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Die
Erfindung betrifft einen LS-Wegeventilblock und ein Verfahren zu
dessen Ansteuerung.
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Derartige
LS-Wegeventilblöcke
werden beispielsweise zur Ansteuerung der Verbraucher von mobilen
Arbeitsgeräten,
beispielsweise von Ackerschleppern, Baustellenfahrzeugen, etc. verwendet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
EP 0 326 150 A1 zeigt
einen Steuersystem für
eine hydraulische LS-Schaltung, bei der 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 zurückgestellt
werden.
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Darüber hinausgehend
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wegeventilblock
und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung zu schaffen, das im Falle
einer Unterversorgung eine hinreichende Versorgung- von Verbrauchern
mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht und
dabei verhindert, dass ein Verbraucher aufgrund von wieder frei
werdender Druckmittelmenge unkontrolliert anläuft.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Wegeventilblocks durch die
Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.
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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. Dabei arbeitet das System mit einer Sicherheitsverriegelung,
gemäß der selbst
dann, wenn eines der Regel ventile im Untersättigungsmodus bewusst zurückgestellt
wird, die anderen Regelventile in ihrer Position verbleiben, bis
auch diese gezielt angesteuert werden. Auf diese Weise wird verhindert,
dass ein Verbraucher aufgrund der frei werdenden Druckmittelmenge
unkontrolliert anläuft.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Abgreifen der vorgenannten Regeldruckdifferenz erfolgt mittels eines
elektrischen oder elektro-hydraulischen
Sensors, wobei derzeit aufgrund der höheren erzielbaren Genauigkeit
elektro-hydraulische Sensoren bevorzugt werden.
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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.
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Diese
Dämpfung
wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
durch Spaltdrosseln im Zulauf zu den mit dem Pumpendruck bzw. dem
höchsten Lastdruck
beaufschlagten Steuerräumen
bewirkt.
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Bei
besonderen Anforderungen kann ein Prioritätsventil zur bevorzugten Druckmittelversorgung eines
oder mehrerer Verbraucher zusätzlich
vorgesehen werden.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Schaltplan eines hydraulischen Kreises eines mobilen Arbeitsgeräts mit einem
erfindungsgemäßen Wegeventilblock;
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2 ein
Nomogramm zur Erläuterung
der Funktion des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens;
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3 eine
Detaildarstellung eines Schaltplans eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
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4 einen
Sensor, der in der Schaltung gemäß 3 verwendet
ist und
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5 eine
Teildarstellung eines Schaltplans zur Erläuterung mehrerer Schaltungsvarianten.
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1 zeigt
eine Darstellung eines Schaltplans zur Ansteuerung eines mobilen
Arbeitsgerätes, beispielsweise
eines Ackerschleppers.
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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.
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Der
LS-Wegeventilblock 1 ist in Plattenbauweise ausgeführt und
hat mehrere Platten, in denen jeweils eine Regelventilanordnung
zur Ansteuerung der Verbraucher vorgesehen ist. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
enthalten die beiden oben abgebildeten Platten elektrisch betätigbare
Regelventilanordnungen 4, 6, während die beiden unten abgebildeten
Platten mechanisch betätigbare
Regelventilanordnungen 8, 10 enthalten.
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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
sowie Steueranschlüsse
ausgebildet sind.
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Die
Arbeitsanschlüsse
A, B sind mit Kupplungen 14 versehen, an die die zu den
Verbrauchern führenden
Arbeitsleitungen (Hydraulikschläuche)
angeschlossen werden können.
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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 je zwei 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.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
den Messblenden der Regelventile 16, 18 jeweils eine
Druckwaage 25 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 25 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 25 geführt.
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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.
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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.
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In
der Anschlussplatte AP ist eine Pumpendruckwaage 27 vorgesehen, über die
in bekannter Weise der Druckmittelstrom von der Konstantpumpe zu
den Regelventilanordnungen 4, 6, 8, 10 geregelt wird.
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Über diese
Pumpendruckwaage 27 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 27 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.
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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.
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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 Imax 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.
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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.
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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.
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Diese
Verhältnisse
sind in 2 im ersten Quadranten (rechts
oben) dargestellt. Der Druckmittelvolumenstrom Q zu diesem Verbraucher
beträgt dann
nur noch 80% des Maximalwertes.
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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 Imag 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.
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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.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Regelventilanordnungen 4, 6 in der
in 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.
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Die
Steuereinheit 38 ist des weiteren so programmiert, dass
die Ansteuerung der elektrischen Regelventilanordnung 4, 6 so
lange 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 einen 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 ΔS
des Kolbens 44 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.
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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 der Druckwaagenkolben 44 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.
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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.
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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.
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Bei
dem vorgeschriebenen Ausführungsbeispiel
ist eine Konstantpumpe mit zugeordneter Pumpendruckwaage 27 für die Druckmittelversorgung eingesetzt.
Wie in 5 angedeutet, kann anstelle einer Konstantpumpe
eine Verstellpumpe 3 mit einem zugeordneten, in Abhängigkeit
vom höchsten Lastdruck
angesteuerten Pumpenregelventil 70 verwendet werden. Das
heisst, über
das Pumpenregelventil 70 wird die Fördermenge der Verstellpumpe 3 in
Abhängigkeit
vom höchsten
Lastdruck geregelt. Die elektrische Verstellung der Verstellpumpe 3 ist somit
auch bei einem Block mit mechanischen Wegeventilen in Abhängigkeit
vom Signal des hydraulisch-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.
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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.
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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.
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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
- Verstellpumpe
- 4
- Regelventilanordnung
- 6
- Regelventilanordnung
- 8
- Regelventilanordnung
- 10
- Regelventilanordnung
- 12
- Druckminderventil
- 14
- Kupplung
- 16
- Regelventil
- 18
- Regelventil
- 20
- Regelventil
- 22
- Regelventil
- 24
- Vorsteuerventil
- 25
- Druckwaage
- 26
- Vorsteuerventil
- 27
- Pumpendruckwaage
- 28
- Pumpenleitung
- 30
- Tankleitung
- 32
- elektrische
Sensoranordnung
- 34
- Lastdruckleitung
- 36
- Signalmeldeleitung
- 38
- Steuereinheit
- 40
- Signalleitung
- 42
- hydraulisch-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