DE102012011062A1

DE102012011062A1 - Hydrauliksystem und Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE102012011062A1
Application number: DE102012011062A
Authority: DE
Inventors: Frank Helbling; Simon HAPPEL; Christoph Müller
Original assignee: Liebherr France SAS
Current assignee: Liebherr France SAS
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-05
Also published as: EP2672124A2; US20130323091A1; JP2013249957A; CN103452960A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem Verbraucher und wenigstens einer Hydraulikpumpe, wobei ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe verbunden ist und das Druckbegrenzungsventil zur Schaltung eines Bypass vorgesteuert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem Verbraucher und wenigstens einer Hydraulikpumpe, wobei ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe verbunden ist.
Hydraulikkreisläufe bzw. deren Hydraulikkomponenten werden für einen definierbaren maximalen Systemdruck ausgelegt. Ein Übersteigen des maximalen Systemdrucks führt unter Umständen zu Beschädigungen des Kreislaufs bzw. der verwendeten Komponenten. Aus diesem Grund werden Druckbegrenzungsventile vorgesehen, die den Förderstrom der Hydraulikpumpe an den Hydrauliktank durchleiten, falls der vorherrschende Systemdruck einen maximalen Grenzdruckwert übersteigt.
Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme wird oftmals gefordert, dass über ein weiteres Ventil eine Bypassabschaltung verwirklicht wird. Durch Betätigung des vorgesehenen Ventils wird der Förderstrom der Hydraulikpumpe unmittelbar an den Hydrauliktank zurückgeführt, der Systemdruck fällt sodann ab.
Zudem wird je nach Ansteuerung der einzelnen hydraulischen Verbraucher innerhalb des Hydraulikkreislaufs ein weiteres Druckaufbau- bzw. Druckregelventil eingesetzt. Der erforderliche Systemdruck wird vorwiegend über das Fördervolumen der Pumpe sowie die Ventilanordnung zur Ansteuerung der hydraulischen Verbraucher bestimmt. Zusätzlich lässt sich der Systemdruck über das verwendete Druckaufbau- bzw. Druckregelventil gezielt beeinflussen, um das gewünschte Systemdruckniveau zu erreichen und zu halten.
Werden die Verbraucher über eine 4/3-Wegetechnologie angesteuert, das heißt über einzelne 4/3-Wegeventile (Hauptsteuerventile), so wird das Druckregel- bzw. Aufbauventil nach der Hydraulikpumpe und vor den Hauptsteuerventilen angeordnet.
Bei einer 6/3-Wegetechnologie wird der Systemdruck durch die nachgeschalteten Verbraucher durchgeschleift und zurück zum Hydrauliktank befördert. In diesem Fall ist es erforderlich, das Druckregel- bzw. Aufbauventil nicht nach der Hydraulikpumpe, sondern nach der Verbraucheranordnung anzuordnen.
Die verwendeten Druckaufbau- bzw. Regelventile sind zumeist als proportionale 2/2-Wegeventile in Schieberausführung ausgeführt.
Nachteilig an der voranstehenden bekannten Ausführung ist jedoch, dass stets getrennte Ventile für die Maximaldruckabsicherung, den Druckaufbau sowie die Bypass-Funktion eingesetzt werden müssen. Dies erhöht die Komplexität des Schaltaufbaus sowie den notwendigen Bauraum und die anfallenden Herstellungskosten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Hydrauliksystem bzw. Druckbegrenzungsventil aufzuzeigen, das die voranstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden weiß.
Diese Aufgabe wird durch ein Hydrauliksystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen des Hydrauliksystems sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 3 bis 9.
Erfindungsgemäß wird ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem Verbraucher und wenigstens einer Hydraulikpumpe vorgeschlagen, wobei ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe verbunden ist. Der Systemdruck liegt insbesondere eingangsseitig am Druckbegrenzungsventil an. Übersteigt der anliegende Systemdruck ein bestimmtes Grenzdruckniveau, so schaltet das Druckbegrenzungsventil durch, um den anliegenden Systemdruck abzubauen.
Weiterhin ist das Druckbegrenzungsventil erfindungsgemäß vorgesteuert. Die Vorsteuerung dient zur Umsetzung einer Bypass-Funktion innerhalb des Hydrauliksystems. Insbesondere wird durch Betätigung bzw. Nichtbetätigung der Vorsteuerung das Druckbegrenzungsventil auf Durchlass geschaltet, um einen Bypass bzw. parallelen Abschaltpfad zur Systemdruckleitung zu ermöglichen. In diesem Fall wird der Systemdruck unmittelbar von der Hydraulikpumpe an einen Hydrauliktank abgeführt. Zweckmäßig ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil in seiner Neutralstellung geöffnet und über die Vorsteuerung schließbar ist.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Hydrauliksystem mit wenigstens einem Verbraucher und wenigstens einer Hydraulikpumpe vorgeschlagen. Das System umfasst ein mit wenigstens einer Hydraulikpumpe verbundenes Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks. Der Systemdruck liegt insbesondere eingangsseitig am Druckbegrenzungsventil an. Übersteigt der anliegende Systemdruck ein bestimmtes Grenzdruckniveau, so schaltet das Druckbegrenzungsventil durch, um den anliegenden Systemdruck abzubauen.
Weiterhin ist das Druckbegrenzungsventil erfindungsgemäß vorgesteuert. Über die Vorsteuerung kann neben der Maximaldruckbegrenzung zusätzlich eine Druckaufbau- bzw. der Druckregelfunktion durch ein einziges Ventil umgesetzt sein. Zweckmäßig ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil in seiner Neutralstellung geöffnet und über die Vorsteuerung zumindest teilweise verschliessbar ist, um den Eingangsdruck bzw. Systemdruck auf ein bestimmtes Druckniveau einregeln zu können. Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht die Zusammenfassung von wenigstens zwei Ventilen bzw. Ventilfunktionen innerhalb eines einzigen Ventils.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn über die Vorsteuerung des Druckbegrenzungsventils neben der Bypass-Funktion zusätzlich die Funktion eines Druckregel- bzw. Druckaufbauventils realisiert ist. In diesem Fall können bei einer 4/3-Wegeventilansteuerung der hydraulischen Verbraucher im Hydrauliksystem drei Ventilfunktionen durch ein einziges Ventil übernommen werden. Dies erlaubt eine verbesserte Druckaufbaufunktionalität gegenüber den herkömmlichen Druckaufbauventilen. Zudem lässt die Integration der verschiedenen Ventilfunktionen innerhalb eines Ventils eine wesentliche Reduzierung der benötigten Anzahl an Hydraulikkomponenten zu. Die damit verbundene Produktions- bzw. Herstellungskosten lassen sich minimieren. Gleiches gilt für den benötigten Bauraum des Hydraulikkreislaufs.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Druckbegrenzungsventil als Proportionaldruckbegrenzungsventil ausgeführt. Dies erlaubt eine proportionale Steuerung des zu begrenzenden Systemdrucks zwischen null und dem maximalen Systemdruck.
Die Realisierung der Vorsteuerung ist grundsätzlich beliebig. Denkbar ist eine elektrische und/oder elektro-hydraulische Ausführung der Vorsteuerung.
Alternativ kann die Vorsteuerung auch hydraulisch bzw. pneumatisch erfolgen.
Auch die Ausführungsform des Druckbegrenzungsventils ist grundsätzlich beliebig zu wählen. Als geeignete Bauart stellt sich eine Patronen- oder Schieberbauweise dar.
Eine mögliche Ausgestaltung des Hydrauliksystems bzw. des Druckbegrenzungsventils sieht vor, dass die Vorsteuerung gegen eine Federrückstellkraft des Ventils wirkt. Übersteigt der von der Vorsteuerung ausgehende Druck die Federrückstellkraft, so schaltet das Ventil.
Denkbar ist es ebenfalls, dass die Vorsteuerung gegen den Systemdruck des Druckbegrenzungsventils wirkt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Vorsteuerung gegen eine Federrückstellkraft und den Systemdruck wirkt. Folglich lässt sich der maximale Grenzdruck über die Kraft der Vorsteuerung einstellen.
Eine mögliche Ausführungsform besteht darin, dass das Druckbegrenzungsventil in der Neutralstellung geöffnet ist. Die geöffnete Ventilstellung wird über die Federkraft gehalten. Bei Betätigung der Vorsteuerung wirkt diese der Rückstellkraft der Feder entgegen. Die Variation der Vorsteuerung ermöglicht einen Teil- bzw. Vollverschluss des Druckbegrenzungsventils. Die Bypass-Funktion kann beispielsweise durch Abschalten der Vorsteuerung erreicht werden. Zudem bestimmt die Vorsteuerung den zu regelnden Zielsystemdruck sowie den maximalen Systemdruck.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des Systemdrucks innerhalb eines Hydrauliksystems. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil vorgesteuert ist und die Vorsteuerung gegen eine Federrückstellkraft und bzw. oder den eingangs anliegenden Systemdruck wirkt. Die Betätigung oder Nichtbetätigung der Vorsteuerung führt zum Schalten des Druckbegrenzungsventils. Zudem lässt sich über das Steuersignal der Vorsteuerung das gewünschte Systemdruckniveau eines Hydrauliksystems bzw. der maximale Systemdruck einstellen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Druckbegrenzungsventil in Neutralposition geöffnet ist, wobei die geöffnete Ventilposition über die Federrückstellkraft gehalten wird. Ein Teilverschluss bzw. eine Sperrstellung des Druckbegrenzungsventils wird über die Variation der Vorsteuerung erreicht.
Die Vorsteuerung kann hydraulisch und/oder pneumatisch ausgeführt sein. Alternativ kann die Vorsteuerung ebenfalls elektrisch oder elektro-hydraulisch ausgeführt sein. Als geeignete Bauart des Druckbegrenzungsventils ist eine Patronen- bzw. Schieberbauweise zu nennen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mittels der Vorsteuerung eine proportionale Steuerung des zu begrenzenden eingangs anliegenden Systemdrucks ermöglicht ist.
Der Aufbau sowie Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils entsprechen vorzugsweise denen des innerhalb des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems verwendeten Druckbegrenzungsventils, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet werden soll.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Hydrauliksystems,
2: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in einer ersten Ausführungsvariante,
3: ein Hydraulikschaltbild eines Teilbereichs des erfindungemäßen Hydrauliksystems gemäß 2 und
4: eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in einer schematischen Darstellung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreislaufs gemäß dem Stand der Technik. Über die Hydraulikpumpe 1 werden drei Hydraulikverbraucher 2, 3, 4 gespeist, die gemeinsam oder separat für sich über wenigstens ein 4/3-Wegeventil als Hauptsteuerventil gesteuert werden. Der Systemdruck innerhalb der Leitung 5 wird über das Fördervolumen der Pumpe 1 sowie die Schaltstellung der nicht dargestellten Wegeventile geregelt. Aus Sicherheitsgründen ist ein Druckbegrenzungsventil 6 vorgesehen, das schaltet und den Volumenstrom zum Tank freigibt, sobald der Systemdruck den maximalen Grenzdruck überschreitet.
Der Systemdruck innerhalb der Leitung 5 wird zudem über ein Druckaufbauventil 7 geregelt. Um den gewünschten Zieldruck innerhalb der Leitung 5 zu erreichen, schließt das Ventil 7 teilweise den Durchfluss zum Tank. Der Hydraulikkreislauf gemäß 1 verwendet für beide Funktionen, d. h. für die Maximaldruckbegrenzung sowie den Druckaufbau, separate Ventile 6, 7. Eine mögliche Ventilanordnung zur Realisierung eines parallelen Abschaltpfades ist nicht vorgesehen.
2 zeigt nun eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hydraulikkreislaufs gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante. Das System umfasst ebenfalls eine Hydraulikpumpe 1, die insgesamt drei hydraulische Verbraucher 2, 3, 4 speist. Die einzelnen Verbraucher sind gemäß der 4/3-Wegetechnologie angeschlossen. Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 10 übernimmt neben seiner eigentlichen Funktion der Maximaldruckbegrenzung zudem eine Bypass-Funktion sowie die Aufgabe eines Druckaufbau- bzw. Druckregelventils.
Im einzelnen ist das Ventil 10 als Proportionaldruckbegrenzungsventil ausgeführt und erlaubt eine proportionale Steuerung des zu begrenzenden Systemdrucks innerhalb der Leitung 5 zwischen null und dem maximalen Systemdruck. Das Ventil 10 vereint folglich eine proportionale Steuerung des zu begrenzenden Systemdrucks, die Funktion des Druckaufbaus sowie eine Bypass-Funktion zur Realisierung eines parallelen Abschaltpfads, indem der Pumpenvolumenstrom direkt zum Hydrauliktank gefördert wird.
Das Hydraulikschaltbild der 3 verdeutlicht den konkreten Aufbau des erfindungsgemäßen Proportionaldruckbegrenzungsventils 10. Wie es der 3 zu entnehmen ist, ist ein einzelner Verbraucher 2 über ein 4/3-Wegeventil 6 mit der Pumpe 1 verbunden.
Das Druckbegrenzungsventil 10 verbleibt in seiner Neutralposition aufgrund der Rückstellkraft der Feder in geöffneter Stellung, so dass Hydraulikflüssigkeit aus der Systemdruckleitung 5 zum Tank fließen kann. Das Druckbegrenzungsventil 10 ist direkt über den Eingangsdruck gesteuert. Der eingangs anliegende Systemdruck der Leitung 5 wirkt unterstützend zur Rückstellkraft der Feder.
Weiter erfindungsgemäß ist eine Vorsteuerung vorgesehen, die der Federkraft bzw. dem Systemdruck entgegenwirkt.
Die dargestellte Zeichnung zeigt eine hydraulische Vorsteuerung des Druckbegrenzungsventils 10 über den Hydraulikdruck p_st. Genauso gut ist jedoch auch eine elektrische bzw. elektro-hydraulische Vorsteuerung denkbar. Der anliegende Steuerdruck p_st bestimmt den Schaltzustand des Ventils 10.
Für den Druckaufbau innerhalb der Leitung 5 ist es notwendig, dass der Steuerdruck p_st die Rückstellkraft der Feder übersteigt und das Ventil 10 zumindest teilweise verschliesst oder vollständig sperrt. Nachfolgend kann nun über den Steuerdruck p_st das gewünschte Druckniveau innerhalb der Systemdruckleitung 5 variiert werden, indem das Ventil 10 teilweise geöffnet wird. Hierdurch wird die Funktion eines Druckaufbau- bzw. Druckregelventils erfüllt. Daneben bestimmt das Steuerdruckniveau p_st den maximalen Grenzdruck, bei dem das Druckbegrenzungsventil 10 aus Sicherheitsgründen öffnen soll. Hierzu ist es erforderlich, dass der Systemdruck sowie die Rückstellkraft der Feder in Summe den Steuerdruck p_st übersteigen und das Ventil 10 öffnen.
Zur Realisierung der Bypass-Funktion des Ventils wird während des Betriebs einfach der Steuerdruck p_st abgeschaltet. Die Federrückstellkraft öffnet das Ventil 10, der parallele Abschaltpfad über das Ventil 10 zum Tank wird aktiviert.
Die Bauart des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 10 ist grundsätzlich beliebig. Als geeignete Ausführungsvarianten erweisen sich eine Patronen- bzw. Schieberbauweise.
Sollen ein oder mehrere Verbraucher 2, 3, 4 gemäß einer 6/3-Wegetechnologie angesteuert werden, so ist es zwingend notwendig, dass ein Druckaufbauventil den Verbrauchern nachgeschaltet ist. Ein möglicher Aufbau eines derartigen Hydraulikkreislaufes ist der schematischen Darstellung der 4 zu entnehmen. Die einzelnen Verbraucher 2, 3, 4 sind jeweils über nicht dargestellte 6/3-Wegeventile mit der Pumpe 1 verbunden. Hierdurch wird erreicht, dass die Systemdruckleitung 5 durch die einzelnen Verbraucher 2, 3, 4 durchgeschleift und zur Vervollständigung des Hydraulikkreislaufes in einen Tank abgeführt wird. Für den Druckaufbau ist es notwendig, ein geeignetes Druckaufbauventil 20 den Verbrauchern 2, 3, 4 nachzuschalten.
Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 10 ist hier ebenfalls gemäß der ersten Ausführungsvariante unmittelbar an die Hydraulikpumpe 1 angeschlossen. Jedoch wird gegenüber der ersten Variante die Aufgabe des Druckaufbaus nicht durch das Ventil 10 übernommen, sondern der Funktionsumfang begrenzt sich auf die proportionale Steuerung des zu begrenzenden Systemdrucks innerhalb der Leitung 5 sowie die Realisierung einer Bypass-Funktion, um einen parallelen Abschaltpfad zum Tank zu ermöglichen. Der konkrete Aufbau des Hydraulikventils 10 entspricht dem gemäß 3.
Das verwendete Druckaufbauventil 20 kann beispielsweise durch ein proportionales 2/2-Wegeventil in Schieberausführung ausgestaltet sein.

Claims

Hydrauliksystem mit wenigstens einem Verbraucher und wenigstens einer Hydraulikpumpe, wobei ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil zur Schaltung eines Bypass vorgesteuert ist.
Hydrauliksystem mit wenigstens einem Verbraucher und wenigstens einer Hydraulikpumpe, wobei ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Systemdrucks mit der wenigstens einen Hydraulikpumpe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil vorgesteuert ist, um neben der Maximaldruckbegrenzung zusätzlich eine Druckaufbau bzw. Druckregelfunktion auszuführen.
Hydrauliksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem zudem die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 umfasst.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung eine proportionale Steuerung des zu begrenzenden Systemdrucks ermöglicht.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung elektrisch und/oder elektro-hydraulisch erfolgt.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung hydraulisch und/oder pneumatisch erfolgt.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil in Patronen- und/oder Schieberbauweise ausgeführt ist.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung gegen eine Federrückstellkraft und/oder den Systemdruck wirkt.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil ohne Betätigung keine Erhöhung des Systemdrucks erlaubt.
Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des Systemdrucks innerhalb eines Hydrauliksystems, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil vorgesteuert ist und die Vorsteuerung gegen eine Federrückstellkraft und/oder den Eingangsdruck wirkt.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es gemäß den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.