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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung einer hydraulischen
Steueranordnung.
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Eine
derartige hydraulische Steueranordnungen mit einer Hauptpumpe und
einer Hilfspumpe zum Fördern
von Druckmittel in einen gemeinsamen Verbraucher wird entsprechend
den RD-Merkblättern 20024
und 30030 von Bosch-Rexroth
durch das Zusammenschalten von zwei Axialkolben-Verstellpumpen mit DFE- oder DFEE-Verstellung
erhalten. Bei Axialkolbenpumpen mit DFE- oder DFEE-Verstellung erfolgt
eine elektrohydraulische Druck- und Schwenkwinkelregelung der jeweiligen
Axialkolben-Verstellpumpe. Die Einregelung von sowohl der Hilfspumpe
als auch der Hauptpumpe auf einen gewünschten Drucksollwert gestaltet
sich aufgrund von Toleranzen bei den Axialkolbenpumpen schwierig,
so dass im Extremfall beispielsweise die Hauptpumpe auf maximalen
Fördervolumenstrom
verstellt wird, während
die Hilfspumpe zurückschwenkt,
d.h. die Pumpen auseinanderlaufen.
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Bei
einem Master-Slave-Betrieb von Hauptpumpe und Hilfspumpe nach dem
Stand der Technik wird für
die Vorgabe des Schwenkwinkel-Sollwerts der Hilfspumpe der Schwenkwinkel-Istwert
der Hauptpumpe verwendet. Der Master-Slave-Betrieb gestattet kein
Zusammenschalten oder Trennen der beiden Pumpen während ihrer
hydraulischen Verbindung. Ferner ist diese hydraulische Steueranordnung mit
einem hohen Schaltungsaufwand verbunden.
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In
der Patentschrift
DE
198 59 026 C1 ist eine hydraulische Steueranordnung mit
zwei Pumpen offenbart, bei der die Fördermenge der Pumpe bereits
vor Erreichen des Drucksollwertes abgeregelt wird. Toleranzen bei
den Pumpen ergeben auch hier ein unvorhersehbares Regelverhalten
der beiden Pumpen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hydraulische
Steueranordnung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer hydraulischen Steueranordnung
zu schaffen, bei der das Regelverhalten verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren zur Ansteuerung einer hydraulischen Steueranordnung
nach Anspruch 7 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen hydraulische Steueranordnung
sind eine Hauptpumpe und eine Hilfspumpe vorgesehen, die druckgeregelt
und unabhängig
voneinander ansteuerbar sind. Eine zu einem Verbraucher führende Vorlaufleitung
ist über
ein zur Hauptpumpe öffnendes
Rückschlagventil
mit einer Vorlaufleitung der Hilfspumpe verbunden, über die eine
zusätzliche
Druckmittelmenge zum Verbraucher förderbar ist. Der Drucksollwert
für die
Hilfspumpe ist niedriger als der Drucksollwert für die Hauptpumpe eingestellt,
so dass ein stoßfreies
Trennen der Hilfspumpe von der Vorlaufleitung der Hauptpumpe bei Erreichen
des Sollwerts der Hilfspumpe möglich
ist und anschließend
nur die Hauptpumpe weiter dem Verbraucher Druckmittel zuführt.
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Durch
eine allmähliche
Erhöhung
des Drucksollwertes für
die Hilfspumpe lässt
sich auch das Zusammenschalten der Hilfspumpe mit der Hauptpumpe
stoßfrei
gestalten.
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Die
Hauptpumpe und die Hilfspumpe sind vorzugsweise Axialkolbenpumpen,
wodurch ein breiter Druckbereich und ein breiter Viskositätsbereich
in Verbindung mit einer schnell ansprechenden Verstellung nutzbar
sind.
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Der
Hauptpumpe und der Hilfspumpe ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
jeweils eine elektrohydraulische Druck- und Fördervolumenstromregelung zugeordnet,
die als DFE- oder DFEE-Verstellung ausgebildet ist. Mit einer derartigen
Ansteuerung ist eine hohe Regelgüte
bei einem schnellen Ansprechen umsetzbar.
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Es
wird bevorzugt, dass die Vorlaufleitung der Hilfspumpe mit einem
zugeordneten Verbraucher verbunden ist. Da die Hilfspumpe somit
zur Druckmittelversorgung von zwei Verbrauchern einsetzbar ist, lässt sich
eine geringe Anzahl an Druckmittelquellen realisieren.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die hydraulische Steueranordnung ein Druckentlastungsventil
aufweist, über
das der Druck des Verbrauchers, der der Hauptpumpe zugeordnet ist,
abbaubar ist. Auf diese Weise lässt
sich beispielsweise ein schnelles Einfahren eines Hydrozylinders
erreichen.
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Ferner
kann die erfindungsgemäße hydraulische
Steueranordnung ein in Reihe zum Rückschlagventil vorgesehenes
Schaltventil aufweisen, das in einer solchen Weise ansteuerbar ist,
dass durch die Hilfspumpe und die Hauptpumpe unabhängig voneinander
zwei Verbraucher versorgbar sind. Somit sind ein stoßfreise
Zusammenschalten der Pumpen und ein getrenntes Ansteuern von zwei
Verbrauchern und der zwei Pumpen mit der gleichen Schaltungsanordnung
möglich.
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Erfindungsgemäße Weiterbildungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Zeichnung des Ausführungsbeispiels
und
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2 beispielhafte
statische Kennlinien für den
Betrieb der Hauptpumpe aus 1.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße hydraulische
Steueranordnung 1 gezeigt, die eine Hauptpumpe 2 und
eine Hilfspumpe 4 aufweist. Die Hauptpumpe 2 und
die Hilfspumpe 4 sind Axialkolben-Verstellpumpen, bei denen
der Druck und das Verdrängungsvolumen
durch ein elektrisch angesteuertes Proportionalventil geregelt werden.
Die Regelung von Druck und Verdrängungsvolumen
erfolgt über eine
DFE- oder eine DFEE-Regelung entsprechend den RD-Merkblättern 20024 und 30030 von Bosch-Rexroth.
Der Druck und der Fördervolumenstrom
werden dabei durch ein elektrisch angesteuertes Proportionalventil
geregelt. Bei der DFE-Verstellung erfolgt die Ansteuerung des Proportionalventils durch
eine Reglerkarte, während
bei der DFEE-Verstellung
die im Ventil integrierte analoge Elektronik die Ansteuerung übernimmt.
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Der
Sauganschluss der Hauptpumpe 2 ist mit einem Tank 6 verbunden
und der Druckanschluss der Hauptpumpe 2 steht über eine
Vorlaufleitung 10 mit einem Hydrozylinder 12 in
Druckmittelverbindung. Die Hauptpumpe 2 fördert Druckmittel über die Vorlaufleitung 10 in
einen Druckraum 14 des Hydrozylinders. Der Druck im Druckraum 14 steht
an einer Wirkfläche
eines Kolbens 18 des Hydrozylinders 12 an und
bewirkt ein Aus- bzw. Einfahren einer Kolbenstange 18,
auf die die Gewichtskraft einer Masse m drückt.
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Der
Sauganschluss der Hilfspumpe 4 ist mit dem Tank 6 verbunden
und der Druckanschluss der Hilfspumpe 4 steht über eine
Vorlaufleitung 20 und ein Wegeventil 22 mit einem
Hubzylinder 24 in Druckmittelverbindung. Der Hubzylinder 24 und
das Wegeventil 22 sind beispielhaft für einen zweiten Verbraucher
und dessen Ansteuerung angeführt.
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Eine
Druckseiten-Verbindungsleitung 30 stellt Druckmittelverbindung
zwischen den Druckseiten der Hauptpumpe 2 und der Hilfspumpe 4 her.
In der Druckseiten-Verbindungsleitung 30 befindet
sich ein zur Hauptpumpe 2 öffnendes Rückschlagventil 32,
das nicht federbelastet ist. Das Rückschlagventil 32 öffnet, wenn
der Druck der Hilfspumpe 4 gleich dem Druck der Hauptpumpe 2 ist.
Ab diesem Druckwert fördert
sowohl die Hauptpumpe 2 als auch die Hilfspumpe 4 Druckmittel
zum Hydrozylinder 12, um aufgrund des erhöhten Volumenstroms
ein schnelleres Ausfahren dieses Hydrozylinders 12 als
im Fall der alleinigen Druckmittelzuführung von der Hauptpumpe 2 zu
ermöglichen.
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2 zeigt
beispielhaft statische Kennlinien der Hauptpumpe 2 bei
einer DFE-Regelung, wobei der Volumenstrom Q über dem Betriebsdruck p aufgetragen
ist. Die gestrichelten Linien 200 sind Beispiele für die statische
Kennlinie bei der Druck- und Förderstromregelung,
während
Volllinie 100 das Regelende darstellt. 2 ist
zu entnehmen, dass bei Erreichen eines jeweiligen Drucksollwertes
der Fördervolumenstrom
abgeregelt wird.
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Nun
erfolgt eine Beschreibung der statischen Kennlinien der Hilfspumpe 4.
Der Drucksollwert der Hilfspumpe 4 ist kleiner als der
Drucksollwert der Hauptpumpe 2 ge wählt, so dass die Hilfspumpe 4 vor dem
Erreichen des Drucksollwerts der Hauptpumpe 2 nicht mehr
zu dem Volumenstrom zum Verbraucher 12 beiträgt. Im Ergebnis
erfolgt bei einer Druckmittelverbindung zwischen den Druckanschlüssen der Hauptpumpe 2 und
der Hilfspumpe 4 über
das Rückschlagventil 32 nach
dem Erreichen des Drucksollwertes der Hilfspumpe allein durch die
Hauptpumpe 2 die Druckregelung, d.h. das Einschwingen in
den Endwert und das Druckhalten, wodurch ein stoßfreies Trennen der Hauptpumpe 2 und
der Hilfspumpe 4 in der Bewegung realisierbar ist.
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Vor
dem Zusammenschalten der Hauptpumpe 2 und der Hilfspumpe 4 über das
Rückschlagventil 32 werden
die Sollwerte der Hilfspumpe 4 langsam rampenartig erhöht, so dass
ein stoßfreies
Zusammenschalten ermöglicht
wird.
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise der erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung beschrieben.
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Zum
Ausfahren des Hydrozylinders wird die Hauptpumpe 2 über die
DFE- oder DFEE-Verstellung mit einer der statischen Kennlinien aus 2 angesteuert,
um Druckmittel aus dem Tank 6 über die Vorlaufleitung 10 dem
Druckraum 14 des Hydrozylinders 12 zuzuführen. Der
im Druckraum 14 des Hydrozylinders 12 auf die
Wirkfläche
des Kolbens 16 wirkende Druck bewirkt ein Ausfahren des
Hydrozylinders. Die Hilfspumpe 4 wird über die ihr zugeordnete DFE- oder
DFEE-Verstellung angesteuert. In Abhängigkeit von der Schaltstellung
des Wegeventils 22 wird Druckmittel von der Hilfspumpe 4 zum
Hubzylinder 24 gefördert.
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Über die
Druckseitenverbindungsleitung 30 gelangt Druckmittel von
der Vorlaufleitung 10 der Hauptpumpe 2 zum Rückschlagventil 32,
wobei der Druck in der Vorlaufleitung 10 auf das Rückschlagventil 32 in
Schließrichtung wirkt. Über die
Druckseitenverbindungsleitung 30 gelangt ebenfalls Druckmittel
von der Vorlaufleitung 20 der Hilfspumpe 4 zum Rückschlagventil 32,
wobei der Druck in der Vorlaufleitung 20 auf das Rückschlagventil 32 in Öffnungsrichtung
wirkt. Wenn der Druck in der Vorlaufleitung 20 der Hilfspumpe 4 gleich
dem Druck in der Vorlaufleitung 10 der Hauptpumpe 2 oder
größer als
dieser ist, öffnet
das Rückschlagventil 32.
Von der Hilfspumpe 4 gefördertes Druckmittel gelangt über das
Rückschlagventil 32 und
die Vorsteuerleitung 10 der Hauptpumpe 2 in den
Druckraum 14 des Hydrozylinder 12 und bewirkt
aufgrund des erhöhten
Volumenstroms ein Ausfahren des Hydrozylinders 12 mit erhöhter Geschwindigkeit.
Der Drucksollwert der Hilfspumpe 4 wird dabei langsam erhöht bis ein
Solldruck-Endwert erreicht ist, der knapp unter dem Solldruck-Endwert
der Hauptpumpe 2 liegt.
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Bei
Erreichen des Drucksollwerts der Hilfspumpe 2 regelt die
DFE- oder DFEE-Verstellung den Fördervolumenstrom
der Hilfspumpe 2 ab, das Rückschlagventil 32 schließt und die
Druckregelung erfolgt allein über
die Hauptpumpe 2, bis diese bei Erreichen des Drucksollwerts
der Hauptpumpe 2 ebenfalls den Fördervolumenstrom abregelt.
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Der
Abbau des Drucks im Druckraum 14 des Hydrozylinders erfolgt
aufgrund des in Richtung zur Hilfspumpe 4 schließenden Rückschlagventils 32 nur über die
Hauptpumpe 4. Alternativ zum Abbau des Drucks allein über die
Hauptpumpe 4 kann zwischen Druckraum 14 des Hydrozylinders 12 und
dem Tank 6 ein Druckentlastungsventil vorgesehen sein.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist eine exakte und lastunabhängige Druckregelung
möglich,
bei der das Zusammenschalten und Trennen der Hauptpumpe 2 und
der Hilfs pumpe 4 stoßfrei
in der Bewegung bzw. unter Druck möglich ist. Da jede der Pumpen
ihre eigene DFE- bzw. DFEE-Verstellung
in Bezug auf Druck und Fördervolumenstrom
aufweist, ist kein zusätzlicher
Schaltungsaufwand zur Erzeugung elektrischer Signale notwendig.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das Vorsehen einer Hauptpumpe
und einer Hilfspumpe beschränkt,
sondern jede der Pumpen kann eine im Master-Slave-Betrieb arbeitende
Pumpengruppe sein.
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Statt
einer Hilfspumpe 4 kann eine Vielzahl von Hilfspumpen vorgesehen
sein, von denen jede über
ein zugeordnetes jeweiliges Rückschlagventil Druckmittel
in die Vorlaufleitung 10 fördern können. Der Drucksollwert von
jeder dieser Hilfspumpen 4 ist dabei niedriger als der
Drucksollwert der Hauptpumpe 2 eingestellt.
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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung mit einer druckgeregelten
Hauptpumpe und einer druckgeregelten Hilfspumpe, deren Druckseiten über eine
Druckseitenverbindungsleitung in Druckmittelverbindung stehen. In
der Druckseitenverbindungsleitung ist ein zur Hauptpumpe öffnendes
Rückschlagventil
vorgesehen, so dass die Hilfspumpe und die Hauptpumpe einem mit
der Druckseite der Hauptpumpe in Verbindung stehenden Verbraucher
Druckmittel zuführen
können.
Der Drucksollwert für
die Hilfspumpe ist dabei niedriger als der Drucksollwert für die Hauptpumpe
eingestellt ist.
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- 1
- hydraulische
Steueranordnung
- 2
- Hauptpumpe
- 4
- Hilfspumpe
- 6
- Tank
- 10
- Vorlaufleitung
- 12
- Hydrozylinder
- 14
- Druckraum
- 16
- Kolben
- 18
- Kolbenstange
- 20
- Vorlaufleitung
- 22
- Wegeventil
- 24
- Hubzylinder
- 30
- Druckseitenverbindungsleitung
- 32
- Rückschlagventil
- 100
- Regelende
- 200
- statische
Kennlinien