DE3644736A1 - 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 Patent­ anspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Mit der Steueranordnung nach dem Hauptpatent (DE-PS 35 46 336) wird die Aufgabe gelöst, bei einem sogenann­ ten Leistungsloch der Pumpe die an den Wegeventilen eingestellten Durchflußmengen verhältnisgleich auf elektrischem Wege mit großer Genauigkeit zu vermindern. Hierzu werden den jeweiligen Durchflußmengen entspre­ chende elektrische Signale erzeugt, die zunächst in einer Summierstufe aufaddiert und dann in einer Ver­ gleichsstufe mit einem dem Pumpenförderstrom entspre­ chenden Grenzwert verglichen werden. Ist die Summen­ spannung höher als der Grenzwert, so wird ein Steuer­ signal erzeugt, mit dem der Durchfluß durch die Wege­ ventile verhältnisgleich verringert wird.

In der bei dem Hauptpatent vorgesehenen Ausführungsform sind die Wegeventile elektrisch betätigt, so daß zur verhältnisgleichen Verringerung des Hubes aller Wege­ ventile von der Steueranordnung einfach die Speise­ spannung verringert wird, die den Potentiometern der die Wegeventile ansteuernden Steuergeber zugeführt wird.

Die vorliegende Zusatzanmeldung ist auf vorteilhafte Weiterbildungen und weitere erfindungsgemäße Ausfüh­ rungsformen gerichtet. Diesen Ausführungsformen ist ge­ meinsam, daß die zu den Verbrauchern strömenden Durchfluß­ mengen elektrisch erfaßt werden, die Summe dieser Signale gebildet wird und die Summe mit einem den Pumpenförderstrom dar­ stellenden elektrischen Signal verglichen wird, wobei die Steueranordnung nach dem Hauptpatent ausgeführt ist. Die den Durchflußmengen proportionalen elektri­ schen Signale lassen sich aber auf unterschiedliche Weise gewinnen. Sind die Wegeventile nicht elektrisch betätigt, sondern hydraulisch mit an Gebergeräten ein­ gestellten Vorsteuerdrücken, so kann die Durchflußmenge in einfacher Weise von einem mit dem Wegeventil ver­ bundenen Wegaufnehmer bestimmt werden, der ein dem Hub und damit der Durchflußmenge entsprechendes Signal liefert.

Anstelle des Wegaufnehmers kann aber auch ein Druckauf­ nehmer für den Vorsteuerdruck vorgesehen sein, dessen Ausgangssignal ebenfalls in ausreichender Annäherung ein dem Hub des Wegeventils entsprechendes Signal lie­ fert.

In beiden Fällen wird das Steuersignal, das erzeugt wird, wenn die Summenspannung größer als der Grenzwert ist, einer Drucksteuereinrichtung, vorzugsweise einem Druckregelventril zugeführt, das den Vorsteuer­ druck entsprechend verringert, so daß von den Steuer­ gebern, also den Vorsteuerventilen ein entsprechend verringerter Vorsteuerdruck allen Wegeventilen gemein­ sam zugeführt wird und die Durchflußmengen entsprechend verringert werden. Hierzu ist es erforderlich, daß die Steuergeber als Druckteiler mit zwei gegensinnig ver­ stellbaren Drosselventilen ausgebildet sind. Auf diese Weise läßt sich die erwünschte Absenkung des Vorsteuer­ druckes für die Hubminderung erzwingen. Als Vorsteuer­ ventile können somit die üblichen Druckreduzierventile nicht verwendet werden, da bei diesen der den Wege­ ventilen zugeführte Steuerdruck auch bei sich stark änderndem Eingangsdruck konstant bleibt.

Anstelle des Druckregelventils zum Einstellen des Vor­ steuerdruckes kann auch der Vorsteuerdruck für jedes einzelne Wegeventil mit einem digital angesteuerten schnellschaltenden Wegeventil vorgewählt und eingestellt werden. Dabei wird die Vorsteuerdruckleitung pulsierend mit einer Pumpe verbunden und der Vor­ steuerdruck in einem Druckaufnehmer gemessen und als Istwert dem Steuergerät zugeführt, in dem es mit einem vorgewählten Sollwert verglichen wird. Eine solche Anordnung ist bekannt. Diese Anordnung eignet sich in besonderer Weise für die Einstellung des Vorsteuer­ druckes mit der erfindungsgemäßen Steueranordnung. Insbesondere ist vorteilhaft, daß die für die digitale Ansteuerung der Schaltventile zum Erzeugen der Vor­ steuerdrücke erforderlichen Druckaufnehmer gleichzeitig dazu verwendet werden, die Eingangssignale für den Durchflußmengenregler zu liefern, dessen Ausgangssignal bei Überschreiten des Grenzwertes allen digitalen Steuergeräten eingespeist wird, um die Vorsteuerdrücke für die einzelnen Wegeventile zu vermindern und damit Durchflußmengen entsprechend zurückzunehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan mit mehreren hydraulisch vorgesteuerten Wegeventilen mit Wegaufnehmern zur Verbindung mit der Hub­ minderungsschaltung und einem Druckregelventil zum Erzeugen des Vorsteuerdruckes,

Fig. 2 einen elektrischen Schaltplan der Hubminde­ rungsschaltung,

Fig. 3 einen hydraulischen Schaltplan mit mehreren Wegeventilen mit Druckaufnehmern zur Verbin­ dung mit der Hubminderungsschaltung und einem Druckregelventil zur Einstellung des Vorsteuer­ druckes und

Fig. 4 einen hydraulischen Schaltplan mit mehreren Wegeventilen und Druckaufnehmern zur Verbindung mit der Hubminderungsschaltung und Schalt­ ventilen zum Erzeugen des Vorsteuerdruckes.

In Fig. 1 ist ein Ventilblock für hydraulische Verbrau­ cher beispielsweise eines Baggers dargestellt, in dem mehrere über Anschlüsse a 1, a 2, a 3 und b 1, b 2, b 3 hydraulisch betätigbare Wegeventile 10 angeordnet sind. Es handelt sich um die üblichen Wegeventile, denen je­ weils eine Druckwaage 11 zugeordnet ist und die alle über den Anschluß P an eine Förderleitung 12 einer Ver­ stellpumpe 14 angeschlossen sind. In ebenfalls bekannter Weise steht der sich an einem der Verbraucher einstel­ lende jeweils höchste Lastdruck über Wechselventile an einem Anschluß LS an. Die Pumpenfördermenge wird in bekannter Weise von der Differenz des Pumpendruckes in der Leitung 12 und des höchsten Lastdruckes am Anschluß LS mittels eines Pumpenreglers LS eingestellt.

An jedem Wegeventil 10 ist ein Wegaufnehmer 18 vorge­ sehen, in dem der Hub des Kolbenschiebers jedes Wege­ ventils in ein proportionales elektrisches Signal mit der Spannung U 1, U 2 und U 3 umgesetzt wird. Diese Signale, die somit den Durchflußmengen durch die Wegeventile 10 verhältsgleich sind, werden an ein Steuergerät 20 ge­ führt, dessen Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt sind. Das Steuergerät 20 enthält die Schaltung zur Hubminde­ rung der Wegeventile sowie einen Grenzlastregler, der abhängig von der Öltemperatur, der Gaspedalstellung und der Drehzahl einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ist, welche die Pumpe 14 antreibt. Das Steuergerät 20 besteht aus einem Anpaßrechner 25 pro Kolbenachse, einer Summierstufe 26, einer Vergleichsstufe 27, einem Anpaß­ verstärker 28, einer einstellbaren Spannungsquelle 29 und einem Grenzlastregler 60. Diese Komponenten sind baugleich mit den in Fig. 2 des Hauptpatents erläuter­ ten Bauteilen.

In den Anpaßrechnern 25 wird die jeweils vom Wegauf­ nehmer eines Wegeventils gelieferte Spannung in eine der jeweiligen Ventilkennung proportionale Spannung um­ gerechnet und damit wird eine der jeweils eingestellten Durchflußmenge an dem zugeordneten Wegeventil propor­ tionale Spannung gebildet. Diese Spannungen werden in der Summierstufe summiert und in der Vergleichsstufe 27 mit einem Grenzwert verglichen, der einer maximal zur Verfügung stehenden Fördermenge der Pumpe 14 ent­ spricht. Der genannte Grenzwert kann bei bekanntem maximalen Fördervolumen von der Drehzahl der Pumpe ab­ geleitet werden und wird über eine Leitung 56 der Ver­ gleichsstufe 27 zugeführt.

Übersteigt die Summenspannung den in der Vergleichsstufe 27 vorgegebenen Grenzwert, so wird über den Anpaßver­ stärker 28 die Spannungsquelle 29 angesteuert, deren Speisespannung auf der Ausgangsleitung 24 proportional verringert wird.

Der Schaltung für die Hubminderung der Wegeventile ist ein Grenzlastregler 60 überlagert, dem der Öltemperatur, der Gaspedalstellung und der Drehzahl der Antriebs­ maschine entsprechende Spannungen zugeführt werden. Abhängig von diesen Werten beaufschlagt der Grenzlast­ regler 60 über den Anpaßverstärker 28 ebenfalls die Spannungsquelle 29, um die Speisespannung in der Aus­ gangsleitung 24 entsprechend zu verringern. Damit wird ein Überlasten bzw. eine zu starke Drückung oder ein Abwürgen des Antriebsmotors verhindert.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird von der Ausgangs­ spannung des Steuergerätes 20 über die Leitung 24 ein Druckregelventil 30 angesteuert, mit dem der Vorsteuer­ druck in der Leitung 31 eingestellt wird. Eingangs­ seitig ist das Druckregelventil 30 an eine Pumpe 32 angeschlossen und mit einem Ventil 33 abgesichert.

Wie erwähnt, sind die Wegeventile 10 hydraulisch ge­ steuert, indem je nach Verstellrichtung über die An­ schlüsse a 1 bzw. b 1 Vorsteuerdruck zugeführt wird, der an je einem jedem Wegeventil zugeordneten Vorsteuer­ geber 34 eingestellt wird. Jeder Vorsteuergeber ist als Druckteiler mit jeweils zwei gegensinnig verstell­ baren Drosselventilen 35, 36 bzw. 37, 38 aufgebaut. Die Drosselventile 35 und 36 liegen in Serie zwischen der Steuerdruckleitung 31 und einem Tank T. Der An­ schluß a 1 des Wegeventils 10 ist an die Verbindung zwischen den Drosselventilen 35 und 36 angeschlossen. Der Anschluß b 1 ist in entsprechender Weise an die Ver­ bindung der Drosselventile 37 und 38 angeschlossen, um den Vorsteuerdruck am Anschluß b 1 einzustellen. Alle Vorsteuergeber sind in entsprechender Weise aufgebaut.

Die Betätigung des Vorsteuergebers erfolgt durch einen Handgriff 39. Bei dessen Verstellen zum Einstellen eines Vorsteuerdruckes am Anschluß a 1 wird die obere Düse 35 geöffnet und die untere Düse 36 in Schließrichtung ver­ stellt, wodurch der Druck am Anschluß a 1 ansteigt. Im unbetätigten Zustand ist die obere Düse 35 geschlossen und die untere Düse 36 zum Tank hin offen. Es wird somit zum Verstellen des zugeordneten Wegeventils 10 der ge­ wünschte Vorsteuerdruck durch Druckteilung erzeugt.

Spricht somit die Vergleichsstufe 27 des Steuergeräts 20 an, wenn die Summenspannung den Grenzwert übersteigt, so wird der dem Druckregelventil 30 über die Leitung 24 zugeführte elektrische Strom verringert und damit der Steuerdruck in der Leitung 31 vermindert, so daß über die Vorsteuergeber 34 eine Verstellung aller Wegeventile zur verhältnisgleichen Verringerung der Durchflußmengen erfolgt. Bei entsprechender Systemerfordernis können bestimmte Prioritätsverbraucher von dieser Durchfluß­ mengen-Verringerung ausgenommen werden. Dazu ist dann ein zweiter Steuerölkreis mit zweiten Druckregelventilen und Vorsteuergebern erforderlich. Als Vorsteuergeber 34 können auch allgemein bekannte Druckmindergeräte, bei­ spielsweise nach US-PS 37 66 944 eingesetzt werden.

In Fig. 3 ist ein Schaltplan dargestellt, der in allen Einzelheiten der Anordnung gemäß 1 entspricht, jedoch mit der Ausnahme, daß anstelle der Wegaufnehmer an den Wegeventilen 10 nunmehr Druckaufnehmer 42 vorgesehen sind, denen jeweils der eingestellte Vorsteuerdruck am Anschluß a bzw. b über ein Wechselventil 43 zuge­ führt wird. Auch der eingestellte Vorsteuerdruck ist ein Maß für die am Wegeventil eingestellte Durchfluß­ menge zum Verbraucher. Die Ausgangsspannungen U 1 bis U 3 der Druckaufnehmer 42 werden wiederum in das in Fig. 2 dargestellte Steuergerät 20 eingespeist.

In Fig. 4 wird der Vorsteuerdruck für jedes einzelne hydraulisch betätigte Wegeventil von einer schnell­ schaltenden, digital angesteuerten Ventilanordnung 45 erzeugt. Jede Ventilanordnung 45 besteht aus einem 2/2-Wegeventil 46, das in der von einer Pumpe 32 zu dem Wegeventil 10 führenden Steuerdruckleitung 47 vorgesehen ist und einer Drossel 48, die von der Leitung 47 zu einem Tank führt. Das schnellschaltende Ventil 46 wird digital angesteuert. Hierzu dient ein Regler 50, dem von dem dem Wegeventil zugeordneten Druckaufnehmer 42 eine dem Steuer­ druck proportionale Spannung als Istwert und eine an einem Steuergeber 51 eingestellte Sollwertspannung zuge­ führt werden. Die in dem Regler 50 gebildete Fehlerab­ weichung steuert das Ventil 46 derart pulsierend an, daß ein bestimmter, dem Sollwert entsprechender Steuerdruck in der Leitung 47 erzeugt wird, der dem Wegeventil zur hydraulischen Verstellung zugeführt wird. Durch Variieren der Einschaltdauer jedes Ventils ("Tastverhältnis") wird die Durchflußmenge gesteuert und damit der Druck an der Blende 48 angestaut.

Die von den Druckaufnehmern 42 für jedes Wegeventil er­ zeugten Signale werden auch dem Steuergerät 20 zugeführt, dessen Aufbau anhand der Fig. 2 erläutert ist. Das bei Überschreiten des Grenzwerts von dem Steuergerät 20 gelieferte Steuersignal wird über die Leitung 24 den Reglern 50 der Ventilanordnungen 45 zugeführt, deren Durchflußmenge vermindert werden soll, so daß alle ent­ sprechenden Ventilanordnungen 45 für eine entsprechende Verringerung des Steuerdruckes angesteuert werden.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Ablaufdrossel 48 auch durch ein 2-Wege-Schaltventil identisch dem Ventil 46 ersetzt werden, so daß dann beide Schaltventile von dem Regler angesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform lassen sich die beiden Ventile durch ein gemeinsames 3/2-Wegeventil ersetzen.

In allen Fällen wird der Hub aller angesteuerten Wege­ ventile 10 soweit verringert, daß keiner der Verbraucher stehenbleibt, vielmehr die eingestellte Bahnkurve des Arbeitsmittels bzw. des Werkzeuges erhalten bleibt und die Verstellgeschwindigkeit entsprechend verringert wird, wenn die von der Pumpe gelieferte maximale Förder­ menge nicht mehr ausreicht. Durch diese Maßnahme wird ein Zusammenbrechen des Druckgefälles an den Wege­ ventilen verhindert und eine gegenseitige Beeinflussung der Verbraucher und der Verlust der Feinsteuerbarkeit vermieden.

Claims (22)

1. Steueranordnung für mindestens zwei von minde­ stens einer Pumpe gespeiste hydraulische Verbraucher, bei der jedem Verbraucher ein richtungs- und geschwin­ digkeitssteuerndes, mittels eines Steuergebers betätig­ tes Wegeventil zugeordnet und zwischen den jeweiligen Wegeventilen und der Pumpe eine Druckwaage vorgesehen ist, die zur Einstellung eines lastunabhängigen Durch­ flusses von einer zwischen dem Eingang und dem Ausgang des zugehörigen Wegeventils herrschenden Druckdifferenz beaufschlagt ist, und bei der eine Einrichtung zur Verringerung des Gesamtdurchflusses durch die angesteuerten Wegeventile bei nicht ausreichender Pumpenfördermenge vorgesehen ist, wobei die Einrichtung ein Steuersignal erzeugt, mit dem der Hub zumindest eines der ange­ steuerten Wegeventile verringert wird und wobei die den jeweiligen Durchflußmengen durch die Wegeventile entsprechenden Signale einer Summierstufe zugeführt werden, die Summenspannung in einer Vergleichsstufe mit einem dem maximalen Pumpenförderstrom entsprechen­ den Grenzwert verglichen wird und bei Überschreiten des Grenzwertes das Steuersignal erzeugt wird, nach P 35 46 336, dadurch gekennzeichnet, daß die den jeweiligen Durchflußmengen durch die Wege­ ventile (10) entsprechenden elektrischen Signale jeweils vom Hub der Wegeventile abgeleitet sind.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Wegeventil (10) mit einem elektrischen Wegaufnehmer (18) versehen ist und die Wegaufnehmer an die Summierstufe (26) ange­ schlossen ist.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit Vor­ steuerventilen als Steuergeber, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von dem Steuersignal des Steuer­ geräts (20) eine Drucksteuereinrichtung (30) angesteuert wird, an das die Vorsteuerventile (34) angeschlossen sind.

4. Steueranordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerung jedes Wegeventils (10) mit einem elektrischen Druckauf­ nehmer (42) versehen ist und die Druckaufnehmer an die Summierstufe (26) angeschlossen sind.

5. Steueranordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckaufnehmer (42) jeweils über ein Wechselventil (43) an die beidseitigen Vorsteueranschlüsse des zugeordneten Wegeventils (10) angeschlossen sind.

6. Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventile (34) als Druckteiler mit jeweils zwei paarweise gemein­ sam und gegensinnig verstellbaren Drosselventilen (35, 36, 37, 38) ausgebildet sind, wobei die Steuerdruck­ leitung jeweils über zwei in Serie liegende Drossel­ ventile mit einem Tank verbunden ist und die zu dem zugeordneten Wegeventil (10) führende Vorsteuerdruck­ leitung an die Verbindung zwischen je zwei Drosselventi­ len angeschlossen ist.

7. Steueranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuersignal des Steuergeräts (20) eine schnellschaltende Ventil­ anordnung (45) angesteuert wird, und jedes Wegeventil an eine zugeordnete Ventilanordnung (45) angeschlossen ist.

8. Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersignal für die Verringerung des Steuerdruckes und das Signal eines Druckaufnehmers (42) als Istwert je einem einer Ventil­ anordnung (45) zugeordneten Regler (50) zugeführt sind.

9. Steueranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Wege­ ventil (10) eine Ventilanordnung (45) vorgesehen ist.

10. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil­ anordnung (45) ein 2/2-Wegeventil (46) ist, das pul­ sierend ansteuerbar ist.

11. Steueranordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einer von der Steuer­ druckleitung (47) zum Tank führenden Leitung eine Drossel (48) vorgesehen ist.

12. Steueranordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der von der Steuer­ druckleitung (47) zum Tank führenden Leitung ein weiteres 2/2-Wegeventil (48) vorgesehen ist und beide Schalt­ ventile von dem Regler (50) ansteuerbar sind.

13. Steueranordnung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilanordnung (45) aus einem 3/2-Wegeventil besteht.

14. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (50) ein elektrisches Signal als Sollwert für den Steuer­ druck zuführbar ist.

15. Steueranordnung nach Anspruch 1 mit Potentio­ metern als Steuergeber für die Einstellung der Wege­ ventile, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuersignal des Steuergeräts (20) eine ver­ änderliche Spannungsquelle angesteuert wird, an die die Potentiometer der Steuergeber angeschlossen sind.

16. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Anpaß­ rechner (25) vorgesehen sind, von denen jeweils die der Summierstufe (26) zugeführte Signalspannung in eine dem eingestellten Durchfluß durch das Wegeventil ent­ sprechende Ausgangsspannung transformiert wird.

17. Steueranordnung nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anpaßrechner (25) der Summierstufe (26) vorgeschaltet sind.

18. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsstufe (27) ein Grenzlastregler (60) über­ lagert ist, der abhängig von Betriebsgrößen des die Pumpe antreibenden Motors ein Steuersignal erzeugt, mit dem der Hub der angesteuerten Wegeventile verringert wird.

19. Steueranordnung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersignal ab­ hängig von der Motordrehzahl erzeugt wird.

20. Steueranordnung nach Anspruch 18 oder 19 für eine Brennkraftmaschine als Motor, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersignal abhängig von der Leistung erzeugt wird.

21. Steueranordnung nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersignal abhängig von der Öltemperatur erzeugt wird.

22. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eines der Wegeventile (10) von einem Vorsteuergerät (34) angesteuert wird, das mit einem konstanten Versorgungsdruck aus dem Steuerölkreis (32, 33) versorgt wird.