DE102020202985A1

DE102020202985A1 - Hydraulische Steueranordnung mit entlastbarer Druckwaage und Druckwaage

Info

Publication number: DE102020202985A1
Application number: DE102020202985.7A
Authority: DE
Inventors: Vincenzo Bollero
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung mit einer stetig verstellbaren Zumessblende mit einem Druckanschluss und einem Arbeitsanschluss, der mit einem hydraulischen Verbraucher fluidisch verbindbar ist, und mit einer stetig verstellbaren Druckwaage, über die der Druckanschluss in einer Endstellung der Druckwaage mit Hochdruck und in der anderen Endstellung mit Niederdruck und in Zwischenstellungen anteilig mit Hochdruck und Niederdruck fluidisch verbindbar ist, wobei ein Ventilkörper der Druckwaage in Richtung der einen Endstellung vorgespannt ist und eine in Richtung der anderen Endstellung wirksame Steuerfläche hat, die in der einen Endstellung mit Hochdruck, in der anderen Endstellung mit dem Druck am Druckanschluss und in den Zwischenstellungen anteilig mit Hochdruck und dem Druck am Druckanschluss belastbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltung mit entlastbarer Druckwaage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine derartige Druckwaage gemäß Anspruch 7.
Bei der Druckmittelversorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher durch eine gemeinsame Druckmittelquelle resultiert bei klassischer Drosselsteuerung das Problem, dass ein Operator aufgrund unterschiedlicher Lastdrücke der Verbraucher, den jeweiligen Öffnungsquerschnitt der Zumessblenden nur schwierig einstellen kann, um die gewünschte Geschwindigkeit des Verbrauchers zu erzielen.
Diese Problematik wird herkömmlich durch eine Kombination aus Druckwaage und Zumessblende gelöst. Dabei drosselt die Druckwaage einen Eingangsdruck der Zumessblende derart stark an, dass eine Druckdifferenz aus Eingangsdruck und Ausgangsdruck über die Zumessblende konstant ist. Dann hängt der Druckmittelvolumenstrom über die Zumessblende zum oder vom Verbraucher nur noch vom Öffnungsquerschnitt der Zumessblende ab. Damit ist die Geschwindigkeit unabhängig vom Lastdruck nur noch von der Stellung des Joysticks des Operators abhängig, was diesem die Steuerung enorm erleichtert.
Die Einheit aus Zumessblende und Druckwaage wird praktischerweise in einer Steuerscheibe zusammengefasst, wobei mehrere Steuerscheiben zu einem Steuerblock zusammengefasst sind. Ein derartiger Steuerblock ist aus dem Datenblatt RA 64273/01.2013 der Anmelderin als sogenannter LS-Steuerblock bekannt.
Zwar liefert eine derartige hydraulische Steueranordnung den gewünschten Effekt der lastunabhängigen Durchflussverteilung, jedoch können Fälle auftreten, in denen einer der Verbraucher priorisiert werden muss und einen maximalen Druckmittelvolumenstrom benötigt. Hier sind Lösungen bekannt, die Drosselung durch die Druckwaage zu deaktivieren, so dass an der Zumessblende die volle Druckdifferenz und so, ggf. zu Lasten anderer Verbraucher, der volle Druckmittelvolumenstrom der Druckmittelquelle zur Verfügung steht.
Die Druckschrift DE 103 03 385 A1 zeigt eine hydraulische Steueranordnung zum Heben und Senken, mit zwei Druckwaagen, eine für den Ablauf, eine für den Umlauf, die beide durch ein 4/2-Schaltventil entlastbar und somit voll aufsteuerbar sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung mit entlasteter Druckwaage zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfacher gestaltet ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine derartige Druckwaage zu schaffen.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite durch eine Druckwaage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Unteransprüchen formuliert.
Eine hydraulische Steueranordnung hat eine verstellbare Zumessblende, über die eine Druckmittelbeschickung eines Verbrauchers oder eine Druckmittelabfuhr von diesem steuerbar ist. Insbesondere ist diese über einen Joystick steuerbar. Der Verbraucher ist insbesondere ein Hydromotor oder Hydrozylinder zum Antrieb eines Erdreich-Bohrer, eines Hebezeugs wie beispielsweise eines Kranes oder Gabelstaplers oder Bergekrans. Insbesondere zur lastdruckunabhängigen Steuerung bei über nur eine Druckmittelquelle versorgten Verbrauchern ist mit der Zumessblende eine Druckwaage fluidisch in Reihe geschaltet, über die ein Druckverlust über die Zumessblende regelbar oder konstant haltbar ist. Ein Ventilkörper der Druckwaage ist derart ausgestaltet, dass er in Richtung einer Druckmittelverbindung der Zumessblende mit einem Hochdruck der Druckmittelquelle mit einem Druckäquivalent, insbesondere einer Feder, vorgespannt ist und mit einem Lastdruck des Verbrauchers beaufschlagbar, insbesondere beaufschlagt ist. Darüber hinaus hat er eine Steuerfläche, die mit dem Hochdruck oder einem davon abhängigen Druck belastbar, insbesondere belastet, ist und in Richtung zunehmender Drosselung der genannten Druckmittelverbindung wirksam ist. Erfindungsgemäß ist ein als 2/2-Schaltventil ausgestaltetes Entlastungsventil vorgesehen, über das die Steuerfläche wahlweise mit Niederdruck verbindbar, also entlastbar ist, und dagegen absperrbar ist.
Im abgesperrten Modus wird der Hochdruck so stark von der Druckwaage angedrosselt, dass die Druckdifferenz über die Zumessblende sollgerecht eingeregelt ist. Im entlasteten Modus ist die Druckwaage hingegen voll aufgesteuert, sodass an der Zumessblende der volle Hochdruck ungedrosselt ansteht und dem Verbraucher dadurch, insbesondere für einen gewünschten Boostmodus, ggf. zu Lasten anderer Verbraucher, der maximal mögliche Volumenstrom zur Verfügung steht. Dieser Bedarf ist temporär. Vorzugsweise ist das Entlastungsventil in die Absperrstellung vorgespannt, insbesondere über eine Feder. Ist der Bedarf nicht gegeben, kann die Steuerfläche über eine, insbesondere elektromagnetische Betätigung, des Entlastungsventils gegen Niederdruck abgesperrt werden und die Druckwaage erfüllt ihre Regelfunktion. So ist vorrichtungstechnisch einfach eine Deaktivierung der Regelfunktion der Druckwaage und die Boostfunktion für den Verbraucher realisiert.
In einer Weiterbildung weist der Ventilkörper einen internen Druckmittelkanal auf, über den der Hochdruck mit der Steuerfläche fluidisch verbindbar, insbesondere dauerhaft verbindbar oder verbunden, ist. Dieser interne Abgriff des Hochdrucks benötigt sehr wenig Bauraum.
Um eine Dämpfung der Beaufschlagung der Steuerfläche mit Hochdruck im Regelbetrieb der Druckwaage zu gewährleisten, weist in einer Weiterbildung der interne Druckmittelkanal eine feste Drosselstelle auf.
Um bei aufgesteuertem Entlastungsventil, also bei deaktivierter Druckwaage und der Druckmittelverbindung von deren Steuerfläche mit der Druckmittelsenke, einen Verlust-Druckmittelvolumenstrom über den internen Druckmittelkanal hin zur Druckmittelsenke einzudämmen, ist in einer Weiterbildung in einem Druckmittelströmungspfad von der Steuerfläche zur Druckmittelsenke, dem Entlastungsventil vor- oder nachgeschaltet, eine, insbesondere feste, Drosselstelle vorgesehen.
Kompakt ist die Steueranordnung eingefasst, wenn in einer Weiterbildung zumindest die Druckwaage und die Zumessblende in einer Steuerscheibe und/oder einem Steuerblock angeordnet sind.
Noch kompakter ist eine Weiterbildung, bei der zudem das Entlastungsventil in der Steuerscheibe und/oder dem Steuerblock angeordnet ist.
In einer Weiterbildung der Steueranordnung ist diese als electronic- oder e-LS ausgebildet, wobei die Druckdifferenz dann über die Zumessblende zumindest teilweise elektronisch von der Druckwaage geregelt ist.
Eine erfindungsgemäße Druckwaage für eine hydraulische Steueranordnung, die gemäß wenigstens einem Aspekt der vorhergehenden Beschreibung ausgestaltet ist, hat einen Hochdruckanschluss zur Verbindung mit einer Druckmittelquelle und einem Druckanschluss zur Verbindung mit einem Druckanschluss einer Zumessblende, über die ein hydrotstatischer Verbraucher mit Druckmittel versorgbar ist. Sie hat zudem einen Ventilkörper, der in Richtung einer Druckmittelverbindung des Hochdruckanschlusses mit dem Druckanschluss der Druckwaage mit einem Druckäquivalent, insbesondere einer Feder, vorgespannt und mit einem Lastdruck des Verbrauchers beaufschlagbar ist. Dabei ist eine in Richtung zunehmender Drosselung der Druckmittelverbindung wirksame Steuerfläche des Ventilkörpers mit dem Hochdruck oder einem davon abhängigen Druck belastbar. Erfindungsgemäß ist zur Deaktivierung der Regelfunktion der Druckwaage ein unabhängiger Druckmittelkanal zur Steuerfläche vorgesehen ist, der wahlweise mit Niederdruck, insbesondere über das oben genannte Entlastungsventil, verbindbar oder dagegen absperrbar ist.
Je ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung und einer darin enthaltenden Druckwaage werden in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen hydraulischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Steueranordnung,
2 deren physische Ausgestaltung in einer Steuerscheibe, und
3 eine Druckwaage der hydraulischen Steueranordnung aus 1 und 2 in vergrößerter Darstellung.

Gemäß 1 hat eine hydraulische Steuereinheit 1 einen Steuerblock 2, in dem eine Mehrzahl von Steuerscheiben 6 zusammengefasst sind, wovon in 1 exemplarisch lediglich ein dargestellt ist. Die Steuerscheibe 6 hat zwei Arbeitsanschlüsse A und B zur Anbindung eines hydraulischen Verbrauchers, beispielsweise eines doppeltwirkenden Hydrozylinders oder einer in zwei Richtungen betreibbaren Hydromaschine. Des Weiteren hat die Steuerscheibe 6 einen Hochdruckanschluss P, einen Lastmeldeanschluss LS und einen Niedertruckanschluss T. Der Hochdruckanschluss P ist zur Druckmittelverbindung mit einer Druckmittelquelle, beispielsweise Hydropumpe (nicht dargestellt) vorgesehen. Mit dem Lastmeldeanschluss LS ist eine Wechselventilkaskade aus einzelnen Wechselventilen 8 für jeden Verbraucher verbunden.
Derartige Steuerblöcke 2 oder Steuerscheiben 6 sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass diesbezüglich auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann. Die folgende Beschreibung konzentriert sich daher schwerpunktmäßig auf Merkmale im Bereich der erfindungsgemäß ausgebildeten Druckwaage 3.
Gemäß 1 hat die Steuerscheibe 6 eine Zumessblende 2, die in Ventilschieberbauweise stetig verstellbar ausgestaltet ist, die Hauptanschlüsse P, A, B, T und drei Lastmeldeanschlüsse, sowie drei Stellungen aufweist. Auch eine derartige Zumessblende ist aus dem Stand der Technik bekannt und entbehrt weiterer Erklärungen.
Des Weiteren hat die Steuerscheibe 6 eine stetig verstellbare Druckwaage 3 mit einem Hochdruckanschluss P und einem Druckanschluss P' sowie einem Tankanschluss T. Ein Ventilkörper 7 der Druckwaage 3 hat eine Endstellung 7a, in die er über eine Feder vorgespannt ist, und in der der Hochdruckanschluss P mit dem Druckanschluss P' und, über einen im Ventilkörper 6 ausgebildeten internen Druckmittelkanal 14, mit dem Niederdruckanschluss T verbunden ist. Im internen Druckmittelkanal 14 ist eine Drossel 16 ausgebildet. Der Niederdruckanschluss T der Druckwaage 3 ist mit einer entgegen der Feder wirksamen Steuerfläche 18 fluidisch verbunden, sodass, bis auf weiter unten definierte Ausnahmen, die Steuerfläche immer mit dem Druck am Niederdruckanschluss T der Druckwaage 3 beaufschlagt ist. Die andere Endstellung 7b des Ventilkörpers 3 verbindet den Druckanschluss P' mit dem Niederdruckanschluss T der Druckwaage 3. In Abhängigkeit der Stellung der Zumessblende 2 wird auf eine mit der Feder gleichwirkende, andere Steuerfläche des Ventilkörpers 7 der Lastdruck des Arbeitsanschlusses A oder B gemeldet.
Erfindungsgemäß ist der Niederdruckanschluss T der Druckwaage 3 über ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Schaltventil, das als unabhängig betätigbares Entlastungsventil fungiert, mit dem Tank T fluidisch verbindbar oder von diesem absperrbar.
2 zeigt die Steuerscheibe 6 zusammen mit dem Entlastungsventil 20 und dem Tank T in einem Teilschnitt und in teilschematischer Darstellung.
3 zeigt ein Detail der Steuerscheibe 6, und damit der hydraulischen Anordnung 1 gemäß 1, teilweise als Schnitt und teilweise in schematischer Darstellung. Der Ventilkörper 7 der Druckwaage 3 ist in einer Zylinderbohrung 22 der Steuerscheibe 6 axial beweglich aufgenommen. Der Ventilkolben 7 ist in seiner federvorgespannten Grundstellung, beziehungsweise der einen Endstellung 7a, dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich ist dann der Hochdruckanschluss P mit dem Druckanschluss P' fluidisch verbunden. Der Ventilkörper 7 hat einen internen Druckmittelkanal 14 mit einer Mündung 26, die zwischen zwei Steuerbünden in einer Umfangsausnehmung des Ventilkörpers 7 in die Zylinderbohrung 22 mündet. Über die Mündung 26 wird somit der Druck der Druckmittelverbindung P - P' abgegriffen und über den internen Druckmittelkanal 14 auf die entgegen der Feder, in die andere Endstellung 7b wirksame Steuerfläche 18 geleitet.
In einen von der Steuerfläche 18 und der Zylinderbohrung begrenzten Druckraum mündet eine Entlastungsleitung 28, in der eine Drosselstelle 30 angeordnet ist. An die Entlastungsleitung 28 ist das als 2/2-Schaltventil ausgestaltete Entlastungsventil 20 angeschlossen. Dieses ist in seine Schließstellung federvorgespannt und durch einen Elektromagneten in seine Öffnungsstellung betätigbar. In der Schließstellung ist der Tank T von der Steuerfläche 18 abgesperrt, in der betätigten Öffnungsstellung ist die Steuerfläche 18 mit dem Tank T verbunden.
Bezugszeichenliste

1: hydraulische Anordnung
2: Zumessblende
3: Druckwaage
4: Steuerblock
5: Druckbegrenzungsventil
6: Steuerscheibe
7: Ventilkörper
7a: eine Endstellung
7b: andere Endstellung
8: Wechselventil
10: elektrohydraulische Vorsteuerung
14: interner Druckmittelkanal
16: Drosselstelle
18: Steuerfläche
20: Entlastungsventil
22: Zylinderbohrung
26: Mündung
28: Entlastungsleitung
30: Drosselstelle
32: Regelblende
LSp: Lastmeldung zur Hydropumpe
LSext: Lastmeldung andere Verbraucher
LSint: Lastmeldung Verbraucher
T: Tank
P: Hochdruckanschluss
P': Druck
A, B: Arbeitsanschluss Verbraucher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10303385 A1 [0006]

Claims

Hydraulische Steueranordnung mit einer verstellbaren Zumessblende (2) zur Druckmittelbeschickung eines Verbrauchers oder Druckmittelabfuhr von diesem, und mit einer mit dieser fluidisch in Reihe geschalteten Druckwaage (3) zur Regelung eines Δp über die Zumessblende (2), wobei ein Ventilkörper (7) der Druckwaage (3) in Richtung einer Druckmittelverbindung der Zumessblende (2) mit Hochdruck (P) mit einem Druckäquivalent vorgespannt und mit einem Lastdruck des Verbrauchers beaufschlagbar ist, und wobei der Ventilkörper (7) eine Steuerfläche (18) hat, die mit dem Hochdruck (P) oder einem davon abhängigen Druck belastbar ist und in Richtung zunehmender Drosselung der Druckmittelverbindung wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein als 2/2-Schaltventil ausgestaltetes Entlastungsventil (20) vorgesehen ist, über das die Steuerfläche (18) wahlweise mit Niederdruck (T) verbindbar und dagegen absperrbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei der Ventilkörper (7) einen internen Druckmittelkanal (14) aufweist, über den der Hochdruck mit der Steuerfläche (18) fluidisch verbindbar ist.
Steueranordnung nach Patentanspruch 2, wobei der interne Druckmittelkanal (14) eine Drosselstelle (16) aufweist.
Steueranordnung nach einem der vorherigen Patentansprüche, wobei zwischen der Steuerfläche (18) und dem Niederdruck (T), dem Entlastungsventil (20) vor- oder nachgeschaltet, eine, insbesondere feste, Drosselstelle (30) vorgesehen ist.
Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest die Druckwaage (3) und die Zumessblende (2) in einer Steuerscheibe (6) und/oder einem Steuerblock angeordnet sind.
Steueranordnung nach Patentanspruch 5, wobei das Entlastungsventil (20) in der Steuerscheibe und/oder dem Steuerblock (4) angeordnet ist.
Steueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper (7) eine stetig verstellbare Regelblende (32) definiert, welche der Zumessblende (2) in Reihe geschaltet ist und welche in jeder Stellung des Ventilkörpers (7) zumindest teilweise geöffnet ist, wobei ein Öffnungsquerschnitt der Regelblende (32) minimal ist, wenn die Steuerfläche (18) mit dem Niederdruck verbunden ist.
Druckwaage für eine hydraulische Steueranordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Hochdruckanschluss (P) zur Verbindung mit einer Druckmittelquelle und einem Druckanschluss (P') zur Verbindung mit einem Druckanschluss (P) einer Zumessblende (2), und mit einem Ventilkörper (7), der in Richtung einer Druckmittelverbindung des Hochdruckanschlusses (P) mit dem Druckanschluss (P') der Druckwaage (3) mit einem Druckäquivalent vorgespannt und mit einem Lastdruck des Verbrauchers beaufschlagbar ist, und wobei eine in Richtung zunehmender Drosselung der Druckmittelverbindung wirksame Steuerfläche (18) des Ventilkörpers (7) mit dem Hochdruck (P) oder einem davon abhängigen Druck belastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein von Stellungen des Ventilkörpers unabhängiger Druckmittelkanal (28) zur Steuerfläche (18) vorgesehen ist, der wahlweise mit Niederdruck, insbesondere über das Entlastungsventil (20), verbindbar oder dagegen absperrbar ist.