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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Versorgung
mehrerer hydraulischer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Insbesondere
zur Druckmittelversorgung hydraulischer Verbraucher mobiler Arbeitsgeräte,
wie beispielsweise Baggern, Traktoren, Lader etc. werden häufig
LS (Loadsensing)- oder Drosselsysteme eingesetzt. Bei LS-Systemen
wird der Pumpendruck in Abhängigkeit vom höchsten
Lastdruck der Verbraucher eingeregelt. Um den Druckmittelvolumenstrom
zu jedem Verbraucher lastdruckunabhängig einstellen zu
können, sind bei LS-Steuerblöcken jedem der Verbraucher
eine verstellbare Messblende und eine Druckwaage zugeordnet, die
den Druckmittelvolumenstrom lastdruckunabhängig konstant
halten. Bei so genannten LUDV-Systemen – eine Untergruppe
der LS-Systeme – ist die Druckwaage der stetig verstellbaren
Messblende nachgeschaltet und in Schließrichtung durch
den höchsten Lastdruck aller Verbraucher und in Öffnungsrichtung
von dem Druck stromabwärts der Messblende beaufschlagt.
Im Fall einer Untersättigung wird bei LUDV-Messsystemen der
zur Verfügung stehende Volumenstrom im Verhältnis
der geöffneten Messblendenquerschnitte proportional aufgeteilt.
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Bei
LS-Systemen wird somit der Pumpenförderstrom den jeweiligen
Erfordernissen angepasst. Im Gegensatz dazu fördert bei
einem lastdruckabhängig arbeitenden Drosselsystem die Pumpe
immer die maximal mögliche oder eine konstante Fördermenge.
Dabei kann die Pumpe als Konstant- oder Verstellpumpe ausgeführt
sein. Bei diesen Drosselsteuerungen werden Open-Center-Steuerblöcke
eingesetzt, wie sie beispielsweise im Datenblatt RD 64 122/05.03
der Bosch Rexroth AG beschrieben sind. Diese Steuerblöcke
haben eine Vielzahl von Wegeventilelementen, die in ihrer Grundposition
den Pumpenvolumenstrom bei geringem Druckverlust über einen
Umlaufkanal zurück zum Tank führen. Bei Verstellen
des Ventilkolbens eines Ventilelementes wird die Verbindung zum
zugeordneten Verbraucher stetig aufgesteuert, während der
Druckmittelvolumentstrom im Umlaufkanal angedrosselt wird, so dass
der Pumpendruck auf den Lastdruck des Verbrauchers ansteigt. Mit
dem weiteren Verstellen des Steuerkolbens wird somit der Pumpenvolumenstrom
zunehmend vom Umlaufkanal zum Verbraucherkanal umgesteuert.
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Bei
der Ansteuerung mehrerer Verbraucher über einen derartigen
Steuerblock wird dann der Volumenstrom zu den einzelnen Verbrauchern
in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastdruck aufgeteilt, wobei aufgrund
der Lastdruckabhängigkeit das Druckmittel bevorzugt zu
dem Verbraucher mit dem geringsten Lastdruck strömt. Bei
der Ansteuerung mehrerer Verbraucher stellt sich dabei ein Pumpendruck
ein, der etwa dem höchsten Lastdruck der Verbraucher zuzüglich
einer vorbestimmten Druckdifferenz entspricht. Dementsprechend muss
der Pumpendruck zur Betätigung des lastniedrigsten Verbrauchers
entsprechend abgedrosselt werden, so dass erhebliche Verluste entstehen.
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Bei
LS- und LUDV-Systemen wird der Pumpendruck über die den
lastniedrigeren Verbrauchern zugeordneten Individualdruckwaagen
abgedrosselt, so dass ebenfalls Verluste entstehen.
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Zur
Verringerung derartiger Verluste wird in der
WO 2006/088399 A1 vorgeschlagen,
in den Rücklauf jeden Verbrauchers einen Hydromotor zu schalten,
der über das vom Verbraucher ablaufende Druckmittel angetrieben
wird und die so in mechanische Energie umgewandelte hydraulische
Energie zum Antrieb der Pumpe zu nutzen.
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Nachteilig
bei dieser Lösung ist, dass der vorrichtungstechnische
Aufwand aufgrund der Vielzahl von Hydromotoren erheblich ist und
somit die Energieeinsparung durch die höheren Investitionskosten
aufgezehrt wird.
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Dem
gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den
Energieverlust bei derartigen Steueranordnungen mit geringem vorrichtungstechnischem
Aufwand zu minimieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat
die hydraulische Steueranordnung eine Pumpe zur Druckmittelversorgung mehrerer
Verbraucher. Die Einstellung der Durchflussrichtung und des Druckmittelvolumenstroms
erfolgt über eine Wegeventilanordnung, die als LS-, LUDV-
oder Drosselsteuerung ausgeführt sein kann. Die erfindungsgemäße
Steueranordnung kommt mit einem einzigen Hydromotor aus, der mehreren,
vorzugsweise allen Verbrauchern zugeordnet ist und über
eine Umsteueranordnung nur dem lastniedrigsten oder einem der lastniedrigeren
Verbraucher nachgeschaltet ist. Die hydraulische Energie des von diesem
Verbraucher abströmenden Druckmittels wird somit zum Antrieb
des mehreren Verbrauchern zugeordneten Hydromotors genutzt, so dass
praktisch der "Lastdruck" dieses lastniedrigen Verbrauchers durch den
zusätzlichen Antrieb des Hydromotors angehoben wird und
entsprechend Energie eingespart werden kann. Die erfindungsgemäße
Lösung zeichnet sich gegenüber der eingangs bekannten
Lösung durch einen erheblich verringerten vorrichtungstechnischen
Aufwand aus, wobei die Drosselverluste am lastniedrigen Verbraucher
zum Pumpenantrieb genutzt werden können, so dass die Energieeinsparung nahezu
in der gleichen Größenordnung wie beim Stand der
Technik ist.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, über den Hydromotor eine Pumpe anzutreiben – prinzipiell könnte
diese Energie jedoch auch zum Antrieb anderer Verbraucher verwendet
werden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Verbraucher
als Differentialzylinder ausgeführt, deren Ringraum oder – je
nach Lastrichtung – deren Zylinderraum jeweils mit dem
Rücklauf verbunden ist, wobei der Rücklauf des
lastniedrigen Verbrauchers über die Umsteueranordnung zum
Hydromotor geführt ist und das Druckmittel vom lasthöheren
Verbraucher über die Wegeventilanordnung zum Tank fließt.
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Die
Umsteueranordnung hat vorteilhafter Weise jeweils einem Verbraucher
zugeordnete stetig verstellbare Wegeventile, die in Abhängigkeit
vom Lastdruck betätigbar sind.
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Bei
einer Variante mit zwei Verbrauchern erfolgt die Ansteuerung in
Richtung Aufsteuerung der Verbindung zum Hydromotor durch den Lastdruck des
jeweiligen Verbrauchers und in Gegenrichtung durch den Lastdruck
des anderen Verbrauchers.
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Bei
einer alternativen Lösung erfolgt die Ansteuerung der Wegeventile
elektrisch in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen
dem höchsten Lastdruck (Druck im Zylinderraum des Verbrauchers)
und dem Druck im Rücklauf (Druck im Ringraum).
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Bei
einer Ausführungsform sind die Wegeventile der Umsteueranordnung
als stetig verstellbare 3-Wegeventile ausgeführt, wobei
Arbeitsanschlüsse der Wegeventile jeweils mit dem sich
verkleinernden Druckraum des Verbrauchers, Rücklaufanschlüsse
der Wegeventile jeweils mit einem Arbeitsanschluss des zugehörigen
We geventilelementes und Umsteueranschlüsse der Wegeventile
mit dem Eingangsanschluss des Hydromotors verbunden sind.
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Bei
einer Variante der Erfindung können die stetig verstellbaren
Wegeventile beim Aufsteuern der Druckmittelverbindung zum Hydromotor
auch einen Drosselquerschnitt zum Rücklaufanschluss und
somit zum zugehörigen Wegeventilelement steuern.
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Um
eine Rückströmung von Druckmittel zum Verbraucher
zu verhindern, ist stromabwärts jedes Umsteueranschlusses
der stetig verstellbaren Wegeventile jeweils ein in Richtung zum
Hydromotor öffnendes Rückschlagventil angeordnet.
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Die
Pumpe der erfindungsgemäßen Steueranordnung kann
als Konstant- oder Verstellpumpe ausgeführt sein.
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In
dem Fall, in dem die Verbraucher mit einem hohen Druckmittelvolumenstrom
versorgt werden sollen, kann die Pumpe als Doppelpumpe mit parallel
geschalteten Pumpeinheiten ausgeführt werden.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Steueranordnungen mit zumindest
zwei Verbrauchern einsetzbar.
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Die
Steueranordnung kann als EFM-, LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung
ausgeführt sein.
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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 ein
Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer hydraulischen
Steuerung mit elektrisch betätigten Wegeventilen einer
Umsteueranordnung;
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2 eine
Detaildarstellung der Steueranordnung aus 1;
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3 ein
Ausführungsbeispiel mit hydraulisch betätigten
Wegeventilen und
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4 Diagramme
zur Veranschaulichung der Energieeinsparung, die bei Verwendung
der erfindungsgemäßen Konstruktion möglich
ist.
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1 zeigt
ein Schaltschema einer als LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung ausgeführten
hydraulischen Steueranordnung, bei der zumindest drei Verbraucher 2, 4, 6 über
eine Pumpe 8, einen LS-, LUDV- oder Drosselsteuerblock 10 sowie
eine Umsteueranordnung 12 mit Druckmittel versorgbar ist. Die
Pumpe 8 wird von einem Motor M angetrieben. Dieser Antrieb
kann durch einen Hydromotor 14 unterstützt werden,
der ebenfalls verstellbar ausgeführt ist und – wie
in 1 angedeutet – auf die gleiche Pumpenwelle
wie der Motor wirkt. Die Verstellung des Hydromotors 14 erfolgt
beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 elektronisch über
eine Verstelleinrichtung 16, die im Folgenden noch näher
erläutert wird.
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Die
Umsteueranordnung 12 enthält mehrere stetig verstellbare
3-Wegeventile 18, 20, 22, die jeweils
einem der Verbraucher 2, 4 bzw. 6 zugeordnet sind.
Die Verstellung dieser Wegeventile 18, 20, 22 erfolgt
elektrisch in Abhängigkeit vom Signal zweier Drucksensoren 24, 26; 28, 30; 32, 34,
die jeweils einem der Verbraucher 2, 4 bzw. 6 zugeordnet
sind und über die – wie im Folgenden noch näher
erläutert – der lastniedrigste Verbraucher detektierbar
ist.
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Der
Steuerblock 10 besteht im Wesentlichen aus einem Eingangselement,
Wegeventilelementen und einem Ausgangselement, wobei jedem der Verbraucher
ein Wegeventilelement zugeordnet ist. Ein derartiger Steuerblock
ist beispielhaft in den Datenblättern RD 64 122 (Drosselsteuerung),
RD 64 282 (LS-Steuerblock) oder RD 64 127 (LUDV-Steuerblock) beschrieben.
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Gemäß 1 sind
die Verbraucher 2, 4, 6 als Differentialzylinder,
beispielsweise Hubzylinder eines mobilen Arbeitsgerätes
ausgeführt, wobei jeweils über einen Differentialkolben
ein bodenseitiger Zylinderraum 36, 38, 40 von
einem kolbenstangenseitigem Ringraum 42, 44, 46 getrennt
ist
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung des Verbrauchers 6 mit
dem zugehörigen Wegeventil 22. Demgemäß ist
dieses als stetig verstellbares 3-Wegeventil mit einem Arbeitsanschluss
A, einem Rücklaufanschluss R und einem Umsteueranschluss
U ausgeführt und über eine Feder 48 in
eine Grundposition vorgespannt, in der der Arbeitsanschluss A mit dem
Rücklaufanschluss R verbunden ist und der Umlaufanschluss
U abgesperrt ist. Durch Bestromung eines Proportionalmagneten 50 lässt
sich ein Ventilschieber des Wegeventils 22 verschieben,
so dass eine Verbin dung vom Arbeitsanschluss A zum Umsteueranschluss
U geöffnet und die Verbindung zum Rücklaufanschluss
R zugesteuert wird. Bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist auch in der Endstellung (Ventilschieber
des Wegeventils 22 ganz nach links verschoben) ein Drosselquerschnitt zum
Rücklaufanschluss R aufgesteuert. Bei einer Variante des
Wegeventils 22, die in 2 strichpunktiert
mit dem Bezugszeichen 22' dargestellt ist, wird auf diesen
Drosselquerschnitt zum Rücklaufanschluss R verzichtet,
so dass dieser in der Endposition des Ventilschiebers abgesperrt
ist.
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Gemäß den 1 und 2 ist
der Arbeitsanschluss A über eine Rücklaufleitung 52 mit
dem Ringraum 46 verbunden. Der Rücklaufanschluss
R ist über einen Rücklaufkanal 54 mit
einem Arbeitsanschluss des zugeordneten Wegeventilelementes verbunden.
Der andere Arbeitsanschluss dieses Wegeventilelementes ist über
einen Vorlaufkanal 56 mit dem Zylinderraum 40 des
Verbrauchers 6 verbunden. Die Drucksensoren 32, 34 sind
im Vorlaufkanal 56 bzw. im Rücklaufkanal 52 angeordnet,
so dass über diese beiden Drucksensoren jeweils der dem höchsten
Lastdruck der Verbraucher entsprechende Druck im Zylinderraum 40 und
der sich im Ringraum 46 aufbauende Druck erfasst wird,
der sich etwa umgekehrt proportional zum Lastdruck des zugeordneten
Verbrauchers verhält. D. h., bei einem lastniedrigeren
Verbraucher muss im Ringraum 46 ein höherer Gegendruck
als bei einem lasthöheren Verbraucher aufgebracht werden.
Dem entsprechend ist von den Drucksensoren 32, 34 und
entsprechend von den Drucksensoren 24, 26 und 28, 30 erfasste
Druckdifferenz ein Maß für den Lastdruck des jeweiligen
Verbrauchers. Nimmt man beispielsweise an, dass das Wirkflächenverhältnis
zwischen Zylinderraum 40 und Ringraum 46 2:1 beträgt
und dass der Lastdruck des Verbrauchers 2 100 bar, des
Verbrauchers 4 70 bar und des Verbrauchers 6 50
bar beträgt, so wird sich bei einer Drosselsteuerung in
den Zylinderräumen 36, 38, 40 jeweils
ein dem höchsten Lastdruck entsprechender Druck von etwa
100 bar einstellen. Der Druck im Ringraum 42 des lasthöchsten
Verbrauchers 2 würde dann etwa dem Tankdruck entsprechen.
Die mittels der Drucksensoren 24, 26 erfasste Druckdifferenz
entspricht somit beim lasthöchsten Verbraucher in etwa
dem Lastdruck (100 bar). Der Druck im Ringraum 44 des etwas
lastniedrigeren Verbrauchers 4 (70 bar) würde
dann etwa 60 bar betragen, so dass die von den Drucksensoren 28, 30 erfasste
Druckdifferenz entsprechend 40 bar betragen würde. Beim
lastniedrigsten Verbraucher würde sich im Ringraum 46 ein
Druck von etwa 100 bar einstellen, so dass die über die
Drucksensoren 32, 34 erfasste Druckdifferenz dann
etwa gleich Null ist.
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D.
h., der lastniedrigste Verbraucher ist bei einer Drosselsteuerung
derjenige, bei dem über die Drucksensoren 32, 34 die
geringste Druckdifferenz gemessen wird. Diese Druckdifferenz wird
dann über eine Steuereinheit CU verarbeitet, die an die
Wegeventile 18, 20, 22 ein Steuersignal
abgibt, so dass das dem lastniedrigsten Verbraucher zugeordnete Wegeventil – im
vorliegenden Fall das Wegeventil 22 – in Richtung
einer Öffnung der Druckmittelverbindung zwischen dem Arbeitsanschluss
A und dem Umsteueranschluss U verstellt wird.
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Bei
LUDV- oder LS-Systemen kann der niedrigste Lastdruck direkt über
die Sensoren 26, 28, 32 erfasst werden.
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Gemäß 1 und 2 sind
sämtliche Umsteueranschlüsse U der Wegeventil 18, 20, 22 mit
einem Umlaufkanal 58 verbunden, der zum Druck- oder Eingangsanschluss
P des Hydromotors 14 führt. Dessen Tankanschluss
T ist über eine Tankleitung 60 mit einem Tank 62 verbunden.
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Wie
des Weiteren 1 entnehmbar ist, ist stromabwärts
jedes Umsteueranschlusses U der Wegeventile 20 jeweils
ein in Richtung zum Hydromotor 14 öffnendes Rückschlagventil 64, 66, 68 vorgesehen, über
das eine Druckmittelströmung von dem Umlaufkanal 58 in
Richtung zum Verbraucher 2, 4, 6 verhindert
wird.
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Die
Anbindung der beiden anderen Verbraucher 2, 4 an
den Steuerblock 10 und an die Umsteueranordnung 12 ist
entsprechend der Anbindung des dritten Verbrauchers 6 ausgeführt,
der anhand 2 ausführlich erläutert
ist – es wird der Einfachheit halber verzichtet, die entsprechenden,
den Verbrauchern 2, 4 zugeordneten Kanäle
und Leitungen mit Bezugszeichen zu versehen.
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Das
Druckmittel wird von der Pumpe 8 über einen gemeinsamen
Zulaufkanal 70 zu den den Verbrauchern 2, 4, 6 zugeordneten
Wegeventilelementen des Steuerblocks 10 gefördert.
Das von den lasthöheren Verbrauchern 2, 4 zurückströmende
Druckmittel wird über diese Wegeventilelemente zum Tank 62 zurückgeführt – dieser
Druckmittelströmungspfad ist in 1 der Einfachheit
halber nicht dargestellt.
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Die
Verstellung des Hydromotors 14 erfolgt ebenfalls elektrisch
in Abhängigkeit von den Lastdrücken, die von den
Sensoren 24, 26; 28, 30; 32, 34 erfasst
werden. Eine derartige elektronische Verstelleinrichtung 16 kann
beispielsweise so ausgeführt sein, wie sie in 1 unten
rechts dargestellt ist. Eine derartige Verstelleinrichtung 16 hat
einen Stellzylinder 72, der in seiner federvorgespannten
Grundposition das Schluckvolumen des Hydromotors 14 auf
0 stellt. Zur Erhöhung des Schluckvolu mens kann der Stellzylinder 72 über
ein Druckminderventil 74 mit einem Steuerdruck beaufschlagt
werden, dessen Größe über die Steuereinheit
CU vorgegeben ist. Dazu kann das Druckminderventil 74 elektrisch
betätigbar oder selbst über einen Steuerdruck
verstellbar sein, der von der Steuereinheit CU vorgegeben ist. Derartige
Stelleinrichtungen für Hydromotoren 14 sind bekannt,
so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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In 1 ist
mit dem Bezugszeichen 8' eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen
Drosselsteueranordnung dargestellt. Demgemäß kann
zur kostengünstigen Druckmittelversorgung der Verbraucher 2, 4, 6 die
Pumpe 8 aus zwei Pumpeinheiten 82, 84 gebildet
sein, die parallel zueinander geschaltet sind und von einem gemeinsamen
Motor M und vom Hydromotor 14 angetrieben werden. Auf diese
Weise lässt sich mit vergleichsweise kleinen Pumpen ein hoher
Druckmittelvolumenstrom gewährleisten.
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Werden
nunmehr die drei Verbraucher 2, 4, 6 beispielsweise
mit den oben genannten Lastdrücken (100 bar, 70 bar, 50
bar) betrieben, so wird bei einer Drosselsteuerung über
die beiden Drucksensoren 32, 34 am lastniedrigsten
Verbraucher 6 eine Druckdifferenz von etwa 0 bar detektiert
und von der Steuereinheit CU ein Stellsignal generiert, über
das das stetig verstellbare Wegeventil 22 verstellt wird,
so dass die Verbindung vom Arbeitsanschluss A zum Umsteueranschluss
U aufgesteuert wird und entsprechend die Druckmittelverbindung vom
Rücklaufanschluss R zum Steuerblock 10 angedrosselt
und Druckmittel bei Umgehung des Steuerblocks 10 vom Ringraum 46 über
das Wegeventil 22 und das sich öffnende Rückschlagventil 68 in
den Umlaufkanal 58 fließt. Das über den
Umlaufkanal 58 abströmende Druckmittel treibt
den Hydromotor 14 an, dessen Schluckvolumen – wie
vorstehend erläutert – in Abhängigkeit
vom Lastdruck des lastniedrigsten Verbrauchers 6 eingestellt
wird. Über den Hydromotor 14 wird somit Druckmittel
im Druckmittelströmungspfad zum Ringraum 6 angestaut.
Im Umlaufkanal 58 baut sich ein Druck auf, der über
die Steuerleitung 49 abgegriffen und in Richtung der Feder 48 auf
den Ventilschieber des Wegeventils 22 wirkt, so dass der Ventilschieber
durch die Feder 48 und diesen Steuerdruck in der Steuerleitung 49 einerseits
und durch die Kraft des Proportionalmagneten 50 andererseits
beaufschlagt ist. Dieser Steuerdruck wirkt auch auf die beiden anderen
Wegeventile 18, 20 in Schließrichtung,
so dass diese in ihren dargestellten Grundpositionen gehalten werden.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn die Steuereinheit CU zu Beginn der Ansteuerung
der Verbraucher 2, 4, 6 aus der Auswertung
der Drucksignale entschei det, welcher der lastniedrigere Verbraucher
ist und dann das entsprechende Wegeventil 18, 20, 22 verstellt – eine
nachfolgende Lastdruckänderung wird dann nicht berücksichtigt.
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Bei
der vorbeschriebenen Steuerung ist die Umsteueranordnung 12 mit
elektrisch betätigbaren Wegeventilen 18, 20, 22 ausgeführt. 3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steueranordnung 12 mit
hydraulisch betätigten Wegeventilen 18, 20 ausgebildet
ist. Bei dieser Lösung wird über Steuerkanäle 76, 78 der
jeweilige Lastdruck im bodenseitigen Zylinderraum 36, 38 abgegriffen
und zu der in Richtung der Feder 48 wirksamen Steuerfläche
des zugeordneten Wegeventils 18, 20 und zu der
in Gegenrichtung, d. h. in Richtung Aufsteuern der Druckmittelverbindung
zum Hydromotor 14 wirksamen Steuerfläche des jeweils
anderen Wegeventils 20, 18 geführt. D.
h. bei dieser Variante sind die Wegeventile 18, 20 durch
die Lastdruckdifferenz beaufschlagt, wobei in Umschaltrichtung (Öffnung
der Druckmittelverbindung zum Hydromotor 14) jeweils der
Lastdruck des anderen Verbrauchers wirkt.
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Die
Verstellung des Schluckvolumens des Hydromotors 14 erfolgt über
eine Regeleinheit 86, die im Wesentlichen aus dem Stellzylinder 72 und
einem Regelventil 88 besteht. Dieses ist als stetig verstellbares
3-Wege-Ventil ausgeführt, dessen Eingangsanschluss P über
einen Druckkanal 90 mit dem Zulaufkanal 70 verbunden
ist. Der Stellzylinder 72 ist über eine Stellleitung 92 mit
dem Ausgangsanschluss A verbunden. Das Regelventil 88 hat
des Weiteren einen mit dem Tank T verbundenen Tankanschluss S. Die
Einstellung des Regelventils 88 erfolgt in Abhängigkeit
von der Lastdruckdifferenz der beiden Verbraucher 2, 4.
Es sei angenommen, dass der Lastdruck des Verbrauchers 2 der
Druck p1 im Druckraum 36 und der
Lastdruck des weiteren Verbrauchers 4 der Druck p2 im Zylinderraum 38 des Verbrauchers 4 ist.
Gemäß der Darstellung in 3 ist das
Regelventil 88 in Richtung einer Verbindung des Ausgangsanschlusses
A mit dem Tankanschluss S über eine Feder 94 und über
den größeren der Lastdrücke p1, p2 beaufschlagt,
der von den Steuerkanälen 76, 78 über
ein Wechselventil 96 abgegriffen wird. In Gegenrichtung,
d. h. in Richtung einer Verbindung des Druckanschlusses P mit dem
Ausgangsanschluss A wirkt der kleinere der beiden Lastdrücke
p1, p2, der über
ein inverses Wechselventil 98 von den Steuerkanälen 76, 78 abgegriffen
ist.
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Es
sei nun angenommen, dass der Verbraucher 2 der lastdruckhöhere
Verbraucher ist. Entsprechend wirkt dieser höhere Lastdruck
gemeinsam mit der Feder 48 auf das Wegeventil 18,
so dass dieses in seiner dargestellten Position verbleibt und das Druckmittel über
den Steuerblock vom Ringraum 42 abströmt. Das
dem lastnied rigeren Verbraucher 4 zugeordnete Wegeventil 20 ist
vom höheren Lastdruck des Verbrauchers 2 in Umsteuerrichtung
beaufschlagt. In Gegenrichtung wirkt die Feder 48 und der niedrige
Lastdruck im Zylinderraum 38. Durch den höheren
Lastdruck des Verbrauchers 2 wird die Druckmittelverbindung
zum Umlaufkanal 58 aufgesteuert, so dass der Hydromotor 14 mit
Druckmittel versorgt wird. Wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
wird dann über den Hydromotor 14 die Pumpe 8 mit
angetrieben, so dass der Antrieb M entlastet wird. Die Einstellung
des Schwenkwinkels des Hydromotors 14 erfolgt ebenfalls
in Abhängigkeit von den beiden vorgenannten Lastdrücken.
In dem Fall, in dem der Lastdruck p1 am
Verbraucher 2 höher als der Lastdruck p2 des anderen Verbrauchers 4 ist,
wird dieser höhere Lastdruck über das Wechselventil 96 an
die in Richtung der Feder 94 wirksame Steuerfläche
des Regelventils 88 geführt, während
der kleinere Lastdruck p2 über
das inverse Wechselventil 98 auf die in Gegenrichtung wirksame
Steuerfläche des Regelventils 88 wirkt. Durch
diese Lastdruckdifferenz und die Kraft der Feder 94 wird
der Ausgangsanschluss A mit dem Tankanschluss S verbunden, so dass
Druckmittel vom Stellzylinder 72 zum Tank T abströmen
kann und der Schwenkwinkel zurück genommen wird und somit
entsprechend der Druck im Umlaufkanal 58 ansteigt, bis
der kleinere Lastdruck p2 nur noch um das
Druckäquivalent der Feder 94 kleiner ist als der
Lastdruck p1.
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Bei
der Variante gemäß 3 sind jeweils zwei
Verbraucher 2, 4 einem Hydromotor 14 zugeordnet.
Sollten mehrere Verbraucher in der dargestellten Weise angesteuert
werden, könnten immer jeweils zwei weiteren Verbrauchern
ein Hydromotor 14 zugeordnet werden.
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Die
mit der erfindungsgemäßen Steuerung mögliche
Energieeinsparung ist anhand der schematischen Darstellung in 4 erläutert.
In 4 oben sind dabei die Verhältnisse bei
einer herkömmlichen Steuerung gemäß den
vorgenannten Datenblättern dargestellt, das in 4 unten
dargestellte Diagramm zeigt die Verhältnisse bei einer
erfindungsgemäßen Steuerung, wobei jeweils die
Lastdrücke P über dem Druckmittelvolumenstrom
Q dargestellt sind. Nimmt man – wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
an, dass der Verbraucher 2 der lasthöchste und
der Verbraucher 6 der lastniedrigste Verbraucher ist, so
wären, wie in 4 oben dargestellt, die Drosselverluste
am Verbraucher 2 etwa gleich Null, da hier der Lastdruck
etwa dem sich einstellenden Pumpendruck entspricht. Beim zweiten Verbraucher 4 sind
Drosselverluste vorhanden, da der Pumpendruck abgedrosselt werden
muss. Diese Verluste sind beim lastniedrigsten Verbraucher (50 bar)
am höchsten, da hier eine Abdrosselung entsprechend der
Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem Lastdruck erforderlich
ist. Diese Verluste an den Druckwaagen der LS-/LUDV-Systeme oder
durch die Drosselung im Rücklauf von den Verbrauchern 4, 6 bei
einer Drosselsteuerung sind in 4 oben schraffiert
dargestellt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung
sind die Drosselverluste am lastniedrigsten Verbraucher 6 demgegenüber
vernachlässigbar, da die hydraulische Energie des vom Verbraucher 6 abströmenden
Druckmittels zum Antrieb des Motors verwendet wird – die
Drosselverluste über die gesamte Anlage entsprechen dann
etwa den Drosselverlusten am Verbraucher 4.
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Offenbart
ist eine hydraulische Steueranordnung mit einer Pumpe, über
die mehrere Verbraucher, vorzugsweise drei oder mehr Verbraucher
mit Druckmittel versorgbar sind. Die Druckmittelversorgung erfolgt über
eine Wegeventilanordnung, die als LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung
ausgeführt sein kann. Erfindungsgemäß ist
einem lastniedrigen Verbraucher ein Hydromotor nachgeschaltet, der
von dem von diesem Verbraucher abströmenden Druckmittel
angetrieben wird.
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- 2
- Verbraucher
- 4
- Verbraucher
- 6
- Verbraucher
- 8
- Pumpe
- 10
- Steuerblock
- 12
- Umsteueranordnung
- 14
- Hydromotor
- 16
- Versteileinrichtung
- 18
- Wegeventil
- 20
- Wegeventil
- 22
- Wegeventil
- 24
- Drucksensor
- 26
- Drucksensor
- 28
- Drucksensor
- 30
- Drucksensor
- 32
- Drucksensor
- 34
- Drucksensor
- 36
- Zylinderraum
- 38
- Zylinderraum
- 40
- Zylinderraum
- 42
- Ringraum
- 44
- Ringraum
- 46
- Ringraum
- 48
- Feder
- 49
- Steuerleitung
- 50
- Proportionalmagnet
- 52
- Rücklaufleitung
- 54
- Rücklaufkanal
- 56
- Vorlaufkanal
- 58
- Umlaufkanal
- 60
- Tankleitung
- 62
- Tank
- 64
- Rückschlagventil
- 66
- Rückschlagventil
- 68
- Rückschlagventil
- 70
- Zulaufkanal
- 72
- Stellzylinder
- 74
- Druckminderventil
- 76
- Steuerkanal
- 78
- Steuerkanal
- 82
- Pumpeinheit
- 84
- Pumpeinheit
- 86
- Regeleinheit
- 88
- Regelventil
- 90
- Druckkanal
- 92
- Stellleitung
- 94
- Feder
- 96
- Wechselventil
- 98
- inverses
Wechselventil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/088399
A1 [0006]