DE4140423A1 - Vorrichtung zur einstellung des arbeitsfluessigkeitsdruckes - Google Patents

Vorrichtung zur einstellung des arbeitsfluessigkeitsdruckes

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Guenter 6980 Wertheim De Fertig
Armin 8770 Lohr De Stellwagen
Walter Osio Sotto It Scandella
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung des Druckes der dem hydraulischen Verbraucher über ein hydraulisch zu betätigendes Steuerventil zugeführten Arbeitsflüssigkeit.
In bekannter Weise erfolgt die Druckeinstellung der Arbeitsflüssigkeit mit Hilfe eines Druckventils, das den überschüssigen Druck zum Tank abbaut. Die hierbei über das Druckventil strömende Hydraulikflüssigkeit setzt den Wirkungsgrad der hydraulischen Anlage herab. Hinzu kommt, daß sich die zum Tank abströmende Hydraulikflüssigkeit durch den Drosselvorgang erwärmt. Es ist also eine zusätzliche Kühleinrichtung erforderlich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Druckeinstellung der vorliegenden hydraulischen Anlage zu vereinfachen und gleichzeitig die mit der Druckeinstellung verbundenen Verluste auf ein Kleinstmaß zu reduzieren.
Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.
Dadurch, daß der Steuerdruck für die Einstellung des Steuerventils gleichzeitig ein Maß für die Druckeinstellung bildet und das aus der Vergleichseinrichtung sich ergebende Korrektursignal den am Steuerventil direkt anstehenden Steuerdruck überlagert wird, läßt sich eine verlustfreie Druckregelung erzielen, ohne größere Arbeits­ flüssigkeitsmengen zum Tank abführen zu müssen. Auf ein Druckventil zur Einstellung des Arbeitsdruckes kann gänzlich verzichtet werden. Gleiches gilt bei Ansteuerung einer Eingangsdruckwaage mit Hilfe der Vergleichseinrichtung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 den Schaltplan einer Baggersteuerung, bei der die Druckein­ stellung durch die Steuerstellung des Steuerventils erfolgt.
Fig. 2 den Schaltplan einer Baggersteuerung, bei der die Druckein­ stellung durch die Regelstellung einer Zulaufdruckwaage erfolgt und
Fig. 3 den Schaltplan einer Baggersteuerung, bei der die Druckein­ stellung über elektrische Signale erfolgt, die die Steuer­ stellung des Steuerventils beeinflussen.
Nach Fig. 1 wird der Antriebs 1 des Drehwerks des nicht näher dar­ gestellten Baggers von dem hydraulisch angesteuerten Steuer­ ventil 2 gesteuert. Das Steuerventil 2 ist als 7-Wegeventil mit drei Schaltstellungen a, b, c ausgebildet, wobei der Übergang von der einen zur anderen Schaltstellung kontinuierlich erfolgt.
Das Steuerventil weist einen Pumpenanschluß P, zwei Tankanschlüsse T1, T2 zwei Arbeitsanschlüsse A, B sowie zwei Umführungsanschlüsse A1, B1 auf. Der Umführungsanschluß B1, der in den Schaltstellungsbereichen a und c mit dem Pumpenanschluß verbunden ist und damit den Durchflußquerschnitt des Steuerventils festgelegt, ist mit dem Eingang einer Druckwaage 5 verbunden. Der Umführungsanschluß A1 verbindet je nach Schaltstellung des Steuerventils entweder den Arbeitsanschluß A oder den Arbeitsan­ schluß B mit dem Ausgang der Druckwaage 5. Am Ausgang der Druckwaage herrscht somit der Arbeits- oder Lastdruck des Drehwerkantriebes. Dieser Druck wirkt über die Steuerleitungsverbindung 7 auch an der einen Steuerseite eines 4-Wege-Schaltventils 8 mit den Schaltstellungen a und b.
Die gegenüberliegende Steuerseite des Schaltventils 8 wird von einer Druckfeder und gleichzeitig vom in einer Steuerleitung 9 herrschenden Steuerdruck belastet. Die Steuerleitung 9 steht mit weiteren Verbrauchern, wie Stiel, Ausleger und Löffel sowie Fahrwerk in Verbindung, denen ebenfalls Schaltventile zugeordnet sind.
In der Schaltstellung a verbindet das Schaltventil 8 die den Lastdruck des Drehwerkes 1 führenden Steuerleitung 7 mit der die Rückstellfeder aufweisende Steuerseite der Druckwaage 5. Gleichzeitig ist in dieser Schaltstellung die Steuerleitung 10 mit der Steuerleitung 9 verbunden.
In der gezeigten Schaltstellung b verbindet das Schaltventil 8 die Steuerleitung 9 mit der federseitigen Steuerseite der Druckwaage 5, während die beiden anderen Anschlüsse in dieser Schaltstellung des Schaltventils 8 geschlossen sind. Ist also der Lastdruck des Drehwerkes größer als der in der Steuerleitung 9 vorherrschende Steuerdruck schaltet das Schaltventil in die Schaltstellung a, in der dann auch der höhere Lastdruck in der Steuerleitung 9 herrscht und damit den anderen Schalt­ ventilen der weiteren Verbraucher zugeführt wird. Ist der Lastdruck des Drehwerkes kleiner als der in der Steuerleitung 9 vorherrschende Steuer­ druck, der dem Lastdruck eines anderen mit der Steuerleitung 9 in Wirkver­ bindung stehenden Verbrauchers entspricht, schaltet das Schaltventil 8 in die gezeigte Schaltstellung b,in der die federseitige Steuerseite der Druckwaage 5 mit dem höheren Lastdruck angesteuert wird.
Die Ansteuerung des Steuerventils 2 erfolgt hydraulisch, und zwar mit Hilfe von Ansteuerventilen 11, 12, die als Druckregelventile ausgebildet sind. Je nach Druckeinstellung an einem der Ansteuerventile verschiebt sich der Steuerkolben des Steuerventils 2 mehr oder weniger gegen die Kraft der Zentrier- und Steuerfedern aus seiner gezeigten Mittelstellung b in seine Steuerstellung a oder c und gibt hierbei einen entsprechend großen Durchflußquerschnitt für die zum Drehwerk strömende Arbeits­ flüssigkeit frei. Die den Steuerdruck übermittelnde Steuerflüssigkeit zur Verschiebung des Steuerkolbens wird über die Steuerleitungen 14, 15 geleitet. Am Verzweigungspunkt 16, 17 strömt sie zum einen über die Drosseln 18, 19 zum Steuerraum 20, 21 des Steuerventils 2 und zum anderen über das Wechselventil 24 zum federseitigen Steuerraum eines Proportional­ ventils 25. Der gegenüberliegende Steuerraum des Proportionalventils 25 steht über eine Steuerleitung 26 mit der Ausgangsseite der Druckwaage 5 in Verbindung, in der der jeweilige Lastdruck herrscht.
Das Proportionalventil 25 ist als 2-Wegeventil ausgebildet, dessen Eingang über ein Wechselventil 27 mit dem jeweils wirkenden Steuerdruck hinter den Drosselstellen 18, 19 in Verbindung steht und dessen Ausgang mit dem Tank verbunden ist. In der Offenlage des Proportional­ ventils strömt Steuerflüssigkeit von der jeweils angesteuerten Steuerseite des Steuerventils 2 zum Tank, so daß sich zwischen jeweiliger Drossel­ stelle 18, 19 und Steuerventil ein entsprechend niedriger Steuer­ druck einstellt als vor der Drosselstelle 18, 19.
Die Folge davon ist, daß sich der vom Steuerkolben des Steuerventils freigegebene Durchflußquerschnitt verringert und entsprechend weniger Arbeitsflüssigkeit zum Drehwerk strömt, das eine entsprechende Herabsetzung des abgegebenen Drehmoments des Drehwerkes bewirkt.
Sobald der am Drehwerk wirkende und damit auch an der entsprechenden Steuerseite des Proportionalventils wirkende Lastdruck einen Wert erreicht hat, der den auf der gegenüber­ liegenden Steuerseite anstehenden am Steuergerät eingestellten Wert entspricht, schließt der Steuerdruck das Proportionalventil soweit, daß der an der Steuerseite des Steuerventils wirkende verminderte Steuer­ druck den Steuerkolben in einer Öffnungslage hält, in der der am Steuer­ gerät durch den Steuerdruck vorgegebene Lastdruck gehalten wird. Das Proportionalventil 25 bildet hierbei eine Verstelldrossel, die mit der jeweiligen Festdrossel 18, 19 den Zwischendruck liefert, der unmittelbar am Steuerventil 2 dessen Öffnungsquerschnitt festlegt, der zur Erzielung des vom Steuergerät vorgegebenen Lastdruckes bzw. Drehmomentes entspricht. Da der zum Ansteuern des Steuerventils 2 erforderliche Steuerdruck wesentlich kleiner ist als der vorgegebene Lastdruck, werden die einander gegenüberliegenden Steuerflächen am Proportionalventil 25 so zueinander größenmäßig gewählt, daß das erforderliche Verhältnis vom Steuerdruck zum Lastdruck bzw. Moment am Drehwerk gewährleistet ist. Beträgt beispielsweise der maximale Steuerdruck 30 bar und der geforderte maximale Lastdruck 300 bar müssen sich die Steuerflächen am Proportionalventil wie 1:10 verhalten, damit am Steuergerät der geforderte Lastdruck bzw. das Moment durch einen entsprechenden Steuerdruck eingestellt werden kann.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß anstelle des Steuerventils 2 eine dem Steuerventil 2 vorgeschaltete Druckwaage 30 die Arbeitsflüssigkeitsmenge zur Erzielung des gewünschten Lastdruckes bzw. Momentes begrenzt. Der am Steuerventil 2 wirkende am Steuergeber 11 oder 12 vorgegebene Steuerdruck wird hierbei nicht verändert.
Die unter Lastdruck stehende Steuerflüssigkeit wird der Federseite der Druckwaage über eine Festdrossel 31 zugeführt. Zwischen dieser Festdrossel und der Druckwaage 30 führt von der Steuerleitung 34 eine Steuerleitung 33 zum Proportionalventil 25. Je nach Öffnungsgrad des Proportionalventils wird in Verbindung mit der Festdrossel 31 der Steuer­ druck an der Druckwaage in dem Sinne beeinflußt, daß die über das Steuerventil 2 zum Drehwerk 1 strömende Arbeitsflüssigkeitsmenge eine solche Größe erreicht, daß sich der vom Ansteuergerät 11, 12 als Steuerdruck vorgegebene auf der einen Steuerseite des Proportional­ ventils 25 wirkende Lastdruck bzw. Moment einstellt.
In den Fig. 1 und 2 sind für wirkungsgleiche Teile die gleichen Positionszahlen verwendet. Dies gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Steuerdruck für das Steuerventil 2 durch elektrische Signale erzeugt, und zwar unter Verwendung von Druckregelventilen 40, deren Steuerdruckeinstellung vom Proportionalmagneten erfolgt. Als Baueinheit sind Druckregelventil und Proportionalventil unmittelbar an den betreffenden Steuerseiten der Steuerventil 2 angeflanscht. Der Lastdruck wird bei diesem Ausführungs­ beispiel ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 am Ausgang der dem Steuerventil zugeordenten Druckwaage 5 mittels der Steuerleitung 26 abgenommen und einem Signalwandler 44 zugeführt, in dem das Drucksignal in ein elektrisches Signal gewandelt und über die elektrische Steuerleitung 46 dem Steuergerät 45 über die Steuer­ geber 50 zugeführt und dort als Istwertsignal mit dem am Steuergeber 50 vorgegebenen Sollwertsignal verglichen wird.
Das daraus resultierende Differenzsignal wird dem dem Proportional­ magneten für die Steuerdruckeinstellung ansteuernden elektrischen Signal zur Nachstellung des Steuerventils 2 zur Erzielung des vorgegebenen Lastdruckes überlagert. Die elektrischen Steuerleitungen, die vom Steuergerät 45 zu den Proportionalventilen am Steuerventil 2 führen, sind mit 47 und 48 bezeichnet.
In den Figuren wurden nur die Teile der gesamten Baggersteuerung beschrieben, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Einstellung des Druckes der dem hydraulischen Verbraucher über ein hydraulisch betätigbares Steuerventil zugeführten Arbeitsflüssigkeit, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (25) für einen vorgegebenen den Sollwert für den Verbraucherdruck festlegenden Steuerdruck für das Steuerventil (2) mit dem vorherrschenden Verbraucherdruck und die daraus sich ergebende Druckdifferenz ein Signal zum Nach­ stellen des Steuerventils bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (2) von einem 2-Wegeventil gebildet ist, das in die eine Verschieberichtung vom Steuerdruck für das Steuerventil und in die Gegenrichtung vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist und der Eingang des 2-Wegeventils mit der Ansteuerseite des Steuerventils und der Ausgang mit dem Tank in Verbindung steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Steuerventil (2) zugeführte Steuerflüssigkeit über eine Drosselstelle (18, 19) strömt und der Eingang des 2-Wegeventils im Verbindungsbereich zwischen der Drosselstelle und dem Steuer­ ventil angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt des 2-Wegeventil proportional zum Steuerdruck veränderbar ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verbraucherdruck beaufschlagte Steuerfläche des 2-Wegeventils (25) kleiner ist als die vom Steuer­ druck beaufschlagte Steuerfläche und der Steuerkolben des 2-Wegeventils vom Verbraucherdruck in Offnungsrichtung und vom Steuerdruck in Schließ­ richtung beaufschlagt wird.
6. Vorrichtung zur Einstellung des Druckes der dem hydraulischen Verbraucher über ein hydraulisch betätigbares Steuerventil zugeführten Arbeits­ flüssigkeit, wobei die Arbeitsflüssigkeit für den Verbraucher über eine Druckwaage dem Steuerventil zugeführt wird, deren eine Steuerseite vom Pumpendruck und deren andere Steuerseite vom Verbraucherdruck beauf­ schlagt ist, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (25) für einen vorgegebenen den Sollwert für den Verbraucherdruck festlegenden Steuerdruck für die Druckwaage (30) mit dem vorherrschenden Verbraucher­ druck und die daraus sich ergebende Druckdifferenz ein Signal zum Nachstellen der Druckwaage (30) bildet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs­ einrichtung (2) von einem 2-Wegeventil gebildet ist, das in die eine Verschieberichtung vom Steuerdruck für das Steuerventil und in die Gegenrichtung vom Verbraucherdruck beaufschlagt ist und der Eingang des 2-Wegeventils mit der verbraucherseitigen Ansteuerseite der Druckwaage und der Ausgang mit dem Tank in Verbindung steht.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich zwischen Steuerseite der Druckwaage (30) und dem Verbraucher eine Drosselstelle (31) vorgesehen ist und der Eingang des 2-Wegeventils im Verbindungsbereich (34) zwischen Drosselstelle (31) und der Steuerseite der Druckwaage angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung von einem elektrischen Steuergerät (45) gebildet ist, dem der Ansteuerdruck für das Steuerventil (2) als elektrisches Signal eingegeben wird und dieses Eingangs­ signal mit dem ebenfalls als elektrisches Signal vorliegenden vorherrschenden Lastdrucksignal (44) verglichen und die Abweichung dem zu den elektrischen Anstellgliedern (41) zur Einstellung des Steuerdruckes für die Steuerventile führenden Signal überlagert wird.
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