DE10308289A1

DE10308289A1 - LS-Wegeventilblock

Info

Publication number: DE10308289A1
Application number: DE2003108289
Authority: DE
Inventors: Gottfried Olbrich
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: DE10308289B4

Abstract

Offenbart sind ein LS-Wegeventilblock sowie ein Verfahren zu dessen Ansteuerung. Der Wegeventilblock hat zumindest ein ansteuerbares Regelventil, über das ein Verbraucher mit Druckmittel versorgbar ist. Die Ansteuerung der Regelventilanordnung erfolgt mittels einer Steuereinheit, von der in Abhängigkeit von der Regeldruckdifferenz an der Regelventilanordnung im Fall einer Untersättigung ein Signal zur Zurückstellung der Regelventilanordnung oder zur Ansteuerung der Pumpe derart abgegeben wird, dass aufgrund des verringerten Summendruckmittelbedarfs der Verbraucher ein Abgleich mit dem Förderstromangebot der Pumpe erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen LS-Wegeventilblock und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung.
Derartige LS-Wegeventilblöcke werden beispielsweise zur Ansteuerung der Verbraucher von mobilen Arbeitsgeräten, beispielsweise von Ackerschleppern, Baustellenfahrzeugen, etc. verwendet.
Die bekannten LS-Wegeventilblöcke oder – anordnungen haben einen Vielzahl von elektrisch oder mechanisch ansteuerbaren Proportionalventilen mit einem Richtungsteil und einem Geschwindigkeitsteil, wobei dem Geschwindigkeitsteil eine LS-Druckwaage vor – oder nachgeschaltet ist. Über diese LS-Druckwaage wird der Druckabfall über der durch das Geschwindigkeitsteil gebildeten Messblende lastdruckunabhängig konstant gehalten. Die Druckmittelversorgung kann bei derartigen LS-System mittels einer Konstantpumpe oder einer Verstellpumpe erfolgen.
Problematisch bei derartigen LS-Systemen ist, dass in dem Fall, in dem zur Ansteuerung der Verbraucher mehr Druckmittel benötigt wird, als die Pumpe fördern kann (Untersättigung) derjenige Verbraucher mit dem höchsten Lastdruck nur noch unzureichend mit Druckmittel versorgt wird oder gar stehen bleibt, so dass eine ordnungsgemäße Funktion des Verbrauchers oder der Verbraucher nicht mehr gewährleistet ist. Um eine derartige Untersättigung oder Unterversorgung auszugleichen, sind im Stand der Technik eine Reihe von Maßnahmen bekannt.
In der US 5,394,696 ist ein LS-Wegeventilblock offenbart, bei dem die tatsächliche Pumpenförderleistung erfasst wird und bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes die den Verbrauchern zugeordneten Wegeventile zurückgestellt werden, so dass der Summendruckmittelbedarf der Verbraucher verringert ist.

In der US 6,282,891 B1 ist eine Steuerung für einen LS-Wegeventilblock offenbart, bei dem die Ansteuerung der Wegeventile im Fall einer Untersättigung in Abhängigkeit von der erfassten Position des Verbrauchers (Hub eines Zylinders) und in Abhängigkeit vom aktuell zum Verbraucher geführten Volumenstrom erfolgt.

Ein gemeinsamer Nachteil dieser Lösungen ist, dass zur Erfassung der Pumpenfördermenge ( US 5,394,696 ) bzw. der Zylinderposition der individuellen Verbrauchervolumenströme ( US 6,282,891 B1 ) ein erheblicher vorrichtungs- und regelungstechnischer Aufwand erforderlich ist.

In der US 3,987,622 wird ein LS-Wegeventilblock beschrieben, bei dem die den Verbrauchern zugeordneten Regelventile hydraulisch über Pilotventile angesteuert werden. Der maximale Steuer- oder Pilotdruck wird über eine Pilotpumpe aufgebracht. Der bekannte LS-Wegeventilblock hat ein Steuerventil, das in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck und vom Pumpendruck angesteuert wird. Im Fall einer Untersättigung wird über dieses Steuerventil der höchste Pilotdruck abgesenkt und entsprechend diejenigen Regelventile zurückgestellt, die mit diesem maximalen Steuerdruck beaufschlagt sind. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass ein hoher vorrichtungstechnischer Aufwand für das Steuerventil betrieben werden muss und diese Lösung des Weiteren nur bei hydraulisch angesteuerten Regelventilen einsetzbar ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wegeventilblock und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung zu schaffen, das auch im Falle einer Unterversorgung eine hinreichende Versorgung von Verbrauchern mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Wegeventilblocks durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten, an den Verbrauchern anliegenden Lastdruck erfasst und in Abhängigkeit von dieser Regeldruckdifferenz ein elektrisches Signal generiert, über das elektrische Regelventile zur Ansteuerung der Verbraucher so weit zurückgestellt werden, dass das Förderstromangebot einer Pumpe mit dem Summendruckmittelbedarf der Verbraucher abgeglichen ist.

Die Ermittlung des elektrischen Signals zur Ansteuerung der elektrischen Regelventile kann mittels eines Rechenverfahrens oder durch Iterationsschritte geschehen, bei denen eine neue, zurückgestellte Einstellung der Regelventile vorgegeben und anschließend geprüft wird, ob der neue, reduzierte Summendruckmittelbedarf mit dem Förderstromangebot der Pumpe ausgeglichen ist. Sollte dies nicht der Fall sein, wird die Iteration mit einem neuen, optimierten Stellwert wiederholt, bis der Ausgleich herbeigeführt ist.

Aus Gründen der Betriebssicherheit wird es bevorzugt, wenn das System mit einer Sicherheitsverriegelung arbeitet, gemäß der selbst dann, wenn eines der Regelventile im Untersättigungsmodus bewusst zurückgestellt wird, die anderen Regelventile in ihrer Position verbleiben, bis auch diese gezielt angesteuert werden. Ruf diese Weise wird verhindert, dass ein Verbraucher aufgrund der frei werdenden Druckmittelmenge unkontrolliert anläuft.

Die Steuerelektronik des Wegeventilblocks ist so ausgelegt, dass entweder aller Verbraucher, denen ein elektrisches Regelventil zugeordnet ist parallel und in gleichem Maß zurückgestellt werden oder aber bestimmte Prioritätsverbraucher unverändert bleiben, während nur die einigen untergeordneten Verbrauchern zugeordneten Regelventile zurückgestellt werden. Auf diese Weise ist eine Versorgung der Prioritätsverbraucher gewährleistet, wobei der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber herkömmlichen Lösungen wesentlich verringert ist, da bei diesen ein eigenes Prioritätsventil mit der entsprechenden Kanalführung erforderlich ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck generierte Steuersignal auch zur Ansteuerung einer Verstellpumpe genutzt.

In dem Fall, in dem sowohl mechanische als auch elektrische Regelventile vorhanden sind, werden nur die elektrischen Regelventile zurückgestellt, die Einstellungen der mechanischen Ventile verbleiben unverändert.

Das Abgreifen der vorgenannten Regeldruckdifferenz erfolgt mittels eines elektrischen oder elektrohydraulischen Sensors, wobei derzeit aufgrund der höheren erzielbaren Genauigkeit elektro-hydraulische Sensoren bevorzugt werden.

Ein derartiger Sensor kann beispielsweise als Druckwaage ausgebildet werden, die einerseits vom Pumpendruck und andererseits vom höchsten Lastdruck beaufschlagt ist, wobei die Verschiebung des Druckwaagenkolbens erfasst und ein vom Hub abhängiges Signal als Maß für die Druckdifferenz abgegeben wird (elektrischer Positionsausgang). Zur Vermeidung von Signalschwankungen kann der Druckwaagenkolben beidseitig gedämpft werden.

Diese Dämpfung wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch Spaltdrosseln im Zulauf zu den mit dem Pumpendruck bzw. dem höchsten Lastdruck beaufschlagten Steuerräumen bewirkt.

Bei besonderen Anforderungen kann ein Prioritätsventil zur bevorzugten Druckmittelversorgung eines oder mehrerer Verbraucher zusätzlich vorgesehen werden.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Schaltplan eines hydraulischen Kreises eines mobilen Arbeitsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Wegeventilblock;

2 ein Nomogramm zur Erläuterung der Funktion des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens;

3 eine Detaildarstellung eines Schaltplans eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

4 einen Sensor, der in der Schaltung gemäß 3 verwendet ist und

5 eine Teildarstellung eines Schaltplans zur Erläuterung mehrerer Schaltungsvarianten.

1 zeigt eine Darstellung eines Schaltplans zur Ansteuerung eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Ackerschleppers.

Die hydraulische Schaltung hat einen LS-Wegeventilblock 1, mit einer Vielzahl von Arbeitsanschlüssen A, B, an die die Verbraucher des Ackerschleppers, beispielsweise ein Hubwerk, ein Mähwerk, etc. anschließbar sind. Die Druckmittelversorgung des Wegeventilblocks 1 erfolgt mittels einer Pumpe 2, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Konstantpumpe ausgeführt ist. Die Pumpe 2 ist an einen Druckanschluss P des Wegeventilblocks 1 angeschlossen. Das rücklaufende Druckmittel wird über einen Rücklaufanschluss R und einen Filter zu einem Tank T geführt.
Der LS-Wegeventilblock 1 ist in Plattenbauweise ausgeführt und hat mehrere Platten WV1 bis WV4, in denen jeweils eine Regelventilanordnung zur Ansteuerung der Verbraucher vorgesehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthalten die Platten WV3, WV4 elektrisch betätigbare Regelventilanordnungen 4, 6, während die beiden Platten WV1, WV2 mechanisch betätigbare Regelventilanordnungen 8, 10 enthalten.
Der Wegeventilblock 1 hat eine Endplatte EP, in der ein elektrisch betätigbares Druckminderventil 12 vorgesehen ist, über das in bekannter Weise sichergestellt ist, dass ein an die Regelventilanordnungen 4, 6 abgegebener Steuerdruck ein vorbestimmtes Niveau (beispielsweise 18 bar) hält. Der wegeventilblock 1 hat des Weiteren eine Anschlussplatte AP, an der die genannten Anschlüsse P, R sowie Zusatzanschlüsse W1, W2 und ein zusätzlicher Rücklaufanschluss RE sowie Steueranschlüsse ausgebildet sind.
Die Arbeitsanschlüsse A, B sind mit Kupplungen 14 versehen, an die die zu den Verbrauchern führenden Arbeitsleitungen (Hydraulikschläuche) angeschlossen werden können.
Die LS-Regelventilanordnungen 4, 6, 8, 10 haben einen an sich bekannten Aufbau, so dass hier nur die Grundfunktion erläutert wird. Jede der Regelventilanordnungen 4, 6, 8, 10 hat ein stetig verstellbares Regelventil 16, 18, 20, 22 mit einem Richtungsteil und einem Geschwindigkeitsteil, wobei der Geschwindigkeitsteil eine stetig verstellbare Messblende ausbildet. Die beiden Regelventile 16, 18, sind mit elektrisch betätigbaren Vorsteuerventilen 24, 26 ausgeführt, über die ein Ventilschieber der Regelventile 16, 18 in die mit (1), (2) und (F) bezeichneten Regelpositionen verfahrbar ist. In den mit (1) und (2) bezeichneten Positionen wird der wirksame Querschnitt der Messblende eingestellt und somit Richtung und Geschwindigkeit des Druckmittelstroms zum bzw. vom Verbraucher vorgegeben. Die Position (F) kennzeichnet eine Schwimmstellung, in der die Arbeitsanschlüsse mit dem Rücklaufanschluss R verbunden sind.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist den Messblenden der Regelventile 16, 18 jeweils eine Druckwaage 24 vorgeschaltet, die in Schließrichtung von dem Druck stromaufwärts der Messblende, d.h. im Wesentlichen vom Pumpendruck und in Öffnungsrichtung durch die Kraft einer Druckwaagenfeder und dem höchsten wirksamen Lastdruck beaufschlagt ist. Bei Ansteuerung eines Verbrauchers stellt sich die Druckwaage 24 in ihrer Regelposition so ein, dass der Druckabfall über der Messblende des Regelventils 16, 18 konstant bleibt und somit ein lastdruckunabhängiger Druckmittelvolumenstrom zum Verbraucher geführt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der höchste, an den Verbrauchern anliegende Lastdruck über eine Wechselventilanordnung abgegriffen und zu der in Öffnungrichtung wirksamen Steuerfläche der Druckwaagen 24 geführt.
Die mechanisch verstellbaren Regelventilanordnungen 8, 10 haben jeweils einen nahezu identischen Aufbau mit dem Unterschied, dass die Ansteuerung nicht mittels elektrischer Signale sondern beispielsweise von Hand erfolgt. Auch bei diesen Regelventilanordnungen 8, 10 wird durch die Regelventile 20, 22 ein Geschwindigkeitsteil und ein Richtungsteil ausgebildet, wobei der Druckabfall über der Messblende des Geschwindigkeitsteils jeweils durch eine Druckwaage lastdruckunabhängig konstant gehalten wird.
Weitere Erläuterungen der Regelventilanordnungen sind entbehrlich, da der Grundaufbau derartiger LS-Regelventilanordnungen aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus dem eingangs diskutierten Stand der Technik bekannt ist.
In der Anschlussplatte AP ist eine Pumpendruckwaage 26 vorgesehen, über die in bekannter Weise der Druckmittelstrom von der Konstantpumpe zu den Regelventilanordnungen 4, 6, 8, 10 geregelt wird.
Über diese Pumpendruckwaage 26 ist eine den Pumpendruck führende Pumpenleitung 28 mit einer den Tankdruck führenden Tankleitung 30 verbindbar, so dass der Druck bei nicht aktivierten Verbrauchern beispielsweise auf ein Minimum von 4 bar eingeregelt ist und entsprechend bei Aktivieren der Verbraucher erhöht wird. Die Pumpendruckwaage 26 ist in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und von dem über die Wechselventilanordnung abgegriffenen höchsten Lastdruck und in Öffnungsrichtung vom Druck in der Pumpenleitung 28 beaufschlagt, d.h., die Druckwaage wird mit dem Regeldruckgefälle beaufschlagt, das bei aktivierten Verbrauchern auch an den Messblenden der Regelventilanordnungen anliegt.
Erfindungsgemäß hat die Wegeventilanordnung 1 – im konkret vorliegenden Fall die Anschlussplatte AP – eine elektrische Sensoranordnung 32, über die der Druck in der Pumpenleitung 28 und der in einer Lastdruckleitung 34 anliegende höchste Lastdruck gemessen werden können. Das heißt, über die Sensoranordnung 32 wird die Regeldruckdifferenz (Pumpendruck minus höchster Lastdruck) erfasst, und ein in Abhängigkeit von diesen erfassten werten generiertes elektrisches Signal über eine Signalmeldeleitung 36 an eine elektronische Steuereinheit 38 abgegeben. Diese elektronische Steuereinheit 38, dient zumindest zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Ventilgruppen, beispielsweise des Druckminderventils 12 und der Regelventilanordnungen 4, 6. Das in der Sensoranordnung 32 generierte elektrische Signal wird dann in der Steuereinheit 38 nach vorgegebenen Protokollen verarbeitet und über die Signalleitung 40 entsprechende Steuersignale an die elektrisch angesteuerten Baugruppen 24, 26 abgegeben. Erfindungsgemäß ist die Software der Steuereinheit 38 so ausgelegt, dass im Fall einer Unterversorgung, d.h. in dem Fall, in dem der von der Pumpe zur Verfügung gestellte Druckmittelvolumenstrom nicht ausreicht, um alle Verbraucher hinreichend mit Druckmittel zu versorgen, die elektrisch angesteuerten Regelventilanordnungen 16, 18 in Abhängigkeit von dem mittels der elektrischen Sensoranordnung 34 gemessenen Regeldruckgefälle so zurückgestellt werden, dass das Förderstromangebot der Pumpe mit dem Summendruckmittelbedarf der Verbraucher abgeglichen ist. Diese erfindungsgemäße Steuerphilosophie sei anhand des Nomogramms in 2 erläutert. Der Einfachheit halber ist in 2 lediglich die Ansteuerung eines Ventils erläutert. Die Ansteuerung der anderen Ventile erfolgt entsprechend.
Es sei angenommen, dass das angesprochene Ventil, beispielsweise die Regelventilanordnung 4 voll ausgesteuert ist, d.h., das elektrische Vorsteuerventil 24 oder 26 ist mit dem maximalen Strom I_max angesteuert. Die sich an der Messblende einstellende Regeldruckdifferenz ergibt sich gemäß 2 aus dem Schnittpunkt zwischen der fett eingezeichneten ΔP-Kennlinie und der Imax-Kennlinie. Das heißt, bei voll ausgesteuertem Ventil beträgt der Druckmittelvolumenstrom Q 100% und das Regeldruckgefälle beispielsweise 11 bar.
Tritt nun eine Unterversorgung ein, d.h. der Summendruckmittelbedarf der Verbraucher ist größer als das Förderstromangebot der Pumpe, so wird sich das Druckmittel den Weg des geringsten Widerstandes suchen, so dass die Verbraucher mit dem geringsten Lastdruck versorgt werden. Der Verbraucher- mit dem höchsten Lastdruck wird dann nicht mehr mit dem vorbestimmten Druckmittelvolumenstrom versorgt, so dass dieser langsamer fährt oder gar stehenbleibt. Das heißt, die Bewegungen dieses Verbrauchers können nicht mehr kontrolliert ausgeführt werden.
Aufgrund des verringerten Druckmittelvolumenstroms zu diesem Verbraucher mit dem höchsten Lastdruck fällt das Regeldruckgefälle an der Messblende dieses Verbrauchers entlang der Imax-Kennlinie auf einen niedrigeren Wert, beispielsweise 9 bar, ab.
Diese Verhältnisse sind in 2 im ersten Quadranten (rechts oben) dargestellt. Der Druckmittelvolumenstrom Q zu diesem Verbraucher beträgt dann nur noch 80% des Maximalwertes.
Dieses verringerte Regeldruckgefälle (9 bar anstelle 11 bar) wird von der Sensoranordnung 32 gemessen und über die Signalmeldeleitung 36 ein Signal an die Steuereinheit 38 abgegeben. Über diese Steureinheit 38 wird dann in Abhängigkeit von der gemessenen Regeldruckdifferenz eine neue, zurückgestellte Ventileinstellung berechnet, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel 70% des ursprünglich eingestellten Maximalwertes beträgt. An die Vorsteuerung des Regelventils wird dann ein entsprechend reduzierter Magnetstrom I_mag oder ein entsprechendes Stellsignal weitergegeben, so dass das Ventil entsprechend der Berechnung zurückgestellt wird. Im Anschluss daran wird wieder das sich einstellende Regeldruckgefälle gemessen. Dieses Regeldruckgefälle müsste dann gemäß der Kennlinie im ersten Quadranten etwa 11 bar betragen. Für den Fall, dass das sich einstellende neue Regeldruckgefälle weiter unterhalb dieses Wertes liegt, muss eine neue Iterationsschleife durchlaufen werden. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Regeldruckdifferenz bei 11 bar oder nur geringfügig darunter liegt – erst dann ist das Förderstromangebot der Pumpe in Bezug zum reduzierten Summendruckmittelbedarf der Verbraucher ausgeglichen.
Es ist sinnvoll, in der Software der Steuereinheit 38 zur Berechnung der Neueinstellung die Kennlinie der elektrisch verstellbaren Regelventile (Druckmittelstrom über Magnetstrom) abzulegen, und die Druckmittelanpassung in Fall der Unterversorgung in Abhängigkeit von dieser Kennlinie einzustellen.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Regelventilanordnungen 4,6 in der 2 dargestellten weise angesteuert und bei Unterversorgung zurückgestellt. Die beiden mechanischen Regelventilanordnungen 8, 10 verbleiben in ihren voreingestellten Positionen, d. h., bei gemischten Systemen (mechanische Regelventilanordnungen, elektrische Regelventilanordnungen) erfolgt der Abgleich des Summendruckmittelbedarfes über die elektrisch angesteuerten Regelventilanordnungen. Die Steuereinheit 38 kann dabei so ausgelegt werden, dass im Falle einer Unterversorgung alle elektrischen Regelventilanordnungen um den gleichen Faktor zurückfahren; alternativ können einige Prioritätsverbraucher unverändert bleiben und die Regelventilanordnungen untergeordneter Verbraucher entsprechend weiter zurückgestellt werden.
Die Steuereinheit 38 ist desweiteren so programmiert, dass die Ansteuerung der elektrischen Regelventilanordnung 4, 6 solange auf ihrem neu eingestellten, zurückgestellten Ansteuerungswert verbleibt, bis diese Regelventilanordnung bewusst durch eine Änderung des Sollwertes (beispielsweise über einen Joystick) verstellt werden. Das heisst, auch dann, wenn einer der Verbraucher auf Null oder einem geringen Wert zurückgestellt wird und somit wieder genügend Druckmittel zur Verfügung steht, verbleiben die Regelventilanordnungen der anderen Verbraucher auf ihrem korrigierten Ansteuerungswert. Dies ist aus Sicherheitsgründen sinnvoll, da durch dieses Druckmittelmanagement sichergestellt ist, dass bei Zurückstellen eines Verbrauchers die anderen Verbraucher nicht plötzlich unkontrolliert schneller laufen.
Da die vorgeschriebene Druckmittelstromausregelung immer beim höchsten Lastdruck einsetzt, bleibt ausreichend Druck für die Steuerölversorgung der hydraulischen Ventilvorsteuerung erhalten. Dies gilt auch dann, wenn durch dynamische Effekte kurzzeitig ein Druckeinbruch erfolgen sollte.
Der wesentliche Vorteil der vorbeschriebenen Druckmittelmanagementstrategie besteht darin, dass nicht – wie bei den eingangs beschriebenen Systemen – die korrekte Kenntnis der momentanen Förderleistung der Pumpe und die tatsächlichen Verbraucher-Druckmittelströme oder komplexe Ventilanordnungen erforderlich sind.
Die bisherige Beschreibung galt für bremsende Lastbedingungen, das heisst, die Last wirkt beispielsweise der Ausfahrbewegung eines Hubzylinders entgegen. Wenn nun an einem der betätigten Zylinder eine antreibende Last anliegt (ziehender Zylinder), arbeitet das System in der gleich Art. Eine antreibende Last bedeutet immer, dass auch der eingangsseitige Druck absinkt. Aus der Vielzahl der anliegenden Lastdrücke wird über die vorbeschriebene wechselventilanordnung aber immer derjenige Verbraucher mit dem höchsten Lastdruck zur Regelung des Systems herangezogen. Das bedeutet, dass derjenige Zylinder mit antreibender Last ein so niedriges Lastdruckniveau hat, dass dieses nicht der bestimmende Wert für die vorgeschriebene Regelung ist. Im Falle einer Unterversorgung sinkt aber auch der maximale Lastdruck ab, so dass die Regelung in der vorbeschriebenen Weise erfolgt. Im Falle einer Solobetätigung eines Verbrauchers mit antreibender Last gelten die bekannten laststützenden Maßnahmen als Voraussetzung für die Kontrolle der Zylinderbewegung (Lasthalteventil, geregeltes Sperrventil, lastseitige Druckwaagen etc.). Dadurch ist gewährleistet, dass ein eingangsseitiger Druck erhalten bleibt und auch bei Ansteuerung eines Verbrauchers und Unterversorgung die Regelung gemäss 2 durchführbar ist.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind elektrische Sensoren zur Messung des Pumpendrucks und des höchsten Lastdrucks verwendet. Ein Problem derartiger Sensoren ist, dass diese bis heute nicht mit der nötigen Genauigkeit arbeiten. Ein elektrischer Druckaufnehmer mit der hohen Genauigkeitsklasse von 1 % und einem Messbereich von beispielsweise 300 bar würde einen maximalen Messfehler von 3 bar aufweisen. Bei zwei getrennten Druckaufnehmern wären diese im ungünstigsten Fall 6 bar. Diese Ungenauigkeit ist zu gross, um derartige elektrische Sensoren in der vorbeschriebenen Regelung einsetzen zu können.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Beseitigung dieses Nachteils anstelle von elektrischen Druckaufnehmern ein hydraulisch-elektrischer Sensor 42 verwendet. Wie anhand von 4 näher erläutert wird, arbeitet dieser ähnlich einer Druckwaage und hat einen Kolben 44, der einerseits vom Druck in der Pumpenleitung 28 und andererseits vom in der Lastdruckleitung 34 anliegenden höchsten Lastdruck beaufschlagt ist. Die Verschiebung des Kolbens ΔS aufgrund einer Veränderung der Regeldruckdifferenz wird dann als elektrisches Signal an die Steuereinheit 38 abgegeben und die vorbeschriebene Berechnung zur Zurückstellung der Regelventilanordnungen im Fall einer Unterversorgung in Abhängigkeit von diesem Signal durchgeführt.
4 zeigt einen hydraulisch-elektrischen Sensor 42, wie er bei Schaltung gemäss 3 eingesetzt werden kann. Der Sensor 42 hat ein Gehäuse 46 mit einer Sacklochbohrung 48, in der ein Druckwaagenkolben 50 axial verschiebbar geführt ist. Dieser hat einen tassenförmigen Aufbau, wobei in seinen Innenraum eine Feder 52 eintaucht, die am Boden des Druckwaagenkolbens 44 angreift. Die Feder ist an der Stirnfläche der Sacklockbohrung 48 abgestützt, so dass der Druckwaagenkolben 44 gegen einen Anschlagring 56 in eine Grundposition vorgespannt ist. An der Stirnseite der Sacklochbohrung 48 (rechts in 4) ist ein Druckanschluss P ausgebildet, der mit der Pumpenleitung 28 verbunden ist. Im Gehäuse 46 ist desweiteren ein Steuerkanal 58 ausgebildet, der einen Steueranschluss Y mit einem Federraum 60 verbindet. Der Steueranschluss Y ist an die Lastdruckleitung 34 angeschlossen. Das heisst, die Rückseite des Kolbens 44 ist vom höchsten Lastdruck und von der Kraft der Feder 52 und die Stirnfläche des Druckwaagenkolbens 44 vom Pumpendruck beaufschlagt.
Zur Bedämpfung des Druckwaagenkolbens 44 sind im Steuerkanal 58 und im Bereich des stirnseitigen Druckanschlusses P Drosselspalte 62, 64 vorgesehen, so dass kleinere, hochfrequente Druckschwankungen nicht in einer Axialverschiebung des Druckwaagenkolbens 44 resultieren. Bei dem dargestellten Ausführunsbeispiel wird der druckanschlussseitige Drosselspalt 64 in einem Einsatzstück 66 ausgebildet, über das der Druckanschluss P mit der Sacklochbohrung 48 verbunden ist.
Bei einer vollständigen Aufsteuerung eines Verbrauchers und dem damit einhergehenden maximalen Regeldruckgefälle (beispielsweise 11 bar) ist der Druckwaagenkolben 44 gegenüber der Grundposition in 4 nach links verschoben. Eine Absenkung des Regeldruckgefälles im Falle einer Untersättigung führt zu einer Axialverschiebung des Druckwaagenkolbens 44. Diese wird mittels einer Spulenanordnung 68 erfasst, wobei aufgrund der durch die Induktion veränderten Spannung ein elektrisches Signal abgegriffen werden kann, das die aktuelle Position des Druckwaagenkolbens 44 wiedergibt. Dieses Positionssignal ΔS wird dann in der vorgeschriebenen Weise in der Steuereinheit 38 verarbeitet.
Bei dem vorgeschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine Konstantpumpe mit zugeordneter Pumpendruckwaage 26 für die Druckmittelversorgung eingesetzt. Wie in 5 angedeutet, kann anstelle einer Konstantpumpe eine Verstellpumpe 2 mit einem zugeordneten, in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck angesteuerten Pumpenregelventil 70 verwendet werden. Das heisst, über das Pumpenregelventil 70 wird die Fördermenge der Verstellpumpe 2 in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck geregelt. Die elektrische Verstellung der Regelpumpe 3 ist somit auch bei einem Block mit mechanischen Wegeventilen in Abhängigkeit vom Signal des elektrischen Sensors 42 (oder dergleichen) möglich, so dass eine sehr praxisnahe Ausführung eines elektrischen LS-Pumpenregelkreises ermöglicht wird, die bestehenden Lösungen überlegen ist.
Die Anmelderin behält sich vor, auf diese Ansteuerung der Verstellpumpe 3 mittels des Sensors 42 (oder dergleichen) einen eigenen Anspruch zu richten.
Wie in 5 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, kann anstelle der Regelung über das Pumpenregelventil 70 ein von der Steuereinheit 38 in Abhängigkeit vom Signal des elektrischen oder hydraulisch-elektrischen Sensors 32, 42 abgegebenes Steuersignal über eine Pumpensignalleitung abgegriffen und zur Verstelleinrichtung der Verstellpumpe geführt werden. Diese Variante ist besonders bei großen Leitungslängen vorteilhaft.
Für den Fall, dass ein weiterer Verbraucher mit einem Konstantdruck, von beispielsweise 18 bar, zu versorgen ist, kann in der Ansschlussplatte AP ein Prioritätsventil 74 vorgesehen werden, über das ein Prioritätsanschluss PC mit Druckmittel versorgbar sind. Das Prioritätsventil 74 arbeitet in bekannter Weise so, dass die anderen, nachgeordneten Verbraucher nur dann mit Druckmittel versorgt werden, wenn eine hinreichende Versorgung des Prioritätsverbrauchers gewährleistet ist. Das heisst, in der Grundposition des Prioritätsventils 74 wird der Prioritätsverbraucher über den Anschluss PC mit Druckmittel versorgt, die Druckmittelversorgung zu den nachgeordneten Verbrauchern ist unterbrochen. Bei hinreichender Versorgung des Prioritätsverbrauchers (18 bar) wird das Prioritätsventil 74 in seine mit 1 bezeichnete Position verschoben, in der auch die untergeordneten Verbraucher mit Druckmittel versorgbar sind. An die Anschlüsse W1, W2 lassen sich zusätzliche Verbraucher anschliessen. Selbstverständlich ist ein derartiges Prioritätsventil 74 auch bei einer Schaltung mit Konstantpumpe 2 gemäss 1, 3 einsetzbar.
Offenbart sind ein LS-Vegeventilblock sowie ein Verfahren zu dessen Ansteuerung. Der Wegeventilblock hat zumindest ein ansteuerbares Regelventil, über das ein Verbraucher mit Druckmittel versorgbar ist. Die Ansteuerung der Regelventilanordnung erfolgt mittels einer Steuereinheit, von der in Abhängigkeit von der Regeldruckdifferenz an der Regelventilanordnung im Fall einer Untersättigung ein Signal zur Zurückstellung der Regelventilanordnung oder zur Ansteuerung der Pumpe derart abgegeben wird, dass aufgrund des verringerten Summendruckmittelbedarfs der Verbraucher ein Abgleich mit dem Förderstromangebot der Pumpe erfolgt.

1: Wegeventilblock
2: Pumpe
3: Regelpumpe
4: Regelventilanordnung
6: Regelventilanordnung
8: Regelventilanordnung
10: Regelventilanordnung
12: Druckminderventil
14: Kupplung
16: Regelventil
18: Regelventil
20: Regelventil
22: Regelventil
24: Druckwaage
26: Pumpendruckwaage
28: Pumpenleitung
30: Tankleitung
32: Sensoranordnung
34: Lastdruckleitung
36: Signalmeldeleitung
38: Steuereinheit
40: Signalleitung
42: elektrischer Sensor
44: Kolben
46: Gehäuse
48: Sacklochbohrung
52: Feder
54: Stirnfläche
56: Anschlagring
58: Steuerkanal
60: Federraum
62: Drosselspalt
64: Drosselspalt
66: Einsatzstück
68: Spulenanordnung
70: Pumpenregelventil
72: Pumpensignalleitung
74: Prioritätsventil

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines LS-Wegeventilblocks (1) mit zumindest einer elektrisch angesteuerten LS-Regelventilanordnung (4), (6), (8), (10) zur Ansteuerung jeweils eines Verbrauchers oder einer Pumpe (3), wobei der höchste, an den Verbrauchern anliegende Lastdruck abgegriffen und zur Regelung des von einer Pumpe geförderten Druckmittelvolumenstroms verwendbar ist, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Erfassen der Regeldruckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck; b) im Fall einer Druckmittelunterversorgung: Erfassen der sich einstellenden abgesenkten Regeldruckdifferenz oder der Regeldruckdifferenzänderung; c) Abgabe eines elektrischen Signals an eine Steuereinheit (38) in Abhängigkeit von der neuen Regeldruckdifferenz und d) Ansteuerung des oder der elektrischen Regelventilanordnungen (4), (6) oder der Pumpe (3) in Abhängigkeit von der veränderten Regeldruckdifferenz oder der Regeldruckänderung derart, dass das Förderstromangebot der Pumpe (2), (3) mit dem Summendruckmittelbedarf der Verbraucher (4), (6), (8), (10) ausgeglichen ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der Abgleich des Summendruckmittelbedarfs mit dem Förderstromangebot der Pumpe vorzugsweise rechnerisch über hinterlegte Kennlinien oder mittels Iterationsschritten erfolgt;
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei alle Regelventilanordnungen um den gleichen Faktor zurückgestellt werden oder eine oder mehrere Regelventilanordnungen bevorzugter Verbraucher bevorzugt versorgt bleiben, während die Regelventilanordnungen (4), (6) nachgeordneter Verbraucher nachrangig versorgt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach einem automatischen Zurückfahren eines Verbrauchers die den anderen Verbrauchern zugeordneten Regelventilanordnungen (4), (6) erst zurückstellbar sind, wenn deren Sollwert willkürlich verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Pumpe eine Verstellpumpe (3) ist und deren Ansteuerung in Abhängigkeit vom erfassten Regeldruckgefälle hydraulisch oder elektrisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der LS-Wegeventilblock (1) elektrisch betätigbare Regelventilanordnungen (4), (6) und mechanisch betätigbare Regelventilanordnungen (8), (10) hat, wobei im Fall einer Unterversorgung die Einstellung der mechanisch betätigbaren Regelventilanordnungen (8), (10) unverändert bleibt.
LS-Wegeventilblock mit mehreren elektrisch verstellbaren LS-Regelventilanordnungen (4), (6) zur lastdruckunabhängigen Ansteuerung von Verbrauchern gekennzeichnet durch eine Sensoranordnung (32), (42) zur Erfassung der Regeldruckdifferenz (Pumpendruck – höchster Lastdruck) und eine Steuereinheit (38) zur Zurückstellung zumindest einer LS-Regelventilanordnung (4), (6) derart, dass der Summendruckmittelbedarf der Verbraucher an das Förderstromangebot der Pumpe (2), (3) angepasst ist.
Wegeventilblock nach Patentanspruch 7, wobei die Sensoranordnung (34) als elektrischer oder hydraulisch-elektrischer Sensor (34), (42) ausgebildet ist.
Wegeventilblock nach Patentanspruch 8, zweite Alternative, wobei der hydraulisch-elektrische Sensor (42) eine Druckwaage hat, deren Druckwaagenkolben (44) einerseits vom Pumpendruck und andererseits vom höchsten Lastdruck beaufschlagt ist, wobei die Verschiebung (ΔS) des Druckwaagenkolbens (44) erfasst und in ein vom Hub abhängiges elektrisches Signal als Maß für die Regeldruckdifferenz umsetzbar ist.
Wegeventilblock nach Patentanspruch 9, wobei der Druckwaagenkolben (44) bedämpft ist.
Wegeventilblock nach Patentanspruch 10, wobei die Dämpfung durch Drosselspalte (62), (64) im Zulauf zu den mit dem Pumpendruck bzw. dem höchsten Lastdruck beaufschlagten Steuerräumen erfolgt.
Wegeventilblock nach einem der Patentansprüche 7 bis 11, wobei sowohl elektrische Regelventilanordnungen (4), (6) als auch mechanische Regelventilanordnungen (8), (10) vorgesehen sind.
Wegeventilblock nach einem der Patentansprüche 7 bis 12, mit einem Prioritätsventil (74) zur bevorzugten Versorgung zumindest eines Prioritätsverbrauchers.