DE3844399C2 - Steueranordnung für mehrere unabhängig voneinander betätigbare hydraulische Verbraucher und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für mehrere unab­ hängig voneinander betätigbare hydraulische Verbraucher gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 sowie deren Verwendung.

Bei derartigen Steueranordnungen muß der Förderstrom entspre­ chend dem Arbeitsmittelbedarf der Verbraucher geregelt werden. Hierzu ist es bekannt, die sich in den Zulaufleitungen zu den Verbrauchern einstellenden Lastdrücke über Wechsel­ ventile miteinander zu vergleichen und den höchsten Last­ druck, also den Druck des lastführenden Verbrauchers auf den Pumpenregler zu führen, um die Pumpe weiter auszu­ schwenken und den Förderstrom zu erhöhen. Es handelt sich dabei um einen der bekannten Leistungs- bzw. Förderstrom­ regler. Ist aber die Verstellpumpe bereits voll ausge­ schwenkt und wird trotzdem von einem der Verbraucher Arbeitsmittelbedarf signalisiert, so stellt sich in dem System eine Unterversorgung ein, d. h. der lastführende Verbraucher bleibt stehen.

Es ist in diesem Zusammenhang bekannt (DE-OS 26 51 325), bei Unterversorgung ein hydraulisches Signal zu erzeugen, mit dem der Durchfluß durch alle Wegeventile verhältnis­ gleich verringert wird. Hierzu sind die Wegeventile über Vorsteuerventile hydraulisch angesteuert. Die Vorsteuer­ ventile sind an ein Δp-Ventil angeschlossen, in dem abhängig von einem Vergleich zwischen Pumpendruck und höchsten Lastdruck der Vorsteuerdruck erzeugt wird. Sinkt die Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem Last­ druck, so wird von dem Δp-Ventil der Vorsteuerdruck ver­ ringert und die Vorsteuerventile betätigen die Wegeventile so, daß der Durchfluß zu den einzelnen Verbrauchern verhältnisgleich verringert wird.

Da jedem Wegeventil eine Druckwaage zur lastunabhängigen Steuerung der Durchflüsse zugeordnet ist, kann das bei Unterversorgung erzeugte Signal auch auf die Druckwaagen einwirken, um diese in Schließrichtung zu verstellen (DE-PS 35 32 816). Andererseits ist es auch bekannt (DE-OS 31 46 508), bei Unterversorgung eine zweite Pumpe zuzuschalten, wenn der Förderstrom einer Pumpe allein nicht mehr ausreicht. Gemeinsam ist dem Stand der Technik, daß bestimmte Ventilanord­ nungen zum Erzeugen des Signaldrucks bei Unterversorgung vorgesehen sein müs­ sen und damit der Aufwand für solche Systeme vergleichsweise groß ist. Bei elek­ trischer Ansteuerung der Wegeventile ist es auch bekannt (DE 35 46 336 A1), die Geberspannungen der Steuergeber für die Wegeventile einer Summierstufe zuzufüh­ ren und die Summenspannung in einer Vergleichsstufe mit einem den maximalen Pumpenförderstrom entsprechenden Grenzwert zu vergleichen. Bei Überschreiten des Grenzwerts wird ein Steuersignal erzeugt, mit dem der Hub der Wegeventile verringert wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Steueranord­ nung der angegebenen Art zu vereinfachen und so eine Unter- oder Überversorgung mit einfachen Mit­ teln zu erkennen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Eine bevorzugte Verwendung ist im Patentanspruch 14 angegeben.

In vorteilhafter Weise ist das Signal für die Unterversorgung bzw. Überversor­ gung vom Steuerdruck des Pumpenreglers unmittelbar abgeleitet. Über ein Förder­ stromregelventil wird je nach Ausführung der Verstelleinrichtung für die einstell­ bare Pumpe der eine oder auch beide Zylinderräume mit einem Steuerdruck beauf­ schlagt. Dieser Steuerdruck wird verringert, um die Pumpe auszuschwenken und vergrößert, um den Förderstrom der Pumpe zu verringern. Dieser Steuerdruck ist demnach ein Maß für den Strombedarf der Verbraucher. Ist die Pumpe voll ausge­ schwenkt, so können über den Abgriff des Steuerdrucks im Stellzylinder verschie­ dene Maßnahmen eingeleitet werden, um den Durchfluß durch die Verbraucher zu ändern.

Beispielsweise kann eine zusätzliche Pumpe zugeschaltet werden. Gegebenenfalls ist es auch möglich, die Pumpen­ drehzahl zu erhöhen. Ferner läßt sich auch der Durchfluß durch die Verbraucher reduzieren, wenn mit dem Steuerdruck die Vorsteuerventile zur hydraulischen Ansteuerung der Wegeventile zu den Verbrauchern zurückgenommen werden, indem der Vorsteuerdruck verringert oder der an den Vorsteuer­ ventilen eingestellte Sollwert reduziert wird.

Da der Steuerdruck im Stellzylinder bei Unterversorgung absinkt, ist die Zurücknahme der Wegeventile über die Vorsteuerventile bei sinkendem Steuerdruck besonders einfach. Darüber hinaus läßt sich der Steuerdruck auch durch Druckschalter oder Drucksensoren elektrisch erfassen und können mit dem elektrischen Signal entsprechende Maß­ nahmen eingeleitet werden. Die erfindungsgemäße Steueranord­ nung ist sehr einfach und insbesondere sehr vielseitig, da sie überall anwendbar ist, sei es, daß die Wegeventile zu den Verbrauchern elektrisch oder hydraulisch betätigt werden, oder sei es, daß unterschiedliche Druckwaagen im Zulauf oder Ablauf der Verbraucher vorgesehen sind. Ins­ besondere müssen die vorhandenen hydraulischen Komponenten nicht geändert werden.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines hydrauli­ schen Systems mit Verstellpumpe, mit einer zwischen dem Wegeventil und dem Verbraucher angeordneten Druckwaage,

Fig. 2 und 3 Ergänzungen zu Fig. 1,

Fig. 4 ein hydraulisches System mit Verstellpumpe und einer zwischen Verbraucher und Ablaufsteuerkante des Wegeventils angeordneten Druckwaage und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Abgriffs für den Steuerdruck bei einer reversierbaren Ver­ stellpumpe.

In Fig. 1 speist eine Verstellpumpe 1 Arbeitsmittel in eine Pumpendruckleitung 2, an welche mehrere Verbraucher angeschlossen sind, von denen ein Verbraucher 3 dargestellt ist, der über ein Wegeventil 4 an die Pumpendruckleitung 2 angeschlossen ist. Das Wegeventil 4 ist von einem Kolben 5 betätigt, der von einem im Zylinderraum 6 eingesteuerten Druck betätigbar ist, der von einem Druckminderventil 7 als Vorsteuerventil eingestellt wird. Das Druckminder­ ventil 7 ist an eine Steuerdruckleitung 8 angeschlossen und ist beispielsweise elektrisch betätigt, so daß über das elektrische Signal der Sollwert für den Druck und damit die Verstellung des Wegeventils 4 vorgegeben wird.

Ferner ist in der Zweigleitung 10 zum Verbraucher 3 zwi­ schen dem Wegeventil 4 und dem Verbraucher eine Druckwaage 12 eingebaut. Die Druckwaage 12 ist von bekannter Bauart, wobei der Regelkolben vom Lastdruck und der Kraft einer Feder in Sperrichtung und vom Druck stromab des Wegeventils in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist. Eine LS-Leitung 15 ist über ein Wechsel­ ventil 16 entweder mit der zum Verbraucher 3 führenden Leitung oder einer entsprechenden Leitung eines anderen Verbraucher 103 verbunden, so daß in der LS-Leitung ein den Verbraucherbedarf darstellendes Signal vorhanden ist.

Weitere Verbraucher sind entsprechend angeschlossen, in Fig. 1 für den Verbraucher 103 mit Druckwaage 112 usw.

Steigt der Lastdruck infolge eines sich vergrößernden Widerstandes am Verbraucher, so verringert sich die Druck­ differenz über der Meßdrossel 4 und verringert sich damit auch der Durchfluß. Dieser wird durch entsprechendes Öffnen der Druckwaage 12 ausgeglichen, so daß der Verbraucher 3 lastunabhängig steuerbar ist.

Der Förderstrom der Verstellpumpe 1 wird von einem Stell­ kolben 20 verstellt, der einerseits vom Pumpendruck und einer Feder 21 und andererseits von einem Steuerdruck im Raum 22 beaufschlagt ist. Wird der Kolben 20 vom Pumpen­ druck unter der Feder 21 nach rechts verschoben, so schwenkt die Pumpe aus und erhöht den Förderstrom. Bei einer Verschiebung nach links schwenkt die Pumpe zurück und verringert den Förderstrom. Der Steuerdruck im Raum 22 wird von einem Förderstromregelventil 25 eingestellt, dessen Regelkolben vom Pumpendruck und gegensinnig vom Signal in der LS-Leitung 15 und einer Feder 26 beauf­ schlagt ist, um den Steuerraum 22 entweder mit der Pumpendruckleitung 2 oder mit dem Tank zu verbinden. Die Kraft der Feder 26 ist so gewählt, daß bei entsprechender Förderstrommenge der Verstellpumpe 1 am Wegeventil 4 eine vorbestimmte Druckdifferenz, z. B. von 15 bar, auf­ tritt. Sinkt diese Druckdifferenz, wodurch sich der Durchfluß verringert, so wird das Förderstromregelventil 25 über den steigenden Druck in der LS-Leitung 15 ver­ stellt, um den Steuerdruck im Raum 22 zu reduzieren und damit den Förderstrom zu erhöhen.

Erreicht bei voll ausgeschwenkter Pumpe der Steuerdruck einen unteren vorbestimmten Grenzwert, der einer Unter­ versorgung entspricht, so spricht ein Druckschalter 30 an, der an die Verbindungsleitung 31 zwischen dem Förder­ stromregelventil 25 und dem Steuerraum 22 angeschlossen ist. Es wird damit ein elektrisches Signal erzeugt, mit dem verschiedene Maßnahmen eingeleitet werden können, z. B. das Zuschalten einer weiteren Pumpe oder eine Er­ höhung der Antriebsdrehzahl für die Verstellpumpe 1, falls dies möglich ist, oder auch eine Zurücknahme des an den Druckminderventilen 7 elektrisch eingestellten Sollwertes, um damit die Drücke in den Steuerräumen 6, 106 der Wegeventile 4, 104 zu reduzieren und damit den Durchfluß durch die Wege­ ventile verhältnisgleich zurückzunehmen.

Die Ansteuerung der Druckminderventile 7, 107 kann aber auch unmittelbar hydraulisch erfolgen, wenn auch die Steuer­ leitung 8 an die Verbindungsleitung 31 angeschlossen wird. In diesem Fall wird der an den Druckminderventilen 7, 107 ein­ gestellte Drucksollwert ebenfalls unterschritten, wenn der Druck auf Unterversorgung abfällt, so daß der An­ steuerdruck für die Wegeventile 4, 104 entsprechend reduziert wird.

Ist für die Verstellpumpe 1 außerdem ein Leistungsregler mit einem Ventil 34 vorgesehen, dessen Kolben von der Verstelleinrichtung der Pumpe und vom Pumpendruck beauf­ schlagt ist, um bei steigendem Pumpendruck den Förder­ strom zu verringern und damit ein Überschreiten der vor­ handenen Antriebsleistung zu verhindern (konstantes Pro­ dukt aus Förderstrom und Druck), so wird dieses Ventil 34 vorzugsweise an die Leitung 8 angeschlossen.

Überschreitet der Leistungsbedarf des Verbrauchers 3 die installierte Antriebsleistung, dann erzeugt Ventil 34 durch Drosselung des Stroms in der Signalleitung 8 eine "künstliche" Unterversorgung und paßt die Verbraucher­ leistungen durch Reduktion der Ventilsollwerte 4, 104 an die verfügbare Pumpenleistung an.

Da das Drucksignal in der Leitung 31 durch den Regel­ vorgang über das Regelventil 25 sehr hochfrequent schwanken kann, ist es zweckmäßig, dieses Signal vor der Weiterverarbeitung für die Verbraucherventile zu glätten (RC-Glied). Dies wird vorteilhaft durch Einfügen von Drosseln 31b, Sperrventilen 31c und Hydrospeichern 31a erreicht, wie in Fig. 2 bzw. Fig. 3 dargestellt ist.

Im Gegensatz zu Fig. 1, wonach der Pumpenregler mit Hochdrucksignalen betätigt wird, handelt es sich bei dem in Fig. 4 dargestellten System um einen Pumpenregler, der mit einem Niederdrucksignal angesteuert wird. Hierzu ist eine Druckwaage 40 ablaufseitig zwischen einem Verbraucher 3 und der tankseitigen Steuerkante 41 eines Wegeventils angeordnet, dessen zulaufseitige Steuerkante 42 an einem gemeinsamen Kolben ausgebildet ist, so daß die Verstellung der beiden Steuerkanten 41 und 42 zwangs­ läufig gekuppelt ist, wie durch die Verbindungslinie 43 angedeutet ist. Es handelt sich dabei um ein übliches Wegeventil. Die im Ablauf des Verbrauchers zum Tank stromauf der tankseitigen Meßdrossel 41 angeordnete Druckwaage 40 wird vom Druck stromauf der Meßdrossel 41 in Schließrichtung und von einer Feder 44 und einem Hilfs­ druck in der Leitung 45 stromab einer Drossel 46 in Öffnungsrichtung verstellt. Die Leitung 45 ist über die Drossel 46 an eine Fremddruckquelle angeschlossen, welche einen niedrigen Druck aufweist. Entsprechend Fig. 1 erfolgt der Anschluß an die Steuerleitung 8, an welche die Druckminderventile 7, 107 zur hydraulischen Ver­ stellung der Wegeventile angeschlossen sind. Der Druck in der Leitung 8 beträgt beispielsweise 30 bar.

Die Funktion der Druckwaage 40 entspricht der Funktion einer ablaufseitig angeordneten Druckwaage. Sie muß also den Durchfluß drosseln, wenn der Druck stromauf der Meß­ drossel 41 ansteigt, weil der Verbraucher mehr Arbeits­ mittel verdrängt, als über die Meßdrossel zum Tank hin abfließen kann. Die Druckwaage soll öffnen, wenn sich die Stellgeschwindigkeit des Verbrauchers verringert und damit der Druck stromauf der Meßdrossel sinkt. Zwischen der Leitung 45 und dem Ablauf ist ein in Richtung Ablauf öffnendes Rückschlagventil 48 vorgesehen, so daß der Hilfsdruck in der Leitung 45 reduziert wird, wenn der ablaufseitige Druck vor der Meßdrossel 41 weiter absinkt. Sinkt dieser Druck auf den Ablaufdruck, so verschiebt die Feder 44 den Regelkolben der Druckwaage 40 in die darge­ stellte Grenzstellung, in der die Leitung 45 über die Druckwaage mit einer Leitung 49 verbunden wird, die zum Pumpenregler führt. In dieser Grenzstellung wird das druckreduzierte Niederdrucksignal aus der Leitung 45 über die Leitung 49 zum Förderstromregelventil 25 über­ tragen. Dabei ist die Leitung 49 mit dem Tank über eine Drossel 51 verbunden. Der Regelkolben des Ventils 25 wird von der Feder 26 und gegensinnig vom Druck in der Leitung 49 beaufschlagt, um den Stellkolben 20 in der bereits erläuterten Weise zu verstellen. Die Verbindungs­ leitung 31 ist wieder an einem Drucksensor 30 angeschlos­ sen, so daß der Steuerdruck im Raum 22 des Stellzylinders überwacht wird. Wird einer der Verbraucher lastführend, weil er mehr Zufluß von Druckmittel benötigt, so signali­ siert er Unterversorgung und die Druckwaage 40 dieses lastführenden Verbrauchers wird in die dargestellte Grenz­ stellung verschoben, so daß die Pumpe über den OFS- Steuerdruck in der Leitung 49 ausgeschwenkt wird. Bei Unterversorgung des Systems können dann die anhand der Fig. 1 geschilderten Maßnahmen eingeleitet werden.

Die Wirkungsweise der ablaufseitigen Druckwaage ist im einzelnen in hierzu parallel laufenden Patentanmeldungen (interne Aktenzeichen: M-7362 und M-7365) mit gleichem Anmeldetag erläutert. Im vorliegenden Zusam­ menhang kommt es darauf an, daß der Pumpenregler von einem verbraucherabhängigen Signal steuerbar ist, wobei dieses Signal in unterschiedlicher Art und Weise erzeugt werden kann. Anhand der Darstellung der Fig. 1 und 4 sollte insbesondere gezeigt werden, daß es sich dabei um ein Hochdruck- aber auch um ein Niederdrucksignal handeln kann.

In Fig. 5 ist eine reversierbare Verstellpumpe 60 darge­ stellt, die über einen Differentialstellkolben 61 ein­ stellbar ist, der in einer federzentrierten Mittelstellung steht. Die Steuerräume 63, 64 beidseits des Kolbens 61 werden über ein Förderstromregelventil 62 mit der Pumpen­ druckleitung 2 bzw. mit einem Abfluß zum Tank verbunden. Der Regelkolben des Ventils 62 wird wiederum von einem verbraucherabhängigen Signal LS bzw. über Rückschlag­ ventile 65, 66 vom jeweiligen Pumpendruck beaufschlagt. In den Verbindungsleitungen 67, 68 stellt sich somit ein entsprechender Steuerdruck ein, der über ein Umschalt­ ventil 69 abgegriffen wird und am Drucksensor 30 in der bereits geschilderten Weise überwacht wird, um bei Ab­ sinken des Druckes die erläuterten Maßnahmen zu ergreifen. In diesem Fall entspricht jeweils ein Signal in einer der Leitungen 67 oder 68 der Unterversorgung und das jeweils andere Signal den Zustand einer Überversorgung, wenn also die Pumpe auf minimaler Fördermenge steht. In diesem Fall kann dann eine zweite Pumpe abgeschaltet werden, die Antriebsdrehzahl reduziert oder der Vorsteuer­ druck wiederum erhöht werden.

Claims (14)

1. Steueranordnung für mehrere unabhängig voneinander betätigbare hydraulische Verbraucher mit einer Verstellpumpe, bei der mindestens ein Steuer­ druck für eine an einem Stellkolben der hydraulischen Verstelleinrichtung wirkende Druckdifferenz von einem Förderstromregelventil verbraucherdurchflußabhängig erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck an der Verstelleinrich­ tung (20, 21, 22) als Signal für eine Unterversorgung bei nicht ausreichender Pum­ penfördermenge oder für eine Überversorgung bei zu großer Pumpenfördermenge verwendbar ist, um den Durchfluß durch die Verbraucher (3, 103) zu ändern.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Signal eine zusätzliche Pumpe zu- bzw. abschaltbar ist.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Signal die Pumpendrehzahl erhöht bzw. verringert wird.

4. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Signal der Durchfluß durch die Verbraucher (3, 103) verringert wird.

5. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Signal hydraulisch in einer Steuerdruckleitung (31) direkt vom Steuerdruck an der Verstelleinrichtung (20, 21, 22) oder elektrisch von einem auf den Steuerdruck ansprechenden Druckfühler (30) abgreifbar ist.

6. Steueranordnung nach Anspruch 4 mit hydraulisch von je einem Vor­ steuerventil angesteuerten Wegeventil für jeden Verbraucher, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorsteuerventile (7, 107) hydraulisch (8, 108) an die das Signal führende Steuerdruckleitung (31) angeschlossen sind.

7. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventile (7, 107) elektrisch betätigbar und von dem Signal elektrisch im Sinne einer Verringerung des Vorsteuerdruckes verstellbar sind.

8. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorsteuerventile (7, 107) Druckminderventile sind.

9. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Förderstromregelventil (25) vom Pumpendruck und gegensinnig dazu von einer Feder (26) und von einem verbraucherabhängigen Hochdrucksignal beaufschlagt ist (Fig. 1).

10. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Förderstromregelventil (25) von einer Feder (26) und gegensinnig von einem verbraucherabhängigen Niederdrucksignal beaufschlagt ist (Fig. 4).

11. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstellpumpe als Reversierpumpe (60) mit Differentialstellzylin­ der ausgebildet ist (Fig. 5).

12. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsbegrenzungsventil (34) in der Steuerdruckleitung (31, 8, 108) vorgesehen ist, das auf das den Versorgungsdruck der Wegeventile (4, 104) beeinflussende Si­ gnal drosselnd einwirkt.

13. Steueranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leistungsbegrenzungsventil (34) eine Drossel (31b) und/oder ein Sperrventil (31c) und/oder ein Hydraulikspeicher (31a) vorgeschaltet werden.

14. Verwendung der Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für an eine Leitung mit eingeprägtem Druck angeschlossene Sekundäreinheiten eines aus hydrostatischen Maschinen bestehenden Getriebes.