DE3546336A1 - Steueranordnung fuer mindestens zwei von mindestens einer pumpe gespeiste hydraulische verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für minde­ stens zwei von mindestens einer Pumpe gespeiste hydrau­ lische Verbraucher mit den im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 angeführten Merkmalen.

Bei einer derartigen Steueranordnung (DE-OS 34 22 165) ist es bekannt, jede Druckwaage mit einer zusätzlichen Druckdifferenz zu beaufschlagen, nämlich mit der Dif­ ferenz aus dem Pumpendruck und dem höchsten, an einer Wechselventilkette abgegriffenen Verbraucherdruck. Ver­ ringert sich die Druckdifferenz, weil die von der Pum­ pe gelieferte maximale Fördermenge nicht ausreicht, so wird der Durchfluß durch die Druckwaagen verhältnis­ gleich, also gleich dem Verhältnis der am Wegeventil eingestellten Durchflußmenge verringert, wodurch die beispielsweise von zwei gleichzeitig betätigten Stell­ zylindern hervorgerufene Bahnkurve eines zu bewegenden Arbeitsmittels beibehalten, die Verstellgeschwindigkeit insgesamt jedoch verringert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht dar­ in, die Steueranordnung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß die Verminderung der Durchflußmen­ gen auf elektrischem Wege mit großer Genauigkeit vorge­ nommen werden kann.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird der elektrischen Ansteuerung der Wegeventile von Seiten der Handsteuergeber eine elektri­ sche Hubminderung für die Wegeventile überlagert. Wird nämlich von den Steuergebern mehr Fördermenge angefor­ dert, so wird der Hub aller angesteuerten Wegeventile so weit verringert, daß keiner der Verbraucher stehen­ bleibt, vielmehr die eingestellte Bahnkurve des Werk­ zeuges oder Arbeitsmittels erhalten bleibt und die Ver­ stellgeschwindigkeit verringert wird. Durch diese Maß­ nahme wird ein Zusammenbrechen des Druckgefälles an den Wegeventilen verhindert und eine gegenseitige Beein­ flussung der Verbraucher und der Verlust der Feinsteu­ erbarkeit vermieden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ohne Änderung der hydraulischen Komponenten die zur Durchfluß­ mengenreduzierung erforderlichen zusätzlichen elektri­ schen Bauteile ohne großen zusätzlichen Aufwand ergänzt werden können. Außerdem ist es möglich, verhältnismäßig einfache Prioritätsschaltungen zu realisieren, wenn nur bestimmte hydraulische Verbraucher mit der Hubminderung versehen werden sollen, andere Verbraucher jedoch nicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan einer Bagger­ steuerung und

Fig. 2 einen elektrischen Schaltplan der Hubminde­ rungsschaltung.

Gemäß Fig. 1 sind die hydraulischen Verbraucher eines Bag­ gers in zwei Blöcken 10 und 30 zusammengefaßt. Die Antrie­ be des Fahrwerks 11, des Auslegers 12 und des Löffels 13 werden von je einem elektrisch angesteuerten Mehrwege­ Proportionalventil 14 der Richtung und der Geschwindigkeit nach betätigt, die im Block 10 angeordnet sind. Jedem Ven­ til 14 ist eine Druckwaage 15 zugeordnet, die in der be­ kannten Weise von der Druckdifferenz am zugeordneten Wege­ ventil, beaufschlagt ist. Der Block 10 ist über eine Förderleitung 16 an eine Verstell­ pumpe 18 angeschlossen. Der jeweils höchste, an einem der Antriebe 11, 12 oder 13 auftretende Verbraucherdruck wird über eine Wechselventilkette 19 und eine Steuerdruckleitung 20 dem Druckförderstromregler 21 der Verstellpumpe 18 zu­ geführt. Jede Druckwaage 15 hält den am zugeordneten Wege­ ventil eingestellten Volumenstrom auch bei Druckschwan­ kungen konstant, so daß trotz unterschiedlicher Belastun­ gen am zugehörigen Antrieb dessen Arbeitsgeschwindigkeit durch Änderung des Durchflußquerschnittes in der Druckwaa­ ge konstant gehalten wird.

Die elektrische Betätigung jedes Wegeventils 14 erfolgt durch einen eingeprägten Strom, der den Wicklun­ gen a 1, a 2, a 3 bzw. b 1, b 2, b 3 zugeführt wird.

In entsprechender Weise besteht der Steuerblock 30 eben­ falls aus je einem Wegeventil 34 mit einer Druckwaage 35 für die Antriebe des rechten Fahrwerks 31, des Bagger­ stiels 32 und einem weiteren Antrieb 33. Der Block 30 ist über eine Förderleitung 36 an eine Verstellpumpe 38 ange­ schlossen, an deren Druckförderstromregler 41 über eine Steu­ erdruckleitung 40 und eine Wechselventilkette 39 der höch­ ste Druck an einem der Antriebe 31, 32 oder 33 anliegt.

Über das Ventil 17 können die beiden Förderleitungen 16 und 36 miteinander verbunden werden, so daß beide Ver­ stellpumpen 18 und 38 bei geöffnetem Ventil 17 parallel­ geschaltet sind. Beide Pumpe 18 und 38 sind von einer Brennkraftmaschine 42 angetrieben.

Zur Betätigung der Wegeventile 14 und 34 sind nicht dar­ gestellte Handsteuergeber vorgesehen, bei deren Auslen­ kung der Abgriff eines Potentiometers verstellt und damit dessen Ausgangsspannung verändert wird. Die zu den Steu­ ergebern des Blocks 10 gehörenden Potentiometer sind mit 23 und die zum Block 30 gehörenden Potentiometer mit 43 bezeichnet. Die Ausgangsspannungen der Potentiometer 23 und 43 werden einem Leistungsverstärker 50 zugeführt, von dem die eingeprägten Ströme zur Betätigung der Wege­ ventile 14 und 34 erzeugt werden, die den Wegeventilen über die mit a 1-a 6 und b 1-b 6 bezeichneten Leitungen zu­ geführt werden.

Außerdem sind die Ausgangsspannungen der Potentiometer 23 und 43 an ein Steuergerät 51 geführt, dessen Einzel­ heiten in Fig. 2 dargestellt sind. Das Steuergerät 51 enthält die Schaltung zur Hubminderung der Wegeventil 14, 34 sowie einen Grenzlastregler, der abhängig von der Öltemperatur, der Gaspedalstellung und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 42 ist. Bei Betätigung des Fahrwerks 11, 31 wird außerdem im Leistungsverstärker 50 ein Signal erzeugt, mit dem ein Druckumschaltgerät 24 bzw. 44 an­ steuerbar ist, um in bekannter Weise eine Druckumschaltung der Druckförderstromregler 21 bzw. 41 zu veranlassen, da das Fahrwerk mit einem höheren Systemdruck betätigt wird, während die Arbeitsantriebe 12, 13 und 32 mit einem niedrigeren Druck beaufschlagt werden.

Das Steuergerät 41 erzeugt aus den von den Potentiometern zugeführten Ausgangsspannungen sowie abhängig von den Be­ triebszuständen der Brennkraftmaschine 42 Speisespannun­ gen, die den Potentiometers 23 und 43 zugeführt werden.

Die elektrische Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Da­ bei sind die mit den nicht gezeigten Handsteuergebern an ihren Potentiometers 23 bzw. 43 eingestellten Span­ nungen an den Leistungsverstärker 50 zur Ansteuerung der zugeordneten Wegeventile und außerdem über je einen Anpaßrechner 25 bzw. 45 an eine Summierstufe 26 bzw. 46 geführt.

Der Ausgang der Summierstufe 26 ist über eine Vergleichs­ stufe 27 und einen Anpaßverstärker 28 an eine einstellba­ re Spannungsquelle 29 angeschlossen. Der Ausgang der Sum­ mierstufe 46 ist über eine Vergleichsstufe 47 und einen Anpaßverstärker 48 an eine einstellbare Spannungsquelle 49 angeschlossen.

Die Spannungsquelle 29 liefert die Speisespannung für die Potentiometer 23 im Block 10 und die Spannungsquelle 49 liefert die Speisespannung für die Potentiometer 43 im Block 30. Das Potentiometer 43 für den Antrieb 33 im Block 30, z.B. ein Drehwerk, ist an eine Konstantspannungs­ quelle 53 angeschlossen. Dieser Antrieb hat somit Priori­ tät. Das diesem Antrieb zugeführte Volumen wird somit vom Steuergerät 51 nicht verringert.

Im Normalfall versorgt jede Verstellpumpe 18 bzw. 38 den zugeordneten Block 10 bzw. 30 mit Druckmittel. Dabei ist das Ventil 17 geschlossen. In diesem Fall sin die zwischen den Summierstufen 26, 46 und den Vergleichsstufen 27 und 47 vorgesehenen Schalter 54 geschlossen und die Schalter 55 geöffnet.

Die an den Potentiometern 23 des Blocks 10 eingestellten Geberspannungen werden in der Summierstufe 26 summiert und in der Vergleichsstufe 27 mit einem Grenzwert verglichen, der einer maximal zur Verfügung stehenden Fördermenge der Pumpe 18 entspricht. Dabei ist vom Förderstromregler 21 die maximale Fördermenge entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine 42 eingestellt. Der genannte Grenzwert kann somit von der Drehzahl des Mo­ tors abgeleitet werden. Das Drehzahlsignal wird über eine Leitung 56 der Vergleichsstufe 27 zugeführt.

Übersteigt die Summenspannung den in der Vergleichsstufe 27 vorgegebenen Grenzwert, so wird über den Anpaßverstär­ ker 28 die Spannungsquelle 29 angesteuert, deren Speise­ spannung für die Potentiometer 23 des Blocks 10 propor­ tional verringert wird. Dadurch vermindert sich die am jeweiligen Potentiometer 23 abgegriffene Geberspannung im gleichen Verhältnis, so daß entsprechend verhältnis­ gleich die den Wegeventilen 14 vom Leistungsverstärker 50 zugeführten Ströme reduziert werden, so daß der Hub der Wegeventile und damit die Durchflußmenge reduziert wird.

Die Hubminderung für die Wegeventile 34 im Block 30 mit­ tels einer Verringerung der Speisespannung der Potentio­ meter 43 mittels der Spannungsquelle 49, der Vergleichs­ stufe 47 und der Summierstufe 46 erfolgt in entsprechen­ der Weise.

Mit den Anpaßrechner 25 bzw. 45 läßt sich die am jeweili­ gen Potentiometer eingestellte Geberspannung und der Kol­ benhub des zugeordneten Wegeventils bzw. die am Wegeventil eingestellten Durchflußmengen einander zuordnen. Der der Vergleichsstufe 27 bzw. 47 zugeführte Summenwert ent­ spricht also der tatsächlichen den Antrieben zugeführten Durchflußmenge.

Sollen die beiden Blöcke 19 und 30 von beiden Pumpen 18 und 38 gemeinsam mit Arbeitsmittel versorgt werden, so werden die Ventile 17, 60 von Hand oder automatisch als Funk­ tion der Betriebsparameter geschaltet. Beide Pumpen sind also mit dem höchsten Lastdruck des Systems beaufschlagt. Gleichzeitig werden die Schalter 54 geöffnet und die Schal­ ter 55 geschlossen. Damit gelangen die in einer weiteren Summierstufe 58 summierten Ausgangsspannungen beider Summier­ stufen 26, 46 an die Vergleichsstufen 27, 47. Es wird dann je­ weils die gesamte Summierspannung aller Antriebe mit einem entsprechend erhöhten Grenzwert, der der maximalen Leistung beider Pumpen entspricht, verglichen und die Spannungsquel­ len 29, 49 in entsprechender Weise angesteuert.

Der Schaltung für die Hubminderung der Wegeventile ist ein Grenzlastregler 60 überlagert, dem der Öltemperatur, der Gaspedalstellung und der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Spannungen zugeführt werden. Abhängig von diesen Werten beaufschlagt der Grenzlastregler 60 über die Anpaßverstärker 28 und 48 ebenfalls die Spannungsquel­ len 29 und 49, um die Speisespannungen für die Potentio­ meter zu verringern. Damit wird ein Überlasten bzw. eine zu starke Drückung oder ein Abwürgen des Antriebsmotors verhindert. Bei Überschreiten der maximal zulässigen Lei­ stung der Brennkraftmaschine werden somit die angesteuer­ ten Antriebe proportional so lange zurückgenommen, bis die abverlangte Leistung aller Antriebe kleiner oder gleich der maximal zulässigen Antriebsleistung ist. Hydraulische Leistungsregler an den Pumpen sind dann nicht erforderlich.

Zusätzlich kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine über eine nicht dargestellte Schaltung mit einem Zeitglied ab­ gesenkt werden, um bei längerer Stillstandszeit der An­ triebe die Drehzahl des Motors auf Leerlauf abzusenken.

Zur Hubverminderung ist es besonders vorteilhaft sowie einfach, die Speisespannungen für die Potentiometer der Gebergeräte zu vermindern. Es besteht aber auch die Mög­ lichkeit, beispielsweise die Hubminderung über die den einzelnen Wegeventilen zugeordneten Leistungsverstärker vorzunehmen.

Claims (12)

1. Steueranordnung für mindestens zwei von mindestens einer Pumpe gespeiste hydraulische Verbraucher, bei der jedem Verbraucher ein richtungs- und geschwin­ digkeitssteuerndes, elektrisch mittels einer an einem zugeordneten Steuergeber einstellbaren Geberspannung betätigtes Wegeventil zugeordnet und zwischen den jewei­ ligen Wegeventilen und der Pumpe eine Druckwaage vor­ gesehen ist, die zur Einstellung eines lastunabhängi­ gen Durchflusses von einer zwischen dem Eingang und dem Ausgang des zugehörigen Wegeventils herrschenden Druckdifferenz beaufschlagt ist, und bei der eine Einrichtung zur verhältnisgleichen Verringerung des Durchflusses durch die angesteuerten Wegeventile bei nicht ausreichender Pumpenfördermenge vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberspannungen der Steuergeber einer Summierstufe (26, 46) zugeführt werden, die Summenspannung in einer Vergleichsstufe (27, 47) mit einem den maximalen Pumpenförderstrom ent­ sprechenden Grenzwert verglichen wird und bei Über­ schreiten des Grenzwertes ein Steuersignal erzeugt wird, mit dem der Hub der angesteuerten Wegeventile (14, 34) verringert wird.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Anpaßrechner (25, 45) vorgesehen sind, von denen jeweils die eingangsseitige, einen bestimmten Hub des angesteuerten Wegeventils (14, 34) einstellen­ de Geberspannung in eine einen gewünschten Durchfluß durch das Wegeventil bewirkende Ausgangsspannung trans­ formiert wird.

3. Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anpaßrechner (25, 45) den Summierstufen (26, 46) vorgeschaltet sind.

4. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsstufe (27, 47) ein Grenzlastregler (60) überlagert ist, der abhängig von Betriebsgrößen des die Pumpe antreibenden Motors (42) ein Steuersignal erzeugt, mit dem der Hub der ange­ steuerten Wegeventile verringert wird.

5. Steueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuersignal abhängig von der Motordreh­ zahl erzeugt wird.

6. Steueranordnung nach Anspruch 4 oder 5 für eine Brenn­ kraftmaschine als Motor, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal abhängig von der Leistung erzeugt wird.

7. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuersignal abhängig von der Öltempera­ tur erzeugt wird.

8. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuersignal eine veränder­ liche Spannungsquelle (29, 49) angesteuert wird, an die die Steuergeber der angesteuerten Wegeventile (14, 34) angeschlossen sind.

9. Steueranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß von dem Steuersignal die den Potentiometern (23, 43) der Steuergeber zugeführte Speisespannung ver­ ringert wird.

10. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselventilkette (19, 39) vorgesehen ist, von der der höchste an einem hydrau­ lischen Verbraucher auftretende Druck als Führungs­ signal dem Förderstromregler (21, 42) der Pumpe (18, 38) zuführbar ist.

11. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1-10 für in von je einer Pumpe gespeiste Blöcke zusammengefaßte Verbraucher, wobei die Pumpendruckleitungen bei Be­ darf miteinander verbindbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jeden Block (10, 30) eine Summier­ stufe (26, 46), eine Vergleichsstufe (27, 47) sowie eine Spannungsquelle (29, 49) für die Steuergeber vorgesehen ist und beim Parallelschalten der Pumpe die Summenspannungen einer weiteren Summierstufe (58) zugeführt werden, deren Ausgang auf die Vergleichs­ stufen (27, 47) geschaltet ist.

12. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Verbraucher­ volumenströme beim Eingreifen der ansonsten verhältnis­ gleichen Anpassung nicht oder zumindest verringert zu­ rückgenommen wird.