DE102007013728B4 - Ventilanordnung für den Antrieb von hydraulischen Verbrauchern in einer hydraulischen Arbeitsmaschine - Google Patents

Ventilanordnung für den Antrieb von hydraulischen Verbrauchern in einer hydraulischen Arbeitsmaschine Download PDF

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Abstract

Ventilanordnung für den Antrieb von zwei Anschlüsse aufweisenden unterschiedlichen hydraulischen Verbrauchern (20), die wahlweise an einer mobilen hydraulischen Arbeitsmaschine anbringbar sind, mit einer Hydraulikpumpe (22), die über eine hydraulisch steuerbare Steuerventilanordnung (2, 3) wahlweise mit einem der Anschlüsse des Verbrauchers (20) verbindbar ist, während der jeweilig andere Anschluß mit einem Tank (30) verbunden ist und einem Steuerdruckgeber (32) für die Ansteuerung der Steuerventilanordnung (2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei Anschlüsse aufweist, die mit den Verbraucheranschlüssen verbunden sind, jedem Anschluß der Ventilanordnung ein zwei Steuereingänge (a1, b1, a2, b2) aufweisendes Schieberventil (2, 3) zugeordnet ist, wobei ein Steuereingang (a1, a2) für den Zulauf zum und der andere Steuereingang (b1, b2) für den Ablauf vom Verbraucher (20) vorgesehen ist, wobei die Steuereingänge (a1, a2) für den Zulauf unmittelbar mit Steuerausgängen eines Steuerdruckgebers (32) verbindbar sind, ein zwei Steuereingänge aufweisendes Umschaltventil (4) vorgesehen ist, das einen zweiten Steuerdruck wahlweise auf den...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung für den Antrieb von hydraulischen Verbrauchern, die wahlweise an einer mobilen hydraulischen Arbeitsmaschine anbringbar sind, nach dem Patentanspruch 1.
  • Es ist bekannt, hydraulische Arbeitsmaschinen, z. B. Bagger, mit unterschiedlichen Arbeitswerkzeugen auszustatten, beispielsweise einer Schaufel, einem Hammer, einer Zange usw. Einige Arbeitswerkzeuge werden hydraulisch angetrieben, wobei die Betätigung von der Fahrerkabine aus erfolgt mit Hilfe eines Sollwertgebers und einer vom Sollwertgeber gesteuerten Ventilanordnung. Der Sollwertgeber erzeugt entweder hydraulische oder elektrische Signale, die zur Ansteuerung der Steuerventilanordnung verwendet werden. Es versteht sich, daß unterschiedliche Arbeitswerkzeuge zu unterschiedlichen Bedingungen betrieben werden. Dies betrifft insbesondere den maximalen Druck bzw. das maximale Strömungsvolumen.
  • Aus EP 0 860 557 B1 ist bekannt geworden, Arbeitswerkzeuge einer hydraulischen Baumaschine mit einer Sende- und Empfangseinheit auszustatten. Diese speichert mindestens eine Kennung für das Werkzeug und gegebenenfalls weitere Steuerdaten. Diese können von einer Sende- und Empfangseinheit an der Baumaschine abgerufen werden, um die Betätigung des Arbeitswerkzeugs nach Maßgabe dieser Daten zu steuern.
  • Aus US 6,186,044 B1 ist eine Ventilanordnung für den Antrieb von zwei Anschlüsse aufweisenden hydraulischen Verbrauchern bekannt geworden, bei dem eine Hydraulikpumpe über ein steuerbares Umschaltventil wahlweise auf einen Anschluß der Verbraucher wirkt. Das Umschaltventil wird von einem Steuerdruckgeber angesteuert, wobei ein Steuerausgang des Druckgebers über ein Pilotventil mit einem Steuereingang des Umschaltventils verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung für den Antrieb von hydraulischen Verbrauchern zu schaffen, die wahlweise an einer mobilen hydraulischen Arbeitsmaschine anbringbar sind, wobei eine Betätigung des Verbrauchers in beiden Richtungen auf einfache Weise durch das Auslenken eines Vorsteuergebers gesteuert werden kann, so daß im Betrieb des Werkzeugs die geringst möglichen Strömungsverluste auftreten, wodurch dem Werkzeug die maximale Leistung zur Verfügung steht und der Energieverbrauch reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist jedem Anschluß der Ventilanordnung ein Schieberventil zugeordnet, das zwei Steuereingänge aufweist. Ein Steuereingang dient für die Schaltung des Schieberventils auf Zulauf zum Verbraucher und der andere Steuereingang dient für die Schaltung auf Ablauf. Die Betätigung der Steuereingänge erfolgt über einen Steuerdruckgeber. Für den Zulauf kann eine feinfühlige Regelung des Volumenstroms zum Verbraucher vorgenommen werden, während für den Ablauf das andere Schieberventil als Schaltventil betrieben wird, d. h. in seine vollständig geöffnete Stellung gefahren wird. Dadurch kann der vom Verbraucher zurücklaufende Volumenstrom ungehindert mit minimalen Verlusten zum Tank zurückgeführt werden. Dadurch werden die Rücklaufdrücke so gering gehalten, daß in jedem Fall auf eine separate Tankleitung, die am Schieberventil vorbeigeführt wird, verzichtet werden kann. Dies verringert den Aufwand für das Gesamtsystem.
  • Ein weiterer Vorteil bei der beschriebenen Anordnung ist der, daß mit einer großen Überdeckung gearbeitet werden kann, so daß die Leckageverluste minimal sind.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist ein zwei Steuereingänge aufweisendes Umschaltventil vorgesehen, das mit einem zweiten Steuerdruck wahlweise mit den jeweils anderen Steuereingang der Schieberventile beaufschlagt, wobei der zweite Steuerdruck gleich oder größer ist als der maximale Steuerdruck des ersten Steuerdruckgebers. Der zweite Steuerdruck sorgt dafür, daß das jeweils angesteuerte Schieberventil vollständig öffnet, so daß ein maximaler Querschnitt für den Rücklauf zur Verfügung gestellt wird.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für die Umschaltung des Umschaltventils erforderliche Steuerdruck kleiner ist als der Ansprechdruck der Schieberventile. Dadurch ist gewährleistet, daß das Umschaltventil zunächst anspricht und das zugeordnete Schieberventil in die Öffnungsstellung erst betätigt wird, wenn der Verbraucher ablaufseitig mit dem Tank verbunden ist. Dadurch wird vermieden, daß das zu betätigende Element des Verbrauchers, z. B. Kolben oder Rotor, vom Hydraulikmedium eingespannt wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den Ablauf ansteuerbare Steuereingang der Schieberventile mit dem Ablauf eines Pilotventils verbunden ist, dessen Eingang mit einem Anschluß der Ventilanordnung verbunden ist. Das Öffnen des Pilotventils bewirkt die Betätigung des zugeordneten Schieberventils in Richtung Schließstellung, um eine Überlastung des Verbrauchers zu verhindern. Pilotventile sind bekanntlich unaufwendig, da die zu steuernde Menge an Hydraulikmedium sehr gering ist. Das Öffnen des Pilotventils bewirkt die Betätigung des zugeordneten Schieberventils. Hier sind nun zwei Betriebszustände zu unterscheiden. Im ersten wird der Verbraucher durch den zulaufenden Volumenstrom bedient. Erreicht der Verbraucherdruck aufgrund einer sehr hohen Last oder weil z. B. ein Zylinder in den Anschlag gefahren wird den am Pilotventil eingestellten Druck, wird der Steuerschieber soweit geschlossen, daß lediglich der über das Pilotventil abgebene Volumenstrom zugeführt wird.
  • Im zweiten Betriebszustand wird der Verbraucher nicht betätigt. Trotzdem wirkt von außen eine Last auf das Arbeitsgerät (z. B. wird mit einer Hydraulikschere gegen eine Mauer gedrückt), die ohne Absicherung unzulässig hohe Drücke hervorrufen würde. In diesem Fall öffnet das Pilotventil bei Erreichen des eingestellten Drucks und schiebt den Steuerschieber so, daß eine Verbindung zur Ablaufseite, Tank entsteht. Hier wirkt das Ventil mit dem Steuerschieber als vorgesteuertes Druckventil. Damit von dem Pilotventil im Steuereingang des zugeordneten Schieberventils ein öffnender Steuerdruck aufgebaut werden kann, ist in der Verbindung zum Vorsteuergeber eine Drossel vorgesehen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den Ablauf ansteuerbare Steuereingang der Schieberventile mit einer Drosselrückschlagventilanordnung so verbunden ist, daß oben beschriebene Druckventilfunktion gegeben ist und zugleich der Ablauf schnell geöffnet werden kann. Hierfür sind Drossel- und Rückschlagventil parallel geschaltet.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Hydraulikpumpe über eine Druckwaage mit den Schieberventilen verbunden ist und der eine Steuereingang der Druckwaage über den zulaufseitig angesteuerten Steuerschieber mit dem Verbraucherdruck und der andere Steuereingang über die Druckwaage mit dem Zulaufdruck zum Steuerschieber beaufschlagt wird. Änderungen im Pumpen- und Verbraucherdruck rufen keine Änderung des Volumenstroms hervor. Dieses Prinzip ist allerdings in der Mobilhydraulik weit verbreitet. Gleichzeitig dient das auf den einen Steuereingang der Druckwaage gegebene Verbraucherdrucksignal auch als Signal für die Load-Sensing-Leitung (LS). Falls der an der Ventilanordnung angeschlossene hydraulische Verbraucher den höchsten Lastdruck im angeschlossenen Ventilsystem hat, wird der Pumpendruck auf den entsprechend höheren Druck geregelt. Falls der an der Ventilanordnung angeschlossene Verbraucher nicht den höchsten Lastdruck hat, wird verhindert, daß der in der LS-Leitung durch einen anderen Verbraucher aufgeprägte Druck auf das Druckniveau des an dieser Ventilanordnung angeschlossenen Verbrauchers abgebaut wird und somit nicht versorgt werden kann.
  • Bei dem Arbeiten mit unterschiedlichen Werkzeugen ist aus Gründen der Sicherheit und der Standzeit darauf zu achten, daß das Werkzeug bzw. die hydraulische Betätigung für das Werkzeug nicht mit zu hohen Volumenströmen und einem zu hohen Druck belastet wird. Dies kann durch eine Druck- und/oder Volumenbegrenzung erreicht werden. Hierzu sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, daß in der Load-Sensing-Leitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, und mit der Load-Sensing-Leitung abströmseitig vom Rückschlagventil ein verstellbares erstes Druckbegrenzungsventil verbunden ist. Ein weiteres Druckbegrenzungsventil kann mit dem Steuereingang des Steuerdruckgebers verbunden werden. Beide Druckbegrenzungsventile sind in ihrem Ansprechdruck veränderbar, beispielsweise auf elektromagnetische Weise. Ein Steuerrechner in der Baumaschine kann z. B. entsprechende Steuerdaten unmittelbar vom Werkzeug empfangen und in elektrische Signale für die Druckbegrenzungsventile umwandeln. Dadurch ist dafür gesorgt, daß das Werkzeug z. B. nicht über den Nenndruck- bzw. das Nennvolumen hinaus belastet wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Ventilanordnung nach der Erfindung.
  • Ein Verbraucher 20, z. B. ein Hydromotor, wird von einer Verstellpumpe 22 mit Hydraulikmedium unter Druck versorgt. Die Druckleitung der Pumpe 22 ist auch mit weiteren Verbrauchern verbunden, wie bei 24 angedeutet.
  • Eine Zulaufleitung 26 von der Pumpe 22 ist entweder über ein Schieberventil 2 oder ein Schieberventil 3 mit dem Verbraucher 20 verbunden. Dementsprechend dreht sich der Motor in der einen oder anderen Drehrichtung. Das jeweils zurückfließende Hydraulikmedium gelangt über das jeweils andere Schieberventil und eine Rücklaufleitung 28 zum Tank 30. Die Schieberventile 2, 3 haben Steuereingänge a1, b1 bzw. a2, b2. In der Neutralstellung sind die Ventilschieber 2, 3 gesperrt. Die Ansteuerung der Steuereingänge erfolgt über einen hydraulischen Sollwertgeber 32 (hydraulischer Druckgeber oder Joystick). Seine Steuerausgänge gehen auf den Steuereingang a1 des Schieberventils 2 und den Steuereingang a2 des Schieberventils 3. Je nach Auslenkung des Druckgebers 32 öffnet das Schieberventil 2, 3 proportional, um den Verbraucher 20 feinfühlig zu betätigen. Die Steuerausgänge des Druckgebers 32 sind auch auf Steuereingänge eines Logik- oder Umschaltventils 4 geschaltet. In seiner Neutralstellung ist das Umschaltventil 4 gesperrt. Seine beiden Ausgänge sind mit den Steuereingängen b1 bzw. b2 der Schieberventile 2, 3 verbunden. Die Druckversorgung des Druckgebers 32 erfolgt über eine Vorsteuerpumpe 34 deren Druck an den Steuereingängen b1 bzw. b2 so eingestellt ist, daß das Schieberventil vollständig in die Öffnungsstellung geht. Wird z. B. das Schieberventil über a1 angesteuert, um den Verbraucher 20 mit mehr oder weniger Volumenstrom zu versorgen, öffnet das Schieberventil 3 durch Ansteuerung des Steuereingangs b2 vollständig, um den Rückstrom weitgehend widerstandsfrei zurückströmen zu lassen. Der Ansprechdruck des Umschaltventils 4 ist geringer als der Ansprechdruck der Schieberventile 2, 3. Mithin wird das entsprechende Schieberventil zunächst vollständig aufgeschaltet, bevor das andere Schieberventil zur Versorgung des Verbrauchers mehr oder weniger öffnet.
  • Die Zulaufleitung 26 ist mit einer Druckwaage 1 verbunden. Wenn die Druckwaage 1 ihre Ausgangsstellung verläßt, ist sie über die Verbindungsleitung 26a mit den Steuerschiebern verbunden und zwar über eine Dämpfungsdrossel 36. Der andere Steuereingang ist mit der Leitung 38 verbunden, über die der Druck des zum Verbraucher geführten Volumenstroms gemeldet wird. Eine in die Leitung eingebrachte Drossel hat dämpfende Wirkung. Der Verbraucherdruck wird über diese Leitung hinter dem Rückschlagventil 12 der Load-Sensing-Signal-Leitung zugeführt. Von dort wird sie zu einem Load-Sensing-Regler 40 geführt zur Verstellung der Pumpe 22 nach Maßgabe der Lastanfrage. Die Druckwaage 1 sorgt dafür, daß unabhängig von Schwankungen des Verbrauchers 20 ein gleichmäßiger Volumenstrom zugeführt wird. Dieses Prinzip ist an sich bekannt.
  • Mit den Steuereingängen b1 bzw. b2 sind Pilotventile 8 bzw. 9 verbunden. Hier sind nun zwei Betriebszustände zu unterscheiden. Im ersten wird der Verbraucher durch den zulaufenden Volumenstrom bedient. Erreicht der Verbraucherdruck aufgrund einer sehr hohen Last oder weil z. B. ein Zylinder in den Anschlag gefahren wird, den am Pilotventil 8 oder 9 eingestellten Druck, wird der Steuerschieber soweit geschlossen, daß lediglich der über das Pilotventil abgebene Volumenstrom zugeführt wird.
  • Im zweiten Betriebszustand wird der Verbraucher nicht betätigt. Trotzdem wirkt von außen eine Last auf das Arbeitsgerät (z. B. wird mit einer Hydraulikschere gegen eine Mauer gedrückt), die ohne Absicherung unzulässig hohe Drücke hervorrufen würde. In diesem Fall öffnet das Pilotventil bei Erreichen des eingestellten Drucks und schiebt den Steuerschieber so, daß eine Verbindung zur Leitung 28 entsteht. Hier wirkt das Ventil mit dem Steuerschieber als vorgesteuertes Druckventil.
  • Damit von dem Pilotventil im Steuereingang des zugeordneten Schieberventils ein öffnender Steuerdruck aufgebaut werden kann, ist in der Verbindung zum Vorsteuergeber eine Drossel vorgesehen, die hier als Drosselrückschlagventil 6 bzw. 7 ausgeführt ist, um die Öffnungsgeschwindigkeit bei der Betätigung durch den Vorsteuergeber nicht zu beschränken.
  • Ein Druckbegrenzungsventil 10 ist über ein Wechselventil 5 in einer Steuerleitung des Druckgebers an diese angeschlossen. Übersteigt der Steuerdruck einen vorgegebenen Wert, öffnet das Ventil 10 und leitet das Steuermedium zum Tank. Dadurch wird verhindert, daß der Steuerdruckgeber 32 das Schieberventil 2 bzw. 3 zu weit öffnet. Auf diese Weise wird das Maximum des zulaufenden Volumenstroms bestimmt. Das Begrenzungsventil 10 ist elektromagnetisch einstellbar und kann daher durch einfache Ansteuerung mit einem Steuerstrom eingestellt werden.
  • Ein weiteres Druckbegrenzungsventil 11 ist abströmseitig des Rückschlagventils 12 mit der Leitung 38 verbunden. Nach dem Prinzip der Druckabschneidung sorgt es beim Überschreiten des eingestellten Druckes für eine Begrenzung des Druckes in der Load-Sensing-Leitung 38, so daß die Druckwaage 1 in schließender Richtung betätigt wird. Damit wird eine Überlastung des Verbrauchers 20 durch den zufließenden Volumenstrom verhindert. Auch das Druckbegrenzungsventil 11 ist elektromagnetisch über einen Steuerstrom auf einen gewünschten Wert einstellbar.

Claims (8)

  1. Ventilanordnung für den Antrieb von zwei Anschlüsse aufweisenden unterschiedlichen hydraulischen Verbrauchern (20), die wahlweise an einer mobilen hydraulischen Arbeitsmaschine anbringbar sind, mit einer Hydraulikpumpe (22), die über eine hydraulisch steuerbare Steuerventilanordnung (2, 3) wahlweise mit einem der Anschlüsse des Verbrauchers (20) verbindbar ist, während der jeweilig andere Anschluß mit einem Tank (30) verbunden ist und einem Steuerdruckgeber (32) für die Ansteuerung der Steuerventilanordnung (2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei Anschlüsse aufweist, die mit den Verbraucheranschlüssen verbunden sind, jedem Anschluß der Ventilanordnung ein zwei Steuereingänge (a1, b1, a2, b2) aufweisendes Schieberventil (2, 3) zugeordnet ist, wobei ein Steuereingang (a1, a2) für den Zulauf zum und der andere Steuereingang (b1, b2) für den Ablauf vom Verbraucher (20) vorgesehen ist, wobei die Steuereingänge (a1, a2) für den Zulauf unmittelbar mit Steuerausgängen eines Steuerdruckgebers (32) verbindbar sind, ein zwei Steuereingänge aufweisendes Umschaltventil (4) vorgesehen ist, das einen zweiten Steuerdruck wahlweise auf den jeweils anderen Steuereingang (b1, b2) der Schieberventile (2, 3) schaltet, wobei der zweite Steuerdruck gleich oder größer ist als der maximale Steuerdruck des Steuerdruckgebers (32) an seinen Steuerausgängen und wobei jeweils ein Steuereingang des Umschaltventils (4) mit einem Steuerausgang des Steuerdruckgebers (32) verbunden ist.
  2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Umschaltung des Umschaltventils (4) erforderliche Steuerdruck kleiner ist als der Ansprechdruck der Schieberventile (2, 3).
  3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Ablauf ansteuerbare Steuereingang (b1, b2) der Schieberventile (2, 3) mit dem Ausgang eines Pilotventils (8, 9) verbunden ist, dessen Eingang mit einem Anschluß der Ventilanordnung verbunden ist.
  4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Ablauf ansteuerbare Steuereingang (b1, b2) der Schieberventile (2, 3) mit einer Drosselrückschlagventilanordnung (6, 7) so verbunden ist, daß die Schieberventile (2, 3) für den Zulauf gedämpft und den Ablauf schnell öffnen.
  5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (22) über eine Druckwaage (1) mit den Schieberventilen (2, 3) verbunden ist und Steuereingänge der Druckwaage (1) mit einer Verbindung zum Ventilschieber und einer mit den Anschlüssen verbindbaren Load-Sensing-Leitung (38) verbunden sind.
  6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Load-Sensing-Leitung (38) ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist und mit der Load-Sensing-Leitung (38) abströmseitig vom Rückschlagventil (12) ein einstellbares erstes Druckbegrenzungsventil (11) verbunden ist.
  7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Steuerausgang des Steuerdruckgebers (32) ein einstellbares zweites Druckbegrenzungsventil (10) verbunden ist.
  8. Ventilanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansprechdruck der Druckbegrenzungsventile (10, 11) elektrisch einstellbar ist.
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