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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung
mehrerer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Regelverfahren für eine derartige hydraulische
Steueranordnung.
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Derartige
hydraulische Steueranordnungen werden insbesondere bei mobilen Arbeitsgeräten, beispielsweise
Radlader oder Schlepper verwendet, um deren Verbraucher, beispielsweise
die Arbeitshydraulik, die Lenkung oder Fahrantriebe sowie Zusatzgeräte mit Druckmittel
zu versorgen.
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Aus
der
US 5,540,049 ist
ein Closed-Center-System bekannt, bei dem die Druckmittelversorgung über eine
elektrisch angesteuerte Verstellpumpe erfolgt. Der Verstellpumpe
ist ein Bypassventil zugeordnet, über das eine Verbindung zu
einem Tank aufsteuerbar ist. Die Ansteuerung der Verstellpumpe,
des Bypassventils und von dem Verbraucher vorgeschalteten Closed-Center-Ventilen
erfolgt elektrisch über
Steuergeräte
unter anderem in Abhängigkeit
von dem Pumpendruck und von dem Weg eines der Ventilschieber der
Closed-Center-Ventile. Bei dieser bekannten Lösung erfolgt somit eine elektronische
Geschwindigkeits- oder Kraftregelung/-steuerung der Verbraucher.
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Aus
der
EP 0 462 589 B1 ,
der
EP 0 432 266 B2 und
der
DE 41 27 342 C2 sind
hydraulische Steueranordnungen bekannt, die als LS-System ausgeführt sind.
Bei derartigen LS-Systemen 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
von der Einstellung der Zumessblende lastunabhängig konstant gehalten werden
kann. Bei diesen LS-Systemen kann stromabwärts der Pumpe eine Eingangsdruckwaage
vorgesehen werden, über
die eine Verbindung zum Tank aufsteuerbar ist. Diese Eingangsdurckwaagen sind
in Schließrichtung
von einem dem höchsten
Lastdruck entsprechenden Steuerdruck beaufschlagt. Die Druckdifferenz,
bei der die Eingangsdruckwaage öffnet
ist in der Regel geringfügig
größer als
das über
die Pumpe eingestellte Δp.
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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
aufweisen kann. Dieser Power-Beyond-Anschluss macht das Load-Sensing-System des Arbeitsgerätes auch
für das
Anbaugerät
nutzbar. Derartige Lösungen
sind beispielsweise aus der
DE 102 14 850 A1 und der
DE 42 39 109 C1 bekannt.
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Problematisch
bei mit Power-Beyond-Anschlüssen
versehenen hydraulischen Steueranordnungen ist, dass keine Informationen über den
Druckmittelvolumenstrombedarf des oder der an den Power-Beyond-Anschluss
angeschlossenen Verbraucher (Power-Beyond-Verbraucher) vorliegen. Im Fall
einer Unterversorgung im System kann es je nach Lastdruck zu einem
unkontrollierten Verhalten eines oder mehrerer Verbraucher kommen.
Dabei ist es in der Regel nicht möglich, einzelne Verbraucher
des Sytems gezielt zurückzufahren, um
andere, priorisierte Verbraucher in einer gewünschten weise zu betreiben.
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Dem
gegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren und
eine hydraulische Steueranordnung zu schaffen, bei der bei Anschluss
zumindest eines Power-Beyond-Verbrauchers an einen Power-Beyond-Anschluss
eine Druckmittelversorgung aller Verbraucher gegenüber den
bekannten Lösungen verbessert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und ein Regelverfahren nach Patentanspruch
20 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat die
hydraulische Steueranordnung eine Pumpe, deren Fördermenge einstellbar ist und über die
zumindest ein Verbraucher mit Druckmittel versorgbar ist. Dem Verbraucher
ist eine Zumessblende vorgeschaltet, über die der Druckmittelvolumenstrom
zum Verbraucher eingestellt wird. Der Pumpe ist eine Eingangsdruckwaage
nachgeschaltet, über
die eine Verbindung zu einer zu einem Tank führenden Tankleitung aufsteuerbar
ist. Die Steueranordnung hat des Weiteren einen Power-Beyond-Anschluss, an den
ein Power-Beyond-Verbraucher angeschlossen ist. Erfindungsgemäß erfolgt
die Ansteuerung der Eingangsdruckwaage in Abhängigkeit vom größten derjenigen
Lastdrücke,
die an den Verbrauchern der Steueranordung und den Power-Beyond-Verbrauchern
anliegen. D. h., der Lastdruck des Power-Beyond-Verbrauchers wird zur Einstellung der
den Druck in einer Pumpen- oder Vorlaufleitung bestimmenden Eingangsdruckwaage
verwendet, so dass durch deren geeignete Einstellung eine Störung durch
den Power-Beyond-Verbraucher
nahezu ausgeschlossen ist. Derartige Störungen treten beim eingangs
beschriebenen Stand der Technik insbesondere bei niedrigem Lastdruck
und großem
Druckmittelvolumenstrom auf.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Regelkonzept
wird zur Vermeidung einer Unterversorgung die Pumpe und/oder die
Zumessblenden der Verbraucher derart angesteuert, dass sich bei
Versorgung des Power-Beyond-Verbrauchers über die Eingangsdruckwaage
ein vorbestimmter Restvolumenstrom zum Tank hin einstellt. Dabei
kann die Pumpe in Abhängigkeit
von der Einstellung der Eingangsdruckwaage eingestellt werden. Dies kann
beispielsweise durch Messung des Restvolumenstroms oder durch Lagesensierung
eines Schiebers der Eingangsdruckwaage erfolgen.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Druckmittelversorgung der Power-Beyond-Verbraucher entweder über die
Eingangsdruckwaage oder über
Power-Beyond-Individualdruckwaagen.
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Bei
der erstgenannten Alternative wird die Eingangsdruckwaage vorzugsweise
vom größten der
Lastdrücke
in Schließrichtung
beaufschlagt.
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Die
Eingangsdruckwaage ist dann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
so ausgelegt, dass in einer federvorgespannten Grundposition die
Verbindung zum Prioritätsverbraucher
und zum Tank abgesperrt ist und bei Verstellen der Eingangsdruckwaage
in Öffnungsrichtung
zunächst
die Verbindung zum Prioritätsverbraucher
und dann zum Tank aufsteuerbar ist. Eine hinreichende Versorgung
des Prioritätsverbrauchers
ist dann gewährleistet,
wenn der genannte Restvolumenstrom zum Tank abströmt.
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Für den Fall,
dass ein zweiter oder mehrere Power-Beyond-Verbraucher angeschlossen werden,
können
diese entweder gleichzeitig oder in einer vorbestimmten Prioritätsreihenfolge über die
Eingangsdruckwaage mit Druckmittel versorgt werden. Zur Einstellung
einer Priorität
kann dann beispielsweise dem zweiten Power-Beyond-Verbraucher eine Power-Beyond-Druckwaage
vorgeschaltet sein, die in Schließrichtung von der Kraft einer
Feder und vom gleichen Steuerdruck wie die Eingangsdruckwaage und
in Öffnungsrichtung
von dem am Eingang der Power-Beyond-Druckwaage anliegenden Druck
beaufschlagt werden. D. h., diese Power-Beyond-Druckwaage öffnet erst,
wenn die Druckmittelversorgung des erstgenannten Power-Beyond-Verbrauchers
gesichert ist.
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Beim
zweiten erfindungsgemäßen Konzept,
gemäß dem die
Power-Beyond-Verbraucher nicht über die
Eingangsdruckwaage, sondern über
Power-Beyond-Druckwaagen mit Druckmittel versorgbar sind, werden bei
einer erfindungsgemäßen Variante
die Eingangsdruckwaage und die Power-Beyond-Druckwaage in Schließrichtung
vom größten der
Lastdrücke
beaufschlagt.
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Dabei
kann es vorteilhaft sein, die Eingangsdruckwaage der Power-Beyond-Druckwaage
nachzuschalten, so dass dann die Eingangsdruckwaage praktisch parallel
zum Power-Beyond-Verbraucher an den Ausgang der Power-Beyond-Druckwaage
angeschlossen ist.
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Bei
einer alternativen Lösungsvariante
sind die Eingangsdruckwaage und die Power-Beyond-Druckwaage in Öffnungsrichtung
vom höchsten
der Lastdrücke
beaufschlagt.
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Weitere
Lösungsmöglichkeiten
bestehen darin, wenn die Eingangsdruckwaage in Schließrichtung vom
höchsten
der Lastdrücke
beaufschlagt ist und zwischen dem Ausgang der Eingangsdruckwaage
und dem Tank eine Blende vorgesehen ist, wobei der Druck stromaufwärts dieser
Blende in Öffnungsrichtung
auf die Power-Beyond-Druckwaage wirkt, über die der oder die Power-Beyond-Verbraucher
mit Druckmittel versorgt werden.
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Alternativ
kann die Eingangsdruckwaage auch in Öffnungsrichtung vom Höchsten der
Lastdrücke
beaufschlagt werden, wobei dann der Druck stromabwärts der
Blende ebenfalls in Öffnungsrichtung
auf die Power-Beyond-Druckwaage
wirkt.
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Die
Pumpe kann als elektrisch steuerbare Verstellpumpe oder als drehzahlgeregelte
Konstantpumpe ausgeführt
sein.
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Erfindungsgemäß wird es
bevorzugt, wenn die hydraulische Steueranordnung als LS-System ausgeführt ist,
wobei jeder der einem Verbraucher zugeordneten Zumessblenden eine
Individualdruckwaage vorgeschaltet ist.
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Die
Federn der den Verbrauchern zugeordneten Individualdruckwaagen,
der den Power-Beyond-Verbrauchern zugeordneten Power-Beyond-Druckwaagen
und der Eingangsdruckwaage sind derart aufeinander abgestimmt, dass
entweder Verbraucher oder Power-Beyond-Verbraucher priorisiert sind.
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Erfindungsgemäß wird die Öffnungsdruckdifferenz
der Eingangsdruckwaage größer als
die Öffnungsdruckdifferenz
der Individualdruckwaagen und der Power-Beyond-Druckwaagen eingestellt, wobei die Öffnungsdruckdifferenz über den
Power-Beyond-Druckwaagen je nach Priorisierung größer oder
kleiner als diejenige über
den Individualdruckwaagen gewählt
sein kann.
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Die
Verstellung der Zumessblenden kann elektrisch, hydraulisch oder
mechanisch erfolgen.
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Das
Abgreifen des Höchsten
der Lastdrücke
erfolgt vorzugsweise über
ein Wechselventil, an dessen einem Eingang der höchste Lastdruck der Verbraucher
und an dessen anderem Eingang der höchste Lastdruck der Power-Beyond-Verbraucher
anliegt, so dass am Ausgang der größere dieser Lastdrücke abgegriffen und
zur Eingangsdruckwaage geführt
werden kann.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1, 2 und 3 Ausführungsbeispiele
von erfindungsgemäßen Steueranordnungen,
bei denen Power-Beyond-Verbraucher über eine
Eingangsdruckwaage mit Druckmittel versorgbar sind und
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4 bis 8 Ausführungsbeispiele,
bei denen die Druckmittelversorgung der oder des Power-Beyond-Verbrauchers jeweils über eine
Power-Beyond-Druckwaage erfolgt.
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1 zeigt
eine hydraulische Steueranordnung 1 eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise
eines Ackerschleppers. Diese Steueranordnung kann beispielsweise
durch einen Mobilsteuerblock gebildet sein, über den die hydraulischen Verbraucher
der Arbeitshydraulik des Arbeitsgerätes, im vorliegenden Fall zwei doppeltwirkende
Zylinder 2, 4 mit Druckmittel versorgbar sind,
das von einer Pumpe 6 geliefert und von den Verbrauchern
zu einem Tank T zurückgeführt wird.
Die Pumpe 6 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrisch
steuerbare Verstellpumpe ausgebildet, deren Schwenkwinkel über einen
Pumpenregler 8 verstellbar ist. Anstelle einer elektrisch
steuerbaren Verstellpumpe kann auch eine drehzahlgeregelte Konstantpumpe oder
dergleichen eingesetzt werden.
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Das
von der Pumpe 6 aus dem Tank T angesaugte Druckmittel wird
in eine Pumpenleitung 10 gefördert, die in zwei Zulaufleitungen 12, 14 verzweigt,
wobei die Zulaufleitung 12 dem Zylinder 2 und
die Zulaufleitung 14 dem Zylinder 4 zugeordnet
ist. D. h., der von der Pumpe 6 gelieferte Druckmittelvolumenstrom
QVW wird in Teildruckmittelvolumenströme QVW1 und QVW2 verzweigt.
Die Zulaufleitungen 12, 14 sind jeweils an einen
Eingangsanschluss P eines stetig verstellbaren Wegeventils 16 bzw. 18 angeschlossen,
durch das die Druckmittelströmungsrichtung
zum bzw. vom Verbraucher und der Druckmittelvolumenstrom einstellbar
sind. An Arbeitsanschlüsse
A, B der Wegeventile 16, 18 sind Zulaufleitungen 20 bzw. 22 und
Rücklaufleitungen 24 bzw.
26 angeschlossen, wobei die Vorlaufleitungen 20, 22 mit
einem bodenseitigen Zylinderraum 28 bzw. 30 und
die Rücklaufleitungen 24, 26 mit
einem kolbenstangenseitigen Ringraum 32 bzw. 34 der
Zylinder 2, 4 verbunden sind. Bei entsprechender
Betätigung
des Wegeventils 16, 18 kann selbstverständlich die
als Vor- bzw. Rücklaufleitung
bezeichnete Leitung auch als Rück-
bzw. Vorlaufleitung wirken.
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Die
Betätigung
der beiden Wegeventile 16, 18 erfolgt über ein
oder mehrere Vorsteuergeräte 36, über die
Steuerräume
der Wegeventile 16, 18 mit einem Steuerdruck beaufschlagbar
sind, um den Ventilschieber aus seiner dargestellten Sperrposition
(Closed Center) in die angedeuteten Positionen (a) oder (b) zu verstellen,
in denen entweder der Zylinderraum 28, 30 oder
der Ringraum 32, 34 mit Druckmittel versorgt wird,
während
das Druckmittel dann aus dem jeweils anderen Druckraum verdrängt wird.
Dabei wird über
eine Zulaufsteuerkante eine Zulaufmeßblende auf gesteuert, deren Öffnungsquerschnitt
den Druckmittelvolumenstrom zum Zylinder 2, 4 bestimmt.
Das vom Zylinder 2, 4 zurückströmende Druckmittel wird über einen
Tankanschluss T und eine daran angeschlossene Tankleitung 38 zum
Tank T zurückgeführt.
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Über die
beiden Zylinder 2, 4 wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel
jeweils eine Last m1 bzw. m2 bewegt. In 1 ist der über die
Vorlaufleitungen 20, 22 zuströmende Druckmittelvolumenstrom
mit QA1, QA2 und
der abströmende
Druckmittelvolumenstrom mit QB1 bzw. QB2 gekennzeichnet. In den Leitungen liegen dann
jeweils die eingezeichneten Drücke
pA1, PB1, PA2 und pB2 an.
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Stromaufwärts jedes
Wegeventils 16, 18 ist in der entsprechenden Vorlaufleitung 12 bzw. 14 eine
LS- oder Individualdruckwaage 40, 42 vorgesehen,
die in Öffnungsrichtung
jeweils von der Kraft einer Druckwaagenfeder 44 bzw. 46 sowie
dem am jeweiligen Verbraucher 2, 4 anliegenden
Lastdruck beaufschlagt ist. In Schließrichtung wirkt auf die Druckwaagenschieber
der Individualdruckwaagen 40, 42 jeweils der Druck
im Druckmittelströmungspfad
zwischen dem Ausgang der jeweiligen Individualdruckwaage 40, 42 und
dem Eingang des nachgeschalteten Wegeventils 16, 18.
Durch die jeweilige Individualdruckwaage 40, 42 und
die zugeordnete, durch das Wegeventil 16, 18 ausgebildete
Zumessblende wird ein Stromregler gebildet, über den der Druckabfall über der
Messblende lastunabhängig
konstant gehalten werden kann.
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Die
Steueranordnung hat des Weiteren noch eine Eingangsdruckwaage 52,
die in einer von der Pumpenleitung 10 abzweigenden Zweigleitung 54 angeordnet
ist. Über
die Eingangsdruckwaage 52 kann eine Verbindung zum Tank
T aufgesteuert werden.
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Bis
hier entspricht die erfindungsgemäße Steueranordnung 1 im
Wesentlichen dem Aufbau, wie er im eingangs genannten Stand der
Technik beschrieben wurde.
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Zum
Anschluss eines Geräts
mit einem zusätzlichen
hydraulischen Verbrauchers an das mobile Arbeitsgerät, beispielsweise
eines Ladewagens oder eines Kartoffel-Vollernters, ist das System mit einem
Power-Beyond-Anschluss
versehen, an den dieser Zusatzverbraucher, im folgenden Power-Beyond-Verbraucher 50 genannt,
angeschlossen werden kann.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Eingangsdruckwaage 52 als 3/3-Wegedruckwaage ausgeführt, deren
Schieber in Schließrichtung
von der Kraft einer Feder 56 sowie dem am Ausgang eines Druckwaagenwechselventils 58 anliegenden
Druck und in Schließrichtung
vom Druck in der Zweigleitung 54 und somit dem Druck in
der Pumpenleitung 10 beaufschlagt ist. An den Eingängen des
Druckwaagenwechselventils 58 liegt einerseits der höchste Lastdruck
der beiden Verbraucher 2, 4 an, der über ein
Wechselventil 48 und entsprechende Lastmeldeleitungen von
den Wegeventilen 16, 18 abgegriffen wird. Am anderen
Eingang des Druckwaagenwechselventils 58 liegt der Lastdruck
des Power-Beyond-Verbrauchers 50 an, der über eine Power-Beyond-Lastmeldeleitung 68 abgegriffen
wird. Der Druckwagenschieber der Eingangsdruckwaage 52 wird
in Schließrichtung
vom höchsten
der Lastdrücke
beaufschlagt, die an den Verbrauchern 2, 4 und
am Power-Beyond- Verbraucher 50 anliegen.
Der Power-Beyond-Verbraucher 50 ist über einen Zulaufkanal 60 an
einen Arbeitsanschluss A der 3/3-Wege-Druckwaage angeschlossen.
Das vom Power-Beyond-Verbraucher 50 abströmende Druckmittel
wird über
einen Ablaufkanal 64 in die Tankleitung 38 geleitet.
Am Tankanschluss T der Eingangsdruckwaage 52 wird ein zum
Tank T führender
Tankkanal 62 angeschlossen.
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Die Öffnungsdruckdifferenz ΔpEDW, die zum vollständigen Auf steuern der Eingangsdruckwaage 52 aufgebracht
werden muss, ist durch die Kraft der Feder 56 bestimmt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der Weg des Ventilschiebers der Eingangsdruckwaage 52 über einen
Wegaufnehmer 66 erfasst und in ein Signal umgewandelt,
das an einem Signaleingang des Pumpenreglers 8 anliegt,
so dass die Einstellung der Pumpe in Abhängigkeit von dem Weg des Druckwaagenschiebers
der Eingangsdruckwaage 52 erfolgt.
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Bei
nicht betätigtem
oder nicht angeschlossenem Power-Beyond-Verbraucher 50 ist
die Eingangsdruckwaage 52 geschlossen und die Arbeitshydraulik
des Schleppers (Zylinder 2, 4) wird mit Druckmittel
versorgt. Bei Betätigung
des Power-Beyond-Verbrauchers 3 wird die Eingangsdruckwaage 52 in Öffnungsrichtung
verstellt, so dass dieser mit Druckmittel versorgt werden kann.
Die Pumpe 6 wird in Abhängigkeit
vom Weg des Druckwaagenschiebers der Eingangsdruckwaage 52 so
eingestellt, dass ein geringer Restvolumenstrom über den Tankanschluss T abströmt – (die Eingangsdruckwaage 52 ist
dann zum Power-Beyond-Verbraucher 50 und zum Tank T hin
geöffnet).
Dadurch ist gewährleistet,
dass sämtliche
Verbraucher 2, 4 und der Power-Beyond-Verbraucher 50 hinreichend
mit Druckmittel versorgt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Ansteuerung der Pumpe 6 in Abhängigkeit
vom Weg des Druckwaagenschiebers der Eingangsdruckwaage 52,
alternativ könnte
auch der zum Tank T hin abströmende
Restvolumenstrom erfasst und zur Einstellung der Pumpe 6 verwendet
werden. Im Pumpenregler 8 wird das dem Istweg des Druckwaagenschiebers
entsprechende Signal yEDWist mit einem in
einem Datenspeicher abgelegtem Sollwert verglichen – die Einstellung
der Pumpe 6 erfolgt dann in Abhängigkeit von dieser Regeldifferenz über einen
Regelalgorithmus 9.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird in der Regel die Öffnungsdruckdifferenz
der Eingangsdruckwaage 52 größer als die Öffnungsdruckdifferenz
der Individualdruckwaagen 40, 42 sein, d. h.,
die Feder 56 ist stärker
als die Druckwaagenfedern 44, 46.
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Die
folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich in
der Art und weise, wie die Eingangsdruckwaage 52 ausgeführt ist
und wie der oder die Power-Beyond-Verbraucher angesteuert werden.
Es kann daher auf die Darstellung der Verbraucher 2, 4, der
zugeordneten Wegeventile 16, 18 und der Individualdruckwaagen 40, 42 verzichtet
werden, diese sind bei den folgenden Ausführungsbeispielen genauso wie
beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
ausgeführt.
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Das
in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im
Prinzip der in 1 dargestellten Lösung, wobei
jedoch anstelle eines einzigen Verbrauchers zwei Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 angesteuert
werden. Die Eingangsdruckwaage 52 ist als 4/4-Wege-Druckwaage
ausgeführt,
wobei der Eingangsanschluss P der Eingangsdruckwaage 52 an
die Zweigleitung 54 angeschlossen ist, während die
Druckmittelversorgung der beiden Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 über den Zulaufkanal 60 bzw.
einen weiteren Zulaufkanal 72 erfolgt, die an zwei Ausgangsanschlüsse A, B
der Druckwaage 52 angeschlossen sind. Die Eingangsdruckwaage 52 ist
wiederum in Schließrichtung
von der Kraft der Feder 56 und dem höchsten Lastdruck der Verbraucher 2, 4 und
der beiden Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 beaufschlagt,
wobei der größere der
Lastdrücke
der beiden Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 über ein
Power-Beyond-Wechselventil 73 abgegriffen
wird. In Öffnungsrichtung
ist die Eingangsdruckwaage 52 wiederum von dem Druck am
Eingangsanschluss P beaufschlagt. Die Eingangsdruckwaage 52 ist
so ausgelegt, dass bei Nichtbetätigung
oder nicht angeschlossenen Power-Beyond-Verbrauchern 50, 70 die
Eingangsdruckwaage 52 abgesperrt ist. Bei Betätigung beider
Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 wird zunächst der
Power-Beyond-Verbraucher 50 mit Druckmittel versorgt und
bei einer weiteren Verschiebung des Druckwaagenschiebers die Verbindung
zum weiteren Power-Beyond-Verbraucher 70 auf gesteuert.
Das heißt,
bei dieser in 2 dargestellten Lösung ist
der Power-Beyond-Verbraucher 50 gegenüber dem Power-Beyond-Verbraucher 70 priorisiert.
Bei vollständig
geöffneter
Eingangsdruckwaage 52 strömt ein Restvolumenstrom über den
Tankkanal 62 zum Tank T ab. Der Weg des Druckwaagenschiebers
wird wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel über den
Wegaufnehmer 66 erfasst und über eine Signalleitung 74 an
einen Signalanschluss des Pumpenreglers 8 geführt und
in der eingangs beschriebenen Weise verarbeitet – die Einstellung der Pumpe 6 erfolgt
wiederum so, dass ein vorbestimmter Restvolumenstrom zum Tank T
hin abströmt,
so dass eine hinreichende Versorgung sämtlicher Verbraucher und der
Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 gewährleistet
ist.
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Bei
dem in 3 dargestellen Ausführungsbeispiel ist die gleiche
Eingangsdruckwaage 52 wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendet, über die
aber zwei Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 mit Druckmittel
versorgt werden können.
Dazu verzweigt sich der an den Ausgangsanschluss A angeschlossene Zulaufkanal 60 in
zwei Zulaufzweigkanäle 76, 78, über die
das Druckmittel zum Power-Beyond-Verbraucher 50 bzw. 70 geführt wird.
In dem Zulaufzweigkanal 78 ist eine Power-Beyond-Druckwaage 80 vorgesehen,
die in Schließrichtung
von der Kraft einer Druckwaagenfeder 82 und dem höchsten der
auftretenden Lastdrücke beaufschlagt
ist, der vom Ausgang des Druckwaagenwechselventils 58 abgegriffen
wird. In Öffnungsrichtung ist
die Power-Beyond-Druckwaage 80 vom Druck an ihrem Eingangsanschluss
P beaufschlagt. Der Öffnungsdruck
dieser Power-Beyond-Druckwaage 80 ist kleiner als derjenige
der Eingangsdruckwaage 52 und der Individualdruckwaagen 40, 42 gewählt. Durch
Zusammenwirken der Eingangsdruckwaage 52 und der Power-Beyond-Druckwaage 80 erfolgt
bei diesem Ausführungsbeispiel
eine Priorisierung des Power-Beyond-Verbrauchers 50 gegenüber dem
Power-Beyond-Verbraucher 70.
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Bei
den drei vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
erfolgt die Druckmittelversorgung des oder der Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 stets über die
Eingangsdruckwaage 52, die im Druckmittelströmungspfad zwischen
der Pumpenleitung 10 und dem zugeordneten Verbraucher 50, 70 liegt.
Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die
Druckmittelversorgung der Verbraucher direkt, d. h., bei Umgehung
der Eingangsdruckwaage 52 über zugeordnete Power-Beyond-Druckwaagen.
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4 zeigt
eine Variante der Steueranordnung 1, bei der die Eingangsdruckwaage 52 als
2/2-Wege-Druckwaage ausgeführt
ist, wobei der Eingangsanschluss P wie bei den vorbeschriebenen
Ausführungsbeispielen
an die Zweigleitung 54 angeschlossen ist und der Tankanschluss
T über
den Tankkanal 62 in den Tank mündet. Die Eingangsdruckwaage 52 ist
durch den Druck am Eingangsanschluss P in Öffnungsrichtung und durch die
Kraft der Feder 56 sowie den am Ausgang des Druckwaagenwechselventils 58 anliegenden höchsten der
Lastdrücke
in Schließrichtung
beaufschlagt. Der Weg des Druckwaagenventilschiebers wird wiederum über einen
Wegaufnehmer 66 erfasst und zur Ansteuerung der Pumpe 6 verwendet.
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Die
Druckmittelversorgung des Power-Beyond-Verbrauchers 50 erfolgt gemäß 4 über die
Power-Beyond-Druckwaage 80,
die in Öffnungsrichtung
von dem Druck in der Pumpenleitung 10 und in Schließrichtung
von der Kraft der Druckwaagenfeder 82 sowie dem höchsten der
Lastdrücke
beaufschlagt ist, der am Ausgang des Druckwaagenwechselventils 58 abgegriffen
wird. Die Power-Beyond-Druckwaage 80 ist
in einem von der Pumpenleitung 10 abzweigenden Power-Beyond-Zulauf 84 angeordnet.
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Bei
dieser Variante sind die Eingangsdruckwaage 52 und die
Power-Beyond-Druckwaage 80 parallel angeordnet und jeweils
als 2/2-Wege-Druckwaage ausgeführt.
Der Öffnungsdruck ΔpEDW der Eingangsdruckwaage ist größer als
derjenige der Power-Beyond-Druckwaage 80 (ΔpIDW3) und der beiden Individualdruckwaagen 40, 42 (ΔpIDW1,2) wobei entweder der Öffnungsdruck
der beiden Individualdruckwaagen 40, 42 oder derjenige
der Power-Beyond-Druckwaage 80 größer gewählt werden
kann, um eine Priorisierung festzulegen. Das heißt, es kann zuerst der Power-Beyond-Verbraucher 50 oder
die Arbeitshydraulik des Schleppers (Zylinder 2, 4)
mit Druckmittel versorgt werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Versorgung sämtlicher
Verbraucher 2, 4, 50 gewährleistet, wenn
die Pumpe 6 so eingestellt ist, dass ein Restvolumenstrom über die
Eingangsdruckwaage 52 zum Tank T hin abströmt.
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In 5 ist
eine Variante des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels
gezeigt, wobei die Eingangsdruckwaage 52 nicht – wie in 4 – parallel,
sondern in Reihe zur Power-Beyond-Druckwaage 80 geschaltet
ist. Das heißt,
die zum Eingangsanschluss P der Eingangsdruckwaage 52 führende Zweigleitung 54 zweigt
nicht von der Pumpenleitung 10, sondern von dem den Ausgangsanschluss
A der Power-Beyond-Druckwaage 80 und den Power-Beyond-Verbraucher 50 verbindenden
Zulaufkanal 60 ab. Die Eingangsdruckwaage 52 wird
somit erst nach dem Aufsteuern der Power-Beyond-Druckwaage 80 mit
Druckmittel versorgt. Beide Druckwaagen 52, 80 sind
als 2/2-Wege-Druckwaage
ausgeführt
und sind über
den höchsten
der Lastdrücke
in Schließstellung
und durch den jeweils am Eingang P anliegenden Druck in Öffnungsstellung
vorgespannt. Je nach Wahl der Druckwaagenfedern 44, 46, 82 und
der Feder 56 der Eingangsdruckwaage kann entweder der Power-Beyond-Verbraucher 50 oder
die Verbraucher 2, 4 priorisiert werden. Die Öffnungsdruckdifferenz
der Eingangsdruckwaage 52 ist wieder größer als die Öffnungsdruckdifferenz
der Individualdruckwaagen 40, 42 und der Power-Beyond-Druckwaage 80 gewählt. Im Übrigen entspricht
die Funktion derjenigen des Ausführungsbeispiels
aus 4.
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In 6 ist
ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem zwei Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 mit Druckmittel
versorgt werden sollen. Diesen ist jeweils eine Power-Beyond-Druckwaage 80 bzw. 86 zugeordnet,
die jeweils über
von der Pumpenleitung 10 abzweigende Power-Beyond-Zulaufleitungen 84, 88 mit
den zugeordneten Power-Beyond-Verbrauchern 50, 70 verbunden
sind.
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Die
beiden Power-Beyond-Druckwaagen 80, 86 und die
Eingangsdruckwaage 52 sind jeweils als 2/2-Wege-Druckwaagen ausgeführt. Die
Eingangsdruckwaage 52 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
durch den über
das Druckwaagenwechselventil 58 abgegriffenen höchsten der
Lastdrücke
in Öffnungsrichtung
vorgespannt, während
in Schließrichtung
lediglich die Feder 56 wirkt. Der Ausgangsanschluss der
Eingangsdruckwaage 52 ist über den Tankkanal 62 mit
dem Tank T verbunden. Auch die beiden Power-Beyond-Druckwaagen 80, 86 werden
lediglich von der Kraft einer Druckwaagenfeder 82 bzw. 90 in
Schließrichtung
vorgespannt, während
in Öffnungsrichtung
bei diesem Ausführungsbeispiel
der höchste
der Lastdrücke
wirkt, der am Ausgang des Druckwaagenwechselventils 58 abgegriffen
wird.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
ermöglicht
eine Vielzahl von Funktionsabläufen,
da je nach Federauswahl der Individualdruckwaagen 40, 42 und
der Power-Beyond-Druckwaagen 80, 86 entweder
die Arbeitshydraulik des Schleppers (Verbraucher 2, 4)
und dann die Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 oder
umgekehrt oder auch zunächst
nur einer der Power-Beyond-Verbraucher, dann die Arbeitshydraulik
und dann der andere Power-Beyond-Verbraucher 70, 50 mit
Druckmittel versorgbar ist.
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Entsprechend
der Pumpenansteuerung und des Druckmittelbedarfs wird bei geöffneter
Eingangsdruckwaage 52 ein Restvolumenstrom auftreten und
in Abhängigkeit
von diesem Restvolumenstrom oder von der Stellung des Druckwaagenkolbens
der Eingangsdruckwaage 52 die Pumpe 6 angesteuert,
um eine Unterversorgung zu vermeiden.
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In 7 ist
ein Ausführungsbeispiel
mit dem Anschluss eines Power-Beyond-Verbrauchers 50 dargestellt, das
im Grundaufbau demjenigen aus 4 entspricht.
Auch bei dieser Lösung
wird der Power-Beyond-Verbraucher 50 über eine in der Power-Beyond-Zulaufleitung 84 angeordnete
Power-Beyond-Druckwaage 80 mit Druckmittel versorgt. Die
Eingangsdruckwaage 52 ist in der Zweigleitung 54 angeordnet
und in Öffnungsrichtung
vom Druck in dieser Zweigleitung 54 beaufschlagt, während in
Schließrichtung
die Kraft der Feder 56 und der am Druckwaagenwechselventil 58 abgegriffene
höchste
Lastdruck wirken. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist
in dem an den Ausgangsanschluss T der der Eingangsdruckwaage 52 angeschlossenen
Tankkanal 62 eine Blende 92 vorgesehen, über die
bei zum Tank T abströmendem
Restvolumenstrom ein Steuerdruck erzeugt wird, der über eine
Steuerleitung 94 abgegriffen und zu der in Öffnungsrichtung
wirksamen Steuerfläche
der Power-Beyond-Druckwaage 80 geführt ist.
Diese ist in Schließrichtung von
der Kraft der Feder 82 beaufschlagt. Bei dieser Variante
werden zunächst
die Verbraucher 2, 4 der Arbeitshydraulik mit
Druckmittel versorgt und erst nach Ansteigen des Restvolumenstroms
und entsprechendem Druckabfall im Tankkanal 62 die Power-Beyond-Druckwaage 80 aufgesteuert,
so dass dann der Power-Beyond-Verbraucher 50 mit
Druckmittel versorgt wird. Wie bei allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
wird dann, wenn der Restvolumenstrom zum Tank T hin eine bestimmte
Grösse überschreitet,
dieser zur Pumpensteuerung benützt.
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Im
Fail-Safe-Fall wird der Restvolumenstrom über die Eingangsdruckwaage 52 zur
Vermeidung unerwünschter
hoher Druckabfälle
an der Blende 92 über
ein parallel zur Blende 92 geschaltetes Vorspannventil zum
Tank abgeleitet.
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Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
wird der Öffnungsdruck
der Individualdruckwaagen 40, 42 der Arbeitshydraulik
größer als
der Öffnungsdruck
der Power-Beyond-Druckwaage 80 eingestellt
und der Öffnungsdruck
der Eingangsdruckwaage 52 ist – wie bei allen Ausführungsbeispielen – vorzugsweise
größer als derjenige
der Individual- oder Power-Beyond-Druckwaagen gewählt.
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8 zeigt
schließlich
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das anhand 7 erläuterte Prinzip zur Ansteuerung
mehrerer Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 verwendet
wird. Jedem der beiden Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 ist
jeweils eine Power-Beyond-Druckwaage 80, 86 zugeordnet,
die in von der Pumpenleitung 10 abzweigenden Power-Beyond-Zulaufleitungen 84 bzw. 88 angeordnet
sind und über
die die beiden Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 mit
Druckmittel versorgt werden. Die Eingangsdruckwaage 52 ist
wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
ausgebildet und verschaltet, wobei wiederum im Tankkanal 62 die
Blende 92 vorgesehen ist, die einen Steuerdruck zur Ansteuerung
der beiden Power-Beyond-Druckwaagen 80, 86 erzeugt.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
werden zunächst
die Verbraucher 2, 4 der Arbeitshydraulik des
Schleppers mit Druckmittel versorgt, eine Druckmittelversorgung
der beiden Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 erfolgt
erst dann, wenn vor der Blende 92 ein hinreichender Steuerdruck
aufgebaut ist. Die beiden Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 können jedoch
durch geeignete Wahl der Druckwaagenfedern 82, 90 untereinander
priorisiert werden.
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Das
erfindungsgemäße Konzept
ermöglicht
es, auf einfache Weise Power-Beyond-Verbraucher anzuschließen und
auch bei ungünstigen
Betriebsbedingungen (beispielsweise geringer Lastdruck, hoher Druckmittelvolumenstrom)
eine gewünschte
Druckmittelversorgung sämtlicher
Verbraucher zu gewährleisten.
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Der
Power-Beyond-Anschluss lässt
sich mit vergleichweise wenigen Bauelementen realisieren, wobei bei
den Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 – 8,
die in der folgenden Tabelle aufgelisteten Druckwaagenbauarten (DW)
verwendet werden. In dieser Tabelle bedeutet DW: Druckwaage, PB:
Power-Beyond-Verbraucher
sowie Δp:
der jeweilige Öffnungsdruck
der Druckwaagen, wobei die Indizes EDW die Eingangsdruckwaage, IDW 1, 2 die
Individualdruckwaagen der Arbeitshydraulik und IDW 3, 4 die
Power-Beyond-Druckwaagen
kennzeichnen.
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Bei
der Auslegung der Bauelemente gemäß der Tabelle ist die Wahl
der Federkräfte
bzw. der Öffnungsdruckdifferenzen
der einzelnen Druckwaagen mit den Indizes 1 und 2 und
ggf. 3 und 4 untereinander austauschbar, was im
Einzelfall zu unterschiedlichen Priorisierungen der Verbraucher 2, 4 und
der Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 führen kann.
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Prinzipiell
ist in Verbindung mit elektrischen Wegeventilen 16, 18 auch
eine direkte Steuerung eines Power-Beyond-Verbrauchers 50, 70 ohne
eigenes Ventil möglich.
Dabei ergibt sich der Druckmittelvolumenstrom zum Power-Beyond-Verbraucher 50, 70 aus
der Differenz des eingestellten Pumpenvolumenstroms und der an den
Arbeitsanschlüssen
der Wegeventile 16, 18 eingestellten Druckmittelvolumenströme im Normalbetrieb,
d. h. bei entsprechend der Eingangsdruckwaage 52 richtig
eingestellter Pumpe.
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Des
weiteren ist insbesondere bei einer Unterversorgung mit elektrisch
gesteuerten Ventilen ein Flow-Management möglich. So können z. B. bei Priorisierung
der Power-Beyond-Verbraucher die anderen Verbraucher ggf. soweit
zurückgenommen
werden, dass der Power-Beyond-Verbraucher stets optimal versorgt
wird. Dies ist an dem Lagesignal bzw. dem Restvolumenstrom über die
Eingangsdruckwaage 52 erkennbar.
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Die
Verwendung der Erfindung ist möglich
bei Einsatz elektrisch verstellbarer Steuerpumpen sowie drehzahlgeregelter
Konstantpumpen insbesondere in Verbindung mit Open-Center und LS-Ventilen,
die mechanisch, elektrisch oder elektrohydraulisch betätigt werden.
Prinzipiell ist die Erfindung für
alle Arbeitshydraulikanwendungen der Mobilhydraulik geeignet, deren
Verbraucher nicht von vornherein festgeschrieben sind.
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Offenbart
ist eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher,
insbesondere eines mobilen Arbeitsgerätes, wobei zusätzlich zu
den Verbrauchern der Steueranordnung ein Power-Beyond-Verbraucher an einen
Power-Beyond-Anschluss anschließbar
sein soll. Sämtliche
Verbraucher und Power-Beyond-Verbraucher
werden von einer Pumpe mit Druckmittel versorgt, wobei stromabwärts der
Pumpe eine Eingangsdruckwaage vorgesehen ist, an deren Steueranschluss
der größere der
Lastdrücke
der Verbraucher oder des zumindest einen Power-Beyond-Verbrauchers anliegt.
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- 1
- Steueranordnung
- 2
- Zylinder
- 4
- Zylinder
- 6
- Pumpe
- 8
- Pumpenregler
- 9
- Regelalgorithmus
- 10
- Pumpenleitung
- 12
- Zulaufleitung
- 14
- Zulaufleitung
- 16
- Wegeventil
- 18
- Wegeventil
- 20
- Vorlaufleitung
- 22
- Vorlaufleitung
- 24
- Rücklaufleitung
- 26
- Rücklaufleitung
- 28
- Zylinderraum
- 30
- Zylinderraum
- 32
- Ringraum
- 34
- Ringraum
- 36
- Vorsteuergerät
- 38
- Tankleitung
- 40
- Individualdruckwaage
- 42
- Individualdruckwaage
- 44
- Druckwaagenfeder
- 46
- Druckwaagenfeder
- 48
- Wechselventil
- 50
- Power-Beyond-Verbraucher
- 52
- Eingangsdruckwaage
- 54
- Zweigleitung
- 56
- Feder
- 58
- Druckwaagenwechselventil
- 60
- Zulaufkanal
- 62
- Tankkanal
- 64
- Ablaufkanal
- 66
- Wegaufnehmer
- 68
- Power-Beyond-Lastmeldeleitung
- 70
- Power-Beyond-Verbraucher
- 72
- Zulaufkanal
- 73
- Power-Beyond-Wechselventil
- 74
- Signalleitung
- 76
- Zulaufzweigkanal
- 78
- Zulaufzweigkanal
- 80
- Power-Beyond-Druckwaage
- 82
- Druckwaagenfeder
- 84
- Power-Beyond-Zulaufleitung
- 86
- Power-Beyond-Druckwaage
- 88
- Power-Beyond-Zulaufleitung
- 90
- Druckwaagenfeder
- 92
- Blende
- 94
- Steuerleitung