DE4341244A1 - Steuerung zur Aufteilung des Förderstromes bei Hydrauliksystemen auf mehrere Verbraucher - Google Patents
Steuerung zur Aufteilung des Förderstromes bei Hydrauliksystemen auf mehrere VerbraucherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerung zur Aufteilung des durch mindestens
eine Pumpe zur Verfügung gestellten Förderstromes bei Hydrauliksystemen
auf mehrere Verbraucher nach dem lastdruckunabhängigen Prinzip bei Unter
versorgung der Verbraucher durch den Förderstrom, insbesondere für Bauma
schinen, wie Radlader, Grader, Bagger oder dgl.
Aus wirtschaftlichen und technischen Gründen ist man vielfach gehalten,
Hydraulikanlagen so zu dimensionieren, daß der Förderstrom der Pumpe
(bzw. Pumpen) bei gleichzeitiger Einspeisung in zwei oder mehr Verbrau
cher nicht mehr ausreicht, jedem Verbraucher den auslegungsgemäß ge
wünschten Förderstrom zuzuführen. Dieser Zustand wird als Unterversorgung
der einzelnen Verbraucher (z. B. Zylinder) definiert und ist beispielswei
se auch bei der Auslegung von Baumaschinen, insbesondere Radladern,
Gradern, Baggern oder dgl., gegeben, bei denen die Wahl der Pumpengröße
so erfolgt, daß der Förderstrom die geforderten Verstellzeiten der
gleichzeitig betätigten oder betätigbaren Zylinder nicht mehr gewährlei
sten kann, was sich beispielsweise am Hub- und Kippwerk bei einem Radla
der verdeutlichen läßt.
Bei einer derartigen gegebenen Unterversorgung muß nun bei der Auslegung
der Hydraulikanlage entschieden werden, in welchem Maße der vorhandene
Förderstrom auf die einzelnen Verbraucher aufgeteilt wird. Hydraulikanla
gen mit Steuerschiebern nach dem Drosselprinzip sind nicht imstande,
einen Förderstrom bei durchgeschalteten Schieberkolben aufzuteilen, da
bereits bei einer geringen Druckdifferenz zwischen den Verbrauchern dem
niedriger belasteten der gesamte Förderstrom zufließt.
Das lastdruckunabhängige (load sensing) System bietet hingegen die Mög
lichkeit, den Förderstrom nach gewissen Kriterien auf die einzelnen Ver
braucher aufzuteilen. Um bei den bei dem jeweiligen Anwendungsfall gege
benen Verhältnissen den günstigsten Bewegungsablauf der durch die hydrau
lischen Verbraucher (z. B. Zylinder) betätigten Bauteile, wie z. B. Hubrah
men, Ausleger, usw. zu erhalten, ist es erforderlich, den Förderstrom in
einem bestimmten Verhältnis aufzuteilen.
Bekannt sind bisher Lösungen, bei denen je nach Ausführungsform eine von
äußeren Bedingungen abhängige oder feste Aufteilung gegeben ist. Dies
gilt u. a. für folgende Ausführungsformen:
Druckwaagen, parallel geschaltet im Zulauf zu jedem Steuerkolben (O + P Ölhydraulik und Pneumatik, 35 (1991) Nr. 9, Seiten 717 bis 723 - Regelung hydraulischer Antriebe mit veränderlichem Versorgungsdruck). Bei Unter versorgung fließt dem Verbraucher mit dem geringeren Druckbedarf bei steigendem Differenzdruck zwischen den Verbrauchern ein zunehmend höherer Anteil des Förderstromes zu. Bei einem 50%igen Versorgungsgrad zweier Verbraucher mit gleicher Nenndurchflußmenge erhält der niedriger druckbe lastete Verbraucher bereits bei einer dem Druckwaagenregeldruck entspre chenden Druckdifferenz zum höher belasteten Verbraucher den gesamten Förderstrom. Da der Druckwaagenregeldruck in der Größenordnung von 5-20 bar liegt, wird demnach schon bei geringen wechselnden Druckunterschie den der gesamte Förderstrom jeweils einem anderen Verbraucher zufließen.
Druckwaagen, parallel geschaltet im Zulauf zu jedem Steuerkolben (O + P Ölhydraulik und Pneumatik, 35 (1991) Nr. 9, Seiten 717 bis 723 - Regelung hydraulischer Antriebe mit veränderlichem Versorgungsdruck). Bei Unter versorgung fließt dem Verbraucher mit dem geringeren Druckbedarf bei steigendem Differenzdruck zwischen den Verbrauchern ein zunehmend höherer Anteil des Förderstromes zu. Bei einem 50%igen Versorgungsgrad zweier Verbraucher mit gleicher Nenndurchflußmenge erhält der niedriger druckbe lastete Verbraucher bereits bei einer dem Druckwaagenregeldruck entspre chenden Druckdifferenz zum höher belasteten Verbraucher den gesamten Förderstrom. Da der Druckwaagenregeldruck in der Größenordnung von 5-20 bar liegt, wird demnach schon bei geringen wechselnden Druckunterschie den der gesamte Förderstrom jeweils einem anderen Verbraucher zufließen.
Prioritätsdruckwaagen, hintereinander geschaltet im Zulauf zu jedem Steu
erschieber. Bei gleichzeitiger Betätigung von zwei oder mehr Verbrauchern
erhält im Verlauf des Pumpenkanals derjenige, welcher der Pumpe näher
liegt, jeweils die Sollmenge, während der Reststrom den weiteren Verbrau
chern angeboten wird. Bei einem 50%igen Versorgungsgrad zweier Verbrau
cher mit gleicher Nenndurchflußmenge erhält daher der dem Pumpenanschluß
im Schieber zunächst liegende Verbraucher den vollen Förderstrom (off
highway capability - wheeled loaders der Fa. Vickers).
Lastdruckunabhängige Durchflußverteilung (LUDV) infolge eines jedem Steu
erschieber nachgeschalteten Kompensators, dessen bisher bekanntes System
im wesentlichen aus Kolben und Feder besteht. Hierbei erhält jeder Ver
braucher je nach Grad der Unterversorgung einen anteilig geringeren För
derstrom. Bei einem 50%igen Versorgungsgrad erhält bei zwei Verbrau
chern demnach jeder 50% seiner Nennmenge unabhängig davon, ob die Ver
braucher auf gleiche oder ungleiche Nenndurchflußmenge ausgelegt sind
(Katalog Mannesmann Rexroth - RD 64001/04.92, Seiten 163 bis 166 - load
sensing Steuerblock Baureihe M7 mit LUDV in Mischbauart Mono + Sandwich).
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, die eingangs beschriebene Steue
rung so auszubilden, daß die Anforderungen an die Arbeitshydraulik, ins
besondere von Baumaschinen, dergestalt erfüllt werden, daß bei Unterver
sorgung das Verhältnis bei gleichzeitiger Betätigung von zwei oder mehr
Verbrauchern der diesen zufließenden Förderströme anders ist als das Ver
hältnis der Nenndurchflußmengen dieser Verbraucher, wobei dieses Verhält
nis auch unbeeinflußt von den Last-(Zylinder-)Drücken sein soll.
Dieses Ziel wird bei einer Steuerung zur Aufteilung des durch mindestens
eine Pumpe zur Verfügung gestellten Förderstromes bei Hydrauliksystemen
auf mehrere Verbraucher nach dem lastdruckunabhängigen Prinzip bei Unter
versorgung der Verbraucher, insbesondere für Baumaschinen, wie Radlader,
Grader, Bagger oder dgl., dadurch erreicht, daß einem jeden einen vorgeb
baren Steuerquerschnitt aufweisenden Steuerschieber ein im wesentlichen
aus Kolben und Betätigungselement bestehender Kompensator nachgeschaltet
ist und jeder dem Kompensator nachgeschaltete Verbraucher in Abhängig
keit vom Grad der Unterversorgung einen vorgebbaren Anteil des Förder
stromes erhält, indem die Kolben der Kompensatoren durch unterschiedlich
ausgeübte Kräfte ihrer Betätigungselemente die Durchtrittsquerschnitte zu
den Verbrauchern mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken freigeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteran
sprüchen zu entnehmen.
Um die erfindungsgemäße vorgebbare Aufteilung der Förderströme zu errei
chen, wird ein Steuerschieber nach dem lastdruckunabhängigen (load
sensing) Prinzip mit nachgeschalteten Kompensatoren gewählt, wobei der
Öffnungsdruck der Kolben beispielsweise durch unterschiedlich gewählte
Kräfte der Federn verschieden ist. Somit läßt sich über die Wahl unter
schiedlicher Federkräfte sowie die Dimensionierung der Querschnittsöff
nungen der Schieber der Förderstrom in Abhängigkeit vom Maß des durch den
maximalen Förderstrom der Pumpe (bzw. Pumpen) sich ergebenden Grades der
Unterversorgung im Sinne einer Priorität zwischen zwei oder mehr Verbrau
chern beliebig aufteilen.
Der Öffnungsdruck der Kolben kann neben den Federn als Betätigungselement
auch durch hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch belastete
Stößel bewirkt werden, wobei diese Lösungen auf einfache Weise eine Ver
änderung des Öffnungsdruckes auch im Betriebszustand der Maschine erlau
ben. Ebenfalls denkbar ist eine Kombination aus Feder und Stößel mit
einem vorgegebenen bzw. vorgebbaren Aufteilungsverhältnis der Kräfte,
welche den Gesamtöffnungsdruck bewirken.
Infolge der sich in Abhängigkeit der Betätigung der Steuerschieber erge
benden Prioritäten, können vorteilhafterweise sich einander überlagernde
Bewegungen durchgeführt werden, die den Bedienkomfort der jeweiligen
Maschine erheblich verbessern. Ebenso vorteilhaft wirkt sich die erfin
dungsgemäße Anordnung aus, falls die Hydraulikanlage so betätigt wird,
daß für einen Verbraucher der volle Querschnitt des Steuerschiebers frei
gegeben wird und für einen oder wahlweise auch mehrere andere Verbraucher
der freizugebende Steuerquerschnitt laufend verändert wird. Wird bei
spielsweise wie bei der Bedienung eines Radladers üblich der Handhebel
für das Hubwerk voll durchgezogen, während der Hebel für das Kippwerk je
nach den augenblicklichen Erfordernissen der Materialaufnahme betätigt
wird, stellt sich der vorab beschriebene Zustand ein.
Bei einem Bagger wäre der vorab beschriebene Vorgang der Bewegungsüberla
gerung beispielsweise dann gegeben, wenn gleichzeitig die Zylinder für
Ausleger, Stiel und Löffel betätigt würden.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung
dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipskizze eines Radladers,
Fig. 2 Prinzipskizze eines Baggers,
Fig. 3 Prinzipskizze eines LUDV-Schiebers mit den erfindungsgemä
ßen Merkmalen,
Fig. 4 graphische Darstellung der Aufteilung des Förderstromes
für einen der Verbraucher gemäß Fig. 1,
Fig. 5 graphische Darstellung der Versorgungsgrade von zwei Ver
brauchern sowie des Gesamtsystems.
Fig. 1 zeigt einen Radlader 1, der im wesentlichen aus folgenden Bautei
len besteht:
einem Vorderwagen 2, einem Hinterwagen 3, die beide über ein Knickgelenk 4 miteinander verbunden sind. Im Bereich des Vorderwagens 2 ist ein Hubgerüst 5 vorgesehen, das an seinem freien Ende eine Ladeschaufel 7 trägt. Das Hubgerüst 5 ist über als Verbraucher ausgebildete Hydraulikzy linder 8 heb- und senkbar, während die Schaufel 7 durch einen weiteren Verbraucher in Form eines Hydraulikzylinders 9 an- und auskippbar ist.
einem Vorderwagen 2, einem Hinterwagen 3, die beide über ein Knickgelenk 4 miteinander verbunden sind. Im Bereich des Vorderwagens 2 ist ein Hubgerüst 5 vorgesehen, das an seinem freien Ende eine Ladeschaufel 7 trägt. Das Hubgerüst 5 ist über als Verbraucher ausgebildete Hydraulikzy linder 8 heb- und senkbar, während die Schaufel 7 durch einen weiteren Verbraucher in Form eines Hydraulikzylinders 9 an- und auskippbar ist.
Fig. 2 zeigt einen Hydraulikbagger 10, der einen gegenüber einem Unter
wagen 11 drehbaren Oberwagen 12 aufweist, wobei am Oberwagen 12 eine aus
Ausleger 13 und Stiel 14 bestehende Ausrüstung angelenkt ist. Der Stiel
14 wiederum trägt an seinem freien Ende eine schwenkbare Ladeschaufel 15.
Der Ausleger 13 ist über Hydraulikzylinder 16 gegenüber dem Oberwagen 12
bewegbar, während der Stiel 14 mittels eines weiteren Zylinders 17 betä
tigbar ist. Die Schwenkbewegung der Ladeschaufel 15 gegenüber dem Stiel
14 wird ebenfalls durch einen Hydraulikzylinder 18 herbeigeführt.
Die Verbraucher 8, 9 gemäß Fig. 1 und die Verbraucher 16-18 gemäß Fig. 2
werden jeweils durch eine oder mehrere nicht weiter dargestellte Ver
stellpumpe(n) versorgt, deren gesamter Förderstrom der Nenndurchflußmenge
lediglich eines der Verbraucher (Fig. 1) bzw. etwa zweier Verbraucher
(Fig. 2) entspricht. Werden gemäß Fig. 1 nun beide Verbraucher 8, 9 voll
beaufschlagt, so reicht der durch die Pumpe zur Verfügung gestellte För
derstrom nicht aus, um beide Verbraucher 8, 9 mit dem jeweils geforderten
Förderstrom zu versorgen. Die bisher bekannten, aber bei Unterversorgung
unbefriedigenden Techniken sind in der Beschreibungseinleitung dargelegt.
Das Wesen der Erfindung ist in den Fig. 3 bis 5 angesprochen.
Das in Fig. 3 dargestellte, z. B. für einen Radlader 1 gemäß Fig. 1,
verwendbare Hydrauliksystem beinhaltet eine einzelne mit einem Load-
Sensing-Regler 19 ausgerüstete Verstellpumpe 20, die über eine Zuflußlei
tung 21 mit Steuerschiebern 22, 23 in Wirkverbindung steht. Die Steuer
schieber 22, 23 sind mit je nach Auslegung gleichen oder unterschiedlichen
Steuerquerschnitten A₁ und A₂ versehen. Über weitere Leitungen 24, 25 ist
den Steuerschiebern 22, 23 jeweils ein Kompensator 26, 27 nachgeschaltet,
der in diesem Beispiel in vereinfachter Darstellung einen Kolben 28, 29
und eine Feder 30, 31 als Betätigungselement beinhaltet. Andere Betäti
gungselemente, wie z. B. hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch
betätigbare Stößel, sind ebenfalls ausführbar. Über weitere Leitungen
32, 33 stehen die Kompensatoren 26, 27 mit den nachgeschalteten Verbrau
chern, hier die Hydraulikzylinder 8, 9 gemäß Fig. 1 dargestellt, in
Wirkverbindung. Die Verbraucher 8, 9 werden hierbei mit unterschiedlichen
Drücken p₁ und p₂ durch die auf sie wirkenden äußeren Kräfte beaufsch
lagt. Bei einem Radlader 1 oder Bagger 10 sind dies beispielsweise die
Hub- und Reiß- bzw. Grabkräfte bei der Materialaufnahme, bei einem Grader
können dies die auf die Schar einwirkenden Schnittkräfte sein.
Bei Betätigung der Steuerschieber 22, 23 des nach dem lastdruckunabhängi
gen Prinzip arbeitenden Hydrauliksystems wird erfindungsgemäß der Förder
strom der Verstellpumpe 20 in einem vorgebbaren Verhältnis aufgeteilt,
indem die Öffnungsdrücke der Kolben 28, 29 durch unterschiedlich gewählte
Kräfte der Federn 30, 31 verschieden sind.
Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems sind hier
lediglich zwei Verbraucher 8, 9 dargestellt, deren Anzahl jedoch auch
höher sein kann, wie z. B. bei Baggern oder Gradern. Gleiches gilt auch
für die Anzahl der gemeinsam in die Zuflußleitung 21 einspeisenden Pum
pen. Der jeweils höchste Verbraucherdruck (in diesem Beispiel p₁) wird
über ein Wechselventil 34 über die Leitung 35 dem Regler 19 der Verstell
pumpe 20 gemeldet. Des weiteren wird der höchste Druck p₁ auch über die
Leitung 36 auf die Federseite der Kolben 28, 29 übertragen. Der Schließ
druck des Kolbens 28 setzt sich somit zusammen aus dem höchsten Verbrau
cherdruck p₁ und dem Druck pF1 der von der zugehörigen Feder 30 stammt;
der des Kolbens 29 liegt bei p₁ plus pF2 wobei pF1 und pF2 jenen Drücken
auf der Kolbenstirnseite entsprechen, welche der jeweiligen Federkraft
das Gleichgewicht halten. Die Verstellpumpe 20 gibt bei normaler Versor
gung der Verbraucher 8, 9 so lange einen Förderstrom mit einem um den load
sensing Differenzdruck pLS über dem höchsten Lastdruck p₁ liegenden Druck
pp ab, solange die bei Betätigung der Steuerschieber 22, 23 freigegebenen
Steuerquerschnitte A₁, A₂ so klein gehalten werden, daß der gesamte För
derstrom kleiner oder höchstens gleich dem maximalen Förderstrom Qmax der
Verstellpumpe 20 ist. Jeder der Verbraucher 8, 9 erhält bis zur Sätti
gungsgrenze die durch den Querschnitt A₁, A₂ vorgegebene Sollmenge Q₁₅,
Q2S, die sich für den Verbraucher 8 errechnet mit
Analog ist der Wert für den Verbraucher 9
Im Wert k sind die physikalischen Größen und die Umrechnungsfaktoren der
Strömungsgleichung sowie die Strahlkontraktionszahl berücksichtigt. Der
sich am jeweiligen Steuerquerschnitt A₁, A₂ einstellende, die Durchfluß
menge bestimmende Differenzdruck beträgt daher
pp - (p₁ + pF1)
bzw.
pp - (p₁ + pF2).
Weil jedoch bei Sättigung auch für beide Verbraucher gleichermaßen gilt:
pp= pLS + p₁
werden die Ölströme zu den Verbrauchern 8, 9
bzw.
Im Sättigungspunkt ist daher der maximale von der Verstellpumpe 20 lie
ferbare Förderstrom gleich
Qmax = Q1S + Q2S.
Werden nun durch eine weitere Betätigung der Steuerschieber 22, 23 die
freigegebenen Querschnitte A₁ und A₂ weiter vergrößert, so tritt der
Zustand der Unterversorgung ein, da die Verstellpumpe 20 aufgrund ihrer
Auslegung nun nicht mehr in der Lage ist, die seitens der Steuerschieber
22, 23 angeforderten Förderströme aufzubringen. Der von der Verstellpumpe
20 gelieferte Förderstrom wird mit px dann einen Wert aufweisen, der um
weniger als pLS über dem höchsten Lastdruck p₁ liegt und daher niedriger
als der Pumpendruck pp bei Sättigung ist. Dies aus dem Grund, weil der
von der Verstellpumpe 20 gelieferte maximale Ölstrom Qmax jetzt zum
Durchtritt durch die Querschnitte A₁ und A₂ nur ein geringeres Druckge
fälle benötigt. Der Förderstrom Qmax teilt sich nun auf nach
bzw.
War das Verhältnis der Förderströme bei Sättigung
ist es bei Unterversorgung
d. h. bei Unterversorgung fließt mit Q₂ ein größerer Teil des Ölstroms dem
Verbraucher 9 zu, der über den Kompensator 27 mit der geringeren Feder
kraft und damit mit dem Öffnungsdruck pF2 des Kolbens 29 versorgt wird.
Ein Zahlenbeispiel soll die vorstehenden theoretischen Annahmen verdeut
lichen. Wird zur Vereinfachung der Rechnung angenommen, daß A2S gleich
A1S ist und dieses Verhältnis 1 : 1 auch bei weiterer Schieberöffnung bei
behalten wird, so daß auch A₂ gleich A₁ bleibt, dann gilt bei folgender
Auslegung von Pumpenregler 19 und Kompensatoren 28, 29 folgendes:
- - load sensing Differenzdruck: pLS = 14 bar
- - Öffnungsdruck durch Federkraft: pF1 = 10 bar
- - Öffnungsdruck durch Federkraft: pF2 = 4 bar.
Das Aufteilungsverhältnis Q2S : Q1S ergibt sich demzufolge bei Sättigung
Sinkt nun der Versorgungsgrad durch entsprechende weitere Querschnitts
freigabe A₁ und A₂ soweit ab, daß bereits bei einem Überdruck von z. B. px
= 11 bar über dem höchsten Lastdruck p₁ der gesamte Förderstrom den Ver
brauchern 8 und 9 zufließen kann, so ergibt sich als Aufteilungsverhält
nis
Es fließt also wunschgemäß mit Q₂ ein höherer Anteil des Förderstromes
Qmax dem Verbraucher 9 zu.
Man kann nun durch weitere Änderung der Steuerquerschnitte A₁ und A₂ zu
einer Stellung gelangen, bei der Vollpriorität für den Verbraucher 9
gegeben ist, d. h. diesem der gesamte Förderstrom Qmax zufließt. Dies ist
dann der Fall, wenn der Grad der Unterversorgung so hoch wird, daß der
Pumpenüberdruck px auf den Wert pF1 sinkt, weil dann der Kompensator 26
für den Verbraucher 8 nicht mehr öffnet. Dann gilt
Dies ist der Fall bei Q₁ gleich 0 l/min.
Somit läßt sich beispielsweise über die Wahl unterschiedlicher Feder
kräfte sowie die Dimensionierung der Steuerquerschnitte A₁, A₂ der Schie
ber 22, 23 der Förderstrom in Abhängigkeit vom Maß des durch den maximalen
Förderstrom der Verstellpumpe 20 sich ergebenden Grades der Unterversor
gung der Förderstrom im Sinne einer Priorität zugunsten des Verbrauchers
9 gegenüber dem Verbraucher 8 beliebig aufteilen.
Im Vorstehenden wurde dargestellt, wie sich das Aufteilungsverhältnis bei
gleichzeitiger Veränderung der Durchtrittsquerschnitte ergibt. Ebenso
vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäße Anordnung aus, falls die Hy
draulikanlage so betätigt wird, daß für einen Verbraucher, z. B. 8, der
volle Steuerquerschnitt A₁ freigegeben wird und bei dem anderen Verbrau
cher 9 der freizugebende Steuerquerschnitt A₂ laufend verändert wird.
Dies trifft z. B. speziell auf Baumaschinen, insbesondere auf die Be
triebsweise eines Radladers, zu, bei dem der Handhebel für den Hubrahmen
zylinder 8 voll durchgezogen wird, während der Hebel für den Kippwerkzy
linder 9 in Abhängigkeit der augenblicklichen Erfordernisse der Material
aufnahme betätigt wird. Analoges gilt für den Betrieb eines Baggers 10,
bei dem die Handhebel für den Ausleger 13 und den Stiel 14 voll durchge
zogen werden, während der Ladeschaufelzylinder 18 variabel betätigt wird.
Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung den Anteil Q₂ des Verbrauchers 9
am gesamten Förderstrom Qmax gemäß Fig. 1, unter der Annahme, daß der
Steuerquerschnitt A₁ für den Verbraucher 8 in allen Betriebszuständen
voll geöffnet ist. Der Fig. 4 liegt die Annahme zugrunde, daß der Steu
erquerschnitt A₁, A₂ eines jeden Steuerschiebers 22, 23 so ausgelegt ist,
daß bei alleiniger Betätigung der maximale Pumpenförderstrom Qmax beim
gegebenen load sensing Differenzdruck pLS durchtreten kann. In der Ordi
nate ist der prozentuale Anteil Q₂ des gedrosselten Verbrauchers 9 am
Gesamtförderstrom Qmax aufgetragen, während auf der Abszisse das Verhält
nis A₂/A2max des momentanen Öffnungsquerschnittes zum größtmöglichen
Steuerquerschnitt des Steuerschiebers 23 dargestellt ist.
Das bestimmte vorgewählte Anteilsverhältnis Q₂/Qmax (wobei sich über die
Beziehung Q₁ = Qmax minus Q₂ auch das Aufteilungsverhältnis Q₂/Q₁ er
rechnen läßt) ergibt sich bei den beiden Schiebern 22, 23 im ganz geöffne
ten Zustand aus der Festlegung von pLS, pF1 und pF2. Dieses Verhältnis
wird nach den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Maschine ausge
wählt. In Fig. 4 ist das Aufteilungsverhältnis Q₁/Qmax und damit mittel
bar auch Q₂/Q₁ mit dem diesen bestimmenden Wert
als Parameter aufgetragen.
Bei den bekannten Systemen mit lastdruckunabhängiger Durchflußverteilung,
abgekürzt als LUDV bezeichnet, d. h. mit zwei gleich starken Federn (pF1 =
pF2) ergibt sich bei 50%iger Unterversorgung der Verbraucher 8, 9 mit
gleich großen Nenndurchflußmengen ergibt sich bei Voraussetzung der Para
meter des vorangegangenen Zahlenbeispieles
und damit eine Aufteilung bei maximalem Steuerquerschnitt A2max von
Bei lastdruckunabhängigen Systemen erfindungsgemäßer Bauart, d. h. mit
zwei unterschiedlich stark ausgebildeten Federn 12, 13 und 50%iger Un
terversorgung der Verbraucher 8, 9 mit gleich großen Nenndurchflußmengen
errechnet sich beispielsweise
Die Aufteilung bei A2max beträgt jetzt
Bei zunehmender Vergrößerung von W erhöht sich der Anteil des dem Ver
braucher 9 zufließenden Förderstromes Q₂ am Gesamtförderstrom Qmax bis
hin zum theoretischen Wert W = ∞, so daß rein rechnerisch Voll
priorität gegeben wäre, was bedeutet, daß dem Verbraucher 9 der gesamte
Förderstrom Qmax zufließt.
Die zwischen der oberen (W = ∞) und der unteren Kurve (W = 0) liegenden
Kurvenzüge stellen vorgebbare Aufteilungsverhältnisse des Förderstromes
Qmax dar, die bei der Auslegung der Baumaschine, je nach angestrebter
Funktion, Berücksichtigung finden können.
Mit zunehmender Verringerung des Steuerquerschnittes A₂ unter Beibehal
tung des maximalen Steuerquerschnittes A₁ wird sich der Anteil des Öl
stromes Q₂ gemäß den dargestellten Kurvenzügen ändern. Diese Verläufe
errechnen sich aus der Strömungsgleichung unter Berücksichtigung der
Tatsache, daß der Grad der Versorgung, der nach Darstellung der Fig. 4
bei beiden Steuerquerschnitten A₁, A₂ im ganz geöffneten Zustand bei 50%
liegt, bei Verringerung des Steuerquerschnittes A₂ auf höhere Werte
ansteigt. Dies deshalb, weil die Sollmenge für den Verbraucher 8 dabei
unverändert bleibt, für den Verbraucher 9 hingegen wegen der Verringerung
des Steuerquerschnittes A₂ sinkt. Bezogen auf den unverändert bleibenden
Pumpenförderstrom Qmax ergibt sich somit ein höherer Versorgungsgrad des
Verbrauchers 8, d. h. ein geringeres Maß an Unterversorgung.
Die Versorgungsgrade, jeweils definiert als das Verhältnis des Ist- zum
Sollförderstrom, sind für einen angenommenen Pumpenförderstrom von Qmax =
100 l/min und dem im Vorstehenden beispielhaft angenommenen Wert von W =
1,5 in Abhängigkeit vom Verhältnis des Öffnungsquerschnittes A₂/A2max des
Steuerschiebers 23 in Fig. 5 aufgetragen. Der Steuerquerschnitt A₁ des
Steuerschiebers 22 ist dabei voll geöffnet.
Für den Versorgungsgrad V₂ des Verbrauchers 9 gilt
sowie für den Versorgungsgrad V₁ des Verbrauchers 8
Der Gesamtversorgungsgrad Vg des Systems ist definiert mit
Mit zunehmendem Öffnen des Steuerquerschnittes A₂, was einen ansteigenden
Grad der Unterversorgung des Gesamtsystems bedeutet, sinkt der Versor
gungsgrad V₂ des Verbrauchers 9 weniger ab als der Versorgungsgrad V₁ des
Verbrauchers 8, d. h. der Grad der Priorität des Verbrauchers 9 steigt mit
dem Grad der Unterversorgung gegenüber dem anderen Verbraucher 8 an.
Diese Werte in Figur errechnen sich gemäß folgender Tabelle:
Claims (7)
1. Steuerung zur Aufteilung des durch mindestens eine Pumpe zur Verfü
gung gestellten Förderstromes bei Hydrauliksystemen auf mehrere Ver
braucher (8, 9) nach dem lastdruckunabhängigen Prinzip bei Unterver
sorgung der Verbraucher (8, 9) durch den Förderstrom, insbesondere für
Baumaschinen, wie Radlader (1), Grader, Bagger (10) oder dgl., wobei
einem jeden einen vorgebbaren Steuerquerschnitt (A₁, A₂) aufweisenden
Steuerschieber (22, 23) ein im wesentlichen aus Kolben (28, 29) und
Betätigungselement (30, 31) bestehender Kompensator (26, 27) nachge
schaltet ist und jeder dem Kompensator (26, 27) nachgeschaltete Ver
braucher (8, 9) in Abhängigkeit vom Grad der Unterversorgung einen
vorgebbaren Anteil des Förderstromes Qmax erhält, indem die Kolben
(28, 29) der Kompensatoren (26, 27) durch unterschiedliche ausgeübte
Kräfte ihrer Betätigungselemente (30, 31) die Durchtrittsquerschnitte
zu den Verbrauchern (8, 9) mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken frei
geben.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige
Kolben (28, 29) des Kompensators (26, 27) durch mechanische Federkraft
oder durch eine pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch er
zeugte Kraft beaufschlagbar ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
jeweilige Kolben (28, 29) durch eine Kombination aus mechanischer
Feder und pneumatischer, bzw. hydraulischer oder elektromagnetischer
Betätigung mit Kraft beaufschlagbar ist.
4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftei
lungsverhältnis der Kräfte aus mechanischer Feder und pneumatischer
bzw. hydraulischer oder elektromagnetischer Betätigung, welche den
Gesamtöffnungsdruck bewirken, vorgebbar einstellbar ist.
5. Steuerung nach Anspruch 1 mit Kompensatoren (26, 27), die jeweils
einen Kolben (28, 29) und eine Feder (30, 31) als Betätigungselement
beinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsdrücke (pF1, pF2)
der Kolben (28, 29) durch unterschiedlich gewählte Kräfte der Federn
(30, 31) einstellbar sind.
6. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die unterschiedlichen Federkräfte sowie durch die unterschied
liche Dimensionierung der Steuerquerschnitte (A₁, A₂) der Schieber
(22, 23) des Förderstromes (Qmax) in Abhängigkeit vom Maß des durch
den maximalen Förderstrom (Qmax) der Pumpe (20) sich ergebenden Gra
des der Unterversorgung der einzelnen Verbraucher (8, 9) im Sinne
einer Priorität zugunsten des Verbrauchers (9) aufteilbar ist, der
über den Kompensator (27) mit der geringeren Federkraft versorgt
wird.
7. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Grad der Priorität einzelner Verbraucher (9) mit dem Grad der
Unterversorgung gegenüber den anderen Verbrauchern (8) ansteigt.
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