EP2028376B1

EP2028376B1 - Hydraulische Steueranordnung

Info

Publication number: EP2028376B1
Application number: EP08012275.7A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Dr. Keuper; Heinrich Lödige; Peter Dr. Stachnik; Milan Djurovic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: EP2028376A2; EP2028376A3

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige hydraulische Steueranordnungen werden insbesondere bei mobilen Arbeitsgeräten, beispielsweise bei Radladern oder Schleppern verwendet, um deren Verbraucher, beispielsweise die Arbeitshydraulik, die Lenkung, Fahrantriebe oder/und Zusatzgeräte mit Druckmittel zu versorgen. Aus der DE 10 2006 008 940.5 ist eine hydraulische Steueranordnungen bekannt, die als LS-System ausgeführt ist. Bei einem derartigen LS-System wird die Fördermenge der Pumpe so geregelt, dass in der Pumpenleitung ein um eine bestimmte Druckdifferenz Δp über dem höchsten Lastdruck der Verbraucher liegender Pumpendruck anliegt. Bei den bekannten Systemen sind jedem Verbraucher eine einstellbare Zumessblende und eine Individualdruckwaage zugeordnet, über die der Druckmittelvolumenstrom zum Verbraucher in Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt der Zumessblende lastunabhängig eingestellt werden kann. Bei diesem LS-System kann stromabwärts der Pumpe eine Eingangsdruckwaage vorgesehen werden, über die eine Verbindung zum Tank aufsteuerbar ist. Die Eingangsdruckwaage ist in Schließrichtung von einem dem höchsten Lastdruck entsprechenden Steuerdruck und einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Pumpendruck beaufschlagt. Ihre Position ist ein Maß für die Differenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck.
Zum Anschluss von Anbaugeräten oder Zusatzgeräten ohne eigene Druckmittelversorgung ist ein sogenannter Power-Beyond-Anschluss vorgesehen, der eine Druckleitung, eine Rücklaufleitung und eine LS-Leitung aufweist. Dieser Power-Beyond-Anschluss macht das Load-Sensing-System des Arbeitsgerätes auch für das Anbaugerät nutzbar. Der Power-Beyond-Anschluss, zum Anschließen eines Power-Beyond-Verbrauchers, zweigt von dem Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und der Eingangsdruckwaage ab. Die federseitige Druckbeaufschlagung der Eingangsdruckwaage erfolgt dann durch einen der Lastdrücke der Verbraucher der Arbeitshydraulik oder eines Power-Beyond-Verbrauchers. Diese hydraulische Steueranordnung gestattet eine priorisierte Versorgung der Power-Beyond-Verbraucher sowie eine Anhebung der Regeldruckdifferenz zwischen Pumpendruck und höchstem Lastdruck bei Versorgung von Power-Beyond-Verbrauchern.
Entsprechend der Lösung aus der DE 10 2006 008 940.5 erfolgt die Anhebung der Regeldruckdifferenz durch eine Vergrößerung der Federvorspannung des Steuerkolbens der Eingangsdruckwaage entweder durch den Einsatz von nur einer Feder oder unter Verwendung einer Zusatzfeder. In einer Übergangsphase muss der Steuerkolben der Eingangsdruckwaage einen Weg über einen bestimmten Zeitraum zurücklegen. Dieses beeinflusst das Übertragungsverhalten des Systems.
Eine ähnliche hydraulische Steueranordnung ist auch aus DE 10 2004 048684 A1 bekannt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete hydraulische Steueranordnung zu schaffen, bei der das Übertragungsverhalten verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es wird eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung von vorzugsweise zumindest zwei Verbrauchern vorgesehen, die über eine Pumpe mit einstellbarer Fördermenge mit Druckmittel versorgbar sind, insbesondere eines mobilen Arbeitsgerätes, und denen jeweils eine verstellbare Zumessblende zugeordnet ist, mit einem Power-Beyond-Anschluss, an den zumindest ein Power-Beyond-Verbraucher anschließbar ist, und mit einer der Pumpe nachgeschalteten Eingangsdruckwaage, die im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und zumindest einem der zwei Verbraucher vorgesehen ist und dass der Power-Beyond-Anschluss im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und der Eingangsdruckwaage abzweigt, und wobei die Eingangsdruckwaage in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Druck an ihrem Eingang beaufschlagt ist, wobei die hydraulische Steueranordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Eingangsdruckwaage in Schließrichtung zusätzlich wahlweise vom größten Lastdruck oder von einem Druck oberhalb des größten Lastdrucks beaufschlagbar ist. Auf diese Weise ist die Druckanhebung der Pumpe auf hydraulische Weise realisierbar, wodurch sich das Übertragungsverhalten des Systems verbessert.
Es wird bevorzugt, wenn der Druck oberhalb des größten Lastdrucks an einem Druckmittelpfad zwischen dem Eingang der Eingangsdruckwaage und einer Lastmeldeleitung für den größten der Lastdrücke abgegriffen wird, so dass mit geringem schaltungstechnischem Aufwand der Druck oberhalb des größten Lastdrucks realisierbar ist.
Vorzugsweise wird der Druck oberhalb des größten Lastdrucks zwischen zwei Blenden abgegriffen, so dass diese wie ein Druckteiler funktionieren. Die Druckdifferenz zum höchsten gemeldeten Lastdruck kann somit durch Variation der Geometrien der Blenden fein eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist der Druckmittelpfad zwischen dem Eingang der Eingangsdruckwaage und der Lastmeldeleitung für den größten der Lastdrücke über ein Schaltventil schaltbar. Es wird ferner bevorzugt, dass das Schaltventil zwischen einer der Blenden und dem Eingang der Eingangsdruckwaage vorgesehen ist. Insbesondere bei elektrischer Ansteuerung des Schaltventils ist eine kurze Ansprechzeit für das Schalten der Eingangsdruckwaage umsetzbar.
In einer Weiterbildung ist zwischen den zwei Blenden und dem Vorsteueranschluss der Eingangsdruckwaage, über den die Eingangsdruckwaage in Schließrichtung beaufschlagbar ist, ein weiteres Schaltventil vorgesehen. Vorzugsweise ist durch das weitere Schaltventil eine Druckmittelverbindung zwischen dem Vorsteueranschluss der Eingangsdruckwaage und einem Ausgangsanschluss zu zumindest einem der zwei Verbraucher schaltbar. Dadurch kann eine Pumpendruckanhebung auf ein Maximaldruckniveau umgesetzt werden, so dass alle Verbraucher in einem Konstantdrucksystem arbeiten können und sich eine Komfortfunktion realisieren lässt.
Zwischen Pumpe und Eingangsdruckwaage kann ein Prioritätsventil vorgesehen sein, über das eine Druckmittelversorgung eines Prioritätsverbrauchers mit geringem schaltungstechnischem Aufwand umsetzbar ist.
Alternativ dazu kann ein Prioritätsverbraucher über eine Hilfspumpe und über die Pumpe mit Druckmittel versorgbar sein oder kann ein Prioritätsverbraucher nur über eine Hilfspumpe mit Druckmittel versorgbar sein. Im Fall der Unterversorgung durch die Hauptpumpe oder einer hohen dynamischen Beanspruchung von dieser ist somit eine sichere Umsetzung der Prioritätsfunktion möglich. Die Hilfspumpe ist bevorzugt eine Konstantpumpe.
Der Druck zwischen Pumpe und Eingangsdruckwaage ist bevorzugt über ein Druckbegrenzungsventil begrenzbar, so dass eine Druckerhöhung bei der Pumpe über ein Maximaldruckniveau hinaus vermieden werden kann.
Es kann ferner eine elektronische Sollwertermittlung der Mengenanforderungen aller zu versorgenden Verbraucher und eine hydraulische Druckanhebung bei defekter elektronischer Steuerung erfolgen, wodurch sich ein verbessertes Übertragungsverhalten ergibt.
Die Pumpe kann in Abhängigkeit von der Position eines Steuerkolbens der Eingangsdruckwaage oder in Abhängigkeit von einem Restvolumenstrom an einem Tankanschluss der Eingangsdruckwaage ansteuerbar sein, so dass eine schnelle Reaktion auf veränderte Druckverhältnisse an der Eingangsdruckwaage durch eine elektronische Steuerung möglich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sperrt die Eingangsdruckwaage in einer federvorgespannten Grundstellung die Verbindung zu dem zumindest einen der zwei Verbraucher und zum Tank ab und steuert diese bei Verstellen in Öffnungsrichtung zunächst die Verbindung zu dem zumindest einen der zwei Verbraucher und dann zum Tank auf. Wird die Pumpe über einen zum Tank fließenden Restvolumenstrom gesteuert, befindet sich die Eingangsdruckwaage knapp in der dritten Position. In dieser Position lässt die Druckwaage auch Überschussmengen zum Tank abfließen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 eine hydraulische Steueranordnung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel,
die Fig. 2 einen Ausschnitt aus der hydraulischen Steueranordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
die Fig. 3 ein Steuerungskonzept entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
die Fit. 4 eine hydraulische Steueranordnung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel,
die Fig. 5 eine hydraulische Steueranordnung entsprechend einer ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels, und
die Fig. 6 eine hydraulische Steueranordnung entsprechend einer zweiten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Steueranordnung eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Ackerschleppers. Diese Steueranordnung kann beispielsweise durch ein Mobilsteuerblock gebildet sein, über den eine Arbeitshydraulik 2 mit Druckmittel versorgt wird, das von einer Pumpe 4 gefördert und über eine Eingangsdruckwaage 5 und die Arbeitshydraulik 2 zu Verbrauchern und von diesen zu einem Tank 6 zurückgeführt wird. Die Pumpe 4 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrisch ansteuerbare Verstellpumpe ausgebildet, deren Schwenkwinkel über einen Pumpenregler 8 verstellbar ist. An Stelle einer elektrisch ansteuerbaren Verstellpumpe kann auch eine drehzahlgeregelte Konstantpumpe oder eine andere über einen Pumpenregler ansteuerbare Pumpe eingesetzt werden.
In Figur 2 ist der Aufbau der Arbeitshydraulik 2 aus Figur 1 gezeigt, die in diesem Fall zwei doppelt wirkende Zylinder 10, 12 aufweist. Das von der Pumpe 4 aus dem Tank 6 angesaugte Druckmittel (s. Fig. 1) wird über die Eingangsdruckwaage 5 in einen Pumpenkanal 15 gefördert, der in zwei Zulaufleitungen 16, 18 verzweigt, wobei die Zulaufleitung 16 dem Zylinder 10 und die Zulaufleitung 18 dem Zylinder 12 zugeordnet ist. In der zu einem stetig verstellbaren Wegeventil 24 führenden Zulaufleitung 16 ist eine Individualdruckwaage 20 vorgesehen, wobei durch das Wegeventil 24 die Druckmittelströmungsrichtung zum zugeordneten Verbraucher bzw. vom zugeordneten Verbraucher und der Druckmittelvolumenstrom in Bezug auf den zugeordneten Verbraucher einstellbar ist. In der zu einem stetig verstellbaren Wegeventil 30 führenden Zulaufleitung 18 ist eine Individualdruckwaage 26 vorgesehen, wobei durch das Wegeventil 30 die Druckmittelströmungsrichtung zum zugeordneten Verbraucher bzw. vom zugeordneten Verbraucher und der Druckmittelvolumenstrom in Bezug auf den zugeordneten Verbraucher einstellbar ist. An die Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 24 ist eine Vorlaufleitung 32, die mit einem bodenseitigen Zylinderraum 34 des Zylinders 10 verbunden ist, und eine Rücklaufleitung 36, die mit einem kolbenstangenseitigen Ringraum 38 des Zylinders 10 verbunden ist, angeschlossen. An die Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 30 sind eine Vorlaufleitung 40, die mit einem bodenseitigen Zylinderraum 42 des Zylinders 12 verbunden ist, und eine Rücklaufleitung 44, die mit einem kolbenstangenseitigen Ringraum 46 des Zylinders 12 verbunden ist, angeschlossen.
Der Steuerkolben 48 des Wegeventils 24 und der Steuerkolben 50 des Wegeventils 30 werden über ein in Fig. 1 gezeigtes Vorsteuergerät 52 oder über Handbetätigung angesteuert. Durch Handbetätigung, oder Betätigung des Vorsteuergerätes 52, wodurch die Steuerdruckdifferenz eingestellt wird, wird der jeweilige Steuerkolben 48 bzw. 50 aus der in Fig. 2 dargestellten Sperrposition (0) in Richtung der angedeuteten Positionen (a) oder (b) verstellt, in denen entweder der Zylinderraum 34, 42 oder der Ringraum 38, 46 mit Druckmittel versorgt wird, während aus dem jeweils anderen Druckmittelraum das Druckmittel verdrängt wird. Dabei wird über eine Zulaufsteuerkante eine Zulaufmessblende in den Wegeventilen 24, 30 aufgesteuert, wobei der Öffnungsquerschnitt der jeweiligen Zulaufmessblende den Druckmittelvolumenstrom zum Zylinder 10, 12 bestimmt. Das vom Zylinder 10, 12 zurückströmende Druckmittel wird über einen Tankanschluss T am jeweiligen Wegeventil 24, 30 und eine an diese angeschlossene Tankleitung 54 zum Tank 6 (s. Fig. 1) zurückgeführt.
Die Individualdruckwaagen 20, 26 werden jeweils in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Druckwaagenfeder 56, 58 sowie von dem Lastdruck am jeweiligen Verbraucher 10, 12 beaufschlagt. In Schließrichtung wirkt auf die Druckwaagenschieber der Individualdruckwaagen 20, 26 jeweils der Druck in der Zulaufleitung 16 bzw. 18 zwischen dem Ausgang der jeweiligen Individualdruckwaage 20, 26 und dem Druckeingang P des nachgeschalteten Wegeventils 24, 30. Durch die jeweilige Individualdruckwaage 24, 30 und die zugeordnete Zumessblende, die durch das jeweilige Wegeventil 24, 30 ausgebildet ist, wird ein Stromregler gebildet. Der Druckabfall über dessen Messblende wird lastunabhängig konstant gehalten, so dass die über die Messblende fließende Druckmittelmenge allein vom Öffnungsquerschnitt der Messblende abhängt.
Gemäß Figur 1 ist im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Druckanschluss der Pumpe 4 und dem Verzweigungspunkt der Zulaufleitungen 16, 18 (s. Fig. 2) die Eingangsdruckwaage 5 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel als stetig verstellbares 3/3- Wegeventil ausgeführt ist.
Von einer Pumpenleitung 14 zwischen dem Druckanschluss der Pumpe 4 und dem Eingangsanschluss P der Eingangsdruckwaage 5 zweigt ein Power-Beyond-Anschluss 64 ab. Über diesen ist es möglich, einen oder mehrere zusätzliche hydraulische Power-Beyond-Verbraucher 66, beispielsweise eines Ladewagens oder einer Kartoffelvollerntemaschine, an das mobile Arbeitsgerät anzuschließen.
Die Power-Beyond-Verbraucher 66 können ferner über die Tankleitung 54 mit dem Tank 6 verbunden werden. Der höchste Lastdruck der Power-Beyond-Verbraucher 66 wird über eine Wechselventilkaskade ermittelt und über eine Steuerleitung 69 dem Wechselventil 68 zugeführt. Der höchste der Lastdrücke der Verbaucher 10, 12 wird über das Wechselventil 74 (s. Fig. 2) abgegriffen und ebenfalls dem Wechselventil 68 zugeführt.
Der Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 wird in Schließrichtung von der Kraft einer Feder 72 sowie dem Druck an einem Verzweigungspunkt 76 eines Druckmittelpfades zwischen dem Mittenanschluss des Wechselventils 68 und der Pumpenleitung 14 beaufschlagt. Im Druckmittelpfad zwischen dem Verzweigungspunkt 76 und der Pumpenleitung 14 sind eine Blende 78 und ein 2/2-Schaltventil 80 in Reihenschaltung angeordnet. Zwischen dem Verzweigungspunkt 76 und dem Wechselventil 68 befindet sich im Druckmittelpfad eine Blende 82. Das 2/2-Schaltventil 80 wird elektrisch betätigt und ist in Fig. 1 in der federvorgespannten Sperrposition dargstellt.
Beim Anlegen einer Steuerspannung an das Schaltventil 80 öffnet sich der Druckmittelpfad zwischen der Pumpenleitung 14 und der Blende 78. Infolge des unterschiedlichen Druckniveaus an der Pumpenleitung 14 und am Wechselventil 68 fließt ein Volumenstrom über die Blenden 80, 82, wobei diese als ein Druckteiler wirken. Der Druck am Verzweigungspunkt 76 liegt an der Federseite des Schiebers 70 an und ist höher als der am Wechselventil 68 gemeldete höchste Lastdruck. Durch diese Druckerhöhung wird die gewollte Druckanhebung im System umgesetzt.
Zur Umsetzung der Druckanhebung im System entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung muss in der Lastmeldeleitung ein geringer Volumenstrom zum lasthöchsten Verbraucher, der sowohl der Zylinder 10, 12 als auch ein Power-Beyond-Verbraucher 66 sein kann, fließen. Daher müssen alle Wechselventile 74, 68 für diese Strömungsrichtung geeignet sein.
Die Druckdifferenz zwischen dem Druck am Verzweigungspunkt 76 und am Wechselventil 68 ist bei Vorgabe eines maximal zulässigen Volumenstroms in der Lastmeldeleitung durch Variation der Geometrie der Blenden 78, 82 fein einstellbar.
Die in Fig. 1 dargestellte Feder 72 und der am Verzweigungspunkt 76 vorliegende und auf den Schieber 70 wirkende Druck beaufschlagen den Schieber 70 in Schließrichtung mit einer Kraft. In Öffnungsrichtung liegt an dem Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 der Druck in einer Steuerleitung 84 an, der stromaufwärts der Eingangsdruckwaage 5 von der Pumpenleitung 14, zwischen dem Power-Beyond-Anschluss 64 und der Eingangsdruckwaage 5, abgegriffen wird. Bei der Zuschaltung eines Power-Beyond-Verbrauchers 66 wird auch das Schaltventil 80 geschaltet, so dass die Sollposition des Druckwaagenschiebers 70 erst bei einem höheren Pumpendruck erreicht wird. Diese Sollposition kann die gleiche sein wie vor der Druckanhebung. Sie liegt vorzugsweise im Bereich der Stellung (b) der Druckwaage, so dass man einen zum Tank fließenden Restvolumenstrom und eine Dämpfung des Systems hat. Hierbei wird unabhängig davon, ob der Power-Beyond-Verbraucher aktiv ist oder nicht, ein konstanter EDW-Lagesollwert angestrebt.
Der Eingangsanschluss P der Eingangsdruckwaage steht mit der Pumpenleitung 14 in Druckmittelverbindung, der Arbeitsanschluss A der Eingangsdruckwaage 5 ist über den Pumpenkanal 15 mit der Zulaufleitung 16, 18 (s. Fig. 2) verbunden. Der Tankanschluss T der Eingangsdruckwaage steht über eine Tankleitung 86 mit dem Tank 6 in Druckmittelverbindung.
In der in Fig. 1 dargestellten Sperrposition (0) der Eingangsdruckwaage 5 besteht keine Druckmittelverbindung zwischen dem Pumpenanschluss P, dem Arbeitsanschluss A und dem Tankanschluss T. In der Arbeitsposition (a) besteht zwischen dem Pumpenanschluss P und dem Arbeitsanschluss A eine Druckmittelverbindung. In der Arbeitsposition (b) sind der Pumpenanschluss P, der Arbeitsanschluss A und der Tankanschluss T in Druckmittelverbindung.
Die Position des Schiebers 70 der Eingangsdruckwaage wird über einen Wegaufnehmer 88 erfasst, dessen Ausgangssignal einem Steuergerät 90 zugeleitet wird, das auch den Pumpenregler 8 steuert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3, in der ein Steuerungskonzept für die hydraulische Steueranordnung gezeigt ist, wird die Betätigung des Pumpenreglers 8 über das Steuergerät 90 näher beschrieben. Dem Steuergerät 90 wird ein interner Sollwert YEDW_soll zugeführt. Wird der Power-Beyond-Verbraucher 66 angeschlossen, so löst eine Power-Beyond-Ansteuerung 92 die Druckanhebung durch Schalten des Schaltventils 80 aus. Die Power-Beyond-Ansteuerung 92 wird durch ein Signal von einem Bediener, oder automatisch initialisiert.
Der Sollwert y_EDWsoll wird mit einem Ausgangssignal y_EDW des Wegaufnehmers 88 verglichen und einem Regler 94 im Steuergerät 90 zugeführt. Der Sollwert y_EDWsoll entspricht der Position (b) des Schiebers 70 der Eingangsdruckwaage. Die Ausgangssignale des Vorsteuergeräts 52 können, wie es in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, ebenfalls in den Regler 84 eingespeist werden und in den Regelalgorithmus eingreifen.
Die Eingangsdruckwaage 5, s. Figur 1, wird bei nicht angeschlossenem Power-Beyond-Verbraucher 66, von der Sperrposition (0) zur Arbeitsposition (b) hin unter Ausschwenken der Pumpe 4 und damit einhergehenden Erhöhung der geförderten Druckmittelmenge verschoben. Erreicht die Eingangsdruckwaage ihre Sollposition, ist der Pumpendruck hoch genug. Weiter schwenkt die Pumpe nicht mehr aus. In der Arbeitsposition (b) der Eingangsdruckwaage 5 ist sichergestellt, dass den Verbrauchern 10, 12 das Druckmittel von der Pumpe 4 über die Eingangsdruckwaage 5 (s. Fig. 2) zugeführt wird. Ein Restvolumenstrom fließt über den Tankanschluss T und die Tankleitung 86 ab.
Wird bei Aktivierung eines Power-Beyond-Verbrauchers 66 das Schaltventil 80 in seine Schaltposition (a) gebracht, so fließt ein Druckmittelstrom von der Pumpenleitung 14 über das geöffnete Schaltventil 80 und die Blenden 78, 82 zum Wechselventil 68. Die Blenden 78, 82 funktionieren als Druckteiler, wobei ein höherer Druck als der am Wechselventil 68 gemeldete höchste Lastdruck am Verzweigungspunkt 76 und somit am Schieber 70 zu seiner Sperrposition hin vorliegt. Bei einer ausreichenden Druckanhebung in der Pumpenleitung 14 wird die Eingangsdruckwaage 5 in der Arbeitsposition (b) in ihrer Sollposition gehalten, in der wieder ein Restvolumenstrom über den Tankanschluss T und die Tankleitung 86 abströmt. Selbst bei einem hohen Volumenstrombedarf des Power-Beyond-Verbrauchers 66 werden sowohl die Verbraucher 10, 12 als auch der Power-Beyond-Verbraucher 66 hinreichend mit Druckmittel versorgt, sofern die Pumpe 6 entsprechend ausgelegt ist.
Mit der hydraulischen Steueranordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist sichergestellt, dass bei Unterversorgung die Eingangsdruckwaage 5 in Schließrichtung verstellt und der Druckmittelstrom zu den anderen Verbrauchern 10, 12 durch die Eingangsdruckwaage 5 vermindert oder eingestellt wird, und somit eine Unterversorgung des Power-Beyond-Verbrauchers 66 vermieden wird und dieser priorisiert ist.
In einer alternativen Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels ist der Wegaufnehmer 88 durch einen Reststromsensor an der Tankleitung 86 ersetzt. Durch eine direkte Messung des Restvolumenstroms in der Arbeitposition (b) ist eine feinfühlige und genaue Pumpensteuerung möglich. Da bei der hydraulischen Steuerungsanordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Lagesollwert der Eingangsdruckwaage 5 unabhängig vom Aktivierungsstatus der Druckanhebung sein kann, kann dieser durch einen Restvolumenstrom-Sollwert ersetzt werden.
Der Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 hat dann beim hohen Pumpen-Δp dieselbe Position wie bei niedrigem Pumpen-Δp. Der Einfluss der absoluten Höhe des Pumpendrucks auf den Restvolumenstrom, die Position des Druckwaagenschiebers 70 und das Pumpen-Δp ist vernachlässigbar. Zudem kann eine weiche Feder 72 verwendet werden , wodurch sich eine geringe Positionsänderung des Schiebers 70 der Eingangsdruckwaage 5 nur in geringem Maße auf den Druck der Pumpe 4 auswirkt.
Ferner kann die Steuerung durch das Steuergerät 90 in einer solchen Weise angepasst werden, dass in dem Fall, in dem die Pumpe 4 in Unterversorgung gerät und die Eingangsdruckwaage 5 in einem bestimmten Maße schließt, so dass einer der Verbraucher langsamer wird oder stehen bleibt, die Volumenstromwerte aller aktiven Verbraucher der Arbeitshydraulik in gleichem Verhältnis verringert werden, bis dieser Zustand der Unterversorgung wieder aufgehoben ist. Im Anschluss öffnet die Eingangsdruckwaage 5 und kann in der Schaltposition (b) mit vorgegebenem Restromwert arbeiten.
Figur 4, die sich auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht, unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass Prioritätsfunktionen eines Prioritätsverbrauchers 96 und Komfortfunktionen eines Komfortverbrauchers 98 in das Konzept der hydraulischen Druckanhebung des ersten Ausführungsbeispiels einbezogen sind.
Für die Umsetzung der Prioritätsfunktion wurden in der in Fig. 1 gezeigten hydraulischen Steuerungsanordnung folgende Änderungen vorgenommen: In die Pumpenleitung 14 ist ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes Prioritätsventil 100 geschaltet, in dessen federvorgespannte Position (0) eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss der Pumpe 4 und dem Einlassanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 (Steuerventil plus eigentlicher Verbraucher) hergestellt ist, während die Druckmittelverbindung zum Pumpenanschluss P der Druckwaage 5 blockiert ist. In der Position (a) des Prioritätsventils 100 ist die Druckmittelverbindung von der Pumpe 4 sowohl zum Einlassanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 als auch zum Pumpenanschluss P der Eingangsdruckwaage 5 geöffnet.
Der Steuerkolben 102 des Prioritätsventils 100 ist in Schließrichtung durch den Druck einer Feder 104 und den Lastdruck des Prioritätsverbrauchers an einer Lastdruckleitung 106 und in Öffnungsrichtung durch den Druck am Einlassanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 beaufschlagt. Der Lastdruck des Prioritätsverbrauchers an der Lastdruckleitung 106 wird über ein Wechselventil 108 mit dem Lastdruck des Power-Beyond-Verbrauchers 66 verglichen und der höhere von diesen zum Wechselventil 68 gemeldet.
Für die normale Funktion liegt der Druck am Verzweigungspunkt 76 zwischen den Blenden 78 und 82 bei dem in Fig. 4 dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel über ein in seiner Ruhestellung (a) befindliches Komfortventil 110 am Schieber 70 der Eingangsdruckwaage 5 an. Das Komfortventil 110 wird im Zusammenhang mit der Komfortfunktion weiter unten erläutert.
Um einen übermäßigen Druckanstieg am Druckanschluss der Pumpe 4 zu vermeiden, ist ein Druckbegrenzungsventil 114 mit dem Druckanschluss der Pumpe 4 verbunden.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung der Prioritätsfunktion, durch die beispielsweise die Lenkung, die Anhängerbremsfunktion oder die Getriebeschmierung, die mit erster Priorität zu versorgen sind, umsetzbar sind. Dabei stellt der Prioritätsverbraucher 96 genauso wie der Power-Beyond-Verbraucher 66 einen unbekannten Verbraucher dar. Bei einem hohen Lastdruck in der Lastdruckleitung 106 und bei Unterversorgung durch die Pumpe 4 befindet sich das Prioritätsventil 100 in der in Fig. 4 gezeigten Position (0), in der eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss der Pumpe 4 und nur dem Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 vorliegt. Der Druck am Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 liegt am Steuerkolben 102 des Prioritätsventils 100 in dessen Öffnungsrichtung an, während in Schließrichtung der Druck der Feder 104 und der Lastdruck des Prioritätsverbrauchers 96 wirken. Sobald der Druck am Eingangsanschluss die Summe aus dem Druck durch die Feder 104 und dem Lastdruck des Prioritätsverbrauchers 96 überschreitet, wird das Prioritätsventil 100 in seine Position (a) gebracht, in der eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss der Pumpe 4 und sowohl dem Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 als auch dem Pumpenanschluss P der Eingangsdruckwaage 5 hergestellt ist. Somit können die in Fig. 2 gezeigten Zylinder 10, 12 ebenfalls mit Druckmittel versorgt werden. Bei einer erneuten Unterversorgung durch die Pumpe 4 wird das Prioritätsventil 100 in die Position (0) geschaltet, in der die Druckmittelverbindung zu den Zylindern 10, 12 unterbrochen ist und nur der Prioritätsverbraucher 96 mit Druckmittel versorgt wird.
Der Power-Beyond-Anschluss 64 befindet sich stromabwärts von dem Prioritätsventil 100 in der Pumpenleitung 14.
Komfortfunktionen, wie die Vorderachsfederung, sind in der Regel nicht in den hydraulischen Signalkreis des Versorgungssystems integriert. Um nun den in Fig. 4 gezeigten Komfortverbraucher 98, der ebenfalls stromabwärts des Prioritätsventils 100 an die Pumpenleitung 14 angeschlossen ist, zu aktivieren, wird der Druck der Pumpe 64 auf ein Maximaldruckniveau angehoben, das durch die Druckabschneidung der Pumpe 4 geregelt wird. Dieses Anheben erfolgt durch elektrische Ansteuerung des Komfortventils 110 in die Position (b), in der eine Druckmittelverbindung vom Verzweigungspunkt 76 zum Schieber 70 der Eingangsdruckwaage blockiert ist, während eine Druckmittelverbindung zwischen dem Arbeitsanschluss A der Eingangsdruckwaage 5 und einer Vorsteuerleitung 112 geöffnet ist. Die Druckwaage arbeitet nun wie ein Druckdifferenzventil. Sie kann nicht in die Position (b) gelangen, so dass die Pumpe aufgrund der Messung mittels des Wegaufnehmers 88 bzw. mittels eines Restromsensors in der Tankleitung 86 über das Steuergerät 90 mit maximalem Ansteuersignal angesteuert wird. Im Ergebnis erfolgt bei Umsetzung der Komfortfunktion ein Konstantdruckbetrieb aller Verbraucher, einschließlich des Prioritätsverbrauchers 96 und des Power-Beyond-Verbrauchers 66.
Die sonstigen hydraulischen Elemente der Steuerungsanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels und werden daher nicht näher beschrieben.
Die Fig. 5 und 6 zeigen alternative Ausführungen des zweiten Ausführungsbeispiels zur Umsetzung der Prioritätsfunktion. Der in den Fig. 5 und 6 nicht dargestellte, obere Teil der hydraulischen Schaltungsanordnung ist dem oberen Teil der hydraulischen Schaltungsanordnung von Fig. 4 zu entnehmen.
Statt des Prioritätsventils 100 aus Fig. 4 gelangt in den Fig. 5 und 6 eine mit der Pumpe 4 mechanisch gekoppelte Hilfspumpe 116 zur Anwendung, die vorzugsweise eine Konstantpumpe ist und durch die der Prioritätsverbraucher 96 mit Druckmittel versorgbar ist. Der höchste der Lastdrücke des Prioritätsverbrauchers 96 und des Power-Beyond-Verbrauchers 66 wird wie beim zweiten Ausführungsbeispiel über das Wechselventil 108 zum Wechselventil 68 gemeldet.
In der ersten Abwandlung nach Fig. 5 steht der Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 über ein Rückschlagventil 118 mit der Pumpenleitung 114 und mit dem Druckanschluss der Hilfspumpe 116 in Druckmittelverbindung. Somit fördern bei der ersten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels bei einer hohen dynamischen Beanspruchung der Pumpe 4 oder bei einer Unterversorgung bei alleiniger Druckmittelversorgung durch die Pumpe 4 sowohl die Pumpe 4 als auch die Hilfspumpe 116 Druckmittel zum Prioritätsverbraucher 96.
Die zweite Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 unterscheidet sich von der ersten Abwandlung darin, dass keine Druckmittelverbindung zwischen der Pumpenleitung 14 und dem Eingangsanschluss des Prioritätsverbrauchers 96 vorgesehen ist. Der Prioritätsverbraucher 96 wird somit ausschließlich durch die Hilfspumpe 116 mit Druckmittel versorgt.
Bei der ersten und zweiten Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels werden Leistungsverluste des Hilfskreises bei inaktivem Prioritätsverbraucher 96 durch einen Neutralumlauf reduziert.
Alternativ zur hydraulischen Steueranordnung entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel und deren Abwandlungen kann eine elektronische Sollwertermittlung aller zu versorgenden Verbraucher und eine unmittelbare Einbindung in das Versorgungskonzept über das Steuergerät 90 über eine Anpassung der Ventilsollwerte erfolgen. Dadurch ist eine weitere Verbesserung des Ubertragungsverhaltens der hydraulischen Steueranordnung bei einem hohen Flexibilitätsgrad möglich. Die hydraulische Realisierung der Druckanhebung und/oder der Priorisierung ausgewählter Funktionen ist auf den Fall der defekten elektronischen Steuerung begrenzt. Im normalen Betrieb würde die Priorisierung bzw. die komplette Volumenstromverteilung im System über Modifikation der Ventilsollwerte erfolgen und könnte beliebig definiert werden.
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung von zumindest zwei Verbrauchern, die über eine Pumpe mit einstellbarer Fördermenge mit Druckmittel versorgbar sind, insbesondere eines mobilen Arbeitsgerätes, und denen jeweils eine verstellbare Zumessblende zugeordnet ist. Es ist ein Power-Beyond-Anschluss vorgesehen, an den zumindest ein Power-Beyond-Verbraucher anschließbar ist. Der Pumpe ist eine Eingängsdruckwaage nachgeschaltet, die im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und zumindest einem der zwei Verbraucher vorgesehen ist. Der Power-Beyond-Anschluss zweigt im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe und der Eingangsdruckwaage ab. Die Eingangsdruckwaage ist in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und in Öffnungsrichtung vom Druck an ihrem Eingang beaufschlagt. Ferner ist die Eingangsdruckwaage in Schließrichtung wahlweise zusätzlich vom größten Lastdruck oder von einem Druck oberhalb des größten Lastdrucks beaufschlagbar.

Claims

Hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung von vorzugsweise zumindest zwei Verbrauchern (10, 12), die über eine Pumpe (4) mit einstellbarer Fördermenge mit Druckmittel versorgbar sind, insbesondere eines mobilen Arbeitsgerätes, und denen jeweils eine verstellbare Zumessblende (20, 26) zugeordnet ist,
mit einem Power-Beyond-Anschluss (64), an den zumindest ein Power-Beyond-Verbraucher (66) anschließbar ist, und
mit einer der Pumpe (4) nachgeschalteten Eingangsdruckwaage (5),
wobei die Eingangsdruckwaage (5) im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe(4) und zumindest einem der zwei Verbraucher (10, 12) vorgesehen ist und dass der Power-Beyond-Anschluss (64) im Druckmittelströmungspfad zwischen der Pumpe (4) und der Eingangsdruckwaage (5) abzweig, und
wobei die Eingangsdruckwaage (5) in Schließrichtung von der Kraft einer Feder (72) und in Öffnungsrichtung vom Druck an ihrem Eingang (P) beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsdruckwaage (5) in Schließrichtung zusätzlich wahlweise vom größten Lastdruck oder von einem Druck oberhalb des größten Lastdrucks beaufschlagbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1, wobei der Druck oberhalb des größten Lastdrucks an einem Druckmittelpfad zwischen dem Eingang (P) der Eingangsdruckwaage (5) und einer Lastmeldeleitung für den größten der Lastdrücke abgegriffen wird
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 2, wobei der Druck oberhalb des größten Lastdrucks zwischen zwei Blenden (78, 82) abgegriffen wird
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Druckmittelpfad zwischen dem Eingang (P) der Eingangsdruckwaage (5) und der Lastmeldeleitung für den größten der Lastdrücke über ein Schaltventil (80) schaltbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 4, wobei das Schaltventil (80) zwischen einer (78) der Blenden und dem Eingang (P) der Eingangsdruckwaage (5) vorgesehen ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 2, wobei zwischen den zwei Blenden (78, 82) und dem Vorsteueranschluss der Eingangsdruckwaage (5), über den die Eingangsdruckwaage in Schließrichtung beaufschlagbar ist, ein weiteres Schaltventil (110) vorgesehen ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 6, wobei durch das weitere Schaltventil (110) eine Druckmittelverbindung zwischen dem Vorsteueranschluss der Eingangsdruckwaage (5), über den die Eingangsdruckwaage in Schließrichtung beaufschlagbar ist, und einem Ausgangsanschluss (A) zu zumindest einem der zwei Verbraucher (10, 12) schaltbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Pumpe (4) und Eingangsdruckwaage (5) ein Prioritätsventil (100) vorgesehen ist, über das eine Druckmittelversorgung eines Prioritätsverbrauchers (96) umsetzbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Prioritätsverbraucher (96) über eine Hilfspumpe (116) und über die Pumpe (4) mit Druckmittel versorgbar ist
Hydraulische Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Prioritätsverbraucher (96) nur über eine Hilfspumpe (116) mit Druckmittel versorgbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Hilfspumpe (116) eine Konstantpumpe ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck zwischen Pumpe (4) und Eingangsdruckwaage (5) über ein Druckbegrenzungsventil (114) begrenzbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektronische Sollwertermittlung aller zu versorgenden Verbraucher erfolgt und die hydraulische Druckanhebung bei defekter elektronischer Steuerung erfolgt.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (4) in Abhängigkeit von der Position eines Schiebers (70) der Eingangsdruckwaage (5) ansteuerbar ist
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (4) in Abhängigkeit von einem Restvolumenstrom an einem Tankanschluss (T) der Eingangsdruckwaage (5) ansteuerbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangsdruckwaage (5) in einer solchen Weise vom größten Lastdruck oder von einem Druck oberhalb des größten Lastdrucks beaufschlagbar ist, dass der Kolben der Eingangsdruckwaage (5) bei zugeschaltetem Power-Beyond-Verbraucher und bei nicht zugeschaltetem Power-Beyond-Verbraucher jeweils eine Position im Bereich der Arbeitsstellung des Kolbens hat, in der ein Restvolumenstrom an einem Tankanschluss (T) der Eingangsdruckwaage (5) fließt.
Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 16, wobei die Position im Bereich der Arbeitsstellung des Kolbens, in der ein Restvolumenstrom an einem Tankanschluss (T) der Eingangsdruckwaage (5) fließt, bei zugeschaltetem Power-Beyond-Verbraucher und bei nicht zugeschaltetem Power-Beyond-Verbraucher dieselbe ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangsdruckwaage (5) in einer federvorgespannten Grundstellung die Verbindung zu dem zumindest einen der zwei Verbraucher (10, 12) und zum Tank (6) absperrt und bei Verstellen in Öffnungsrichtung zunächst die Verbindung zu dem zumindest einen der zwei Verbraucher (10, 12) und dann zum Tank (6) aufsteuert.