DE4308004C2 - Hydraulische Steuereinrichtung für mehrere Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung nach den identischen Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9.

Bei einer bekannten Steuereinrichtung wird eine Druckregelein­ richtung der Verstellpumpe auf einen Wert eingestellt, der dem maximal zulässigen Verbraucherdruck entspricht. Wird beispiels­ weise der Verbraucher wie Tiltzylinder oder Liftzylinder eines Laders bis zum Anschlag gefahren und in dieser Lage gehalten, schwenkt die Verstellpumpe soweit zurück und verringert damit ihre Fördermenge soweit, daß gerade der maximale, an der Druck­ regeleinrichtung eingestellte Wert des Druckes aufrechterhalten bleibt. Dies ist unabhängig davon, ob in diesem Betriebszustand für den Verbraucher ein so hoher Druck erforderlich ist oder nicht.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die be­ kannte hydraulische Steuereinrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9 dahingehend weiterzubilden, daß während des Betriebs der Steuereinrichtung jeweils nur der Pumpendruck auf­ tritt, der für die Funktion der Verbraucher zum Zeitpunkt ihres Betriebs erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird auf eine erste Weise mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Dadurch, daß die Druckein­ stellung der Druckregeleinrichtung für die Verstellpumpe jeweils in Abhängigkeit vom größten Ansteuersignal, mit dem eines der Steuerventile beaufschlagt wird, verstellbar ist, wird mit der Betätigung der Steuerventile gleichzeitig eine entsprechende Einstellung der Druckregeleinrichtung vorgenommen, die zur Be­ tätigung der Verbraucher erforderlich ist. Das Steuerventil für die größte Last muß also soweit in Öffnungsrichtung verschoben werden, bis die Druckregeleinrichtung einen der Last entspre­ chenden Druckaufbau durch die Verstellpumpe gewährleistet. Die Geschwindigkeit dieses Verbrauchers wird also nicht vom freige­ gebenen Öffnungsquerschnitt des zugeordneten Steuerventils, son­ dern durch die Einstellung der von der Einstellung des Öffnungs­ querschnitts des zugeordneten Steuerventils abhängigen Druckre­ geleinrichtung für die Verstellpumpe festgelegt. Befinden sich die Steuerkolben in ihrer Ausgangsstellung, wird auch der Druck­ regeleinrichtung der Verstellpumpe kein Steuersignal zugeführt. Die Druckregeleinrichtung ist in diesem Betriebszustand nur von der geringen Kraft einer weitgehend entspannten Regelfeder be­ aufschlagt. Die Verstellpumpe arbeitet somit bei der sich hier­ bei einstellenden minimalen Fördermenge gegen den von der gerin­ gen Vorspannung der Regelfeder vorgegebenen Druck. Damit wird ein besonders wirtschaftlicher Betrieb der Hydraulikanlage si­ chergestellt.

Die gestellte Aufgabe wird auf eine zweite Weise mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Es ist schon bekannt, eine Verstellpumpe in Abhängigkeit von ei­ nem Vorsteuersignal, mit dem der Steuerkolben eines Steuerven­ tils angesteuert wird, zu verstellen.

Bei einer hydraulischen Steuereinrichtung nach der DE 38 05 287 A1 ist eine Verstellpumpe mit einem Druckregler, mit dem der Pumpendruck auf einen maximalen Wert begrenzt ist, und mit einem Förderstromregler ausgestattet, der im Sinne einer Erhöhung der Fördermenge von einer Regelfeder und vom höchsten Lastdruck und im Sinne einer Verringerung der Fördermenge vom Pumpendruck be­ aufschlagbar ist. Die Fördermenge wird jeweils so ausgeregelt, daß zwischen Pumpendruck und höchstem Lastdruck die von der Re­ gelfeder bestimmte Druckdifferenz besteht. Der Förderstromregler regelt also in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck einen Pumpen­ druck ein und erfüllt insofern die Funktion einer Druckregelein­ richtung.

Über ein Wechselventil ist der Förderstromregler im Sinne einer Erhöhung der Fördermenge anstelle vom höchsten Lastdruck unmit­ telbar von einem Vorsteuerdruck eines Steuerventils beaufschlag­ bar, sofern der ein Ansteuersignal darstellende Vorsteuerdruck höher als der höchste Lastdruck ist. Es ist also mit dem Vor­ steuergerät maximal nur ein solcher Wert des Pumpendrucks ein­ stellbar, der um die von der Regelfeder bestimmte Druckdifferenz höher als der maximale Vorsteuerdruck ist. Die Einstellung des Pumpendrucks erfolgt demnach entweder vom höchsten Lastdruck oder vom Vorsteuerdruck, wenn der höchste Lastdruck niedriger als der maximale Vorsteuerdruck ist, oder nur vom höchsten Lastdruck, wenn dieser höher als der maximale Vorsteuerdruck ist. Eine Zuführung des Vorsteuerdrucks zur Druckregeleinrich­ tung in modifizierter Form ist nicht vorgesehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der hydraulischen Steuereinrichtung gemäß Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher be­ schrieben.

Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung

Die ein Schaltschema einer hydraulischen Steuereinrichtung für einen Lader zeigende Abb. 1 bezeichnet mit 1 eine verstell­ bare Pumpe mit Stellzylinder 2. 4 bezeichnet einen Druckregler und 3 einen Maximaldruckbegrenzer. Die Druckleitung 5 der Ver­ stellpumpe führt zum Einlaß 6 eines Steuerblocks 7 mit drei Steuerkolben 8, 9, und 10, die mit entsprechenden Ausnehmungen im Steuerblock Wegeventile zum Ansteuern der Arbeitszylinder 11, 12 für die nicht dargestellte Schaufel bzw. Ausleger bilden. Die Steuerkolben 8, 9, und 10 stehen über Steuerleitungen 13, 14, 15, 16 und 17 mit fünf Steuerausgängen eines Vorsteuerblocks 18 in Verbindung. Der Vorsteuerblock weist vier von Hand zu betäti­ gende Druckregelventile 20, 21, 22 und 23 auf. Ferner besitzt er ein Schaltventil 24, das den am Druckregelventil 20 eingestell­ ten Vorsteuerdruck bis zu einer bestimmten Größe über die Steu­ erleitung 16 an die eine Steuerfläche des Steuerkolbens 9 lei­ tet. Bei Überschreiten des an einer Feder 25 einzustellenden Vorsteuerdrucks verschiebt sich das Schaltventil 24 in Richtung seiner Schaltstellung a und unterbricht die Verbindung des Druckregelventils 20 zum Steuerkolben 9 über die Steuerleitung 16. Diese wird in dieser Schaltstellung des Schaltventils 24 mit dem Tank verbunden. Bei weiterem Anstieg des am Druckregelventil 20 einzustellenden Vorsteuerdrucks wird über die Steuerleitung 17, die mit der einen Steuerseite des Steuerkolbens 10 in Ver­ bindung steht, dieser aus der gezeigten Schließstellung in die Schwimmstellung verschoben, in der die zu den Liftzylindern 12 führenden Arbeitsleitungen 30, 31 miteinander verbunden sind, so daß sich die Liftzylinder frei bewegen können.

Die Arbeitsbewegungen der Liftzylinder werden mit Hilfe des Steuerkolbens 9 gesteuert, der über die Arbeitsleitungen 32, 33 mit den Arbeitsleitungen 30, 31 verbunden ist und damit zu den betreffenden Zylinderräumen 34, 35 der Liftzylinder Direkt­ verbindung aufweist. Von der Steuerleitung 16 führt ein Steuer­ leitungsabschnitt 16a zu einem Schaltventil 35, das in der Schaltstellung a, also bei Druckbeaufschlagung über das Druckre­ gelventil 20 und damit auch bei Druckbeaufschlagung des Steuer­ kolbens 9 in Richtung "Senken", die Druckleitung 37 der Steuer­ ölpumpe 38 mit dem Steuerraum 39 eines Vorspannventils 40 ver­ bindet, das sich in der Tankleitung 41 befindet. Damit wird si­ chergestellt, daß beim Senken der Liftzylinder die aus den Zy­ linderräumen 34 austretende Arbeitsflüssigkeit unter einem ent­ sprechend hohen Druck gehalten wird, der bei in den kolbenstan­ genseitigen Zylinderräumen 35 sich einstellenden Unterdruck ein Nachströmen von Arbeitsflüssigkeit über das Rückschlagventil 43 von der Tankleitung 41 in den mit der Arbeitsleitung 32 verbun­ denen Leitungsabschnitt 32a und von dort zu den kolbenstangen­ seitigen Zylinderräumen 35 gewährleistet. Die Steuerleitungen 13, 14, 15, 16 sind untereinander über Wechselventile 45, 46 und 47 wirkungsmäßig miteinander gekoppelt, derart, daß der in der mit dem Ausgang des Wechselventils 47 verbundenen Steuerleitung 48 wirkende Pumpensteuerdruck dem jeweils höchsten Vorsteuer­ druck, der an den Druckregelventilen 20, 21, 22 und 23 einge­ stellt ist, entspricht. Dieser Pumpensteuerdruck beaufschlagt über die Steuerleitung 48 den Vorspannkolben 50 für die Regelfe­ der 51 des Druckreglers 4 und spannt die Regelfeder 51 entspre­ chend vor. Das größte Ansteuersignal, also der größte Vorsteuer­ druck, mit dem eines der Steuerventile beaufschlagt wird, wird also in modifizierter Form, d. h. über den Vorspannkolben 50 dem Druckregler 4 zugeführt.

Der jeweils höchste Vorsteuerdruck zur Betätigung der Steuerkol­ ben 8, 9 ist somit ein Maß für die Druckeinstellung des Druck­ reglers 4. Soll also der eine oder andere Arbeitszylinder 11 bzw. 12 bzw. beide gemeinsam eine bestimmte Arbeitsstellung ein­ nehmen, wird an den betreffenden Druckregelventilen ein so hoher Vorsteuerdruck vorgegeben, daß sich in der Druckleitung 5 ein solcher Druck aufbauen kann, der eine entsprechende Arbeitsbewe­ gung der Arbeitszylinder herbeiführt, wobei sich gleichzeitig die Steuerkolben 8 und/oder 9 in entsprechende Steuerlagen ver­ schieben. Der Steuerkolben 10 nimmt an der Druckregelung der Pumpe nicht teil, da dieser lediglich eine Schwimmstellung her­ beiführen soll. Diese ersetzt letztlich eine vierte Schaltstel­ lung des Steuerventils 9 für die Liftzylinder 12. Die vom Pum­ pensteuerdruck beaufschlagte Steuerfläche des Vorspannkolbens 50 ist größer als die gegenüberliegende, vom Regelkolben des Druck­ reglers 4 gebildete und vom Pumpendruck beaufschlagte Steuerflä­ che. Da die am Regelkolben angreifenden Kräfte sich aus dem Pro­ dukt aus wirksamer druckbeaufschlagter Fläche und dem jeweiligen Steuerdruck ergeben, kann über den Vorspannkolben mit großer druckwirksamer Fläche ein verhältnismäßig großer Pumpendruck ge­ regelt werden. Das Verhältnis der vom Pumpendruck beaufschlagten Steuerfläche des Regelkolbens des Druckreglers verhält sich zur wirksamen Steuerfläche des Vorspannkolbens 50 beispielsweise in der Größenordnung von 1 zu 8 bis 20. Durch dieses Flächenver­ hältnis läßt sich mit Hilfe des von den Druckregelventilen ein­ zustellenden Vorsteuerdrucks von beispielsweise max. 30 bar eine Druckeinstellung der Verstellpumpe in der Größenordnung bis max. 300 bar erzielen. Je nach Anwendungsfall kann auch ein anderes Flächenverhältnis zweckmäßig sein. Falls Hochdruck zur Ansteue­ rung gewählt wird, kann das Flächenverhältnis auch bei 1 : 1 lie­ gen.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 unterscheidet sich ge­ genüber dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 lediglich da­ durch, daß der in der Steuerleitung 48 herrschende höchste Vor­ steuerdruck nicht dem Druckregler 4, sondern einem Druckbegren­ zungsventil 60 zu dessen jeweiliger Druckeinstellung für die über die Drossel 61 und die Steuerleitung 62 den Druckregler 4 beaufschlagende, von der Druckleitung 5 der Verstellpumpe abge­ zweigte Steuerflüssigkeit zugeführt wird. Bei dieser Anordnung kann der serienmäßig verwendete Druckregler der Pumpe beibehal­ ten werden. Es ist lediglich erforderlich, daß das Druckbegren­ zungsventil mit einer entsprechenden Druckübersetzung ausgestat­ tet ist und in der Steuerleitung 62 einen im Bereich des ge­ wünschten Pumpendruckes liegenden Pumpensteuerdruck aufrecht er­ hält.

Durch die Verwendung des serienmäßigen Druckreglers ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine lastdruckabhängige Steuerung mit der erfindungsgemäßen Steuerung zusammenarbeiten kann. Das je­ weils höchste Signal der beiden Steuerungen wird über ein Wech­ selventil dem Druckregler zugeführt. In Abb. 4 ist dies schematisch dargestellt. Die lastdruckabhängige Steuerung ist mit Load-Sensing bezeichnet, der Druckregler der Verstellpumpe 1 mit DFR und das Wechselventil mit 65. Ansonsten entsprechen die Positionszahlen denen der Abb. 2.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 entspricht dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Abb. 2, wobei anstelle hydraulischer Steuermittel elektrische Steuermittel in Form eines elektrische Signale erzeugenden Steuergebers 70, elektrischer Stellmagnete 71 für die Steuerventile mit Steuerkolben 8 und 9 und eines elektrisch ansteuerbaren Druckbegrenzungsventils 60 vorgesehen sind. Es handelt sich also hierbei um eine elektrische Lösung.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 wird der Pumpensteuerdruck für den Druckregler 4 durch Ausbildung der miteinander zusammenwirkenden, den Förderflüssigkeitsumlauf steuernden Steuerkanten der zu einem Steuerblock SB vereinigten Steuerventile mit den Steuerkolben 8, 9, 10 als mit dem Steuer­ kolbenhub im Durchflußquerschnitt veränderbaren Drosseln gene­ riert. Je größer der Hub umso größer wird die Drosselwirkung der miteinander zusammenwirkenden Steuerkanten der Steuerventile und dementsprechend nimmt der Druck - in Durchflußrichtung gesehen - vor den Drosseln zu, wobei der höchste Druck von dem Steuerkol­ ben mit dem größten Hub festgelegt wird. Die Steuerflüssigkeit wird wie bei den Ausführungsbeispielen 2 bis 4 über eine Drossel 61 von der Druckleitung 5 der Verstellpumpe 1 entnommen und über den Umlaufkanal 66 dem Tank zurückgeführt. Bei dieser Art der Pumpensteuerdruckerzeugung, die keine zusätzliche Ventileinrich­ tung zur Erzielung des Steuerdruckes erfordert, begrenzt die Drossel 61 in der Ausgangsstellung der Wegeventile die maximal von der Verstellpumpe zum Tank zurückzuführende Fördermenge über den Umlaufkanal 66 im Steuerblock.

Claims (9)

1. Hydraulische Steuereinrichtung zur unabhängigen Betäti­ gung von wenigstens zwei hydraulischen Verbrauchern (11, 12), wie Tiltzylinder und Liftzylinder von Ladern, mit jeweils einem Steuerventil für jeden der beiden Verbraucher (11, 12), das ei­ nen Steuerkolben (8, 9) aufweist, der in Abhängigkeit von der Größe eines Ansteuersignals verschieden weit aus einer Ruhestel­ lung heraus verschiebbar ist, und mit einer Verstellpumpe (1), die eine verstellbare Druckregeleinrichtung (4) aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung (4) unabhän­ gig vom Lastdruck eines betätigten Verbrauchers (11, 12) jeweils in Abhängigkeit vom größten Ansteuersignal, mit dem eines der Steuerventile beaufschlagt wird, verstellbar ist.

2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolben (8, 9) durch Beauf­ schlagung mit einem vorgebbaren Vorsteuerdruck verschiebbar sind und daß der jeweils größte vorgegebene Vorsteuerdruck ein Maß für die Druckeinstellung der Druckregeleinrichtung (4) der Ver­ stellpumpe (1) bildet.

3. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung (4) von einem hydraulischen Druckregler gebildet wird, der in Richtung kleinerer Fördermenge der Verstellpumpe (1) vom Pumpendruck und in Richtung größerer Fördermenge von einem Pumpensteuerdruck be­ aufschlagbar ist, der vom größten vorgegebenen Ansteuersignal für die Steuerventile abhängig ist.

4. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Regelfeder (51) des hydraulischen Druckreglers (4) an einem Vorspannkolben (50) abstützt, der vom dem jeweils größten vorgegebenen Ansteuersignal entsprechenden Pumpensteuerdruck beaufschlagt ist und daß die Regelfeder (51) von diesem Vorspannkolben (50) entsprechend vorgespannt wird.

5. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagte Fläche des Vorspann­ kolbens (50) größer ist als die vom Pumpendruck beaufschlagte Fläche des Regelkolbens des hydraulischen Druckreglers (4).

6. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung (4) als hydraulischer Druckregler ausgebildet ist, der in Richtung klei­ nerer Fördermenge der Verstellpumpe (1) vom Pumpendruck und in Richtung größerer Fördermenge von einem Pumpensteuerdruck beauf­ schlagbar ist, dessen Größe von einem Druckventil (60) festge­ legt ist, dessen Einstellung vom größten Ansteuersignal für die Steuerventile abhängig ist.

7. Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Druckventils (60) in Abhängigkeit vom größten vorgegebenen Vorsteuerdruck er­ folgt und die Steuerflüssigkeit für das Druckventil (60) über eine Drossel (61) von der Druckleitung (5) der Verstellpumpe (1) abgenommen wird.

8. Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuersignale für die Steu­ erventile elektrische Ansteuersignale sind, wobei das größte elektrische Ansteuersignal ein Maß für das durch elektrische Steuermittel (71) einstellbare Druckventil (60) bildet.

9. Hydraulische Steuereinrichtung zur unabhängigen Betäti­ gung von wenigstens zwei hydraulischen Verbrauchern (11, 12), wie Tiltzylinder und Liftzylinder von Ladern, mit jeweils einem Steuerventil für jeden der beiden Verbraucher (11, 12), das ei­ nen Steuerkolben (8, 9) aufweist, der in Abhängigkeit von der Größe eines Ansteuersignals verschieden weit aus einer Ruhestel­ lung heraus verschiebbar ist, und mit einer Verstellpumpe (1), die eine verstellbare Druckregeleinrichtung (4) aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerventile als 6/3-Wegeventile mit Umlaufkanal ausgebildet sind und daß die Druckregeleinrich­ tung (4) als Druckregler ausgebildet ist, dessen Druckeinstel­ lung in Abhängigkeit vom Druck in einer Steuerflüssigkeit er­ folgt, die über eine Drossel (61) von der an die Verstellpumpe (1) angeschlossenen Druckleitung (5) abgezweigt und über den von den Steuerkolben (8, 9, 10) der Steuerventile anzudrosselnden Umlaufkanal (66) zurück zum Tank geleitet wird.