DE4341244C2

DE4341244C2 - Steuerung zur Aufteilung des durch mindestens eine Pumpe zur Verfügung gestellten Förderstromes bei Hydrauliksystemen auf mehrere Verbraucher

Info

Publication number: DE4341244C2
Application number: DE4341244A
Authority: DE
Inventors: Gustav Leidinger
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2013-12-04
Also published as: US5609089A; DE4341244A1; EP0656447B1; ATE166411T1; EP0656447A1; DE59406014D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung zur Aufteilung des durch mindestens eine Pumpe zur Verfügung gestellten För derstromes bei Hydrauliksystemen auf mehrere Verbraucher nach dem lastdruckunabhängigen Prinzip bei Unterversor gung der Verbraucher durch den Förderstrom, insbesondere für Baumaschinen, wie Radlader, Grader oder Bagger, wobei einem jeden einen vorgebbaren Steuerquerschnitt aufwei senden Steuerschieber mindestens eine Regeleinrichtung nachgeschaltet ist.

Aus wirtschaftlichen und technischen Gründen ist man vielfach gehalten, Hydraulikanlagen so zu dimensionieren, daß der Förderstrom der Pumpe (bzw. Pumpen) bei gleich zeitiger Einspeisung in zwei oder mehr Verbraucher 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 beispielsweise auch bei der Auslegung von Baumaschinen, insbesondere Radladern, Gradern, Bag gern oder dgl., gegeben, bei denen die Wahl der Pumpen größe so erfolgt, daß der Förderstrom die geforderten Verstellzeiten der gleichzeitig betätigten oder betätig baren Zylinder nicht mehr gewährleisten kann, was sich beispielsweise am Hub- und Kippwerk bei einem Radlader verdeutlichen läßt.

Bei einer derartigen gegebenen Unterversorgung muß nun bei der Auslegung der Hydraulikanlage entschieden werden, in welchem Maße der vorhandene Förderstrom auf die ein zelnen Verbraucher aufgeteilt wird. Hydraulikanlagen mit Steuerschiebern nach dem Drosselprinzip sind nicht im stande, einen Förderstrom bei durchgeschalteten Schieber kolben aufzuteilen, da bereits bei einer geringen Druck differenz zwischen den Verbrauchern dem niedriger belas teten der gesamte Förderstrom zufließt.

Das lastdruckunabhängige (load sensing) System bietet hingegen die Möglichkeit, den Förderstrom nach gewissen Kriterien auf die einzelnen Verbraucher aufzuteilen. Um bei den bei dem jeweiligen Anwendungsfall gegebenen Ver hältnissen den günstigsten Bewegungsablauf der durch die hydraulischen Verbraucher (z. B. Zylinder) betätigten Bau teile, wie z. B. Hubrahmen, Ausleger, usw., zu erhalten, ist es erforderlich, den Förderstrom in einem bestimmten Verhältnis aufzuteilen.

Bekannt sind bisher Lösungen, bei denen je nach Ausfüh rungsform 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 An triebe mit veränderlichem Versorgungsdruck). Bei Unter versorgung fließt dem Verbraucher mit dem geringeren Druckbedarf bei steigendem Differenzdruck zwischen den Verbrauchern ein zunehmend höherer Anteil des Förderstro mes zu. Bei einem 50%-igen Versorgungsgrad zweier Ver braucher mit gleicher Nenndurchflußmenge erhält der nied riger druckbelastete Verbraucher bereits bei einer dem Druckwaagenregeldruck entsprechenden 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 Druckunterschieden der gesamte Förderstrom jeweils einem anderen Verbraucher zufließen.

Prioritätsdruckwaagen, hintereinander geschaltet im Zu lauf zu jedem Steuerschieber. Bei gleichzeitiger Betäti gung von zwei oder mehr Verbrauchern erhält im Verlauf des Pumpenkanals derjenige, welcher der Pumpe näher liegt, jeweils die Sollmenge, während der Reststrom den weiteren Verbrauchern angeboten wird. Bei einem 50%-igen Versorgungsgrad zweier Verbraucher mit gleicher Nenn durchflußmenge erhält daher der dem Pumpenanschluß im Schieber zunächst liegende Verbraucher den vollen Förder strom (off highway capability - wheeled loaders der Fa. Vickers).

Lastdruckunabhängige Durchflußverteilung (LUDV) infolge eines jedem Steuerschieber nachgeschalteten Kompensators, dessen bisher bekanntes System im wesentlichen aus Kolben und Feder besteht. Hierbei erhält jeder Verbraucher je nach Grad der Unterversorgung einen anteilig geringeren Förderstrom. Bei einem 50%-igen Versorgungsgrad erhält bei zwei Verbrauchern demnach jeder 50% seiner Nennmen ge, unabhängig davon, ob die Verbraucher auf gleiche oder ungleiche Nenndurchflußmenge ausgelegt sind (Katalog Man nesmann Rexroth - RD 64001/04.92, Seiten 163 bis 166 - load sensing Steuerblock Baureihe M7 mit LUDV in Misch bauart Mono + Sandwich).

Aus DE 40 36 720 A1 ist eine Steuerschaltung für die lastunabhängige Aufteilung eines Druckmittelstromes auf eine Mehrzahl von an eine hydraulische Pumpe angeschlos senen Verbrauchern hydraulischer Energie bekannt, die je weils durch ein in Zwischenstellungen drosselndes Wege ventil betätigbar sind, wobei dem Wegeventil eine den Zu fluß von Druckmittel zu dem Wegeventil bestimmende Druck waage vorgeschaltet ist, die in Abhängigkeit von einer aus dem Druck vor und dem Druck nach dem Wegeventil abge leiteten ersten Druckdifferenz und von einer aus dem Pum pendruck und dem höchsten Lastdruck abgeleiteten zweiten Druckdifferenz betätigbar ist. Bei mindestens einer der Druckwaagen ist mindestens eine der Druckdifferenzen ein stellbar. Die jeweilige Druckwaage ist dem jeweiligen Steuerschieber nicht nachgeschaltet, sondern vorgeschal tet, d. h. es handelt sich um übliche Druckwaagen im Zu lauf, die auf komplizierte Art angesteuert werden, jedoch zur Steuerung der Aufteilung des durch mindestens eine Pumpe zur Verfügung gestellten Förderstromes bei Hydrau liksystemen auf mehrere Verbraucher bei Unterversorgung derselben nicht wirksam werden.

Aus DE 40 41 288 C1 ist eine Steueranordnung bekannt, die mit einer Pumpe mit einstellbarer Fördermengenverstellung mittels eines von Steuerflüssigkeit beaufschlagten Stell zylinders gekoppelt ist, zur Deckung des Arbeitsmittelbe darfes für einen oder mehrere unabhängig voneinander be tätigbare Verbraucher. Die Lage des Kolbens des Stellzy linders wird als Bezugsgröße zur Abgabe eines Signals für die Anpassung des Arbeitsmittelbedarfs der Verbraucher an die Fördermenge der Pumpe oder für das Zu- oder Abschal ten von weiteren, der Verstellpumpe parallel geschalteten Pumpen oder Pumpengruppen zur Anpassung der Fördermenge an den Arbeitsmittelbedarf der Verbraucher herangezogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Steue rung so auszubilden, daß die Anforderungen an die Ar beitshydraulik, insbesondere von Baumaschinen, dergestalt erfüllt werden, daß bei Unterversorgung das Verhältnis bei gleichzeitiger Betätigung von zwei oder mehr Verbrau chern der diesen zufließenden Förderströme anders ist als das Verhältnis der Nenndurchflußmengen dieser Verbrau cher, wobei sich dieses Verhältnis mit zunehmender Unter versorgung vorgebbar zunehmend zugunsten eines bestimmten (oder bestimmter) Verbraucher(s) im Sinne einer Bevorzu gung dieses (oder dieser) Verbraucher(s) ändert.

Diese Aufgabe wird mit einer Steuerung der eingangs be zeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Regeleinrichtung durch einen einen Kolben und ein Betäti gungselement beinhaltenden Kompensator gebildet ist und daß im Sinne einer Prioritätsregelung jeder dem jeweili gen Kompensator nachgeschaltete Verbraucher einen in Ab hängigkeit vom Grad der Unterversorgung vorgebbaren An teil des Förderstromes Q_max erhält, indem die Kolben der Kompensatoren durch unterschiedlich gewählte Kräfte ihrer Betätigungselemente die Durchtrittsquerschnitte zu den Verbrauchern bei unterschiedlichen Öffnungsdrücken frei geben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.

Um bei der erfindungsgemäßen Steuerung die 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 als Steuerung 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.

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 Bei spiel 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. Desweiteren 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 p_F1der von der zugehörigen Feder 30 stammt; der des Kolbens 29 liegt bei p₁ plus p_F2, wobei p_F1 und p_F2 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 solange einen Förderstrom mit einem um den load sensing Differenzdruck p_LS über dem höchsten Lastdruck p₁ liegenden Druck p_p 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 Q_max der Verstellpumpe 20 ist. Jeder der Verbraucher 8, 9 erhält bis zur Sätti gungsgrenze die durch den Querschnitt A₁, A₂ vorgegebene Sollmenge Q_1S, Q_2S, 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

p_p - (p₁ + p_F1)

bzw.

p_p - (p₁ + p_F2).

Weil jedoch bei Sättigung auch für beide Verbraucher gleichermaßen gilt:

p_p = p_LS + p₁

werden die Ölströme zu den Verbrauchern 8, 9

bzw.

Im Sättigungspunkt ist daher der maximale von der Verstellpumpe 20 lie ferbare Förderstrom gleich

Q_max = Q_1S + Q_2S

Werden nun durch eine weitere Betätigung der Steuerschieber 22, 23 die frei gegebenen 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 p_x dann einen Wert aufweisen, der um weniger als p_LS über dem höchsten Lastdruck p₁ liegt und daher niedriger als der Pumpendruck p_p bei Sättigung ist. Dies aus dem Grund, weil der von der Verstellpumpe 20 gelieferte maximale Ölstrom Q_max jetzt zum Durchtritt durch die Querschnitte A₁ und A₂ nur ein geringeres Druckge fälle benötigt. Der Förderstrom Q_max 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 p_F2 des Kolbens 29 versorgt wird.

Ein Zahlenbeispiel soll die vorstehenden theoretischen Annahmen verdeut lichen. Wird zur Vereinfachung der Rechnung angenommen, daß A_2S gleich A_1S 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: p_LS = 14 bar
- Öffnungsdruck durch Federkraft: p_F1 = 10 bar
- Öffnungsdruck durch Federkraft: p_F2 = 4 bar.

Das Aufteilungsverhältnis Q_2S : Q_1S 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. p_x = 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 Q_max 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 Q_max zufließt. Dies ist dann der Fall, wenn der Grad der Unterversorgung so hoch wird, daß der Pumpenüberdruck p_x auf den Wert p_F1 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, fall 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 Q_max 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 Q_max beim gegebenen load sensing Differenzdruck p_LS durchtreten kann. In der Ordi nate ist der prozentuale Anteil Q₂ des gedrosselten Verbrauchers 9 am Gesamtförderstrom Q_max aufgetragen, während auf der Abszisse das Verhält nis A₂/A_2max des momentanen Öffnungsquerschnittes zum größtmöglichen Steuerquerschnitt des Steuerschiebers 23 dargestellt ist.

Das bestimmte vorgewählte Anteilsverhältnis Q₂/Q_max (wobei sich über die Beziehung Q₁ = Q_max 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 p_LS, p_F1 und p_F2. Dieses Verhältnis wird nach den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Maschine ausge wählt. In Fig. 4 ist das Aufteilungsverhältnis Q₂/Q_max 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 (p_F1 = p_F2) 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 A_2max 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 A_2max beträgt jetzt

Bei zunehmender Vergrößerung von W erhöht sich der Anteil des dem Ver braucher 9 zufließenden Förderstromes Q₂ am Gesamtförderstrom Q_max bis hin zum theoretischen Wert W = ∞, so daß rein rechnerisch Voll priorität gegeben wäre, was bedeutet, daß dem Verbraucher 9 der gesamte Förderstrom Q_max zufließt.

Die zwischen der oberen (W = ∞) und der unteren Kurve (W = 0) liegenden Kurvenzüge stellen vorgebbare Aufteilungsverhältnisse des Förderstromes Q_max 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 Q_max 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 Q_max = 100 l/min und dem im Vorstehenden beispielhaft angenommenen Wert von W = 1,5 in Abhängigkeit vom Verhältnis des Öffnungsquerschnittes A₂/A_2max 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 V_g 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

1. Steuerung zur Aufteilung des durch mindestens eine Pumpe (20) zur Verfügung gestellten Förderstromes bei Hydrau liksystemen auf mehrere Verbraucher (8, 9) nach dem last druckunabhängigen Prinzip bei Unterversorgung der Ver braucher (8, 9) durch den Förderstrom, insbesondere für Baumaschinen, wie Radlader (1), Grader oder Bagger (10), wobei einem jeden einen vorgebbaren Steuerquerschnitt (A₁,A₂) aufweisenden Steuerschieber (22, 23) mindestens eine Regeleinrichtung (26, 27) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Regeleinrichtung (26, 27) durch einen einen Kol ben (28, 29) und ein Betätigungselement (30, 31) beinhal tenden Kompensator gebildet ist, und daß im Sinne einer Prioritätsregelung jeder dem jeweiligen Kompensator (26, 27) nachgeschaltete Verbraucher (8, 9) einen in Abhän gigkeit vom Grad der Unterversorgung vorgebbaren Anteil des Förderstromes Q_max erhält, indem die Kolben (28, 29) der Kompensatoren (26, 27) durch unterschiedlich gewählte Kräfte ihrer Betätigungselemente (30, 31) die Durchtritts querschnitte zu den Verbrauchern (8, 9) bei unterschiedli chen Öffnungsdrücken freigeben.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Kolben (28, 29) der Kompensatoren (26, 27) durch unterschiedliche mechanische Federkräfte oder durch unterschiedliche pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch erzeugte Kräfte beaufschlagbar sind.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Kolben (28, 29) durch eine Kombination aus mechanischer Feder und pneumatischer bzw. hydrauli scher oder elektromagnetischer Betätigung mit Kraft be aufschlagbar ist.

4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufteilungsverhältnis der Kräfte aus mechanischer Feder und pneumatischer bzw. hydraulischer oder elektro magnetischer 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 (p_F1, p_F2) der Kolben (28, 29) durch unterschiedlich gewählte Kräfte der Federn (30, 31) ein stellbar sind.

6. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerquerschnitte (A₁, A₂) der Steuerschieber (22, 23) unterschiedlich groß dimensioniert sind.

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 Ver brauchern (8) ansteigt.