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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung
von hydraulischen Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie eine Wegeventilsektion für
eine derartige Steueranordnung.
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Derartige
hydraulische Steueranordnungen werden beispielsweise in der Mobilhydraulik
verwendet. So werden beispielsweise in der Forstwirtschaft von einem
geländegängigen Arbeitsgerät getragene Maschinenaggregate
eingesetzt, die Teilarbeiten der Holzernte, wie beispielsweise Fällen,
Entasten, Entrinden, Sammeln, Ablegen ausführen können.
So genannte Vollernter (Harvester) werden dabei eingesetzt, um die
Hölzer vom Stock zu trennen, zu entasten, einzuschneiden
und die abgelängten Hölzer zu sammeln. Ein dazu
eingesetzter, an einem Kran des Arbeitsgerätes getragener
Harvesterkopf hat Greifer, Vorschubwalzen und eine Säge
zum Fällen, Bewegen, Entasten und Ablängen der
Hölzer. All diese Aggregate werden hydraulisch betätigt,
wobei die Ansteuerung üblicherweise über einen
Mobilsteuerblock des Arbeitsgerätes erfolgt.
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Häufig
ist eine derartige Steueranordnung als LS-System ausgeführt,
wobei eine bedarfsstromgeregelte Verstellpumpe in Abhängigkeit
vom höchsten Lastdruck der gleichzeitig betätigten
hydraulischen Verbraucher durch ein LS-Pumpenregelventil derart
verstellt wird, dass der Pumpendruck stets um ein vorbestimmtes Δp
oberhalb des höchsten Lastdrucks der Verbraucher liegt.
Der Druckmittelvolumenstrom zu den einzelnen Verbrauchern des Harvesterkopfes
wird dabei über jeweils eine Wegeventilsektion des Mobilsteuerblocks
eingestellt, wobei diese Wegeventilsektion üblicherweise
eine verstellbaren Zumessblende – gebildet durch ein proportional
verstellbares Wegeventil – und eine LS- oder LUDV-Druckwaage
aufweist.
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Der
Harvesterkopf einer Forstmaschine ist ein mit vielen Funktionen
ausgestattetes Produkt, bei dem die für die vielen Funktionen
notwendigen Gerätekomponenten auf engem Raum untergebracht
werden und deshalb möglichst klein bauen sollen. Auch die
für die Steuerung der hydraulischen Verbraucher an einem
Harvesterkopf notwendigen hydraulischen Ventile, die üblicherweise
direkt am Harvesterkopf untergebracht sind, sollen möglichst
wenig Raum beanspruchen.
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Will
man mit einer Kettensäge einen Schnitt zum Beispiel zum
Ablängen von gefällten Baumstämmen machen,
so ist die Säge vor dem Eintritt in das Holz auf maximale
Geschwindigkeit zu bringen, um dann mit möglichst hoher
Kettengeschwindigkeit möglichst schnell durch den Stamm
zu fahren. Da mit Harvestern vor allem Schwachholz geerntet wird,
das relativ schnell durchgesägt ist, geht die Zeit, die
für das Hochfahren der Säge auf hohe Geschwindigkeit notwendig
ist, merklich in die für einen Schnitt notwendige Zeit
ein.
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Bei
aufgrund der Platzverhältnisse für die Unterbringung
gegebener Ventilgröße kann man den Durchfluss
erhöhen, indem man die Druckdifferenz über eine
Zumessblende größer als üblich werden lässt,
indem man zum Beispiel eine dem Wegeventil zugeordnete Individualdruckwaage
beeinflusst. Die Verstellpumpe muss natürlich so eingestellt
werden oder von vorneherein so eingestellt sein, dass sie die die
größere Druckdifferenz verursachende Druckmittelmenge
auch liefert.
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Eine
große Druckmittelmenge, das heißt eine hohe Geschwindigkeit
oder Drehzahl des hydraulischen Verbrauchers, zum Beispiel der Kettensäge
am Harvesterkopf, und eine hohe Dynamik, das heißt ein
schnelles Ausschwenken der Verstellpumpe erhält man – insbesondere
auch bei hydraulischen Verbrauchern, deren Lastdruck von ihrer Geschwindigkeit
oder Drehzahl abhängt –, wenn die Meldeleitung
zum Pumpenregelventil mit der Zulaufleitung zum Wegeventil verbunden
wird, also ein gegenüber dem Lastdruck erhöhter
Druck, insbesondere auch der Pumpendruck selbst an das Pumpenregelventil gemeldet
wird.
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Eine
derartige willkürliche Erhöhung des dem LS-Pumpenregelventil
gemeldeten Druckes kann beispielsweise mittels einer in der
DE 199 30 618 A1 oder
der
DE 37 13 824 A1 beschriebenen Steueranordnung
bewirkt werden. Bei diesen bekannten Lösungen ist zur Erhöhung
des an den LS-Pumpenregler gemeldeten Druckes ein gesondertes Ventil
vorgesehen, über das die üblicher Weise den Lastdruck
führende, mit dem LS-Pumpenregler verbundene LS-Leitung
mit dem Pumpendruck beaufschlagt wird, so dass die Pumpe bei Betätigung des
gesonderten Ventils auf Maximaldruck geht und somit ein hydraulischer
Verbraucher mit einer hohen Dynamik betrieben werden kann. D. h.
bei diesen bekannten Lösungen wird der entsprechende Verbraucher
dann durch ein Konstantdrucksystem angesteuert.
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Nachteilig
bei dieser bekannten Lösung ist, dass ein erheblicher vorrichtungstechnischer
Aufwand erforderlich ist, da zum Aufschalten des Pumpendruckes auf
den LS-Pumpenregler ein externes Ventil erforderlich ist.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung sowie
eine Wegeventilsektion zu schaffen, über die ein hydraulischer
Verbraucher mit hoher Dynamik ansteuerbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 oder ein Wegeventilsektion mit den Merkmalen
des nebengeordneten Patentanspruches 13 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat
die hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung von hydraulischen
Verbrauchern eine bedarfsstromgeregelte Verstellpumpe, deren Einstellung
in Abhängigkeit von einem in einer Meldeleitung anstehenden
Meldedruck durch ein LS-Pumpenregelventil veränderbar ist.
Die Steueranordnung hat ein Wegeventil mit einem Ventilschieber, über
den eine Zumessblende steuerbar ist, die im Druckmittelströmungspfad
zwischen einer von der Pumpe gespeisten Zulaufleitung und einer
zum Verbraucher führenden Verbraucherleitung angeordnet
ist. Die Meldeleitung kann durch Verbinden mit der Zulaufleitung
mit einem gegenüber dem Lastdruck des Verbrauchers erhöhten
Meldedruck beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß erfolgt dies
dadurch, dass die Meldeleitung durch Verstellen des Ventilschiebers
mit der Zulaufleitung verbindbar ist. Die erfindungsgemäße,
für eine derartige hydraulische Steueranordnung geeignete
Wegeventilsektion ist entsprechend ausgebildet.
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Bei
dieser Lösung wird bei Ansteuerung des Verbrauchers und
der damit einher gehenden Verstellung der zugeordneten Zumessblende
ein höherer Druck als der eigentliche Lastdruck an den LS-Pumpenregler
gemeldet, so dass die Pumpe entsprechend verstellt wird und der
Pumpendruck gegenüber eine Lösung, bei der lediglich
der aktuelle Lastdruck zum LS-Pumpenregler gemeldet wird, stark
ansteigt und somit der Verbraucher mit hoher Dynamik angesteuert
werden kann. Die hydraulische Steueranordnung arbeitet dann bei
Ansteuerung des Verbrauchers unter Umständen als Konstantdrucksystem
mit einem künstlich angehobenen, an den LS-Pumpenregler
gemeldeten Druck. Bei alleiniger Aktivierung der anderen Verbraucher
arbeitet die hydraulische Steueranordnung in herkömmlicher
Weise als LS-System, wobei dann die LS-Verstellpumpe in Abhängigkeit
vom höchsten Lastdruck dieser anderen Verbraucher angesteuert
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung
besteht darin, dass zum Aufschaltendes Pumpendrucks kein externes
Ventil erforderlich ist, da diese Aufschaltung in die dem entsprechenden Verbraucher
zugeordnete Zumessblende integriert ist.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn die Zumessblenden jeweils durch ein Wegeventil
einer Wegeventilsektion eines Mobilsteuerblocks gebildet sind, wobei
jede Sektion einen LS-Anschluss hat, der über die Meldeleitung
mit dem Pumpenregler verbindbar ist. In der dem Konstantdruck-Verbraucher zugeordneten
Wegeventilsektion ist dieser LS-Anschluss über einen Meldekanal
mit der Zulaufleitung verbindbar.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn zumindest dem Wegeventil des Konstantdruck-Verbrauchers
eine Individualdruckwaage zugeordnet ist. Diese ist vorzugsweise
als LS-Druckwaage ausgeführt, die in Öffnungsrichtung
vom Druck in der LS-Leitung sowie der Kraft einer Feder und in Schließrichtung
vom Druck stromaufwärts der Zumessblende beaufschlagt ist.
Diese LS-Druckwaage ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Meldeleitung erst
nach einem vorbestimmten Öffnungsquerschnitt der Zumessblende
aufgesteuert wird, so dass der Verbraucher zunächst nach
einer LS-Steuerung mit Druckmittel versorgt wird, wobei über
die LS-Druckwaage der Druckmittelvolumenstrom über die
Zumessblende lastdruckunabhängig konstant gehalten wird
und die LS-Verstellpumpe in Abhängigkeit vom Lastdruck
dieses Verbrauchers angesteuert wird. Sobald die Zumessblende den
vorbestimmten Öffnungsquerschnitt erreicht hat, wird die
Meldeleitung aufgesteuert und entsprechend ein erhöhter
Druck an den Eingang des LS-Pumpenreglers angelegt, so dass der
Pumpendruck entsprechend ansteigt.
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Bei
einer Variante der Erfindung ist die LS-Druckwaage mit einer Lasthaltestellung
ausgeführt, in der bei einer Untersättigung der
Pumpe der Druckmittelvolumenstrom aus der dem Verbraucher zugeordneten
Wegeventilsektion nicht abströmen kann.
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Zur
Begrenzung des Pumpendrucks kann ein herkömmlicher Weise
bei LS-Systemen verwendetes LS-Druckbegrenzungsventil eingesetzt
werden, dass in der LS-Leitung vorgesehen ist.
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Die
erfindungsgemäße Steueranordnung lässt
sich besonders kompakt ausführen, wenn der Meldekanal in
einen Ventilschieber des Wegeventils integriert ist.
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Diese
Integration des Meldekanals in den Ventilschieber kann beispielsweise
dadurch erfolgen, dass dieser von einem Verbindungskanal abzweigt, der
einen stromabwärts der Zumessblende gelegenen Abschnitt
eines Verbraucherkanals mit der Meldeleitung verbindet. Der Meldekanal
zweigt dabei zwischen zwei Düsen ab, wobei im Meldekanal
selbst eine Meldedüse angeordnet ist. Durch letztere und die
stromabwärts der Zumessblende gelegene Düse wird
ein Stromteiler gebildet, an dem der höhere Meldedruck
abgegriffen wird.
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Bei
einer alternativen Lösung ist in dem Fluidpfad zur Meldeleitung
eine Längsbohrung des Ventilschiebers ausgebildet, in der
eine Radialbohrung mündet, über die nach einem
vorbestimmten Hub des Ventilschiebers eine Druckmittelverbindung
zur Zulaufleitung hergestellt wird.
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Dabei
kann eine zweite Radialbohrung des Ventilschiebers vorgesehen werden,
deren Öffnungsquerschnitt kleiner als derjenige der ersten
Radialbohrung ist.
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Die
erfindungsgemäße hydraulische Steueranordnung
und das erfindungsgemäße Verfahren sind besonders
vorteilhaft in der Mobilhydraulik, beispielsweise bei einem Harvesterkopf
einsetzbar.
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Die
erfindungsgemäße LS-Wegeventilsektion ist entpsrechend
der vorstehenden Ausführung ausgebildet.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Schaltschema eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
einer hydraulischen LS-Steueranordnung zur Druckmittelversorgung
eines Verbrauchers, wobei zur Meldung eines erhöhten Druckes
ein Druckteiler aus zwei kleinen Düsen im Bypass zur Zumessblende
dient;
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1a das
Schaltbild einer Variante des Wegeventils aus 1,
wobei der Druck unmittelbar stromauf der Zumessblende für
die Meldung abgegriffen wird;
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2 ein
Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Steueranordnung
mit einer LS-Wegeventilsektion mit einer Individualdruckwaage ohne
Lasthaltung.
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3 ein
Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Steueranordnung
mit einer LS-Wegeventilsektion, die eine mit Lasthaltefunktion ausgeführte Individualdruckwaage
aufweist;
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Steueranordnung
mit einer LS-Wegeventilsektion, wobei bei kleinem Hub des Steuerkolbens
des Wegeventils der Lastdruck und bei größerem
Hub ein erhöhter Druck in die Meldeleitung gegeben wird.
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5 eine
konkrete Lösung der Wegeventilsektion gemäß 4 und
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5a eine
Variante der Lösung nach 5.
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Bei
mobilen Arbeitsgeräten, beispielsweise einem in der Forstwirtschaft
eingesetzten Fahrzeug mit einem an einem Kran gehaltenen Harvesterkopf, erfolgt
die Druckmittelversorgung der einzelnen hydraulischen Verbraucher,
beispielsweise von Greifern, Vorschubwalzen, Sägen oder
den Hydraulikzylindern zur Verstellung des Krans über vorzugsweise mehrere
LS-Mobilsteuerblöcke, die eine Vielzahl von Wegeventilsektionen
aufweisen, die jeweils einem der vorgenannten Verbraucher zugeordnet
sind. 1 zeigt ein Schaltschema einer hydraulischen Steueranordnung
mit einer derartigen Wegeventilsektion zur Ansteuerung eines hydraulischen
Verbrauchers, beispielsweise eines hydraulischen Antriebs einer
Säge eines Harvesterkopfes.
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Gemäß der
in 1 dargestellten hydraulischen Steueranordnung
wird der Antrieb, im vorliegenden Fall ein Hydromotor 1, über
eine strichpunktiert angedeutete Wegeventilsektion 2 eines
Mobilsteuerblocks mit einer LS-Verstellpumpe 6 und mit
einem Tank T verbunden. Die LS-Verstellpumpe 6 kann beispielsweise
als Axialkolbenpumpe ausgeführt sein, deren Schwenkwinkel über
einen LS-Pumpenregler 8 verstellbar ist. Der Druckanschluss
der Verstellpumpe 6 ist über eine Zulaufleitung 10 mit
einem Eingangsanschluss P eines Wegeventils 24 der Wegeventilsektion 2 verbunden.
Das Wegeventil 24 hat des Weiteren einen Tankanschluss
T, der über eine Ablaufleitung 12 mit dem Tank
T verbunden ist. Zwei Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 24 sind über eine
Vorlaufleitung 14 und eine Rücklaufleitung 16 mit
dem Zulaufanschluss bzw. dem Ablaufanschluss des Hydromotors 1 verbunden.
Das Wegeventil 24 hat des Weiteren einen LS-Anschluss,
der über eine Lastmeldeleitung 18 und eine Wechselventilkaskade von
der in 1 nur ein Wechselventil 20 dargestellt ist,
mit einer LS-Leitung 22 verbunden ist. Über die Wechselventilkaskade
wird der höchste Lastdruck aller über den Mobilsteuerblock
angesteuerten Verbraucher abgegriffen und in die LS-Leitung 22 gemeldet.
Der Druck in der LS-Leitung 22 liegt am LS-Pumpenregler 8 an,
wobei dieser den Schwenkwinkel der LS-Verstellpumpe 6 derart
verstellt, dass sich ein um ein vorbestimmtes Δp, beispielsweise
um 20 bar, über dem Druck in der LS-Leitung liegender Pumpendruck
einstellt.
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Das
stetig verstellbare Wegeventil 24 ist über eine
Zentrierfederanordnung 26 in eine Grundposition (0) vorgespannt
ist, in der die Anschlüsse P, A und B gesperrt sind. Die
Lastmeldeleitung 18 ist in dieser Grundposition (0) mit
der Ablaufleitung 12 verbunden. Über nicht dargestellte
Vorsteuerventile oder über Proportionalmagnete kann ein
Ventilschieber des Wegeventils 24 in Richtung seiner mit
(a) gekennzeichneten Positionen verschoben werden.
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In
diesen Stellpositionen wird der Querschnitt einer Zumessblende 28 zwischen
dem Eingangsanschluss P und dem Arbeitsanschluss A sowie ein Ablaufquerschnitt
zwischen dem Arbeitsanschluss B und dem Tankanschluss P aufgesteuert,
so dass Druckmittel über die Vorlaufleitung 14 zum
Hydromotor 1 strömen und von dessen Niederdruckseite über
die Rücklaufleitung 16 und das Wegeventil 24 zum
Tank T abströmen kann. In diesen Positionen (a) ist des
Weiteren die Verbindung zu einem in 1 lediglich
angedeuteten Lastmelderaum 30 abgesperrt und ein Lastmelderaum 32 mit
der Lastmeldeleitung 18 verbunden. Im Lastmelderaum 32 kann – wie
im Folgenden noch erläutert wird – ein LS-Druckbegrenzungsventil
zur Begrenzung des maximalen, zum LS-Pumpenregler 8 gemeldeten
Drucks vorgesehen sein.
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Gemäß der
Darstellung in 1 zweigt stromaufwärts
der Zumessblende 28 im Wegeventil 24 ein Meldekanal 34 mit
vergleichsweise geringem, eine Meldedüse 36 bildenden
Querschnitt ab. Dieser Meldekanal 34 mündet in
einem in dem Ventilschieber des Wegeventils 24 integrierten
Verbindungskanal 38 im Bereich zwischen zwei Düsenquerschnitten 40, 42.
Der Verbindungskanal 38 verbindet einen stromabwärts
der Zumessblende 28 gelegenen Bereich des Wegeventils 24 mit
der Lastmeldeleitung 18. Durch diesen Meldekanal 34 und
den mit dem Düsenquerschnitt 42 versehenen Teil
des Verbindungskanals 38 wird ein Bypass ausgebildet, in
dem die beiden Düsen 30, 42 einen Druckteiler
bilden, an dem über den Düsenquerschnitt 40 der
erhöhte Meldedruck abgegriffen wird.
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Durch
die Düsen 36, 40 und 42, die,
wie aus 5 hervorgeht, Bohrungen kleinen
Durchmessers im Steuerkolben sind, ist gewährleistet, dass
durch die Kanäle abseits der Zumessblende nur kleine Mengen
Druckmittel fließen. Es genügt ein kleines Druckbegrenzungsventil
zur Begrenzung des Drucks im Kanal 18. Die Verluste sind
bei Ansprechen der Druckbegrenzungsfunktion gering.
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Zum
Betrieb des Hydromotors 1 wird, wenn dieser die Kettensäge
an einem Harvesterkopf antreibt, das Wegeventil in Richtung der
mit (a) gekennzeichneten Positionen üblicherweise maximal
ausgelenkt. Zumindest in dieser Position sind die Düsen 36 und 42 zum
Anschluss P und zum Anschluss A des Wegeventils hin offen. Parallel
zur Zumessblende 28 fließt eine geringe Druckmittelmenge über
die Düsen 36 und 42 von P nach A. Zwischen
den beiden Düsen stellt sich ein zwischen dem Druck in
P und dem Druck in A liegender Druck ein, der über die
Düse 40 in den Lastmeldekanal 18 und
zum Pumpenregler 8 gemeldet wird. Dieser wiederum verstellt
die Pumpe 6 so, dass der Druck in P um das Pumpen-Δp über dem
gemeldeten Druck liegt. Dies bedeutet, dass der Druckabfall über
die Düse 36 gleich dem Pumpen-Δp ist.
Die im Bypass zur Zumessblende fließende Druckmittelmenge
ergibt sich aus dem Durchflussquerschnitt der Düse 36 und
dem Drückabfall über diese Düse, also
dem Pumpen-Δp. Diese Druckmittelmenge fließt auch über
die Düse 42 und erzeugt an dieser einen Druckabfall,
der von deren Durchflussquerschnitt abhängt. Durch die
Wahl des Durchflussquerschnitts der Düse 42 im
Vergleich zum Durchflussquerschnitt der Düse 36 kann
man also festlegen, um wie viel höher der gemeldete Druck über dem
Druck in A liegt. Ist zum Beispiel der Durchflussquerschnitt der
Düse 42 genauso groß wie der Durchflussquerschnitt
der Düse 36, dann liegt der gemeldete Druck um
das Pumpen-Δp über dem Druck in A. Die Verstellpumpe
wird dann auf eine solche Fördermenge (normale Fördermenge
ohne Düse 36 multipliziert mit Wurzel von 2) eingestellt,
dass diese über die Zumessblende 28 einen Druckabfall
erzeugt, der doppelt so groß wie das Pumpen-Δp
ist. Die Verstellpumpe wird wegen des gegenüber dem Lastdruck
im Anschluss A des Wegeventils erhöhten gemeldeten Drucks
schnell auf eine hohe Fördermenge, eventuell auf maximale
Fördermenge verstellt, sofern diese maximale Fördermenge
den durch das Pumpen-Δp und die Durchflussquerschnitte
der Düsen 36 und 42 vorgesehenen Druckabfall über
die Zumessblende 28 noch nicht erzeugt. Unterhalb der maximalen
Fördermenge bliebe die Pumpe, wenn der Druckregler, mit
dem ein LS-Verstellpumpe zur Maximaldruckabsicherung üblicherweise
auch ausgestattet ist, oder ein an die Lastmeldeleitungen 18 oder 22 angeschlossenes
Druckbegrenzungsventil ansprechen würde.
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In
der Variante des Wegeventils 24 nach 1a fehlt
als Grenzfall der Variante nach 1 die Düse 42 aus 1.
Hier wird genau der Druck im Anschluss P des Wegeventils, also der
Pumpendruck über die Düsen 36 und 40 in
den Lastmeldekanal 18 gemeldet, sofern nicht an den Kanal 18 oder 22 ein Druckbegrenzungsventil
angeschlossen ist, das anspricht. Gibt es ein solches Druckbegrenzungsventil nicht,
sind die beiden Düsen nicht notwendig. Im Fall des Vorhandenseins
eines Druckbegrenzungsventils genügt an sich eine der beiden
Düsen. Soweit beide vorhanden, addieren sie sich in ihrer
Wirkung. Auch wenn aktuell nicht notwendig, sind sie eingezeichnet, sofern
sie in der konstruktiven Ausführung Durchflussquerschnittsverengungen
gegenüber den anderen LS-Fluidpfadabschnitten darstellen.
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Fehlt
wie bei der Variante nach 1a der Bypass
zur Zumessblende 28, schwenkt die Pumpe besonders schnell
auf maximale Fördermenge aus, da an das LS-Pumpenregelventil
der Pumpendruck gemeldet wird, es sei denn, dass vorher die Druckabschneidung
der Pumpenregelung greift oder ein an eine LS-Leitung angeschlossenes
Druckbegrenzungsventil anspricht.
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Bei
Verstellung des Wegeventils 24 in die mit (b) gekennzeichneten
Positionen wird die zwischen dem Eingangsanschluss P und dem Arbeitsanschluss
B liegende Zumessblende 28 aufgesteuert und die Druckmittelverbindung
vom Arbeitsanschluss A zum Tank T geöffnet, so dass der
Hydromotor 1 mit umgekehrter Drehrichtung antreibbar ist.
In diesen Positionen wird der tatsächliche Lastdruck stromabwärts
der Zumessblende 28 abgegriffen und über die Lastmeldeleitung 18,
das Wechselventil 20 und die LS-Leitung 22 zum
LS-Pumpenregler 8 gemeldet, so dass die Einstellung der
Pumpe in Abhängigkeit vom tatsächlichen Lastdruck
erfolgt. Prinzipiell kann jedoch auch bei Verstellung des Wegeventils 24 in Richtung
(b) über einen dem Meldekanal 34 entsprechenden
Kanal der Pumpendruck an den Pumpenregler 8 gemeldet werden,
so dass die Druckmittelversorgung des Hydromotors 1 auch
in Abhängigkeit vom Pumpendruck erfolgt.
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Die
in 1 dargestellte Steueranordnung wird vorzugsweise
dann eingesetzt, wenn sehr große Druckmittelmengen über
die Wegeventilsektion 2 strömen sollen.
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2 zeigt
eine Variante der Steueranordnung gemäß 1,
wobei der prinzipielle Aufbau im Wesentlichen identisch ist, so
dass nur die Unterschiede zu 1 erläutert
werden und im übrigen für einander entsprechende
Bauelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und auf
die diesbezügliche Beschreibung zu 1 verwiesen
wird.
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Bei
der in 2 dargestellten Steueranordnung ist die Wegeventilsektion 2 mit
einer LS-Druckwaage 44 ausgeführt, die im Druckmittelströmungspfad
zwischen der LS-Verstellpumpe 6 und dem Wegeventil 24 in
der Zulaufleitung 10 angeordnet ist. Die LS-Druckwaage 44 wird
in Schließrichtung über eine Steuerleitung 45 von
einem Druck stromaufwärts der Zumessblende 28 und
stromabwärts des Öffnungsquerschnitts der LS-Druckwaage 44 und
in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Feder 46 und
vom Druck in der Lastmeldeleitung 18 beaufschlagt.
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Bei
Verstellung in die mit (a) gekennzeichneten Positionen liegt entsprechend
an der in Öffnungsrichtung wirksamen Steuerfläche
des Druckwaagen-Regelkolbens der zwischen den Düsen 36 und 42 anstehende
Druck über die Düse 40 und die Lastmeldeleitung 18 an.
Der Druck stromauf der Zumessblende 28 ist entsprechend
der Kraft der Feder 46 höher ist als der auf die Öffnungsseite
der Druckwaage 44 wirkende Druck, so dass auch hier ein
großer Druckabfall über die Zumessblende 28 möglich
ist.
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In 3 ist
eine Variante einer Steueranordnung dargestellt, die sich vom Ausführungsbeispiel gemäß 2 lediglich
darin unterscheidet, dass die LS-Druckwaage 44 mit Lasthaltefunktion
ausgeführt ist. Deren Druckwaagenkolben ist wiederum von
der Feder 46 und dem Druck in der Lastmeldeleitung 18 in Öffnungsrichtung
und in Schließrichtung, wenn nicht in Lasthaltung, durch
den Druck im Druckmittelströmungspfad stromabwärts
des Öffnungsquerschnitts der LS-Druckwaage 44 und
stromaufwärts des LS-Wegeventils 24 beaufschlagt.
Dieser Druck wird innerhalb der LS-Druckwaage 44 über
eine Druckwaagenkolbenbohrung 47 abgegriffen und an die
in 3 rechte Steuerfläche des Druckwaagenkolbens
angelegt. Bei nicht angesteuerter LS-Verstellpumpe 6 oder
in dem Fall, in dem diese nach Öffnen des Wegeventils einen
zum Halten einer Last notwendigen Druck noch nicht aufgebaut hat,
wird die LS-Druckwaage 44 durch die Kraft der Feder 46 und
den Druck in der Lastmeldeleitung 18 in ihrer dargestellten
Lasthalteposition gehalten oder dorthin gebracht, so dass das Druckmittel
nicht von der Zulaufseite des Hydromotors 1 über
das angesteuerte Wegeventil 24 abströmen kann.
Im Übrigen entspricht das in 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel demjenigen aus 2, so dass
weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Die
Steueranordnungen gemäß den 2 und 3 werden
vorzugsweise dann eingesetzt, wenn nicht immer der maximale Druckmittelvolumenstrom
zur Betätigung des Verbrauchers benötigt wird, sondern
zumindest in bestimmten Hubbereichen des Wegeventils eine lastunabhängige
Steuerung des hydraulischen Verbrauchers möglich sein soll.
Man kann nun die Position des Meldekanals 34 so wählen, dass
dieser zunächst verschlossen ist und erst nach einem vorbestimmten
Hub des Wegeventilschiebers aufgesteuert wird. Während
dieses Teilhubes arbeitet dann die LS-Wegeventilsektion 2 in
herkömmlicher Weise gemäß einer LS-Steuerung
mit kleiner Druckdifferenz über die Zumessblende 28,
wobei zunächst der Lastdruck am angesteuerten Verbraucher
in den Federraum der LS-Druckwaage 44 gemeldet wird. Beim
weiteren Verschieben des Ventilschiebers wird dann der höhere
Druck an den LS-Pumpenregler gemeldet
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Das
Schaltschema eines derartigen Ausführungsbeispiels einer
Steueranordnung mit so genannter Booster-Funktion ist in 4 gezeigt.
Der einzige Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 3 besteht
darin, dass bei der Verstellung in Richtung (a) des Wegeventils
(24) der Meldekanal 34 in Zwischenpostionen (c)
zunächst nicht geöffnet ist. Die Zumessblende 28 ist
in diesen Zwischenpositionen mit einem vergleichsweise geringen
Querschnitt aufgesteuert. Der dem Lastdruck entsprechende Druck
stromabwärts der Zumessblende 28 wird über die
beiden Düsenquerschnitte 42, 40 abgegriffen. Dementsprechend
wirkt über den LS-Anschluss des Wegeventils 24 und
die Lastmeldeleitung 18 zunächst der Lastdruck
in Öffnungsrichtung auf die LS-Druckwaage 44,
so dass der Druckabfall über der Zumessblende 28 der
Kraft der Feder 46 entspricht und somit Lastdruck unabhängig
konstant gehalten wird. Die Verstellpumpe 6 wird in Abhängigkeit
von diesem Lastdruck verstellt.
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Bei
der weiteren Verstellung des Wegeventils 24 werden die
mit (a) gekennzeichneten Positionen erreicht, in denen in der vorbeschriebenen
Weise der Meldekanal 34 mit der Meldedüse 36 aufgesteuert
wird, so dass der zwischen den beiden Düsen 36 und 42 herrschende
Druck in der Lastmeldeleitung 18 und damit im Federraum
der LS-Druckwaage 44 und am LS-Pumpenregler 8 anliegt,
so dass die Verstellpumpe 6 weiter ausschwenkt und ein
hoher Druckmittelvolumenstrom zum Hydromotor 1 gefördert
wird. Ist der Querschnitt der Düse wesentlich größer
als der Querschnitt der Düse 42, wird praktisch
der Pumpendruck an den LS-Pumpenregler gemeldet, so dass die Pumpe
auf maximale Fördermenge geht.
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Im Übrigen
entspricht das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass weitere
Erläuterungen entbehrlich sind.
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5 zeigt
eine konkrete Ausführung der Wegeventilsektion 2 aus 4.
Der Grundaufbau dieser Wegeventilsektion 2 ist aus dem
Stand der Technik, beispielsweise aus dem Datenblatt RD 64 282 der
Anmelderin bekannt, so dass hier nur die wesentlichen Funktionsmerkmale
beschrieben werden. Die konkrete Wegeventilsektion 2 ist
in Scheibenbauweise ausgeführt und hat einen das Wegeventil 24 mit
ausbildenden Ventilschieber 52, der über die Zentrierfederanordnung 26 in
seine Grundposition vorgespannt ist und mittels der beispielsweise
als Druckreduzierventile ausgeführten Vorsteuerventile 53, 55 in Richtung
der mit (a) oder (b) gekennzeichneten Positionen verstellbar ist.
Dem Wegeventil 24 ist die LS-Druckwaage 44 vorgeschaltet,
deren Regelkolben 54 durch die Kraft der Feder 46 in
seine dargestellte Lasthalteposition vorgespannt ist, in der die Druckmittelverbindung
von einem Druckanschluss P zu einem Verbindungskanal 56 abgesperrt
ist, der sich zwischen dem Eingang des Wegeventils 24 und dem
Ausgang der LS-Druckwaage 44 erstreckt. Der Druck stromab
der Regelsteuerkante der LS-Druckwaage 44 wird über
die den Regelkolben 54 durchsetzende Druckwaagenbohrung 47 abgegriffen
und wirkt auf die in 4 rechte Stirnseite des Regelkolbens 54.
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In
seiner dargestellten Grundposition sperrt der Ventilschieber 52 des
Wegeventils 24 die Druckmittelverbindung zwischen dem den
Druck P' stromabwärts der LS-Druckwaage 44 führenden
Verbindungskanal 56 und den beiden Arbeitsanschlüssen A,
B der Wegeventilsektion 2 ab. Bei Ansteuerung eines der
Vorsteuerventile 53, 55 wird über Steuernuten 58 bzw. 60 die
Druckmittelverbindung zum Hydromotor 1 in der vorbeschriebenen
Weise auf- bzw. zugesteuert. Der an den Arbeitsanschlüssen
A, B anliegende Lastdruck, d. h. der Druck stromabwärts
der durch die Steuerkante 58 oder 60 aufgesteuerten
Zumessblende 28 (siehe 4) wird über
eine Längsbohrung 62 und kleine Radialbohrungen 64, 66 des Ventilschiebers 52 abgegriffen.
Die beiden Radialbohrungen 64 bzw. 66 bilden jeweils
den Düsenquerschnitt 42 gemäß 4.
Diese kleinen Radialbohrungen 64 bzw. 66 münden
bei Verstellung des Wegeventils 24 je nach Verstellrichtung
in den mit den Anschlüssen A, B verbundenen, einen Teil
der Vor/Rücklaufleitung 14 bzw. Rück/Vorlaufleitung 16 bildenden
Kanälen 68, 70. Der dann in der Längsbohrung 62 anliegende
Lastdruck wird über einen kleinen Radialbohrungsabschnitt 72 in
dem der Düsenquerschnitt 40 aus 4 ausgebildet
ist, und einen die Lastmeldeleitung 18 ausbildenden Bogenkanal
in den Federraum der LS-Druckwaage 44 gemeldet, so dass
entsprechend der Regelkolben 54 in Öffnungsrichtung
(bezogen auf die Regelposition) mit dem Lastdruck beaufschlagt ist.
Dieser Lastdruck liegt auch am Pumpenregler 8 an. Der maximale
Lastdruck kann bei der dargestellten Wegeventilsektion 2 durch
das an den Lastmelderaum 32 angeschlossene LS-Druckbegrenzungsventil 48 begrenzt
werden.
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Insofern
entspricht der Aufbau der Wegeventilsektion 2 vollständig
der bekannten Lösung. Diese bekannte Wegeventilsektion 2 ist
in der erfindungsgemäßen Ausführung so
modifiziert, dass nach einem vorbestimmten Hub des Ventilschiebers 52 im Sinne
einer Verbindung des Kanals 68 mit dem Kanal 56 zumindest
eine weitere Radialbohrung 74 des Ventilschiebers, die
innen in die Längsbohrung 62 mündet,
zu dem Kanal 56 hin geöffnet wird. Die Radialbohrung 64,
die bei der betrachteten Betätigungsrichtung des Ventilschiebers
die Düse 42 aus 4 bildet,
ist schon vorher zum Kanal 68 hin geöffnet worden.
Somit ist nun der die zwei Düsen 36 und 42 aufweisende
Bypass zu der Zumessblende 28, die an der Steuerkante 58 des
Ventilschiebers gebildet ist, geöffnet. Der zwischen den
beiden Düsen herrschende, gegenüber dem Lastdruck
erhöhte Druck wird an die Druckwaage 44 und an
den Pumpenregler 8 gemeldet. Die Radialbohrung 74 bildet
die Düse 36 aus 4.
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Zur
Vergrößerung des Querschnitts der Düse 36 können über
den Umfang des Ventilschiebers verteilt weitere in derselben radialen
Ebene liegende Radialbohrungen vorgesehen werden. Letztlich wird
dann der Druck in der Längsbohrung 62 nahezu gleich
dem Druck im Kanal 56 sein.
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Bei
geringem Hub des Ventilschiebers 52 (Positionen (c)) ist
somit eine feinfühlige Ansteuerung des Verbrauchers möglich,
während bei weiterer Verstellung in die Positionen (a)
der Verbraucher mit einem hohen Druckmittelvolumenstrom versorgt wird.
Benötigt man die Feinfühligkeit nicht, so kann man
auf die Bohrung 68 verzichten. Mit einer einzigen kleinen
Bohrung 74 kann man dann den Druck aus dem Kanal 56 in
die Längsbohrung 62 geben.
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Der
maximale Lastdruck kann bei der dargestellten Wegeventilsektion 2 durch
das an den Lastmelderaum 32 angeschlossene LS-Druckbegrenzungsventil 48 begrenzt
werden.
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Bei
Verstellung in Richtung (b) bleibt die Radialbohrung 74 gegenüber
dem Kanal 56 zugesteuert. In herkömmlicher Weise
wird über die Bohrung 66 der Lastdruck am Arbeitsanschluss
B in den Federraum der LS-Druckwaage 44 und zum Pumpenregler 8 gemeldet
wird. Prinzipiell könnte jedoch dann eine zweite Meldebohrung
wirksam sein, so dass auch in Richtung (b) die LS-Verstellpumpe 6 im
Sinne einer Erhöhung des Druckmittelvolumenstroms verstellt
wird.
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Bei
dem Wegeventil nach 5 kommt es darauf an, dass die
Längsbohrung 62 bei einer Verstellung des Ventilschiebers 52 im
Sinne einer Verbindung des Anschlusses A mit dem Kanal 56 mit diesem
Kanal 56 und bei einer Verstellung des Ventilschiebers
im Sinne einer Verbindung des Anschlusses B mit dem Kanal 56 mit
dem Kanal 70 verbunden wird. Dies kann, wie die Variante
nach 5a zeigt, auch durch eine einzige Radialbohrung
und eine axial geschlossene, zur Radialbohrung hin offene Längsnut 80 in
der Außenfläche des Ventilschiebers 52 erreicht
werden. Nach 5a ist die Radialbohrung die
Standardradialbohrung 66, über die der Druck im
Anschluss B abgegriffen wird. Die Längsnut erstreckt sich
von der Radialbohrung 66 aus zwischen zwei Feinsteuernuten 60 des
Ventilsschiebers 52 in Richtung auf dessen dem Kanal 56 zugewandten
Stirnseite.
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Wird
nun der Ventilschieber 52, nach 5a betrachtet,
aus seiner gezeigten Mittelstellung nach links verschoben, so öffnet
sich nach einem bestimmten Hub die Längsnut 80 zum
Kanal 56. Damit ist die Längsbohrung 62 des
Ventilschiebers mit dem Kanal 56 verbunden. Bei einer Verschiebung
des Ventilschiebers aus seiner Mittelstellung in die entgegengesetzte
Richtung wird die Längsbohrung 62 nach kürzerem
Hub mit dem Kanal 70 und damit mit dem Anschluss B verbunden.
Bei der Variante nach 5a wird also die erfindungsgemäße
Idee auf sehr einfache Weise realisiert, wobei nicht in diffiziler
Art darauf geachtet werden muss, dass eine Radialbohrung die Feinsteuernuten 60 anschneidet.
Es können zwei Radialbohrungen 66 und Längsnuten 80 verteilt über
den Umfang des Ventilschiebers 52 vorhanden sein, wie dies
aus 5a ersichtlich ist. Dem liegen Symmetriegesichtspunkte
zugrunde. Vom Querschnitt her genügt ansich eine Bohrung 66 und
eine Längsnut 80, da bei der Variante nach 5a keine Bohrung 68 vorhanden
ist. Insofern entsprecht diese Variante dem Schaltbild nach 1a.
-
Offenbart
sind eine hydraulische Steueranordnung und ein Verfahren zur Druckmittelversorgung
von hydraulischen Verbrauchern, mit einer LS-Pumpe, die über
einen Pumpenregler in Abhängigkeit vom höchsten
Lastdruck der Verbraucher ansteuerbar ist. Der Druckmittelvolumenstrom
zu jedem Verbraucher wird über jeweils eine Zumessblende eingestellt,
wobei bei Ansteuerung eines Verbrauchers ein höherer Druck
als der Lastdruck an den LS-Pumpenregler gemeldet wird, so dass
die LS-Pumpe nicht entsprechend des niedrigen Lastdrucks dieses
Verbrauchers sondern entsprechend des höheren Drucks angesteuert
wird.
-
- 1
- Hydromotor
- 2
- Wegeventilsektion
- 6
- LS-Verstellpumpe
- 8
- LS-Pumpenregler
- 10
- Zulaufleitung
- 12
- Ablaufleitung
- 14
- Vorlaufleitung
- 16
- Rücklaufleitung
- 18
- Meldeleitung
- 20
- Wechselventil
- 22
- LS-Leitung
- 24
- Wegeventil
- 26
- Zentrierfederanordnung
- 28
- Zumessblende
- 30
- Lastmelderaum
- 32
- Lastmelderaum
- 34
- Meldekanal
- 36
- Meldedüse
- 38
- Verbindungskanal
- 40
- Düsenquerschnitt
- 42
- Düsenquerschnitt
- 44
- LS-Druckwaage
- 45
- Steuerleitung
- 46
- Feder
- 47
- Druckwaagenkolbenbohrung
- 48
- LS-Druckwaagenbegrenzungsventil
- 50
- Kanal
- 52
- Ventilschieber
- 53
- Vorsteuerventil
- 55
- Vorsteuerventil
- 54
- Regelkolben
- 56
- Verbindungskanal
- 58
- Steuernut
- 60
- Steuernut
- 62
- Längsbohrung
- 64
- Radialbohrung
- 66
- Radialbohrung
- 68
- Kanal
- 70
- Kanal
- 72
- Radialbohrungsabschnitt
- 74
- Meldebohrung
- 80
- Längsnut
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19930618
A1 [0008]
- - DE 3713824 A1 [0008]