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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit mindestens zwei Hauptsteuerventilen zur Ansteuerung mindestens zweier Verbraucher, und mit einem hydraulischen Vorsteuersystem zur Ansteuerung der Hauptsteuerventile.
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Werden solche Mehrkreishydrauliksysteme von einer gemeinsamen Hydraulikversorgung mit Hochdruck versorgt, erfordert dies eine komplexe Abstimmung der Hauptsteuerventile auf die Leistungsregelung der Druckversorgung. Hierzu werden im Stand der Technik daher üblicherweise aufwendige elektronische Steuerungen eingesetzt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfacheres und zuverlässigeres System zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hydrauliksystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem umfasst mindestens zwei Hauptsteuerventile zur Ansteuerung mindestens zweier Verbraucher und ein hydraulisches Vorsteuersystem zur Ansteuerung der Hauptsteuersysteme. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das hydraulische Vorsteuersystem und/oder die Hauptsteuerventile so aufgebaut sind, dass die mindestens zwei Hauptsteuerventile nacheinander öffnen. Erfindungsgemäß kann so über die hydraulische bzw. mechanische Ausgestaltung des Hydrauliksystems erreicht werden, dass die Hauptsteuerventile in einer gewissen Folge geöffnet werden und so eine Kaskadenschaltung verwirklicht wird. Insbesondere kann das System dabei so aufgebaut sein, dass die mindestens zwei Hauptsteuerventile bei unterschiedlichen Steuerdrücken eines gemeinsamen Steuergebers öffnen. Dies erlaubt es auch bei einem hydraulisch vorgesteuerten Mehrkreissystem, eine Kaskadenschaltung zu realisieren, bei welcher die Hauptsteuerventile in einer gewissen Folge öffnen.
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In einer ersten Variante kann die Kaskadenschaltung dabei über mechanisch und/oder hydraulisch unterschiedlich ausgeführte Hauptsteuerventile realisiert werden.
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Insbesondere können dabei die mindestens zwei Hauptsteuerventile mit Federn unterschiedlicher Federkraft ausgestattet sein, so dass die Hauptsteuerventile durch die unterschiedliche Federkraft bei unterschiedlichen Steuerdrücken öffnen. So kann beispielsweise die Feder eines ersten Hauptsteuerventils in einem ersten Steuerdruckbereich öffnen, während die Feder eines zweiten Hauptsteuerventils in einem zweiten Steuerdruckbereich öffnet. Ansonsten können die Hauptsteuerventile identisch aufgebaut sein.
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Alternativ oder zusätzlich können die mindestens zwei Hauptsteuerventile unterschiedliche Ventilstangen und/oder Ventilgehäuse aufweisen, welche zu einer Öffnung der mindestens zwei Hauptsteuerventile bei unterschiedlichen Hüben führen. Bei dieser Variante werden die Öffnungsbeginne der Hauptsteuerventile mechanisch auf den Ventilstangen bzw. den Ventilgehäusen unterschiedlich festgelegt.
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Dies kann beispielsweise in Form von Nuten oder Löchern auf den Ventilstangen erfolgen.
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Hierdurch kann ohne entsprechende Schaltungslogik per Ventilhardware eine Kaskadenschaltung erstellt werden. Die Ventile öffnen so bei unterschiedlichem Hub und damit bei unterschiedlichem Steuerdruck.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass mindestens eines der Hauptsteuerventile mit einem Gegendruck beaufschlagt wird, welcher dem Steuerdruck entgegenwirkt. Hierdurch kann die gleiche Wirkung erreicht werden wie durch eine erhöhte Federstärke, da der Gegendruck sich zum Federdruck hinzu addiert und erst vom Steuerdruck überwunden werden muss, um zu einem Öffnen des Hauptsteuerventils zu führen. Insbesondere kann der Gegendruck dabei konstant sein. Vorteilhafterweise ist hierfür eine entsprechende Druckquelle vorgesehen.
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Weiterhin kann die Kaskadenschaltung auch durch eine entsprechende Ausgestaltung der Vorsteuereinheit implementiert sein. So können auch identische Hauptsteuerventile eingesetzt werden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Hauptsteuerventile über ein Druckminderventil angesteuert wird, dessen Ausgangsdruck über den Steuerdruck für ein anderes Hauptsteuerventil angesteuert wird. Hierdurch lässt sich über das Druckminderventil ein anderer Steuerdruck für das eine Hauptsteuerventil erzeugen. Insbesondere kann das Druckminderventil dabei eine Druckübersetzung ungleich 1 zwischen Steuerdruck und Ausgangsdruck aufweisen, so dass der Ausgangsdruck zur Ansteuerung des einen Hauptsteuerventils in einem festen Verhältnis zum Steuerdruck für das andere Hauptsteuerventil steht.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Hauptsteuerventile über ein Druckabschaltventil mit einem Gegensteuerdruck beaufschlagt ist, welcher dem Steuerdruck entgegenwirkt. Vorteilhafterweise wird das Druckabschaltventil dabei mit dem Steuerdruck beaufschlagt, so dass der Gegensteuerdruck bis zu einem Abschaltdruck mit dem Steuerdruck ansteigt. Auch hierdurch kann ein späterer Öffnungsbeginn bei dem Hauptsteuerventil, welches mit dem Gegensteuerdruck beaufschlagt wird, erreicht werden.
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Selbstverständlich sind auch Kombinationen der oben beschriebenen Möglichkeiten denkbar. Insbesondere kann dabei ein erstes Hauptsteuerventil über ein Druckminderventil angesteuert werden, während ein zweites Hauptsteuerventil über ein Druckabschaltventil mit einem Gegensteuerdruck beaufschlagt wird.
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Weiterhin lassen sich die oben beschriebenen Möglichkeiten selbstverständlich auch bei mehr als zwei Hauptsteuerventilen einsetzen.
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So können bei den zuerst beschriebenen Varianten, welche mit mechanisch und/oder hydraulisch unterschiedlich ausgeführten Hauptsteuerventilen arbeiten, entsprechend unterschiedliche Federstärken bzw. entsprechend unterschiedlich bearbeitete Ventilstangen bzw. Ventilgehäuse eingesetzt werden.
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Weiterhin kann bei einer Kaskadenschaltung über die Vorsteuereinheit mehr als ein Druckminderventil oder mehr als ein Druckabschaltventil eingesetzt werden, welche dann entsprechend mit unterschiedlichen Druckübersetzungen bzw. mit unterschiedlichen Abschaltdrücken arbeiten.
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Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Hydrauliksystem einen gemeinsamen Steuergeber auf, über welchen die mindestens zwei Hauptsteuerventile betätigbar sind. Insbesondere kann dieser Steuergeber dabei einen Steuerdruck zum Ansteuern der mindestens zwei Hauptsteuerventile erzeugen. Die erfindungsgemäße Ausführung der Hauptsteuerventile bzw. der Vorsteuereinheit sorgt dann trotz des gemeinsamen Steuergebers für unterschiedliche Öffnungsbeginne der Hauptsteuerventile.
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Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Hydrauliksystem weiterhin eine gemeinsame Hochdruckversorgung zur Versorgung der mindestens zwei Hauptsteuerventile mit Hydraulikdruck auf. Vorteilhafterweise umfasst die Hochdruckversorgung dabei eine Verstellpumpe, welche je nach Bedarf der angeschlossenen Verbraucher angesteuert wird. Die erfindungsgemäße Kaskadierung der Öffnungsbeginne erlaubt dabei den Einsatz einer solchen Druckversorgung trotz hydraulischer Vorsteuerung.
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Vorteilhafterweise wird erfindungsgemäß die Verstellpumpe dabei über eine Load-Sensing-Anordnung angesteuert. Insbesondere wird die Verstellpumpe so angesteuert, dass über alle Hauptsteuerventile ein gewisser Druckabfall beibehalten wird, und gleichzeitig ein Maximaldruck nicht überschritten wird. Vorteilhafterweise erfolgt dabei eine nachgeschaltete Summierung zur Ansteuerung der Load-Sensing-Anordnung.
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Die vorliegende Erfindung umfasst neben dem Hydrauliksystem weiterhin ein Vorsteuersystem, wie es oben beschrieben wurde. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Vorsteuersystem, welches die erfindungsgemäße Kaskadenschaltung hydraulisch realisiert. Insbesondere kann dabei wie oben dargestellt ein Druckminderventil und/oder ein Druckabschaltventil zur Ansteuerung mindestens eines der Hauptsteuerventile eingesetzt werden.
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Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Set aus mindestens zwei Hauptsteuerventilen für ein Hydrauliksystem, wie es oben beschrieben wurde. Insbesondere sind die Hauptsteuerventile dabei mechanisch und/oder hydraulisch unterschiedlich ausgeführt. Insbesondere weisen die beiden Hauptsteuerventile dabei Federn mit unterschiedlicher Federkraft auf, und/oder mechanisch unterschiedlich bearbeitete Ventilstangen oder Ventilgehäuse, welche zu einem Öffnungsbeginn bei unterschiedlichem Hub führen.
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Vorteilhafterweise sind das Vorsteuersystem bzw. das Set aus mindestens zwei Hauptsteuerventilen dabei so ausgeführt, wie dies bereits oben näher dargestellt wurde.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein hydraulisch angetriebenes Arbeitsgerät mit einem Hydrauliksystem, wie es oben beschrieben wurde. Insbesondere handelt es sich dabei um ein mobiles Arbeitsgerät. Besonders bevorzugt kommt die vorliegende Erfindung dabei bei Bau-, Erdbewegungs- und/oder Umschlaggeräten zum Einsatz. Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung dabei einen Hydraulikbagger mit einem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem. Bei den mindestens zwei Verbrauchern kann es sich dabei beispielsweise um ein Drehwerk, ein Fahrwerk und/oder um Hydraulikzylinder zum Anheben und/oder Bewegen eines Auslegers oder Werkzeuges handeln.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen näher dargestellt. Dabei zeigen:
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems mit Hauptsteuerventilen mit unterschiedlichen Federstärken,
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2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrauliksy stems mit Hauptsteuerventilen mit unterschiedlich gearbeiteten Ventilstangen und
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3: ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems mit einer über die Vorsteuereinheit realisierten Kaskadierung.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein LS-Mehrkreissystem mit nachgeschalteter Summierung, welches hydraulisch vorgesteuert bedient wird. Dabei ist erfindungsgemäß eine Kaskadenschaltung vorgesehen, durch welche die als Hauptsteuerventile eingesetzten hydraulischen Steuerschieber in einer gewissen Folge geöffnet werden.
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Die Ansteuerung des Systems erfolgt dabei über einen gemeinsamen Vorsteuergeber 2, insbesondere eine Steuerhandhabe, über welcher ein gewünschter Steuerdruck zur Vorsteuerung erzeugt wird. Bei dem Vorsteuergeber kann es sich dabei beispielsweise um einen Joystick handeln. Der Vorsteuergeber 1 kann über eine Vorsteuerdruckquelle 15, wie sie beispielsweise in 3 dargestellt ist, mit einem konstanten Vorsteuerdruck beaufschlagt werden und mindert diesen auf den gewünschten Steuerdruck. Der konstante Vorsteuerdruck kann dabei beispielsweise 35 bar betragen.
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Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem erlaubt nun durch seinen mechanischen bzw. hydraulischen Aufbau trotz dieser gemeinsamen Ansteuerung eine Kaskadierung der Öffnungszeitpunkte. Zum einen kann die Kaskadenschaltung dabei über unterschiedliche Ventilfedern der Hauptsteuerventile realisiert werden, oder über unterschiedliche Schieberöffnungsbeginne der Hauptsteuerventile. Ebenso kann eine hydraulische Kaskadenvorsteuereinheit vorgesehen sein, so dass die Kaskadenschaltung über die Vorsteuerung erfolgt. Diese drei Alternativen sollen nun noch einmal anhand der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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In 1 sind dabei zwei Hauptsteuerventile 2 und 3 dargestellt, welche jeweils an ihren Steuerdruckanschlüssen 4 und 5 mit dem gleichen Steuerdruck des Vorsteuergebers 1 beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß sind die Ventilfedern 6 und 7 der beiden Hauptsteuerschieber 2 und 3 so gewählt, dass z. B. die Feder des Schiebers 2 in einem ersten Druckbereich und die Feder des Schiebers 3 in einem zweiten Druckbereich anspricht. Beispielsweise kann die Feder 6 des Schiebers 2 so gewählt sein, dass dieser in einem Druckbereich zwischen 0 und 20 bar anspricht, während die Feder 7 des Schiebers 3 von 20 bis 35 bar anspricht. Durch die unterschiedlichen Ventilfedern werden so unterschiedliche Öffnungsbeginne erreicht.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei einem der Schieber (in 1 der Schieber 3) eine Druckquelle oder entsprechende Schaltung 9 vorgesehen sein, welche diesen mit einem Gegendruck beaufschlagt. Hierdurch wird die gleiche Wirkung erzielt wie durch das mechanische Verstärken der Federstärke des Schiebers 3. Dabei wird das Ventil 3 über den Gegensteuerdruckanschluss 8 mit einem Gegensteuerdruck aus der Schaltung 9 beaufschlagt, wobei der Gegendruck vorteilhafterweise konstant ist.
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Hierdurch kann auch die gleiche Federstärke wie beim Schieber 2 eingesetzt werden, welche nun über die Druckquelle 9 verstärkt wird, da sich der Gegendruck zum Federdruck addiert. So kann beispielsweise die Federstärke für das Ventil 3 ebenfalls zwischen 0 und 20 bar liegen und um 10 bar aus der Druckquelle 9 verstärkt werden.
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Bei der in 2 gezeigten Variante werden die Öffnungsbeginne der Hauptschieber 2' und 3' dagegen mechanisch auf den Ventilstangen 10 und 11 unterschiedlich festgelegt. Dies kann je nach Hersteller des Grundschiebers in Form von Nuten oder Löchern erfolgen. Hierdurch kann ohne entsprechende Schaltungslogik per Schieberhardware eine Kaskadenschaltung erstellt werden.
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Wie in 2 dargestellt weisen dabei beide Kolben 10 und 11 damit zwar den gleichen Hub 12 auf, aber der Kolben des Hauptsteuerventils 2' öffnet schon nach kurzer Strecke, während der Kolben des Hauptsteuerventils 3' erst um den Hub 13 später öffnet. Erreicht wird dies im Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Nut 14 an der Ventilstange 11 des Hauptsteuerventils 3' kürzer ist als die Nut 14' an der Ventilstange 10 des Hauptsteuerventils 2', und so erst bei einem größeren Hub die Druckversorgung P mit der zum Verbraucher führenden Öffnung A bzw. A' verbindet.
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Die Ventilfedern 6' und 7' können dabei in diesem Ausführungsbeispiel auch identisch ausgeführt sein, so dass die unterschiedlichen Öffnungsbeginne allein durch die mechanische Ausgestaltung der Ventilstangen erfolgt. Alternativ konnte dies auch durch eine andere mechanische Ausgestaltung der Ventilgehäuse erfolgen.
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Bei der in 3 gezeigten Variante wird die Kaskadenschaltung dagegen über eine entsprechende Ausgestaltung der Vorsteuerventileinheit realisiert. Insbesondere können die Hauptsteuerschieber 2' und 3' so unverändert eingesetzt werden.
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Dabei sind in 3 wiederum zwei unterschiedliche Varianten kombiniert, welche jedoch auch einzeln eingesetzt werden können.
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Zum einen kann ein Druckminderventil 16 vorgesehen sein, welches mit dem konstanten Vorsteuerdruck aus der Vorsteuerdruckquelle 15 beaufschlagt wird. Das Druckminderventil 16 wird dabei mit dem Steuerdruck 17 des Vorsteuergebers 1 beaufschlagt und hat eine bestimmte Druckübersetzung x, so dass an dem Druckausgang 18 des Druckminderventils 16 das x-fache des Steuerdruckes 17 anliegt. Das erste Hauptsteuerventil 2' wird dabei mit dem eigentlichen Steuerdruck 17 beaufschlagt, das zweite Hauptsteuerventil 3' mit dem veränderten Steuerdruck 18 des Druckminderventils. Auf den Kolben 5 des Hauptsteuerventils 3' wirkt so der x-fache vom Steuergeber vorgegebene Steuerdruck, während auf den Kolben 4 des Hauptsteuerventils 2' der einfache am Steuergeber 1 vorgegebene Steuerdruck wirkt.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Druckabschaltventil 19 vorgesehen sein, welches mit dem Steuerdruck vom Vorsteuerdruckgeber 1 beaufschlagt ist und einen definierten Abschaltdruck aufweist. Über den Druck aus dem Druckabschaltventil 19 wird dabei ein Gegendruck auf den Kolben 4 des Hauptsteuerventils 2' ausgeübt. Solange daher der Steuerdruck unterhalb des Abschaltdruckes des Abschaltventils 19 liegt, wirkt auf beide Seiten a und b des Hauptsteuerventils 2' der gleiche Druck, so dass dieses in der Neutralstellung stehen bleibt. Erhöht sich nun der am Steuergeber 1 vorgegebene Steuerdruck über den in dem Druckabschaltventil 19 eingestellten Abschaltdruck, erhöht sich der Druck am Kolben 4 nur noch a-seitig, während b-seitig der im Abschaltventil 19 eingestellte Druck stehen bleibt, so dass der Kolben 4 nun über die Druckdifferenz zwischen a und b ebenfalls auslenkt.
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Wie in 3 dargestellt können beide Varianten auch kombiniert werden, so dass das eine Ventil über das Druckabschaltventil mit Gegendruck beaufschlagt wird, während das andere Ventil über das Druckminderventil angesteuert wird.
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Ebenso wäre es denkbar, bei mehreren Ventilen mehrere Druckminderventile mit unterschiedlicher Druckübersetzung, und/oder mehrere Druckabschaltventile mit unterschiedlichen Abschaltdrücken einzusetzen.
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Weiterhin könnte auch nur bei zwei Hauptsteuerventilen der Druck für beide Hauptsteuerventile jeweils über Druckminderventile mit unterschiedlicher Druckübersetzung, bzw. über Druckabschaltventile mit unterschiedlichem Abschaltdruck erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt es insbesondere bei einer Hochdruckversorgung eines Mehrkreissystems über eine Load-Sensing-Steuerung mit nachgeschalteter Summierung, die Hauptsteuerventile hydraulisch vorgesteuert zu bedienen und dabei dennoch eine Kaskadenschaltung zu erreichen.
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Erfindungsgemäße Hydrauliksysteme können dabei insbesondere bei mobilen Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise einem Hydraulikbagger, zum Einsatz kommen.
