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Die
Erfindung geht aus von einem hydraulischen Steuerkreis, mit dem
ein vorrangiger, erster hydraulischer Verbraucher und ein nachrangiger, zweiter
hydraulischer Verbraucher mit Druckmittel versorgt werden können und
der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Ein
solcher hydraulischer Steuerkreis ist aus der
DE 43 28 283 A1 bekannt.
Den beiden hydraulischen Verbrauchern fließt dabei das Druckmittel jeweils über eine
Zumeßblende
zu, wobei der dem vorrangigen, ersten hydraulischen Verbraucher
zugeordneten ersten Zumeßblende
eine Druckwaage vorgeschaltet und der dem nachrangigen zweiten hydraulischen
Verbraucher zugeordneten, zweiten Zumeßblende eine Druckwaage nachgeschaltet
ist. Mithilfe der Druckwaagen werden bei ausreichend gelieferter
Druckmittelmenge unabhängig
von den Lastdrücken
der hydraulischen Verbraucher konstante Druckdifferenzen über die
Zumeßblenden
aufrechterhalten, so daß die
einem hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge nur
noch vom Öffnungsquerschnitt
der jeweiligen Zumeßblende
abhängt.
Als Druckmittelquelle dient üblicherweise
eine verstellbare Hydropumpe, die in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck
derart steuerbar ist, daß der Druck
in einer Zulaufleitung um eine bestimmte Druckdifferenz über dem
höchsten
Lastdruck liegt. Die der zweiten Zumeßblende nachgeschaltete Druckwaage
wird in Öffnungsrichtung
vom Druck nach der zweiten Zumeßblende
und in Schließrichtung
von einem in einem rückwärtigen Steuerraum anstehenden
Steuerdruck beaufschlagt, der üblicherweise
dem höchsten
Lastdruck aller von derselben Hydropumpe versorgten hydraulischen
Verbrauchern entspricht.
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Werden
mehrere hydraulische Verbraucher, denen Druckmittel jeweils über eine
Zumeßblende und
eine dieser nachgeschalteten Druckwaage, die rückwärtig vom höchsten Lastdruck beaufschlagt
ist, zufließt,
gleichzeitig betätigt,
so werden die ihnen zufließenden
Druckmittelmengen verhältnisgleich
reduziert, wenn die von der Hydropumpe gelieferte Druckmittelmenge
kleiner ist als die Summe der geforderten Druckmittelteilmengen.
Man spricht in diesem Fall von einer Steuerung mit lastunabhängiger Durchflußverteilung
(LUDV-Steuerung). Derart angesteuerte hydraulische Verbraucher werden
kurz LUDV-Verbraucher genannt. Weil bei einer LUDV-Steuerung auch
der höchste
Lastdruck abgefühlt
und von der Druckmittelquelle ein um ein bestimmtes Δp über dem
höchsten
Lastdruck liegender Zulaufdruck erzeugt wird, ist eine LUDV-Steuerung ein
Sonderfall einer lasffühlenden
oder loadsensing-Steuerung (LS-Steuerung).
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Für mehrere
hydraulische Verbraucher, denen Druckmittel jeweils über eine
Zumeßblende
mit vorgeschalteter Druckwaage zufließt, die in Schließrichtung
nur vom Druck vor der Zumeßblende
und in Öffnungsrichtung
nur vom Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers und
von einer Druckfeder beaufschlagt ist, erhält man keine lastunabhängige Durchflußverteilung.
Man hat nur eine LS-Steuerung
und LS-Verbraucher.
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Durch
die
DE 43 28 283 A1 ist
nun eine Prioritätsschaltung
zwischen einem LS-Verbraucher und
einem oder mehreren LUDV-Verbrauchern geoffenbart, in der der LS-Verbraucher
vorrangig mit Druckmittel versorgt wird. Es ist dazu ein Prioritätsventil
vorgesehen, das einen mit einem Leitungsabschnitt zwischen der ersten
Druckwaage und der ersten Zumeßblende
verbundenen, ersten Anschluß und
einen mit der Lastmeldeleitung verbundenen zweiten Anschluß aufweist
und dessen Ventilglied in Richtung Öffnen der Verbindung zwischen
dem ersten Anschluß und
dem zweiten Anschluß vom
Lastdruck des vorrangigen hydraulischen Verbrauchers, also des LS-Verbrauchers,
und einer Zusatzkraft beaufschlagbar ist. Das Prioritätsventil
gemäß der Steuerung
nach der
DE 43 28 283
A1 wird in Richtung Schließen der Verbindung zwischen
dem ersten Anschluß und
dem zweiten Anschluß vom
Druck im zweiten Anschluß beaufschlagt.
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Ein
hydraulischer Steuerkreis gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 ist auch aus der
DE 197 03 997 A1 bekannt.
Hier wird genauso wie bei dem hydraulischen Steuerkreis aus der
DE 43 28 283 A1 das
Ventilglied des Prioritätsventils
in Richtung Öffnen
der Verbindung zwischen dem mit der Lastmeldeleitung verbundenen,
ersten Anschluß und dem
zweiten Anschluß vom
Lastdruck des vorrangigen hydraulischen Verbrauchers, also des LS-Verbrauchers,
und einer Druckfeder beaufschlagt. In Richtung Schließen wirkt
auf das Ventilglied des Prioritätsventils
der am ersten Anschluß anstehende Druck.
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Sowohl
durch den hydraulischen Steuerkreis nach der
DE 43 28 283 A1 als auch
den hydraulischen Steuerkreis nach der
DE 197 03 997 A1 ist eine
vorrangige Druckmittelversorgung des LS-Verbrauchers sichergestellt.
Allerdings sind dazu recht aufwendige Schieberventile als Prioritätsventile
einzusetzen.
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Der
Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, einen hydraulischen Steuerkreis,
der die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist,
mit dem also ein LS-Verbraucher gegenüber einem oder mehreren LUDV-Verbrauchern
vorrangig mit Druckmittel versorgt werden soll, weniger aufwändig und
damit kostengünstiger
zu gestalten.
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Das
angestrebte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Prioritätsventil
ein vom ersten Anschluß zum
zweiten Anschluß hin öffnendes Rückschlagventil
ist. Bei dieser äußerst einfachen und
kostengünstigen
Lösung
des Problems wird, wenn der Druck des ersten hydraulischen Verbrauchers
bezüglich
des höchsten
Lastdrucks von gleichzeitig betätigten
zweiten hydraulischen Verbrauchern bestimmte Werte annimmt, über das
Rückschlagventil
ein Druck in die Lastmeldeleitung gemeldet, der in dem Leitungsabschnitt
zwischen der ersten Druckwaage und der ersten Zumeßblende
ansteht und der durch die Druckwaage auf einen um das Regel-Δp der Druckwaage über dem
Lastdruck des ersten hydraulischen Verbrauchers liegenden Wert geregelt wird.
Dieser über
das Rückschlagventil
an die Druckmittelquelle gemeldete Druck belastet die zweiten Druckwaagen
in Schließrichtung
und wird von diesen stromab der zweiten Zumeßblenden angestaut. Im Fall
der Untersättigung
verringert sich die Differenz zwischen dem Pumpendruck und dem gemeldeten Druck
und damit auch die Druckdifferenz über die zweiten Meßblenden.
Die den zweiten hydraulischen Verbrauchern zufließende Druckmittelmenge
wird geringer. Im Extremfall fällt
der Pumpendruck bis auf den gemeldeten Druck ab, so daß die Druckdifferenz über die
zweiten Zumeßblenden
null ist, während über die
erste Zumeßblende
bei nun ganz geöffneter erster
Druckwaage eine Druckdifferenz gleich oder nahe dem gewünschten
Wert besteht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerkreises
kann man den Unteransprüchen
entnehmen.
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So
ist gemäß Patentanspruch
2 zweckmäßigerweise
das Schließglied
des Rückschlagventils
in Schließrichtung
von einer schwachen Druckfeder beaufschlagt, deren Druckäquivalent
zum Beispiel 0,5 bar ist. Dadurch ist zwar der über das Rückschlagventil in die Lastmeldeleitung
gemeldete Druck geringfügig
niedriger als der Druck zwischen erster Druckwaage und erster Zumeßblende.
Dies macht sich jedoch nur in einer äußerst geringen Schwankung der
dem ersten Verbraucher zufließenden Druckmittelmenge
bemerkbar. Aber es schließt
das Rückschlagventil
schnell und sicher.
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Wie
für mehrere
erste Zumeßblenden
mit wenig Aufwand ein vorrangiger Druckmittelstrom erzeugt wird,
ist in Patentanspruch 3 angegeben. Es liegen einfach mehrere Rückschlagventile
parallel zueinander mit ihren zweiten Anschlüssen an der Lastmeldeleitung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen hydraulischen
Steuerkreises ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren
dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Gesamtschaltbild des Ausführungsbeispiels
und
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2 das
Schaltbild einer Verstellpumpe einschließlich Regelventilen, wie sie
in dem Ausführungsbeispiel
verwendet ist.
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Nach
der Zeichnung saugt eine Verstellpumpe 10 mit einer Verstelleinrichtung 11 Druckmittel
aus einem Tank 12 an und gibt es in ein System von Zuleitungen 13 ab. Über die
Zuleitungen werden ein erster hydraulischer Verbraucher 14,
der als Gleichgangzylinder ausgebildet ist und z. B. als Lenkzylinder
verwendet wird, und zumindest ein zweiter hydraulischer Verbraucher 15,
der ein Differentialzylinder ist, mit Druckmittel versorgt. Die
Richtung und die Geschwindigkeit des Gleichgangzylinders 14 wird durch
eine entsprechende Betätigung
eines 4/3-Proportional-Wegeventils 16 bestimmt,
dessen Ventilschieber in einer Mittelstellung federzentriert ist,
in der die vier Arbeitsanschlüsse
des Wegeventils 16 gesperrt sind und ein Steueranschluß 18 zum
Tank entlastet ist. Bei einer Verschiebung des Ventilschiebers aus
seiner Mittelstellung heraus in die eine oder in die andere Richtung
wird eine Zumeßblende 17 je nach
dem Weg, den der Ventilschieber bewegt wird, unterschiedlich weit
aufgemacht. Der Steueranschluß 18 wird
stromab der Zumeßblende
mit dem Vorlauf zum Gleichgangzylinder 14 verbunden.
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Zwischen
das System der Zuleitungen 13 und einen Zulaufanschluß 19 des
Wegeventils 16 ist eine 2-Wege-Druckwaage 20 eingefügt, deren
Regelkolben in Richtung Schließen
vom Druck stromauf der Zumeßblende 17 und
in Richtung Öffnen über eine
Steuerleitung 61 vom Druck im Steueranschluß 18 des
Wegeventils 16, also vom Lastdruck des Gleichgangszylinder 14,
und von einer Regelfeder 21 beaufschlagt wird. Die Kraft
der Regelfeder 21 ist so ausgelegt, daß ihr eine Druckdifferenz von
z. B. 15 bar über
die Zumeßblende 17 äquivalent
ist.
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Während somit
die dem ersten hydraulischen Verbraucher 14 zugeordnete
erste Druckwaage 20 der ersten Zumeßblende 17 vorgeschaltet
ist, ist die dem zweiten hydraulischen Verbraucher 15 zugeordnete
zweite Druckwaage 30 einer zweiten Zumeßblende 31 nachgeschaltet.
Für die
Richtungssteuerung des Differentialzylinders 15 ist zwischen der
zweiten Druckwaage 30 und dem Differentialzylinder ein
Wegeventil 32 angeordnet, über das im Vergleich zum Druckabfall
an der Zumeßblende 31 kein
nennenswerter Druckabfall mehr auftritt, wenn der Differentialzylinder 15 betätigt wird.
Die Zumeßblende 31 und
die zur Richtungssteuerung notwendigen Steuernuten sind in bekannter
Weise am selben Ventilschieber ausgebildet, so daß Richtungs-
und Geschwindigkeitssteuerung jeweils ohne weiteres gemeinsam vonstatten
gehen. Der Regelkolben 33 der Druckwaage 30 wird
vorne in Richtung Öffnen der
Verbindung zwischen der Zumeßblende 31 und dem
Wegeventil 32 vom Druck nach der Zumeßblende und rückwärtig in
Richtung Schließen
der Verbindung von einem in einem Steuerdruckraum 34 herrschenden
Steuerdruck und von einer schwachen Druckfeder 35, der
ein Druck von z. B. lediglich 0,5 bar äquivalent ist, beaufschlagt.
Die Vorderseite des Regelkolbens 33 ist über einen
im Regelkolben verlaufenden Kanal 36 mit dem Steuerdruckraum 34 verbunden,
wobei in dem Kanal 36 ein zum Steuerdruckraum hin öffnendes
Rückschlagventil 37 angeordnet
ist.
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Parallel
zu der Zumeßblende 31,
der Druckwaage 30 und dem Wegeventil 32 für den zweiten
hydraulischen Verbraucher 15 können weitere zweite Zumeßblenden,
zweite Druckwaagen und zweite Wegeventile für weitere zweite hydraulische
Verbraucher an das System der Zuleitungen 13 angeschlossen
sein. Dabei sind die Steuerdruckräume 34 aller Druckwaagen 30 miteinander
verbunden, so daß in diesen
Steuerdruckräumen
derselbe Druck ansteht. Die Regelkolben 33 der Druckwaagen
suchen sich bei einer Betätigung
eines zweiten hydraulischen Verbrauchers in eine solche Stellung
zu bringen, in der sich an ihrer Vorderseite ein lediglich um die
der Kraft der Druckfeder 35 äquivalente Druckdifferenz höherer Druck
einstellt als in den Steuerdruckräumen 34.
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Über die
Kanäle 36 und
die Rückschlagventile 37 wird,
läßt man einmal
den ersten hydraulischen Verbraucher 14 völlig außer acht,
jeweils der höchste Lastdruck
aller betätigten
zweiten hydraulischen Verbraucher 15 in die Steuerdruckräume 34 gegeben.
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Die
Steuerdruckräume 34 sind
an eine Lastmeldeleitung 38 angeschlossen, die zur Verstelleinrichtung 11 der
Pumpe 10 führt.
Insbesondere führt, wie
dies aus 2 ersichtlich ist, die Lastmeldeleitung 38 zu
einem Regelventil 39 mit drei Anschlüssen, von denen einer mit einem
Stellzylinder 40 der Verstellpumpe 10 verbunden
ist. Ein weiterer Anschluß des
Regelventils 39 ist mit einer Zuleitung 13 und
der dritte Anschluß mit
Tank 12 verbunden. Der Regelkolben des Regelventils 39 wird
in Richtung einer Verbindung des ersten Anschlusses mit dem zweiten
Anschluß vom
Druck in der Zuleitung 13 und in Richtung einer Verbindung
des ersten Anschlusses mit dem dritten Anschluß vom Druck in der Lastmeldeleitung 38 und
von einer Regelfeder 41 beaufschlagt. Verstellpumpen und
Regelventile gemäß dem Schaltbild
nach 2 sind allgemein bekannt und auf dem Markt ohne
weiteres erhältlich.
Es erübrigt
sich deshalb, näher
darauf einzugehen. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß die Pumpenregelung bewirkt,
daß sich
in der Zuleitung 13 ein Druck einstellt, der um eine der
Kraft der Regelfeder 41 äquivalente Druckdifferenz über dem
Druck in der Lastmeldeleitung 38 liegt. Die Druckdifferenz
betrage z. B. 18 bar, ist also höher
als die der Kraft der Regelfeder 21 der ersten Druckwaage 20 äquivalente
Druckdifferenz von 15 bar.
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Der
erste hydraulische Verbraucher 14 soll vorrangig vor dem
zweiten hydraulischen Verbraucher 15 mit Druckmittel versorgt
werden. Dafür
ist ein Rückschlagventil 45 vorgesehen,
das mit seinem den ersten Anschluß darstellenden Eingang 46 an
einen zwischen der Druckwaage 20 und dem Zulaufanschluß 19 des
Wegeventils 16 verlaufenden Leitungsabschnitt 48 und
mit seinem den zweiten Anschluß darstellenden
Ausgang 47 mit der Lastmeldeleitung 38 verbunden
ist, also von dem Leitungsabschnitt 48 aus zu der Lastmeldeleitung 38 hin öffnet und
ein Schließglied
hat, das in Richtung öffnen
vom Druck in dem Leitungsabschnitt 48 und in Richtung schließen von
dem Druck in der Lastmeldeleitung beaufschlagt wird. In Schließrichtung
wirkt auf das Schließglied 49 außerdem eine
schwache Druckfeder 50, deren Druckäquivalent zum Beispiel 0,5
bar beträgt.
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Die
Lastmeldeleitung 38 ist über einen Stromregler 55 mit
dem Tank 12 verbunden. Über diesen
Stromregler wird die Lastmeldeleitung von Druck entlastet, wenn
keiner der hydraulischen Verbraucher betätigt wird.
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Der
erste hydraulische Verbraucher 14, der vorrangig mit Druckmittel
zu bedienen ist, wird, ohne daß das
Prioritätsventil 45 in
Funktion zu treten hätte, immer
dann ausreichend mit Druckmittel versorgt, wenn die Summe seines
Lastdruckes plus des Regel-Δp
der Verstelleinrichtung 11 an der Verstellpumpe 10 kleiner
ist als der höchste
Lastdruck aller gleichzeitig mitbetätigten zweiten hydraulischen
Verbraucher 15. Denn Druckmittel fließt immer dem hydraulischen
Verbraucher mit dem geringsten Lastdruck zu.
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Es
sei nun der Fall betrachtet, daß der
Lastdruck des ersten hydraulischen Verbrauchers 14 höher als
der höchste
Lastdruck aller gleichzeitig betätigten
zweiten hydraulischen Verbraucher 15 ist. Er betrage z.
B. 80 bar, während
der höchste
Lastdruck der LUDV-Verbraucher 60 bar sei. Bei einer Betätigung des
Wegeventils 16 steigt der Druck stromauf der Zumeßblende 17 wegen
des Druckäquivalents der
Druckfeder 21 in Höhe
von 15 bar auf 95 bar an. Das Rückschlagventil
meldet, sieht man einmal von der Schließfeder 50 ab, den
Druck von 95 bar in die Lastmeldeleitung 38, so daß die Hydropumpe 10 soviel
Druckmittel fördert,
daß sich
im System der Zuleitungen 13 ein Pumpendruck in Höhe von 95
bar plus 18 bar gleich 113 bar einstellt. Die Druckwaage 20 drosselt
diese 113 bar auf die im Leitungsabschnitt 48 anstehenden
95 bar ab. Der Druck in der Lastmeldeleitung in Höhe von 95
bar steht auch in den Steuerdruckräumen 34 der LUDV-Druckwaagen 30 an.
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Soll
nun ein zweiter hydraulischer Verbraucher 15 betätigt werden,
so wird die entsprechende Zumeßblende 31 geöffnet und
das entsprechende Wegeventil 32 aus seiner Mittelstellung
verschoben. Zwischen der Zumeßblende 31 und
der nachgeschalteten Druckwaage 30 stellt sich, sieht man
einmal von dem Einfluß der
Druckfeder 35 ab, derselbe Druck wie im Steuerdruckraum 34,
nämlich
ein Druck in Höhe
von 95 bar ein. Denn nur dann herrscht am Regelkolben 33 der
Druckwaage 30 ein Kräftegleichgewicht.
Da im System der Zuleitungen 13 der Druck bei 113 bar liegt,
beträgt
die Druckdifferenz über
eine Zumeßblende 31 wie
gewünscht
18 bar entsprechend dem Regel-Δp
der Verstellpumpe 10.
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Wird
nun durch Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts
einer Zumeßblende 17 oder
durch Vergrößerung der Öffnungsquerschnitte
von mehreren Zumeßblenden 31 immer
mehr Druckmittelmenge von der Pumpe angefordert, so erreicht diese schließlich ihre
maximale Verstellung, von der an die Druckmittelmenge nicht mehr
vergrößert werden kann.
Dies führt
zu einer Verminderung des Druckes im System der Zuleitungen 13 unter
den Wert von 113 bar und damit, weil der Druck stromab der Zumeßblenden 31 von
den Druckwaagen 30 weiterhin auf 95 bar gehalten wird,
zu einer Verringerung der Druckdifferenz über die Zumeßblenden 31,
so daß über diese
eine verringerte Druckmittelmenge den betätigten zweiten hydraulischen
Verbrauchern zufließt.
Letztendlich kann der Pumpendruck in den Zuleitungen bis auf 95
bar absinken, so daß die
Druckdifferenz über
die Zumeßblenden 31 null
ist und den zweiten hydraulischen Verbrauchern 15 kein
Druckmittel mehr zufließt.
Die Druckdifferenz über
die Zumeßblende 17 des
Wegeventils 16 beträgt
bei ganz geöffneter
Druckwaage 20 weiterhin 15 bar, so daß der erste hydraulischer Verbraucher
voll mit Druckmittel versorgt wird.
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Das
Verhalten des Steuerkreises ist gleich dem eben beschriebenen, wenn
der höchste
Lastdruck der betätigten
zweiten hydraulischen Verbraucher zwischen dem Lastdruck des ersten
hydraulischen Verbrauchers und der Summe aus dem Lastdruck des ersten
hydraulischen Verbrauchers plus dem Pumpen-Δp liegt. Auch dann wird ein
um 15 bar erhöhter
Lastdruck des ersten hydraulischen Verbrauchers über das Rückschlagventil 45 in
die Lastmeldeleitung 38 gemeldet.
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Die
auf 0,5 bar gespannte Schließfeder 50 hat
den Effekt, daß der über das
Rückschlagventil 45 gemeldete
Druck und damit auch der Druck in den Zuleitungen 13 um
0,5 bar niedriger ist als bisher angenommen. Dies führt dazu,
daß im
Fall der extremen Untersättigung
bei ganz geöffneter
Druckwaage 20 die Druckdifferenz über die Zumeßblende 17 von 15
bar auf 14,5 bar sinkt. Dies macht sich in der dem ersten hydraulischen
Verbraucher zufließenden Druckmittelmenge
kaum bemerkbar.
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Sind
mehrere erste hydraulische Verbraucher 14 vorhanden, die
gleichzeitig betätigt
werden können,
so sind, wie in 1 angedeutet, mehrere Rückschlagventile 45 vorhanden,
die mit ihrem ersten Anschluß 46 jeweils
mit einem Leitungsabschnitt 48 und mit ihrem zweiten Anschluß 47 mit
der Lastmeldeleitung verbunden sind.