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.