in Fig. 7
dargestellt ist.
Wird gleichzeitig das Arbeitsgerät betätigt, dann erreicht die Fördermenge der
Hydraulikpumpe ihren Höchstwert. Die im Verhältnis zur Drehzahl des Motors geförderte
Ölmenge wird in einem Stromteilventil vorzugsweise einem Stellventil zugeführt, während
das restliche Öl einem Betätigungsventil für das Arbeitsgerät zugeführt wird.
Das erste Beispiel des bisherigen Standes der Technik ist ein lastabhängiges
Steuerungssystem, bei dem die Hydraulikpumpe 2 einfach eine Ölmenge entsprechend der
Arbeitsstellung des Stellventils 10 ungeachtet der Drehzahl des Motors 1 fördert. Es ist
dadurch möglich, im mittleren bis hohen Drehzahlbereich des Motors 1 Energie zu sparen.
Jedoch bei einer Baumaschine zum Laden von Erde und Sand, die V-förmige Bewegungen
mit Umschaltungen zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang ausführt, wird der Motor 1 nach
dem Umschalten vom Vorwärts- in den Rückwärtsgang und umgekehrt auf niedriger
Drehzahl gehalten, um die auf das Umschalten zurückzuführende Stoßbelastung
abzudämpfen und ein Herausfallen der Ladung aus der Ladeschaufel zu verhindern. Läuft
der Motor 1 mit niedriger Drehzahl, dann wird das Verdrängungsvolumen der
Hydraulikpumpe 2 auf den Höchstwert gebracht, um die Ölmenge entsprechend der
Arbeitsstellung des Stellventils 10 sicherzustellen. Für die Hydraulikpumpe mit
veränderlichem Verdrängungsvolumen ist im Hinblick darauf, daß die Pumpenförderleistung
von der benötigten Ölmenge abhängig ist, wenn der Motor 1 mit einer niedrigen Drehzahl
läuft, damit die gleiche Pumpenfördermenge wie für eine Konstantpumpe erforderlich. Der
Einsatz der Hydraulikpumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen erhöht die Kosten.
Darüber hinaus wird als Hydraulikpumpe 9 für ein Arbeitsgerät eine Konstantpumpe hoher
Leistung eingesetzt, weil die Hydraulikpumpe 2 die Betätigungsventile 17 und 18 des
Arbeitsgeräts nicht mit Öl versorgt. Das hat ebenfalls eine Zunahme der Kosten zur Folge.
Im zweiten Beispiel des bisherigen Standes der Technik erreicht das Verdrängungsvolumen
der Hydraulikpumpe seinen Höchstwert, wenn das Arbeitsgerät betätigt wird, und die
Hydraulikpumpe erreicht eine hohe Fördermenge im Verhältnis zur Drehzahl des Motors. Da
das restliche Öl des für die Hydrauliksteuerung über ein Vorrangstromteilventil dem
Betätigungsventil für das Arbeitsgerät zugeführt wird und die Fördermenge der
Hydraulikpumpe auf effektive Weise bei gleichzeitiger Betätigung des Arbeitsgeräts
ausgenutzt werden kann, kann die Gesamtförderleistung der Stellhydraulik- und
Betätigungspumpe für das Arbeitsgerät im Vergleich zum ersten Beispiel des bisherigen
Standes der Technik verringert werden, so daß die Kosten aller Pumpen gesenkt werden
können. Bei einem hohen Öldruck des Arbeitsgeräts besteht ein Problem jedoch darin, daß
Druck des Arbeitsgeräts auf die Hydraulikpumpe wirkt und der Druckverlust durch Absenken
des Arbeitsgerätedrucks auf den Steuerdruck zunimmt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung und ein Verfahren zur
Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für eine Baumaschine
bereitzustellen, bei denen der Druckverlust verringert und die Fördermenge der
Hydraulikpumpe auf wirksame Weise auch bei gleichzeitigem Betrieb mit einem
Arbeitsgerät genutzt werden kann.
Bei einem Verfahren zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für
eine Baumaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Ölmenge, die nur
entsprechend der Stellgeschwindigkeit benötigt wird, einem Stellantrieb zugeführt werden
kann, wird die Fördermenge der Hydraulikpumpe entsprechend der Arbeitsstellung eines
Betätigungsventils für ein Arbeitsgerät vergrößert und nur die von der Hydraulikpumpe
geförderte Ölmenge, die der Zunahme der Fördermenge entspricht, dem Betätigungsventil
des Arbeitsgerätes zugeführt.
So versorgt die Hydraulikpumpe den Stellantrieb nur mit einer Ölmenge, die der
Stellgeschwindigkeit entspricht. Wird das Betätigungsventil für das Arbeitsgerät betätigt,
dann beaufschlagt die Hydraulikpumpe das Betätigungsventil für das Arbeitsgerät nur mit
der Ölmenge, die der Zunahme der Fördermenge je nach der Arbeitsstellung des
Betätigungsventils für das Arbeitsgerät entspricht. Die Förderleistung der Hydraulikpumpe
kann dadurch bei Bedarf auf das äußerste Mindestmaß reduziert werden.
Da die Fördermenge der Hydraulikpumpe im Vergleich zu der Situation, wenn das
Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe wie bei dem zweiten Beispiel des bisherigen
Standes der Technik den Höchstwert erreicht, verringert wird, kann ein nutzloser
Hydraulikenergieverbrauch durch Verringern des Drucks von einem Arbeitsgerätedruck auf
einen Steuerdruck selbst bei hohem Arbeitsgerätedruck vermieden werden. Außerdem kann
eine Kühleinrichtung zum Schutz vor einer Wärmeentwicklung als nutzloser
Hydraulikenergieverbrauch klein gehalten werden. Darüber hinaus wird selbst dann, wenn
die Förderleistung der Hydraulikpumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen genauso
groß oder größer als die Förderleistung einer üblichen Konstantpumpe ist, Öl nur in der der
Arbeitsstellung des Betätigungsventils für das Arbeitsgerät entsprechenden Menge von der
Hydraulikpumpe zugeführt. Die Förderleistung der Hydraulikpumpe des Arbeitsgeräts kann
dadurch dementsprechend verringert werden, so daß insgesamt eine beträchtliche
Kostensenkung möglich ist.
Eine Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für eine
Baumaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Hydraulikpumpe mit
veränderlichem Verdrängungsvolumen, eine Verdrängungsvolumensteuereinrichtung zur
Steuerung des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe, einen Stellantrieb für die
Betätigung des Hydrauliksystems der Baumaschine, ein Stellventil zwischen der
Hydraulikpumpe und dem Stellantrieb und ein Betätigungsventil zur Betätigung eines
Arbeitsgerätestellantriebs für die Betätigung eines Arbeitsgeräts besitzt, wobei die
Verdrängungsvolumensteuereinrichtung so gesteuert wird, daß der Differenzdruck zwischen
der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes des Stellventils konstantgehalten wird, und
folgende Bestandteile umfaßt: ein Vorrangstromteilventil für die Beaufschlagung des
Stellventils mit einem Ölanteil an der Fördermenge der Hydraulikpumpe, so daß der
Differenzdruck zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes des Steuerventils
konstantgehalten und die restliche Ölmenge dem Betätigungsventil für das-Arbeitsgerät
zugeführt wird, eine Arbeitsstellungserfassungseinrichtung zur Erfassung der
Arbeitsstellung des Betätigungsventils für das Arbeitsgerät; und ein Ölmengensteuerventil
für das Arbeitsgerät zwischen dem Vorrangstromteilventil und dem Betätigungsventil für das
Arbeitsgerät zur Änderung der vom Vorrangstromteilventil dem Betätigungsventil für das
Arbeitsgerät zugeführten Ölmenge entsprechend einem Arbeitsstellungssignal von der
Arbeitsstellungserfassungseinrichtung.
Nach dieser Ausführung wird ein bestimmter Anteil der Ölfördermenge der Hydraulikpumpe
durch das Vorrangstromteilventil dem Stellventil zugeführt, so daß der Differenzdruck
zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes des Stellventils konstantgehalten
wird, und das Betätigungsventil für das Arbeitsgerät über das Vorrangstromteilventil mit
einer Ölmenge beaufschlagt wird, die durch das Ölmengensteuerventil für das Arbeitsgerät
entsprechend der Arbeitsstellung des Betätigungsventils für das Arbeitsgerät gesteuert wird.
Infolgedessen wird bei Betätigung des Stellventils eine Ölmenge, die erforderlich ist, um den
Differenzdruck zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes konstantzuhalten,
von der Hydraulikpumpe entsprechend der Arbeitsgeschwindigkeit des Stellventils gefördert.
Außerdem wird die Ölmenge, die von der Hydraulikpumpe dem Betätigungsventil für das
Arbeitsgerät entsprechend der Arbeitsstellung des Betätigungsventils für das Arbeitsgerät
zuzuführen ist, durch das Ölmengensteuerventil für das Arbeitsgerät gesteuert.
Die Förderleistung der Hydraulikpumpe ist damit ausreichend, wenn sie eine für die
Steuerung erforderliche Ölmenge und eine dem Betätigungsventil für das Arbeitsgerät
zuzuführende Ölmenge zur Verfügung stellt. So kann ein nutzloser
Hydraulikenergieverbrauch vermieden und eine Kühleinrichtung zum Schutz vor einer
Wärmeentwicklung als nutzloser Hydraulikenergieverbrauch kleingehalten werden.
Außerdem wird selbst dann, wenn die Förderleistung der Hydraulikpumpe mit
veränderlichem Verdrängungsvolumen genauso groß wie oder größer als die Förderleistung
einer gewöhnlichen Konstantpumpe ist, ein Anteil an der Ölmenge der Hydraulikpumpe, der
nur der Arbeitsstellung des Betätigungsventils für das Arbeitsgerät entspricht, zugeführt. Die
Förderleistung der Hydraulikpumpe für das Arbeitsgerät kann so dementsprechend
verringert werden, daß insgesamt eine beträchtliche Kostensenkung möglich ist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Einrichtung des
weiteren eine Schalteinrichtung zur Einstellung des höheren der beiden Belastungsdrücke,
des Stellbelastungsdrucks hinter dem Steuerschlitz des Stellventils oder des
Arbeitsgerätebelastungsdrucks zwischen dem Ölmengensteuerventil für das Arbeitsgerät
und dem Betätigungsventil für das Arbeitsgerät, und eine
Verdrängungsvolumensteuereinrichtung zur Steuerung der Stellölmenge, so daß der
Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem eingestellten
höheren Belastungsdruck konstantgehalten wird.
Nach dieser Ausführung ist der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der
Hydraulikpumpe und dem höheren Belastungsdruck, dem Stellbelastungsdruck bzw. dem
Arbeitsgerätebelastungsdruck niedriger als der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck
und dem niedrigeren Belastungsdruck. Dieser niedrigere Differenzdruck führt dazu, daß
eine kleinere Ölmenge von der Hydraulikpumpe durch das Vorrangstromteilventil und den
Steuerschlitz des Stellventils oder die Öffnung des Ölmengensteuerventils für das
Arbeitsgerät als bei dem höheren Differenzdruck fließt.
Aus diesem Grund wird dann, wenn die Fördermenge der Hydraulikpumpe mit dem höheren
Belastungsdruck, entweder dem Stellbelastungsdruck oder dem Arbeitsgerätebelastungs
druck, gesteuert wird, wobei der höhere Belastungsdruck dazu führt, daß ein niedrigerer
Differenzdruck entsteht und eine kleinere Ölmenge fließt, eine Ölmenge sichergestellt, die
dem niedrigeren Belastungsdruck, und zwar dem Stellbelastungsdruck oder dem
Arbeitsgerätebelastungsdruck entspricht, wobei der niedrigere Belastungsdruck dazu führt,
daß ein höherer Differenzdruck entsteht und eine größere Ölmenge fließt. Dadurch kann ein
nutzloser Hydraulikenergieverbrauch vermieden werden, weil die Hydraulikpumpe bei
Bedarf das äußerste Mindestmaß an Öl abgibt.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung der Ausführung einer Einrichtung zur Steuerung des
Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung der Ausführung einer Einrichtung zur Steuerung des
Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe gemäß der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Ausführung des Steuergerätes in Fig. 2;
Fig. 4 eine graphische Darstellung zum Vergleich der vorliegenden Erfindung mit dem
zweiten Beispiel des bisherigen Standes der Technik in bezug auf die Arbeitsstellung und
die Ölmenge des Arbeitsgeräts;
Fig. 5 eine graphische Darstellung zum Vergleich der vorliegenden Erfindung mit dem
ersten Beispiel des bisherigen Standes der Technik in bezug auf das hydraulische
Verbrauchsdrehmoment und das Grenzdrehmoment;
Fig. 6 eine Darstellung der Ausführung einer Einrichtung zur Steuerung des
Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe nach dem ersten Beispiel des bisherigen
Standes der Technik; und
Fig. 7 eine graphische Darstellung in bezug auf die Fördermenge der Hydraulikpumpe des
zweiten Beispiels des bisherigen Standes der Technik.
Im folgenden soll eine Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer
Hydraulikpumpe gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich
unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden.
Ein Vorrangstromteilventil 20 befindet sich zwischen einer Hydraulikpumpe 2 und einem
Stellventil 10. Das Vorrangstromteilventil 20 verteilt die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2
vorzugsweise auf das Stellventil 10, so daß der Differenzdruck zwischen der Vorder- und
Rückseite des Steuerschlitzes des mit einem Steuerzylinder 6 verbundenen Stellventils 10
einen festen Wert hat, der durch die Federkraft f2 der zweiten Feder 28 des
Vorrangstromteilventils 20 bestimmt wird. Dadurch wird dem Stellventil 10 die entsprechend
der Arbeitsgeschwindigkeit des Stellventils 10 erforderliche Ölmenge zugeführt. Die
Fördermenge eines Steuerventils 19 wird durch ein Überdruckventil 21 auf einen
feststehenden Anfangsdruck gebracht und den Vorsteuerventilen 22 und 23 zugeführt. Die
Arbeitsstellungen der Vorsteuerventile 22 und 23 (Arbeitsstellungen der Betätigungsventile
17 und 18 für das Arbeitsgerät) werden so gesteuert, daß der Höchstwert des an die
Vorsteuerventile 22 und 23 abgegebenen Vorsteuerdrucks durch eine Wechselventilgruppe
24 eingestellt wird, wodurch sich die Öffnung eines Ölmengensteuerventils 25 für das
Arbeitsgerät zwischen dem Vorrangstromteilventil 20 und dem Betätigungsventil 17 und 18
für das Arbeitsgerät öffnet.
Der höhere der beiden Belastungsdrücke Ps2 oder Pl2, der Stellbelastungsdruck Ps2 hinter
dem Steuerschlitz des Stellventils 10 oder der Belastungsdruck Pl2 des Arbeitsgeräts
zwischen dem Ölmengensteuerventil 25 für das Arbeitsgerät und den Betätigungsventilen
17 und 18 für das Arbeitsgerät wird mit der Einstelleinrichtung 26 (im folgenden als
Wechselventil 26 bezeichnet) eingestellt, um damit ein lastabhängiges Ventil 4 zu
beaufschlagen. Die Zu- oder Abnahme der Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 wird so
lange verändert, bis der Differenzdruck (Pst-s2) oder (Pst-l2) zwischen dem auf das
lastabhängige Ventil 4 einwirkenden Förderdruck Pst der Hydraulikpumpe 2 und dem oben
angegebenen höheren Belastungsdruck Ps2 bzw. Pl2 die Federkraft f1 der ersten Feder 27
des lastabhängigen Ventils 4 ausgleicht.
Als nächstes soll nun die Funktionsweise dieser Ausführungsform beschrieben werden.
Wird der Motor 1 im Zustand von Fig. 1 angelassen, dann wird die Fördermenge der
Hydraulikpumpe 2, deren Verdrängungsvolumen den Höchstwert erreicht, weil sich das
lastabhängige Ventil 4 in der Position a befindet, über das Vorrangstromteilventil 20 und die
neutrale Öffnung 15 des Stellventils 10 abgeführt. Der Förderdruck Pst der Hydraulikpumpe
2, der zu diesem Zeitpunkt angestiegen ist, wirkt auf das lastabhängige Ventil 4, wodurch
die erste Feder 27 zusammengedrückt wird. Das lastabhängige Ventil 4 bewegt sich
dadurch zu der Position b, wodurch das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe 2
verringert wird. Die Größe der neutralen Öffnung 15 ist so ausgelegt, daß der erzeugte
Druck höher ist als der Förderdruck Pst, bei dem das Verdrängungsvolumen der
Hydraulikpumpe 2 auf den Mindestwert verringert wird. Der Eingangsdruck Ps1 des von der
Hydraulikpumpe 2 an die neutrale Öffnung 15 geförderten Öls wird so größer als die
Federkraft f2 der zweiten Feder 28 des Vorrangstromteilventils 20, so daß das
Vorrangstromteilventil 20 zu der Position c bewegt wird. Somit teilt das
Vorrangstromteilventil 20 die Fördermenge Qst der Hydraulikpumpe 2 vorzugsweise so auf,
daß dem Stellventil 10 die Stellölmenge Qs zugeführt wird. Die restliche Ölmenge Q1 für
das Arbeitsgerät wird über die Position a des Ölmengensteuerventils 25 für das Arbeitsgerät
und die Betätigungsventile 17 und 18 für das Arbeitsgerät abgeführt.
Wird das Stellventil 10 betätigt und der mit dem Steuerzylinder 6 in Verbindung stehende
Steuerschlitz vergrößert, um den Differenzdruck (Ps1-Ps2) zwischen dem Eingangsdruck
Ps1 des Steuerschlitzes und dem Stellbelastungsdruck Ps2 zu verringern, dann verringert
sich der Differenzdruck (Pst-s2) zwischen dem Förderdruck Pst der Hydraulikpumpe 2
und dem Stellbelastungsdruck Ps2. Dieser auf das lastabhängige Ventil 4 einwirkende
Differenzdruck (Pst-s2) verringert sich und wird mit der Federkraft f1 der ersten Feder 27
ausgeglichen. Das lastabhängige Ventil 4 wird dadurch zu der Position a bewegt, wodurch
die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 vergrößert wird.
Zur gleichen Zeit verringert sich der Differenzdruck (Ps1-Ps2), der auf das Vorrang
stromteilventil 20 einwirkt, wodurch er mit der Federkraft f2 der zweiten Feder 28
ausgeglichen wird. Dadurch wird das Vorrangstromteilventil 20 zu der Position a bewegt und
so die dem Stellventil 10 zugeführte Ölmenge größer. Zu diesem Zeitpunkt ist:
(Pst-Ps2) = f1 und (Ps1-Ps2) = f2.
Infolgedessen ist:
(Pst-Ps1)=(f1-f2).
So verteilt das Vorrangstromteilventil 20 die Fördermenge Qst der Hydraulikpumpe 2
vorzugsweise so, daß das Stellventil 10 mit der Stellölmenge Qs beaufschlagt wird. Die
restliche Ölmenge Q1 für das Arbeitsgerät wird über die Position a des Ölmengensteuer
ventils 25 für das Arbeitsgerät und die Betätigungsventile 17 und 18 für das Arbeitsgerät
abgeführt.
Werden die Betätigungsventile 17 und 18 des Arbeitsgeräts über die Vorsteuerventile 22
und 23 betätigt, dann wird das Ölmengensteuerventil 25 für das Arbeitsgerät entsprechend
den Vorsteuerdrücken zu der Position b bewegt, wodurch die Öffnung des Ölmengen
steuerventils 25 für das Arbeitsgerät vergrößert wird. Nimmt dadurch der Differenzdruck
(Pl1-Pl2) zwischen dem Eingangsdruck Pl1 zur Öffnung des Ölmengensteuerventils 25 für
das Arbeitsgerät und dem Belastungsdruck Pl2 des Arbeitsgeräts ab, dann verringert sich
der Differenzdruck (Pst-Pl2) zwischen dem Förderdruck Pst der Hydraulikpumpe 2 und
dem Arbeitsgerätebelastungsdruck Pl2. Dieser Differenzdruck (Pst-Pl2), der auf das
lastabhängige Ventil 4 einwirkt, verringert sich und wird durch die Federkraft f1 der ersten
Feder 27 ausgeglichen. Das lastabhängige Ventil 4 wird dadurch zu der Position a bewegt,
wodurch die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 größer wird. So wird der Ölanteil Q1 für
das Arbeitsgerät an der Fördermenge Qst der Hydraulikpumpe 2 über das Vorrangstrom
teilventil 20 und das Ölmengensteuerventil 25 für das Arbeitsgerät den Betätigungsventilen
17 und 18 für das Arbeitsgerät zugeführt. Die restliche Stellölmenge Qs wird über das
Vorrangstromteilventil 20 und das Stellventil 10 abgeführt.
Werden das Stellventil 10 und die Vorsteuerventile 22 und 23 zur gleichen Zeit betätigt,
verringert sich entweder der Differenzdruck (Pst-Ps2) zwischen dem Förderdruck Pst der
Hydraulikpumpe 2 und dem Stellbelastungsdruck Ps2 oder der Differenzdruck (Pst-Ps2)
zwischen dem Förderdruck Pst der Hydraulikpumpe 2 und dem Belastungsdruck Pl2 des
Arbeitsgeräts im Vergleich zum neutralen Zustand. Obwohl der höhere der Belastungs
drücke, der Stellbelastungsdruck Ps2 oder der Belastungsdruck Pl2 des Arbeitsgeräts durch
das Wechselventil 26 eingestellt wurde, so daß er zusammen mit dem Förderdruck Pst der
Hydraulikpumpe 2 auf das lastabhängige Ventil 4 einwirkt, verringert sich der Differenzdruck
(Pst-Ps2) bzw. (Pst-Pl2), bis er mit der Federkraft f1 der ersten Feder 27 ausgeglichen
wird. Das lastabhängiges Ventil 4 wird dadurch zu der Position a bewegt, wodurch die
Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 größer wird.
Da sich der auf das Vorrangstromteilventil 20 einwirkende Differenzdruck (Ps1 Ps2)
ebenfalls gegenüber dem neutralen Zustand verringert, wird gleichzeitig das Vorrang
stromteilventil 20 zu der Position a bewegt, bis der Differenzdruck (Ps1-Ps2) mit der
Federkraft f2 der zweiten Feder 28 ausgeglichen wird. Die dem Stellventil 10 zugeführte
Ölmenge wird dadurch größer.
Ist der Stellbelastungsdruck Ps2 < der Belastungsdruck Pl2 des Arbeitsgeräts, dann ist (Pst-
Ps2) < (Pst-Pl2). Anschließend wird der höhere Belastungsdruck Ps2 eingestellt und die
Stellölmenge Qs durch das lastabhängiges Ventil 4 so gesteuert, daß (Pst-Ps2) = f1 ist. So
teilt das Vorrangstromteilventil 20 die Fördermenge Qst der Hydraulikpumpe 2 vorzugs
weise so auf, daß dem Stellventil 10 die Stellölmenge Qs zugeführt wird. Die restliche
Arbeitsgeräteölmenge Q1 wird über das Ölmengensteuerventil 25 für das Arbeitsgerät den
Betätigungsventilen 17 und 18 für das Arbeitsgerät zugeführt. In diesem Fall wird die
Öffnung des Vorrangstromteilventil 20 auf der Arbeitsgeräteseite verkleinert, so daß (Pst-
Pl1) = (Ps2-Pl2) ist. Infolgedessen ist (Pl1-Pl2) = f1, wenn das Verdrängungsvolumen der
Hydraulikpumpe 2 dem Höchstwert entspricht oder kleiner ist. Das Ölmengensteuerventil 25
für das Arbeitsgerät wird dadurch mit einer Ölmenge beaufschlagt, die etwa der Ölmenge
Q1 des Arbeitsgeräts bei unabhängigem Betrieb des Arbeitsgeräts entspricht. So kann
dadurch, daß die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 mit einem höheren Stellbelastungs
druck Ps2 gesteuert wird, eine unzureichende Stellölmenge Qs sicher verhindert werden.
Ist der Arbeitsgerätebelastungsdruck Pl2 < der Stellbelastungsdruck Ps2, dann ist (Pst-
Pl2) < (Pst-Ps2). Anschließend wird der höhere Belastungsdruck Pl2 eingestellt und die
Arbeitsgeräteölmenge Q1 so gesteuert, daß (Pst-Pl2) = f1 ist. In diesem Fall ist (Pst-Ps2)
< f1. Da die Steuerung jedoch durch das Vorrangstromteilventil 20 so erfolgt, daß Ps1-
Ps2) = f2 ist, wird die Öffnung des Vorrangstromteilventils 20 auf der Stellseite verkleinert,
so daß (Pst-Ps1) = (Pl2-Ps2 + f1-f2) ist. Infolgedessen wird dem Stellventil 10
vorzugsweise eine Ölmenge zugeführt, die der Stellölmenge Qs bei unabhängiger
Steuerung entspricht.
Wie oben beschrieben, fördert die Hydraulikpumpe 2 dann, wenn Ps2 < Pl2 oder Pl2 < Ps2
ist, die Ölmenge Qst (= Qs + Q1), bei der es sich um die Summe aus der Stellölmenge Qs
und der Ölmenge Q1 für das Arbeitsgerät handelt, und wird die Stellölmenge Qs
vorzugsweise dem Stellventil 10 zugeführt.
Als nächstes soll die Beziehung zwischen dem Stellweg der Vorsteuerventile 22 und 23 und
der den Betätigungsventilen des Arbeitsgeräts 17 und 18 zugeführten Arbeitsgeräteölmenge
unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben werden.
Die Abszisse stellt den Stellweg dar, der den Arbeitsstellungen der Betätigungsventile 17
und 18 des Arbeitsgeräts entspricht, während auf der Ordinate die Ölmenge für das
Arbeitsgerät (einschließlich der den Arbeitsgerätezylindern 7 und 8 zugeführten Ölmenge)
dargestellt ist. Die Ölmenge, die den Arbeitsgerätezylindern 7 und 8 von dem Betätigungs
ventil 17 und 18 für das Arbeitsgerät zugeführt wird, nimmt entsprechend einer Kurve A mit
der Zunahme des Stellwegs zu. Die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 wird ebenfalls
entsprechend der Zunahme des Stellwegs größer, während die Gesamtfördermenge der
Hydraulikpumpe und die feststehende Fördermenge der Hydraulikpumpe 9 des
Arbeitsgeräts entsprechend einer Kurve B zunimmt und den Betätigungsventilen 17 und 18
für das Arbeitsgerät zugeführt wird.
Im Gegensatz zu dem zweiten Beispiel des bisherigen Standes der Technik erreicht die
Fördermenge der Hydraulikpumpe ihren Höchstwert, wenn das Arbeitsgerät betätigt wird,
und werden die Gesamtfördermenge der Hydraulikpumpe und die feststehende
Fördermenge der Hydraulikpumpe des Arbeitsgeräts durch eine Gerade C dargestellt.
Dadurch kann in dieser Ausführungsform der Druckverlust, der auf die an den Betätigungs
ventilen 17 und 18 für das Arbeitsgerät austretende Leckölmenge zurückzuführen ist, um
den schraffierten Bereich gegenüber dem zweiten Beispiel des bisherigen Standes der
Technik verringert werden.
Als nächstes soll ein Fall, bei dem eine Einrichtung nach dieser Ausführungsform bei einer
Lademaschine Anwendung findet, das eine V-förmige Ladeoperation ausführt, unter
Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben werden.
In Fig. 5 zeigt die Abszisse die Drehzahl des Motors und die Ordinate das Motordreh
moment (einschließlich dem Hydraulikenergieverbrauchs-Drehmoment). Nach einer
Umschaltung bei einer Ladeoperation (Aufnehmen von Erde und Sand auf eine
Ladeschaufel, Zurücksetzen des Fahrzeuges und anschließendes Heranfahren des
Fahrzeuges an ein Kipperfahrzeug) wird die Motordrehzahl von der niedrigen Drehzahl auf
die höchste Drehzahl geändert, der Ausleger des Arbeitsgeräts angehoben, und die
Lademaschine an die Ladefläche eines Kipperfahrzeuges herangefahren. Das
Motordrehmoment erreicht dann den Höchstwert in einer Motordrehmomentkurve a. Die
Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 wird hierbei durch das Vorrangstromteilventil 20 so
aufgeteilt, daß nur die Ölmenge, die der Drehgeschwindigkeit des Steuerrades 11
entspricht, dem Stellventil 10 zugeführt wird. Werden die Vorsteuerventile 22 und 23
betätigt, dann strömt die Ölmenge, die durch das Ölmengensteuerventil 25 für das
Arbeitsgerät entsprechend der Arbeitsstellung der Vorsteuerventile 22 und 23 gesteuert
wird, durch das Vorrangstromteilventil 20 und das Ölmengensteuerventil 25 für das
Arbeitsgerät und vereinigt sich mit der Fördermenge der Hydraulikpumpe 9 des
Arbeitsgeräts und wird den Betätigungsventilen 17 und 18 für das Arbeitsgerät zugeführt.
Da die Fördermenge der Hydraulikpumpe g des Arbeitsgeräts verringert und die
Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 in dieser Ausführungsform vergrößert wird, ist das
Gesamt-Hydraulikenergieverbrauchs-Drehmoment b der Hydraulikpumpe 9 des
Arbeitsgeräts und der Hydraulikpumpe 2 bei niedriger Drehzahl des Motors 1 kleiner als das
Hydraulikenergieverbrauchs-Drehmoment c im ersten Beispiel des bisherigen Standes der
Technik. Die Geschwindigkeit des Arbeitsgeräts wird dadurch verlangsamt. Weil das
Grenzdrehmoment d das als Gesamt-Hydraulikenergieverbrauchs-Drehmoment b von der
Motordrehmomentkurve a subtrahiert wird, größer als das Grenzdrehmoment e des ersten
Beispiels des bisherigen Standes der Technik wird, kann jedoch die Beschleunigung des
Motors so erhöht werden, daß die zum vollständigen Anheben der Schaufel benötigte Zeit
verkürzt werden kann.
Wird keine Stelloperation ausgeführt, dann ist die Arbeitsgeschwindigkeit im gesamten
Drehzahlbereich des Motors höher als bei dem ersten Beispiel des bisherigen Standes der
Technik, da die gesamte Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 zur zusätzlichen
Unterstützung der Betätigungsventile 17 und 18 für das Arbeitsgerät genutzt wird.
Obwohl das Hydraulikenergieverbrauchs-Drehmoment f bei einer hohen Drehzahl des
Motors 1 größer als das Hydraulikenergieverbrauchs-Drehmoment g des ersten Beispiels
des bisherigen Standes der Technik ist, verringert sich die Fahrgeschwindigkeit der
Lademaschine entsprechend der Zunahme der Arbeitsbelastung im Ausgleichsdrehzahl
bereich, wobei das Fahrdrehmoment die Kurve h des vom Drehmomentenwandler
aufgenommenen Drehmoments schneidet. Das entspricht in vorteilhafter Weise dem
Bedienempfinden einer Bedienperson, weil sie die Abnahme der Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeugs im allgemeinen spürt, wenn die Betriebslast größer wird.
Als nächstes soll eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von der rein hydraulischen Steuerung in der ersten Ausführungsform in dem Punkt, daß
das lastabhängige Ventil 4 und das Ölmengensteuerventil 25 für das Arbeitsgerät elektrisch
mit Hilfe eines Steuergerätes gesteuert werden. In dieser zweiten Ausführungsform werden
die gleichen Bestandteile wie in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszahlen
wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet, so daß infolgedessen auf ihre Erklärung
verzichtet wird.
Die Arbeitsstellungen der Vorsteuerventile 22 und 23 (Arbeitsstellungen der Betätigungs
ventile 17 und 18 für das Arbeitsgerät) werden durch Vorsteuerdruckmeßfühler 31 bis 34 als
Vorsteuerdrücke erfaßt bei denen es sich um von den Vorsteuerventilen 22 und 23
abgegeben e Arbeitsstellungssignale handelt. Ein Belastungsdruck Pl2 des Arbeitsgeräts
zwischen dem Ölmengensteuerventil 25 für das Arbeitsgerät und den Betätigungsventilen 17
und 18 für das Arbeitsgerät wird durch einen Belastungsdruckmeßfühler 35 des
Arbeitsgeräts erfaßt. Der Druck hinter der neutralen Öffnung 15 des Stellventils 10 oder der
Stellbelastungsdruck Ps2 hinter dem Steuerschlitz wird durch einen Stellbelastungs
druckmeßfühler 36 erfaßt. Der Förderdruck Pst der Hydraulikpumpe 2 wird durch einen
Fördermengendruckmeßfühler 37 erfaßt. Der Eingangsdruck Ps1 am Steuerschlitz wird
durch einen Steuerschlitzeingangsdruckmeßfühler 38 erfaßt. Die Meßsignale der
Meßfühler 31 bis 38 werden an ein Steuergerät 30 übermittelt, das in Fig. 3 detailliert
dargestellt ist. Das Steuergerät 30 führt Prüfungen und Berechnungen in den darin
vorhandenen entsprechenden Schaltungen durch und übermittelt anschließend Steuer
signale an das lastabhängige Ventil 4, das Ölmengensteuerventil 25 für das Arbeitsgerät
und das Vorrangstromteilventil 20 zur Durchführung der Steuerungsschritte.
Als nächstes wird die Funktionsweise dieser Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird
der höhere der von den Vorsteuerdruckmeßfühlern 31 und 32 gemessenen beiden
Vorsteuerdrücke von der ersten Prüfschaltung 40 im Steuergerät 30 bestimmt. Dann wird
der höhere der von den Vorsteuerdruckmeßfühlern 33 und 34 gemessenen Vorsteuer
drücke durch die zweite Prüfschaltung 41 bestimmt. Der höchste Vorsteuerdruck von beiden
höheren Vorsteuerdrücken wird durch die dritte Prüfschaltung 42 bestimmt. Das Ölmengen
steuerventil 25 für das Arbeitsgerät wird mit diesem Höchstvorsteuerdrucksignal gesteuert.
Der höhere der beiden Belastungsdrücke Pl2 oder Ps2, der durch den Belastungsdruck
meßfühler 35 des Arbeitsgeräts gemessene Belastungsdruck Pl2 des Arbeitsgeräts oder
der durch den Stellbelastungsdruckmeßfühler 36 gemessene Stellbelastungsdruck Ps2,
wird von der vierten Prüfschaltung 43 bestimmt und anschließend einer Differenzdruck
berechnungsschaltung 44 zusammen mit dem durch den Förderdruckmeßfühler 37
gemessenen Förderdruck Pst der Hydraulikpumpe 2 zugeführt. Die Differenzdruck
berechnungsschaltung 44 berechnet den Differenzdruck (Pst-Ps2) oder (Pst-Pl2) für die
Steuerung des lastabhängigen Ventils 4 mit dem erhaltenen Differenzdrucksignal.
Der höhere der beiden Drücke Ps2 oder Ps1, der vom Stellbelastungsdruckmeßfühler 36
gemessene Stellbelastungsdruck Ps2 oder der vom Steuerschlitzeingangsdruckmeßfühler
38 gemessene Steuerschlitzeingangsdruck Ps1, wird von der fünften Prüfschaltung 45
bestimmt. Das Vorrangstromteilventil 20 wird mit diesem ermittelten Differenzdruck
gesteuert.
Claims (3)
1. Verfahren zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe (2) für
eine Baumaschine, bei dem eine nur der Stellgeschwindigkeit entsprechende erforderliche
Ölmenge einem Stellantrieb (6) zugeführt werden kann, wobei
die Fördermenge der Hydraulikpumpe (2) je nach der Arbeitsstellung eines
Betätigungsventils (17,18) für das Arbeitsgerät vergrößert und nur die von der
Hydraulikpumpe geförderte Ölmenge, die der Zunahme der Fördermenge entspricht, dem
Betätigungsventil für das Arbeitsgerät zuführt wird.
2. Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für
eine Baumaschine, die eine Hydraulikpumpe (2) mit veränderlichem Verdrängungsvolumen,
eine Verdrängungsvolumensteuereinrichtung (5) zur Steuerung des Verdrängungsvolumens
der Hydraulikpumpe, einen Stellantrieb (6) für die Betätigung eines Hydrauliksystems der
Baumaschine, ein Stellventil (10) zwischen der Hydraulikpumpe und dem Stellantrieb und
ein Betätigungsventil (17, 18) für das Arbeitsgerät zur Betätigung eines Arbeitsgeräte
stellantriebs (7, 8) für den Antrieb eines Arbeitsgeräts besitzt, wobei die Verdrängungs
volumensteuereinrichtung so gesteuert wird, daß der Differenzdruck zwischen der Vorder-
und Rückseite des Steuerschlitzes des Stellventils konstantgehalten wird; und folgende
Bestandteile umfaßt:
ein Vorrangstromteilventil (20) für die Beaufschlagung des Stellventils mit einem Ölanteil an der Fördermenge der Hydraulikpumpe (2), so daß der Differenzdruck zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes des Stellventils (10) konstantgehalten und die restliche Ölmenge dem Betätigungsventil (17, 18) des Arbeitsgeräts zugeführt wird;
eine Arbeitsstellungserfassungseinrichtung (24) zur Erfassung der Arbeitsstellung des Betätigungsventils für das Arbeitsgerät; und
ein Ölmengensteuerventil (25) für das Arbeitsgerät zwischen dem Vorrangstrom teilventil und dem Betätigungsventil für das Arbeitsgerät zur Änderung der dem Betätigungsventil für das Arbeitsgerät vom Vorrangstromteilventil zugeführten Ölmenge entsprechend einem Arbeitsstellungssignal von der Arbeitsstellungserfassungseinrichtung.
ein Vorrangstromteilventil (20) für die Beaufschlagung des Stellventils mit einem Ölanteil an der Fördermenge der Hydraulikpumpe (2), so daß der Differenzdruck zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuerschlitzes des Stellventils (10) konstantgehalten und die restliche Ölmenge dem Betätigungsventil (17, 18) des Arbeitsgeräts zugeführt wird;
eine Arbeitsstellungserfassungseinrichtung (24) zur Erfassung der Arbeitsstellung des Betätigungsventils für das Arbeitsgerät; und
ein Ölmengensteuerventil (25) für das Arbeitsgerät zwischen dem Vorrangstrom teilventil und dem Betätigungsventil für das Arbeitsgerät zur Änderung der dem Betätigungsventil für das Arbeitsgerät vom Vorrangstromteilventil zugeführten Ölmenge entsprechend einem Arbeitsstellungssignal von der Arbeitsstellungserfassungseinrichtung.
3. Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe für
eine Baumaschine nach Anspruch 2, die des weiteren folgende Bestandteile umfaßt:
eine Einstellvorrichtung (26) zur Einstellung des höheren Belastungsdrucks, entweder des Stellbelastungsdrucks hinter dem Steuerschlitz des Stellventils (10) oder des Arbeitsgerätebelastungsdrucks zwischen dem Ölmengensteuerventil (25) für das Arbeitsgerät und dem Betätigungsventil (17, 18) für das Arbeitsgerät, und
eine Verdrängungsvolumensteuereinrichtung (5) zum Steuern der Stellölmenge, so daß der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe (2) und dem eingestellten Belastungsdruck konstantgehalten wird.
eine Einstellvorrichtung (26) zur Einstellung des höheren Belastungsdrucks, entweder des Stellbelastungsdrucks hinter dem Steuerschlitz des Stellventils (10) oder des Arbeitsgerätebelastungsdrucks zwischen dem Ölmengensteuerventil (25) für das Arbeitsgerät und dem Betätigungsventil (17, 18) für das Arbeitsgerät, und
eine Verdrängungsvolumensteuereinrichtung (5) zum Steuern der Stellölmenge, so daß der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe (2) und dem eingestellten Belastungsdruck konstantgehalten wird.
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