DE102013221683A1

DE102013221683A1 - Hydraulische Steuervorrichtung, Satz von hydraulischen Steuervorrichtungen, Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102013221683A1
Application number: DE201310221683
Authority: DE
Inventors: Markus Schleyer; Jochen Fassnacht; Alejandro Lopez Pamplona
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Steuervorrichtung, die als Closed-Center-System mechanisch ausgebildet ist. Ventile der Steuervorrichtung sind hierbei elektrisch über eine Steuereinheit betätigbar. Die Ventile können hierbei über die Steuereinheit derart angesteuert werden, dass die Steuervorrichtung wahlweise ein Closed-Center-Verhalten oder ein Open-Center-Verhalten aufweist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Satz von hydraulischen Steuervorrichtungen und ein Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Steuervorrichtung.
Eine derartige hydraulische Steuervorrichtung wird im Stand der Technik beispielsweise in der Mobilhydraulik für einen hydraulisch betriebenen Bagger eingesetzt. Ein Verhalten der Steuervorrichtung ist hierbei von den hydraulischen Komponenten, wie beispielsweise Ventilen, Druckwaagen oder Hydropumpen sowie von deren Anordnung, beeinflusst.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Steuervorrichtungen beziehungsweise hydraulische Schaltungen bekannt, die als Closed-Center (CC) System oder Open-Center (OC) System ausgebildet sind. CC Systeme werden üblicherweise bei Kleinbaggern oder Baggerladern und OC Systeme üblicherweise in größeren Baggern eingesetzt. Bei einem CC System sind Verbraucher steuernde Wegeventile zwischen einer Hydropumpe und den Verbrauchern üblicherweise in einer Mittelstellung ihrer Ventilschieber geschlossen. Somit wird ein von der Hydropumpe geförderter Druckmittelvolumenstrom im geschlossenen Zustand der Wegeventile beispielsweise über ein Umlaufventil geleitet. Bei OC Systemen sind die Wegeventile zwischen der Hydropumpe und den Verbrauchern üblicherweise in der Mittelstellung ihrer Ventilschieber für einen Druckmittelvolumenstrom offen. Das CC System und das OC System weisen im Einsatz in der Mobilhydraulik ein unterschiedliches Verhalten im Vergleich zueinander auf. Sie unterscheiden sich besonders in ihrem Verhalten bei Last, das heißt falls beispielsweise ein Baggerarm auf einen Widerstand stößt, und in Ihrer Dynamik. Somit hat eine Maschine aus der Mobilhydraulik üblicherweise entweder ein CC Verhalten oder ein OC Verhalten, je nachdem welche Art von System verwendet wird. Ob ein CC Verhalten oder ein OC Verhalten erwünscht ist, hängt vom jeweiligen Markt ab, auf dem die Mobilhydraulik angeboten wird und im Einsatz ist. Somit erfordern unterschiedliche Märkte ein unterschiedliches Verhalten der Mobilhydraulik aufgrund unterschiedlicher Fahrerwünsche. Dies wiederum führt dazu, dass unterschiedliche Komponenten – insbesondere unterschiedliche Ventilblöcke – oft in geringen Stückzahlen produziert und zusätzlich als Ersatzteile gelagert werden müssen. Dies hat hohe Kosten zur Folge.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuervorrichtung, einen Satz von hydraulischen Steuervorrichtungen und ein Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Steuervorrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile beseitigen.
Die Aufgabe hinsichtlich der hydraulischen Vorrichtung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Satzes von hydraulischen Steuervorrichtungen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Steuervorrichtung vorgesehen, die mindestens eine Hydropumpe aufweist. An diese sind eine Mehrzahl von hydraulischen Verbrauchern jeweils über zumindest ein Wegeventil angeschlossen. Ein Ventilelement eines jeweiligen Wegeventils ist vorteilhafterweise zur Auf- und Zusteuerung einer Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe und einem jeweiligen Verbraucher mit einem elektrischen Aktuator betätigbar. Die Aktuatoren der Wegeventile sind von einer Steuereinheit gesteuert. Im Druckmittelströmungspfad zwischen der Hydropumpe und den Wegeventilen kann ein Drosselventil (Stromventil mit einstellbarem Drosselquerschnitt) angeschlossen sein, das den Druckmittelströmungspfad mit einem Tank verbinden kann. Das Drosselventil ist hierbei ebenfalls elektrisch über die Steuereinheit betätigbar. Das Drosselventil ist vorzugsweise stetig verstellbar. Zusätzlich oder alternativ zum Drosselventil kann ein Fördervolumenstrom der Hydropumpe durch die Steuereinheit einstellbar sein. Eine derartige Hydropumpe kann somit als Ersatz für das Drosselventil oder zusätzlich zum Drosselventil vorgesehen sein. Mit Vorteil können die Wegeventile zusammen mit dem Drosselventil und/oder mit der Hydropumpe von der Steuereinheit derart angesteuert werden, dass die Steuervorrichtung wahlweise ein Closed-Center (CC) Verhalten oder ein Open-Center (OC) Verhalten aufweist.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die hydraulische Steuervorrichtung mit gleichen Komponenten auf elektronischem Wege über die Steuereinheit als CC-System und OC-System betreibbar ist. Somit kann, im Unterschied zum Stand der Technik, dieselbe Steuereinrichtung sowohl auf Märkten eingesetzt werden, auf denen ein CC-Verhalten bevorzugt ist als auch auf Märkten, auf denen ein OC-Verhalten bevorzugt ist. Es müssen somit keine unterschiedlichen Steuervorrichtungen für unterschiedliche Märkte eingesetzt werden, was insgesamt zu einer deutlichen Kostenreduzierung führt. Ist, wie vorstehend erläutert, zusätzlich oder alternativ zum Drosselventil der Fördervolumenstrom der Hydropumpe durch die Steuereinheit einstellbar, so kann damit ein "Virtual-Bleed-Off-Concept" umgesetzt werden. Damit ist es möglich, das Drosselventil, das eine gesteuerte Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe und dem Tank ermöglicht, durch eine Pumpenregelung in der Steuereinheit für die Hydropumpe zu ersetzen, womit wiederum auf das Drosselventil kostengünstig verzichtet werden kann. Insgesamt führt die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zu einer größeren Herstellstückzahl und mithin geringerer Herstellkosten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die hydraulische Steuervorrichtung hardwareseitig beziehungsweise mechanisch im Wesentlichen als CC-Vorrichtung ausgebildet. In der Ausführung mit dem Drosselventil ist es somit lediglich notwendig, bei einer herkömmlichen CC-Vorrichtung ein Drosselventil vorzusehen. Ist anstelle des Drosselventils der Fördervolumenstrom der Hydropumpe durch die Steuereinheit einstellbar, so kann die Steuervorrichtung identisch zu einer herkömmlichen CC-Vorrichtung ausgebildet sein. Eine derartig ausgeführte CC-Vorrichtung ist üblicherweise kostengünstiger als eine OC-Vorrichtung.
Mit Vorteil sind die Wegeventile in einer Mittelstellung ihrer Ventilelemente oder in einer Grundstellung ihrer Ventilelemente geschlossen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventilelement eines jeweiligen stetig verstellbaren Wegeventils als Ventilschieber ausgebildet. In seiner, insbesondere federzentrierten Mittelstellung, ist vorzugsweise eine Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe und dem dem Wegeventil zugeordneten Verbraucher geschlossen. Bei einer Verschiebung des Ventilschiebers ausgehend von seiner Mittelstellung in Richtung von Schaltstellungen ist wiederum eine Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe und dem dem Wegeventil zugeordneten Verbraucher geöffnet, um diesen mit Druckmittel zu versorgen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind für einen jeweiligen Verbraucher eine Mehrzahl, insbesondere zwei, Wegeventile vorgesehen, die insbesondere stetig verstellbar sind. Diese sind hierbei jeweils zum Steuern eines Vorlaufvolumenstroms zum jeweiligen Verbraucher eingesetzt. Ein jeweiliges Ventilelement des Wegeventils ist ebenfalls als Ventilschieber ausgestaltet. Mit diesem ist in einer, insbesondere vorgespannten Grundstellung, die Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe und dem dem Wegeventil zugeordneten Verbraucher geschlossen. In Schaltstellungen ist dagegen eine Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe und dem dem Wegeventil zugeordneten Verbraucher geöffnet.
Für einen Ablaufvolumenstrom von einem jeweiligen Verbraucher können ebenfalls eine Mehrzahl, insbesondere zwei, Wegeventile vorgesehen sein.
Die Hydropumpe kann beispielsweise als Verstellpumpe oder als drehzahlvariable Konstantpumpe ausgebildet sein. Ist ein Drosselventil eingesetzt, so kann die Hydropumpe auch als nicht drehzahlvariable Konstantpumpe vorgesehen sein.
Mit Vorteil sind zum Einstellen des OC-Verhaltens über die Steuereinheit Soll-Volumenströme für die Verbraucher und ein Soll-Förder-Volumenstrom für die Hydropumpe einer zu simulierenden OC-Vorrichtung vorgegeben. Die Volumenströme bestimmt die Steuereinheit vorzugsweise anhand eines Kennfelds. Die Volumenströme können hierbei beispielsweise abhängig von einer Stellung eines Steuerhebels, der mit der Steuervorrichtung in Wirkverbindung steht, sein. Um die vorgegebenen Volumenströme besser an einem aktuellen Einsatz der hydraulischen Steuervorrichtung anzupassen beziehungsweise anzunähern, können zusätzlich ein Lastdruck eines jeweiligen Verbrauchers und ein Pumpendruck der Hydropumpe im Einsatz der CC-Vorrichtung gemessen und an die Steuereinheit übermittel werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Last eines jeweiligen Verbrauchers gemessen werden, woraus wiederum die Lastdrücke bestimmt werden können.
Vorteilhafterweise sind für die Steuereinheit zum Simulieren des OC-Verhaltens zusätzlich zu den Soll-Volumenströmen und des Soll-Förder-Volumenstroms hydraulische Widerstände der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung vorgegeben. Die hydraulischen Widerstände können entsprechend der Volumenströme ebenfalls durch die Steuereinheit anhand von Kennfeldern vorgegeben sein. Sie sind dabei beispielsweise ebenfalls abhängig von der Stellung des Steuerhebels. Alternativ oder zusätzlich können sie auch über die Lastdrücke der Verbraucher und dem Pumpendruck der Hydropumpe oder anhand der gemessenen Lasten der Verbraucher berechnet werden.
Bei den hydraulischen Widerständen der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung handelt es sich beispielsweise um die hydraulischen Widerstände von OC-Wegeventilen der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung. Für jedes OC-Wegeventil können insbesondere zwei hydraulische Widerstände herangezogen werden. Der erste hydraulische Widerstand betrifft hierbei vorzugsweise einen das OC-Wegeventil durchströmenden Neutralumlaufstrom und der zweite hydraulische Widerstand den Druckmittelvolumenstrom von der Hydropumpe zum Verbraucher.
Aus den Soll-Volumenströmen und/oder dem Soll-Förder-Volumenstrom und den hydraulischen Widerständen der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung werden hydraulische Widerstände – und somit Drosselquerschnitte – der Wegeventile und des Drosselventils der Steuervorrichtung berechnet. Hierbei werden die Wegeventile und das Drosselventil entsprechend der berechneten hydraulischen Widerstände von der Steuereinheit gesteuert. Eine Bestromung der Aktuatoren der Wegeventile und des Drosselventils erfolgt hierbei durch die Steuereinheit aufgrund einer berechneten oder gemessenen Strom hydraulischer-Widerstand-Kennlinie (I(R’)) eines jeweiligen Wegeventils beziehungsweise des Drosselventils. Ist anstelle Drosselventils der Fördervolumenstrom der Hydropumpe durch die Steuereinheit einstellbar, so erfolgt die Ansteuerung der Wegeventile und der Hydropumpe zur Simulation des OC-Verhaltens ebenfalls aufgrund der berechneten hydraulischen Widerstände der Wegeventile.
Alternativ können die hydraulischen Widerstände der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung dadurch für die Steuereinheit vorgegeben sein, dass Stellungen von Ventilschiebern der zu simulierenden OC-Ventile vorgegeben sind. Aus diesen können die hydraulischen Widerstände der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung mittels gemessener oder berechneter Kennlinien in Abhängigkeit der Stellungen bestimmt werden (R’(x)).
Vorteilhafterweise kann ein Benutzer zwischen dem CC-Verhalten und dem OC-Verhalten wählen. Des Weiteren ist denkbar, dass ein Benutzer zwischen den Verhalten wechseln kann.
Bevorzugterweise ist ein Drucksensor vorgesehen, der einen Förderdruck im Druckmittelströmungspfad zwischen der Hydropumpe und den Wegeventilen misst. Beim Überschreiten eines vorbestimmten Maximaldrucks beziehungsweise Grenzdrucks ist denkbar, dass das Drosselventil durch die Steuereinheit derart geöffnet wird, dass ein Druckbegrenzungsventil simuliert wird.
Erfindungsgemäß ist ein Satz beziehungsweise eine Kollektion von erfindungsgemäßen hydraulischen Steuervorrichtungen vorgesehen. Diese unterscheiden sich hierbei vorzugsweise nur durch die Ansteuerung über die Steuereinheit. Wenigstens eine hydraulische Steuervorrichtung weist hierbei OC-Verhalten auf, und wenigstens eine weitere hydraulische Steuervorrichtung CC-Verhalten.
Erfindungsgemäß sind bei einem Verfahren zum Steuern einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steuervorrichtung folgende Schritte vorgesehen:

– Erfassen einer Stellung eines Steuerhebels, der zum Steuern des Verbrauchers oder der Verbraucher dient, durch eine Steuereinheit;
– Ermittlung von Volumenströmen der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung durch die Steuereinheit in Abhängigkeit von der Position des Steuerhebels, insbesondere anhand von Kennfeldern;
– vor, gleichzeitig oder nach dem letzten Schritt Ermittlung hydraulischer Widerstände der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung durch die Steuereinheit in Abhängigkeit von der Position des Steuerhebels, insbesondere anhand von Kennfeldern;
– Ermittlung hydraulischer Widerstände der Steuervorrichtung durch die Steuereinheit in Abhängigkeit von den ermittelten Volumenströmen und den ermittelten hydraulischen Widerständen der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung derart, dass die gewünschte OC-Steuervorrichtung durch die CC-Steuervorrichtung simuliert ist.

In einem folgenden Schritt können die Wegeventile und das Drosselventil beziehungsweise die Wegeventile und die Hydropumpe in Abhängigkeit von den ermittelten hydraulischen Widerständen der Steuervorrichtung durch die Steuereinheit betätigt werden.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 in einem hydraulischen Schaltplan ein Open-Center-System,
2 in einer schematischen Darstellung das Open-Center-System,
3 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße hydraulische Steuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
4 in einem hydraulischen Schaltplan die hydraulische Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und
5 in einem hydraulischen Schaltplan die hydraulische Steuervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine hydraulische Steuervorrichtung, die mechanisch als herkömmliche Open-Center (OC) Vorrichtung ausgebildet ist und durch die erfindungsgemäße hydraulische Steuervorrichtung simuliert werden soll. Diese hat als Druckmittelquelle eine als Konstantmaschine ausgebildete Hydropumpe 2. An diese ist eine Zulaufleitung 4 angeschlossen. An die Zulaufleitung 4 wiederum ist ein erster Verbraucher 6 über ein erstes Wegeventil 8 und ein zweiter Verbraucher 10 über ein zweites Wegeventil 12 angeschlossen. Bei den Verbrauchern 6 und 10 handelt es sich bei dieser Ausführungsform um Differentialzylinder. Die Steuervorrichtung wird üblicherweise in der Mobilhydraulik, beispielsweise für Bagger, eingesetzt, wobei zusätzlich zu den Verbrauchern 6 und 10 weitere Verbraucher und auch mehrere Hydropumpen mit weiteren Ventilen zur Steuerung vorgesehen sein können, die dann über weitere Wegeventile mit der Zulaufleitung 4 beziehungsweise der Hydropumpe 2 verbindbar sind.
Die Wegeventile 8 und 12 sind als OC-Ventile ausgestaltet. Ein jeweiliger Ventilschieber der Wegeventile 8 und 12 hat hierbei eine federzentrierte Mittelstellung beziehungsweise Neutralstellung, in der ein Durchflussquerschnitt für einen Neutralumlaufstrom geöffnet ist. Der Neutralumlaufstrom fließt hierbei durch einen Druckmittelströmungspfad 14, der von der Zulaufleitung 4 abzweigt, sich über die Wegeventile 8 und 12 erstreckt und in eine Ablaufleitung 16 mündet. Wird ein Ventilschieber eines jeweiligen Wegeventils 8 beziehungsweise 12 aus seiner Mittelstellung in Richtung von Schaltstellungen bewegt, so wird der Druckmittelströmungspfad 14 zugesteuert und eine Druckmittelverbindung zwischen dem Verbraucher 6 beziehungsweise 8 und der Zulaufleitung 4 aufgesteuert, womit der Verbraucher 6 beziehungsweise 10 mit Druckmittel versorgbar ist. Zugleich wird gemäß 1 der Verbraucher 6 beziehungsweise 10 mit der Ablaufleitung 16 verbunden.
Des Weiteren ist zwischen der Zulaufleitung 4 und der Ablaufleitung 16 ein Druckbegrenzungsventil 18 vorgesehen.
Das Wegeventil 8 hat zwei hydraulische Widerstände. Ein hydraulischer Widerstand R₂ betrifft hierbei die Druckmittelverbindung zwischen dem Verbraucher 6 und der Zulaufleitung 4 und ein Widerstand R₁ die Druckmittelverbindung des Druckmittelströmungspfads 14 für den Neutralumlaufstrom durch das Wegeventil 8. Das Wegeventil 12 weist ebenfalls zwei hydraulische Widerstände auf. Hierbei betrifft ein Widerstand R₃ die Druckmittelverbindung zwischen dem Verbraucher 10 und der Zulaufleitung 4 und ein Widerstand R₄ den Druckmittelströmungspfad 14 für den Neutralumlaufstrom.
Gemäß 2 ist die Steuervorrichtung aus 1 schematisch nachgebildet. Die hydraulischen Widerstände R₁ bis R₄ sind hierbei als verstellbare Blenden 20 bis 26 abgebildet. Der Verbraucher 6 ist gemäß 2 über eine erste Leitung 28 mit der Hydropumpe 2 verbunden. In der Leitung 28 ist dann die Blende 20 vorgesehen. Zwischen der Blende 20 und der Hydropumpe 2 zweigt eine zweite Leitung 30 ab, in die der die Blende 22 vorgesehen ist. Stromabwärts der Blende 22 zweigt dann zum Einen eine dritte Leitung 32 zum Verbraucher 10 und eine vierte Leitung 34 zum Tank 36 ab. In der dritten Leitung 32 ist hierbei die Blende 24 und in der vierten Leitung 34 die Blende 26 vorgesehen. Über eine jeweilige Blende 20 bis 26 kann jeweils ein Volumenstrom V₁, V₂, V₃ beziehungsweise V₄ strömen. Die Hydropumpe 2 kann einen Volumenstrom V_P fördern. Auf den Verbraucher 6 wirkt hierbei eine Kraft F₁ und auf den Verbraucher 10 eine Kraft F₂.
Zum Abbilden der OC-Steuervorrichtung der 1 und 2 mit einer Closed-Center (CC) Steuervorrichtung wird die Steuervorrichtung der 2 gemäß 3 umgeformt. Zunächst wird die Blende 22 aus 2 durch zwei Blenden 38 und 40, siehe 3, ersetzt. Die Blende 38 wird hierbei zusätzlich zur Blende 24 in die dritte Leitung 32 gesetzt. Die Blende 40 wird zusätzlich zur Blende 26 in die vierte Leitung 34 gesetzt. Die Blenden 24 und 38 werden nun als eine Blende 42 betrachtet und die Blenden 26 und 40 als eine Blende 44. Hierdurch erhält man ein CC-System, das dem OC-System aus 2 nachgebildet ist. Gemäß 3 hat die Blende 20 einen hydraulischen Widerstand R₁', die Blende 42 einen hydraulischen Widerstand R₂´ und die Blende 44 eine hydraulischen Widerstand R₃´. Über die Blenden 20, 42 beziehungsweise 44 kann jeweils ein Volumenstrom V₁´, V₂´ beziehungsweise V₃´ strömen. Die Hydropumpe 2 fördert einen Volumenstrom V_P´. Ein Durchströmungsquerschnitt der Blenden 20, 42 und 44 wird über eine Steuereinheit eingestellt. Zur Nachbildung des OC-Systems aus 2 ist eine Umrechnung der hydraulischen Widerstände R₁ bis R₄ aus 2 notwendig. Hierzu werden für die Steuervorrichtungen aus 2 und 3 Maschengleichungen aufgestellt:
Maschengleichungen Fig. 2:

p₁₀ = p₁ + V₁·R₁
p₁₀ = p₂ + V₂·R₂ + V₃·R₃
p₁₀ = V₂·R₂ + V₄·R₄

Knotengleichungen Fig. 2:

V_p = V₁ + V₂
V₂ = V₃ + V₄

Maschengleichungen Fig. 3:

p₁₀ = p₁ + V ' / 1·R'₁
p₁₀ = p₂ + V ' / 2·R ' / 2
p₁₀ = V ' / 3·R ' / 3

Knotengleichungen Fig. 3:

V_p' = V ' / 1 + V ' / x
V ' / x = V ' / 2 + V ' / 3

Durch Koeffizientenvergleich können die hydraulischen Widerstände der 3 mit V₄ = V₃' und V₂' = V₃ berechnet werden:
Somit können anhand der Widerstandswerte R₁ bis R₄ und der Volumenströme V₂ bis V₄ des OC-Systems die Widerstandswerte R₁', R₂' beziehungsweise R₃' der Blenden 20, 42 beziehungsweise 44 des CC-Systems aus 3 ermittelt werden.
Gesteuert wird die Steuervorrichtung aus 3 von einem Benutzer über einen Steuerhebel beziehungsweise Joystick, der elektrisch mit der Steuereinheit verbunden ist. Anhand einer Stellung des Steuerhebels werden von der Steuereinheit über ein Kennfeld die Volumenströme V₂, V₃ und V₄ berechnet. Das Gleiche gilt für die hydraulischen Widerstände R₁ bis R₄, die ebenfalls anhand der Stellung des Steuerhebels von der Steuereinheit über ein Kennfeld ermittelt werden.
4 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Für die Blende 20 aus 3 ist hierbei ein Wegeventil 46 und für die Blende 42 ein Wegeventil 48 vorgesehen. Die Wegeventile 46 und 48 sind hierbei als 3/4-Wegeventile ausgebildet. Für die Blende 44 aus 3 ist gemäß 4 ein Drosselventil 50 angeordnet. An die Zulaufleitung 4 ist ein jeweiliges Wegeventil 46 und 48 mit einem Druckanschluss P über ein sich in Druckmittelströmungsrichtung weg von der Zulaufleitung 4 öffnendes Rückschlagventil 52 angeschlossen. Über einen Tankanschluss T ist ein jeweiliges Wegeventil 46 und 48 mit der Ablaufleitung 16 verbunden. An einen ersten und zweiten Arbeitsanschluss A, B eines jeweiligen Wegeventils 46 und 48 sind der Verbraucher 6 beziehungsweise 8 angeschlossen. Eine erste Zylinderkammer 54 eines jeweiligen als Differentialzylinder ausgebildeten Verbrauchers 6 und 8 ist hierbei mit dem Arbeitsanschluss A und eine zweite Zylinderkammer 56 mit dem Arbeitsanschluss B verbunden. Ein stetig verstellbarer Ventilschieber der Wegeventile 46 und 48 trennt in seiner federzentrierten Mittelstellung 0 die Anschlüsse A, B, P und T voneinander. Wird der Ventilschieber eines jeweiligen Wegeventils 46 und 48 ausgehend von seiner Mittelstellung 0 in Richtung von Schaltstellungen a verschoben, so wird eine Druckmittelverbindung zwischen dem Druckanschluss P und dem Arbeitsanschluss B und zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Tankanschluss T aufgesteuert. Wird der Ventilschieber ausgehend von seiner Mittelstellung 0 entgegengesetzt in Richtung von Schaltstellungen b verschoben, so wird der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A und der Arbeitsanschluss B mit dem Tankanschluss T verbunden. Betätigt wird der Ventilschieber eines jeweiligen Wegeventils 46 und 48 über elektrische Aktuatoren 58 und 60. Diese sind elektrisch mit einer Steuereinheit 62 verbunden.
Das Drosselventil 50 ist als stetig verstellbares 2/2-Wegeventil ausgestaltet. Es ist mit einem Druckanschluss P an die Zulaufleitung 4 und mit einem Tankanschluss T an die Ablaufleitung 16 angeschlossen. In einer federvorgespannten Grundstellung 0 eines Ventilschiebers des Drosselventils 50 ist der Druckanschluss P von dem Tankanschluss T getrennt. Wird der Ventilschieber ausgehend von seiner Grundstellung 0 in Richtung von Schaltstellungen a verschoben, so wird der Druckanschluss P mit dem Tankanschluss T verbunden. Betätigt wird der Ventilschieber ebenfalls über einen elektrischen Aktuator 64, der elektrisch mit der Steuereinheit 62 verbunden ist.
Ein Druck in der Zulaufleitung 4 kann über einen Drucksensor 66 abgegriffen und an die Steuereinheit 62 gemeldet werden.
Die Ablaufleitung 16 ist über einen Filter 68 mit dem Tank 36 verbunden. Von diesem fördert eine Hydropumpe 70 Druckmittel in die Zulaufleitung 4.
Ausgänge 72 der Steuereinheit 62 sind mit den Aktuatoren 58 und 60 der Wegeventile 46 beziehungsweise 48 verbunden und der Ausgang 74 mit dem Aktuator 64 des Drosselventils 50. Der Eingang 76 der Steuereinheit 72 ist mit dem Drucksensor 66 verbunden.
Zum Abbilden eines OC-Systems mit dem CC-System aus 4 wird, wie oben stehend bereits erläutert, folgendes Verfahren ausgebildet.
In einem ersten Schritt ermittelt die Steuereinheit 62 die Soll-Volumenströme beziehungsweise Volumenströme V₁, V₃ und V_P des zu simulierenden OC-Systems.
Diese werden hierbei aus einem Kennfeld ermittelt, wobei eine Stellung eines elektrischen Steuerhebels, der elektrisch mit der Steuereinheit 62 verbunden ist, berücksichtigt wird. Des Weiteren werden von der Steuereinheit 62 die hydraulischen Widerständen R₁ bis R₄ des zu simulierenden OC-Systems ermittelt. Diese werden ebenfalls über ein Kennfeld erfasst, wobei ebenfalls die Stellung des Steuerhebels berücksichtigt ist. Aus den Volumenströmen V₁, V₃ und V_P und den hydraulischen Widerständen R₁ bis R₄ des zu simulierenden OC-Systems werden dann die hydraulischen Widerstände R₁´, R₂´ und R₃´ durch folgende Formeln berechnet:
In Abhängigkeit von den hydraulischen Widerständen R₁´ bis R₃´ werden dann die Betätigungsmagnete beziehungsweise Aktuatoren 58, 60 der Wegeventile 46 und 48 und der Betätigungsmagnet beziehungsweise Aktuator 64 des Drosselventils 50 auf Grundlage einer (gemessenen oder berechneten) Kennlinie I(R´) von der Steuereinheit 62 bestromt, wobei I ein Strom ist.
Gemäß 5 ist eine Steuervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zur Ausführungsform aus 4 sind für einen jeweiligen Verbraucher 6 und 10 jeweils eine Mehrzahl von Wegeventilen 78, 80, 82 und 84 vorgesehen. Der Einfachheit halber werden im Folgenden nur die Wegeventile für den Verbraucher 6 näher erläutert. Die Wegeventile des Verbrauchers 10 sind entsprechend ausgestaltet. Mit dem Wegeventil 78 wird eine Druckmittelverbindung zwischen der Zulaufleitung 4 und der Zylinderkammer 56 des Verbrauchers 6 und mit dem Wegeventil 80 eine Druckmittelverbindung zwischen der Zulaufleitung 4 und der Zylinderkammer 54 des Verbrauchers 6 auf- und zugesteuert. Ein jeweiliges Wegeventil 78 und 80 ist hierbei als stetig verstellbares 2/2-Wegeventil ausgestaltet. Ein Ventilschieber der Wegeventile 78 und 80 ist über einen elektrischen Aktuator 86 über die Steuereinheit 62 betätigbar. In einer federvorgespannten Grundstellung des Ventilschiebers der Wegeventile 78 und 80 ist die Druckmittelverbindung zwischen der Zylinderkammer 56 beziehungsweise 54 und der Zulaufleitung 4 gesperrt. In Schaltstellung ist diese Druckmittelverbindung über eine Zumessblende 88 geöffnet.
Die Wegeventile 82 und 84 sind ebenfalls als stetig verstellbare 2/2-Wegeventile ausgestaltet, die hydraulisch betätigbar sind. Die Wegeventile 82 und 84 dienen zur Druckmittelverbindung der Zylinderkammern 56 beziehungsweise 54 des Verbrauchers 6 mit der Ablaufleitung 16.
Entsprechend der 4 ist bei der Steuervorrichtung in 5 ebenfalls das Drosselventil 50 vorgesehen.
Die Hydropumpe 92 ist über eine Steuervorrichtung 94 verstellbar. Die Steuervorrichtung 94 wird hierbei über eine mit der Hydropumpe 92 gekoppelte als Konstantpumpe ausgebildete Hydropumpe 96 mit Druckmittel versorgt. Angetrieben werden die Hydropumpen 92 und 96 gemeinsam von einer Antriebseinheit 98. Der Druck in der Zulaufleitung 4 wird entsprechend der 4 von einem Drucksensor 66 abgegriffen. Ein Druck in der Pumpenleitung der Hydropumpe 96 ist über ein Druckbegrenzungsventil 100 begrenzt.
Offenbart ist eine hydraulische Steuervorrichtung, die als Closed-Center-System mechanisch ausgebildet ist. Ventile der Steuervorrichtung sind hierbei elektrisch über eine Steuereinheit betätigbar. Die Ventile können hierbei über die Steuereinheit derart angesteuert werden, dass die Steuervorrichtung wahlweise ein Closed-Center-Verhalten oder ein Open-Center-Verhalten aufweist.
Bezugszeichenliste

2: Hydropumpe
4: Zulaufleitung
6: erster Verbraucher
8: erstes Wegeventil
10: zweiter Verbraucher
12: zweites Wegeventil
14: Druckmittelströmungspfad
16: Ablaufleitung
18: Druckbegrenzungsventil
20: Blende
22: Blende
24: Blende
26: Blende
28: erste Leitung
30: zweite Leitung
32: dritte Leitung
34: vierte Leitung
36: Tank
38: Blende
40: Blende
42: Blende
44: Blende
46: Wegeventil
48: Wegeventil
50: Drosselventil
52: Rückschlagventil
54: Zylinderkammer
56: Zylinderkammer
58: Aktuator
60: Aktuator
62: Steuereinheit
64: Aktuator
66: Drucksensor
68: Filter
70: Hydropumpe
72: Ausgang
74: Ausgang
76: Eingang
78: Wegeventil
80: Wegeventil
82: Wegeventil
84: Wegeventil
86: Aktuator
88: Zumessblende
90: Druckbegrenzungsventil
92: Hydropumpe
94: Steuervorrichtung
96: Hydropumpe
98: Antriebseinheit
100: Druckbegrenzungsventil
R₁, R₂, R₃, R₄: hydraulischer Widerstand
R₁‘, R₂‘, R₃‘: hydraulischer Widerstand
V₁, V₂, V₃, V₄, V_P: Volumenstrom
V₁‘, V₂‘, V₃‘, V_P‘: Volumenstrom
F₁, F₂: Kraft
A, B: Arbeitsanschluss
P: Druckanschluss
T: Tankanschluss

Claims

Hydraulische Steuervorrichtung mit einer Hydropumpe (2, 70), an die ausgangsseitig eine Zulaufleitung (4) angeschlossen ist, an die eine Mehrzahl von hydraulischen Verbrauchern (6, 10) jeweils über ein Wegeventil (46, 48) angeschlossen sind, wobei ein Ventilelement eines jeweiligen Wegeventils (46, 48) jeweils mit einem elektrischen Aktuator (58, 60) betätigbar ist, wobei die Aktuatoren (58, 60) von einer Steuereinheit (62) ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufleitung (4) über ein durch die Steuereinheit (62) verstellbares Drosselventil (50) mit einem Tank (36) verbunden ist und/oder ein Fördervolumenstrom der Hydropumpe (70) durch die Steuereinheit (62) einstellbar ist, wobei die Wegeventile (46, 48) und das Drosselventil (50) von der Steuereinheit (62) oder die Wegeventile (46, 48) und die Hydropumpe (70) von der Steuereinheit (62) derart angesteuert sind, dass die Steuervorrichtung mit einem Closed-Center (CC) Verhalten und einem Open-Center (OC) Verhalten einsetzbar ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese im Wesentlichen als CC-Vorrichtung ausgebildet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wegeventile (46, 48) in einer Mittelstellung oder Grundstellung ihres Ventilelements geschlossen sind.
Steuervorrichtung nach einem dem Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ventilelement eines jeweiligen stetig verstellbaren Wegeventils (46, 48) ein Ventilschieber ist, der in seiner Mittelstellung eine Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe (70) und dem zugeordneten Verbraucher (6, 10) schließt und in Schaltstellungen eine Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe (70) und dem zugeordneten Verbraucher (6, 10) öffnet.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für einen jeweiligen Verbraucher (6, 10) für einen Vorlauf zumindest zwei stetig verstellbare Wegeventile (78, 80) vorgesehen sind, deren Ventilelement ein Ventilschieber ist, der in einer Grundstellung die Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe (92) und dem zugeordneten Verbraucher (6, 10) schließt und in Schaltstellungen eine Druckmittelverbindung zwischen der Hydropumpe (92) und dem zugeordneten Verbraucher (6, 10) öffnet.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydropumpe eine Verstellpumpe (70, 92) oder eine drehzahlvariable Konstantpumpe (70, 92) ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Nachbilden des OC-Verhaltens Soll-Volumenströme (V₁, V₃) für die Verbraucher (6, 10) und ein Soll-Förder-Volumenstrom (V_P) für die Hydropumpe (70) einer zu simulierenden OC-Steuervorrichtung vorgegeben sind.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Nachbilden des OC-Verhaltens hydraulische Widerstände (R₁ bis R₄) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung vorgegeben sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei aus den Volumenströmen (V₁, V₃, V_P) und den hydraulischen Widerständen (R₁ bis R₄) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung hydraulische Widerstände (R₁´, R₂´) der Wegeventile (46, 48) und ein hydraulischer Widerstand (R₃´) des Drosselventils (50) berechnet sind, und wobei die Wegeventile (46, 48) und das Drosselventil (50) entsprechend der berechneten hydraulischen Widerstände (R₁´ bis R₃´) von der Steuereinheit (62) gesteuert sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Volumenströme (V₁, V₃, V_P) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung und die hydraulischen Widerstände (R₁ bis R₄) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung abhängig von einer Stellung eines den oder die Verbraucher (6, 10) steuernden elektrischen Steuerhebels sind.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine Vorgabe der hydraulischen Widerstände (R₁ bis R₄) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung dadurch erfolgt, dass Stellungen von Ventilschiebern von zu simulierenden OC-Ventilen (8, 12) vorgegeben sind, wobei die hydraulischen Widerstände (R₁ bis R₄) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung mittels gemessener oder berechneter Kennlinien in Abhängigkeit der Stellungen bestimmt sind.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Vorliegen eines CC-Verhaltens oder eines OC-Verhaltens von einem Benutzer konfigurierbar ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Drucksensor (66) vorgesehen ist, der einen Druck in der Zulaufleitung (4) misst, wobei beim Überschreiten eines bestimmten Maximaldrucks das Drosselventil (50) durch die Steuereinheit (62) geöffnet ist.
Satz von hydraulischen Steuervorrichtungen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich diese nur durch die Ansteuerung der Steuereinheit (62) unterscheiden, wobei wenigstens eine hydraulische Steuervorrichtung OC-Verhalten und wenigstens eine hydraulische Steuervorrichtung CC-Verhalten aufweist.
Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit folgenden Schritten: – Erfassen einer Position eines Steuerhebels, der zum Steuern des Verbrauchers oder der Verbraucher (6, 10) dient, durch eine Steuereinheit (62), – Ermittlung von Volumenströmen (V₁, V₃, V_P) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung durch die Steuereinheit (62) in Abhängigkeit von einer Position des Steuerhebels, – Ermittlung von hydraulischen Widerständen (R₁ bis R₄) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung durch die Steuereinheit (62) in Abhängigkeit von der Position des Steuerhebels, – Ermittlung von hydraulischen Widerständen (R₁´, R₂´, R₃´) der Steuervorrichtung durch die Steuereinheit (62) in Abhängigkeit von den Volumenströmen (V₁, V₃, V_P) und den hydraulischen Widerständen (R₁ bis R₄) der zu simulierenden OC-Steuervorrichtung.