DE19532769A1 - Fluiddrucksteuerungssystem für Hydraulikbagger - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluiddrucksteue­ rungssystem für Industriefahrzeuge und insbesondere ein Fluiddrucksteuerungssystem, durch das die kombinierte oder unabhängige Betätigung eines Hydraulik-Auslegerzylinders und eines Hydraulik-Drehmotors, mit denen Eimerketten-, Trocken- oder mobile Löffelbagger ausgerüstet sind, wirksam gesteuert werden kann.

Bekannte herkömmliche Bagger weisen ein bewegliches Un­ tergestell, einen auf dem Untergestell für eine horizontale Drehbewegung um das Untergestell drehbar angeordneten oberen Drehrahmen, einen vor dem oberen Drehrahmen gehaltenen Aus­ leger für eine vertikale Winkelbewegung innerhalb eines be­ grenzten Bereichs und ein am distalen Ende des Auslegers durch einen Verbindungsarm drehbar gehaltenes Gefäß bzw. drehbar gehaltenen Eimer oder Löffel auf. Der obere Drehrah­ men kann durch einen Hydraulik-Drehmotor zu einer Drehbewe­ gung veranlaßt werden, und der Ausleger kann als Reaktion auf eine Ausfahr- bzw. Auszug- oder eine Rückzugbewegung ei­ nes Hydraulik-Auslegerzylinders zu einer Drehbewegung in ei­ ner vertikalen Ebene veranlaßt werden. Die Dreh- oder Schwenkbewegung des Gefäßes oder Eimers wird auf ähnliche Weise durch dessen Hydraulikzylinder veranlaßt. Die Aktivie­ rung des Drehmotors, des Auslegerzylinders und des Eimer­ zylinders kann durch die Verwendung eines Fluiddrucksteue­ rungssystems geeignet gesteuert werden, um zu ermöglichen, daß die Bagger eine Grabarbeit, eine Abbau- oder Förderar­ beit, eine Erdaushub- oder -bewegungsarbeit oder ähnliche den Baggern zugeordnete Funktionen ausführen.

Das bei herkömmlichen Baggern verwendete Fluiddruck­ steuerungssystem weist jedoch mindestens zwei Nachteile auf, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Erstens kann der Fluiddruck im Drehmotor mit hoher Wahrscheinlichkeit an­ steigen, wenn der schwergewichtige obere Drehrahmen zu einer Drehbewegung mit hohem Drehmoment gegen dessen Trägheit ver­ anlaßt wird. Dadurch wird die präzise Steuerung der Drehmo­ torgeschwindigkeit nachteilig beeinflußt. Zweitens kann der Fluiddruck im Drehmotor, wenn der Auslegerzylinder gleich­ zeitig mit dem Drehmotor aktiviert wird, wesentlich größer werden als der im Auslegerzylinder erzeugte Druck, wodurch der obere Drehrahmen sich mit einer wesentlich höheren Ge­ schwindigkeit dreht als die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger angehoben wird.

Um die vorstehend erwähnten Nachteile zu vermeiden, wird in der US-A-4938023 von Yoshino, veröffentlicht am 3. Juli 1990, ein Fluiddrucksteuerungssystem mit einem ersten Wahlventil zum Steuern der Funktion eines ersten Stell­ glieds, einem zweiten Wahlventil zum Steuern der Funktion eines zweiten Stellglieds, einem ersten Durchflußsteuerungs- oder Stromventil zum Steuern der Durchflußmenge eines dem ersten Stellglied zugeführten Fluids und einem zweiten Durchflußsteuerungs- oder Stromventil zum Steuern der Durch­ flußmenge eines dem zweiten Stellglied zugeführten Fluids beschrieben. Ein Druckminderungsventil ist vorgesehen, um den Druck des dem zweiten Stellglied zugeführten Fluids zu vermindern. Der Druck an der Auslaßseite des Druckminde­ rungsventils wird durch ein durch einen externen Steuerdruck gesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil geregelt.

Das in der US-A-4938023 beschriebene Fluiddrucksteue­ rungssystem hat gegenüber dem herkömmlichen System wesentli­ che Vorteile dadurch, daß die Drehgeschwindigkeit des oberen Drehrahmens so gesteuert werden kann, daß sie mit der An­ stiegsgeschwindigkeit des Auslegers übereinstimmt. Trotzdem bleiben in der US-A-4933023 bestimmte Nachteile ungelöst. Ein Nachteil besteht darin, daß aufgrund der während der An­ laufbewegung des oberen Drehrahmens im Drehmotor auf­ tretenden Druckstöße an einem drehmotorseitigen Druckbegren­ zungsventil und an einem auslegerzylinderseitigen Druck­ ausgleichventil häufig Druckverluste auftreten können. Da­ durch kann das Fluiddrucksteuerungssystem seine Funktion nicht auf effektive Weise und mit vermindertem Energiever­ brauch ausführen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zusätzliche Ventile erforderlich sind, um die Drehgeschwin­ digkeit des oberen Drehrahmens der Anstiegsgeschwindigkeit des Auslegers anzupassen, wodurch die Herstellung des Fluiddrucksteuerungssystem schwierig ist und die Kosten des Systems hoch sind.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fluiddrucksteue­ rungssystem für Hydraulikbagger bereitzustellen, bei dem die bei herkömmlichen Vorrichtungen auftretenden Probleme gelöst sind und durch das im Fluiddruckkreis auftretende Druckver­ luste im wesentlichen verhindert oder minimiert werden, um dadurch den Energieverbrauch zu vermindern, während eine ex­ akte Steuerung der Drehmotorgeschwindigkeit im genauen Ver­ hältnis zum Drehwinkel eines Steuerknüppels oder Funkti­ onsknopf es erreicht wird.

Ferner wird ein Fluiddrucksteuerungssystem für Hydrau­ likbagger bereitgestellt, durch das eine optimale Geschwin­ digkeitsanpassung zwischen einem Drehmotor und einem Aus­ legerzylinder beibehalten wird, wenn beide Einrichtungen gleichzeitig aktiviert sind.

Diese Aufgaben werden durch ein Fluiddrucksteuerungssy­ stem für Hydraulikbagger mit einem oberen Drehrahmen und ei­ nem Ausleger gelöst, wobei das System aufweist: einen Fluid- Speicherbehälter, eine mit dem Speicherbehälter verbundene Pumpe mit variablem Saugvermögen zum Zuführen einer vari­ ablen Menge von unter Druck stehendem Arbeitsfluid, einen durch das Arbeitsfluid drehbar angetriebenen Hydraulik-Dreh­ motor zum Veranlassen einer Drehbewegung des oberen Drehrah­ mens, ein erstes Durchflußsteuerungsventil zum Steuern der Durchflußmenge (des Flusses) des Arbeitsfluids für den Dreh­ motor, einen schwenkbaren Steuerknüppel, durch den die Posi­ tion des ersten Durchflußsteuerungsventils durch Verwendung eines Steuerfluids verändert werden kann, ein hinter dem ersten Durchflußsteuerungsventil angeordnetes erstes Druckausgleichventil zum Ausgleichen des auf den Drehmotor wirkenden Fluiddrucks, einen Hydraulikzylinder, der durch das Arbeitsfluid eine Auszug- und eine Rückzugbewegung aus­ führen kann, um eine Hebe- oder Senkbewegung des Auslegers zu veranlassen, ein zweites Durchflußsteuerungsventil zum Steuern der Durchflußmenge (des Flusses) des Arbeitsfluids für den Hydraulikzylinder, ein hinter dem zweiten Durchfluß­ steuerungsventil angeordnetes zweites Druckausgleichventil zum Ausgleichen des auf den Hydraulikzylinder wirkenden Fluiddrucks, ein über eine Lastsensorleitung mit dem ersten und dem zweiten Druckausgleichsventil verbundenes und auf einen in der Lastsensorleitung erzeugten Lastsensordruck an­ sprechendes Lastsensorventil zum Steuern der Zufuhrmenge des Arbeitsfluids und einen in der Mitte der Lastsensorleitung zwischen dem Lastsensorventil und dem ersten Druckausgleich­ ventil angeordneten Drehmomentregler, durch den in Abhängig­ keit vom Steuerfluiddruck eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Druckausgleichventil und dem Lastsensorventil selek­ tiv hergestellt oder unterbrochen bzw. blockiert wird.

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vor­ teile der Erfindung werden durch die nachstehende ausführli­ che Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbin­ dung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht; es zei­ gen:

Fig. 1 ein Hydraulikkreisdiagramm zum Darstellen des erfindungsgemäßen Fluiddrucksteuerungssystems;

Fig. 2 eine Modifikation des in Fig. 1 dargestellten Fluiddrucksteuerungssystems;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem einem Drehmomentregler zugeführten Steuerdruck und dem in einer Lastsensorleitung erzeugten Lastsensor­ druck;

Fig. 4 die Änderung des Steuerdrucks in einer Steuer­ druckleitung als Funktion der Winkelstellung eines Steu­ erknüppels;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Größe des Steu­ erdrucks als Funktion des einem elektronisch gesteuerten Proportional-Druckbegrenzungsventil zugeführten elektrischen Stroms;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Änderung des Lastsensordrucks und der Drehgeschwindigkeit des Drehrahmens als Funktion der Zeit bezüglich dem dem elektronisch gesteu­ erten Druckbegrenzungsventil zugeführten elektrischen Strom; und

Fig. 7 den Zusammenhang zwischen der Arbeitsfluidmenge und den Lastdrücken im Drehmotor und im Auslegerzylinder.

Gemäß Fig. 1 weist eine Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Hydraulikdrucksystems eine Pumpe 10 mit varia­ blem Saugvermögen zum Erzeugen eines Hochdruck-Arbeitsfluids und eine Zusatzpumpe 12 zum Erzeugen eines Niedrigdruck- Steuerfluids auf, wobei beide Pumpen durch eine in den Zeichnungen aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellte An­ triebsmaschine angetrieben werden. Die Pumpe 10 mit varia­ blem Saugvermögen weist typischerweise eine Taumel- oder Schrägscheibe 14 auf, gemäß deren Neigungswinkel die Zufuhr­ menge des Arbeitsfluids verändert wird. Der Neigungswinkel der Schrägscheibe 14 wird durch ein Lastsensorventil 16 und ein Leistungssteuerungsventil 18 gesteuert. Die Zufuhrmenge des Arbeitsfluids ändert sich proportional zum Neigungswin­ kel der Schrägplatte, d. h., je größer der Neigungswinkel ist, desto mehr Arbeitsfluid fördert die Pumpe mit variablem Saugvermögen.

Das durch die Pumpe 10 erzeugte Arbeitsfluid wird über eine Hauptzufuhrleitung 20 einem hydraulisch betätigten Drehmotor 33 und einem hydraulischen Auslegerzylinder 24 zu­ geführt. Der Drehmotor 22 dient dazu, einen oberen Drehrah­ men (nicht dargestellt) des Baggers in einer Vorwärts- oder einer Rückwärtsrichtung zu drehen, und weist eine erste und eine zweite Fluidverbindungsöffnung 22a, 22b auf, durch die das Arbeitsfluid in den Drehmotor 22 hinein- oder aus diesem herausströmt. Der Auslegerzylinder 24 dient dazu, einen Aus­ leger (nicht dargestellt) des Baggers anzuheben oder abzu­ senken, und weist eine erste und eine zweite Druckkammer 24a, 24b auf, denen das Arbeitsfluid zugeführt wird, um eine Auszug- oder Rückzugbewegung des Auslegerzylinders 24 zu veranlassen.

Ein erstes Durchflußsteuerungsventil 28 wird verwendet, um zu veranlassen, daß das Arbeitsfluid dem Drehmotor 22 zu­ geführt wird oder vom Drehmotor 22 zu einem Fluidspeicherbe­ hälter 26 strömt. Im einzelnen ist das erste Durchflußsteue­ rungsventil 28 durch eine später beschriebene Steuerungsein­ heit derart positionsgesteuert, daß die Zufuhr des Ar­ beitsfluids zum Drehmotor 22 über eine der Fluidverbindungs­ öffnungen 22a, 22b ermöglicht oder blockiert wird. Das vom Drehmotor 22 ausströmende Arbeitsfluid wird über eine Haupt­ abzugsleitung 30 dem Fluidspeicherbehälter 26 zugeführt.

Ein zweites Durchflußsteuerungsventil 32 wird zum Steu­ ern des Flusses des Arbeitsfluids zwischen der Pumpe 10 und dem Auslegerzylinder 24 oder zwischen dem Auslegerzylinder 24 und dem Fluidspeicherbehälter 26 verwendet. Ähnlich wie das vorstehend erwähnte erste Durchflußsteuerungsventil 28 wird das zweite Ventil 32 durch die Steuerungseinheit positionsgesteuert, um die Auszug- oder Rückzugbewegung des Auslegerzylinders 24 zu veranlassen. Das vom Auslegerzylin­ der 24 ausströmende Arbeitsfluid wird über die Hauptabzugs­ leitung 30 dem Fluidspeicherbehälter 26 zugeführt.

Die Steuerungseinheit für die Positionssteuerung des ersten und des zweiten Durchflußsteuerungsventils 28, 32 weist unter anderem einen ersten Steuerknüppel 34 und einen zweiten Steuerknüppel 36 auf, die beide durch den Fahrer bzw. eine Bedienungsperson manuell geschwenkt werden können. Der erste Steuerknüppel 34 ist über eine Steuerfluidzufuhr­ leitung 38 mit der Zusatzpumpe 12 verbunden und dient dazu, in Abhängigkeit von seiner Winkelstellung zu veranlassen, daß das Steuerfluid über eine erste bzw. eine zweite Steuerleitung 40, 42 entweder einer ersten oder einer zwei­ ten Steuerdruck- oder Steuerkammer 44, 46 zugeführt wird. Die Steuerkammern 44, 46 sind an entgegengesetzten Enden des ersten Durchflußsteuerungsventils 28 angeordnet. Wenn das Steuerfluid der ersten Steuerkammer 44 zugeführt werden soll, bewegt sich das erste Durchflußsteuerungsventil 28 nach links. Wenn dagegen das Steuerfluid der zweiten Steuer­ kammer 46 zugeführt wird, wird veranlaßt, daß das erste Durchflußsteuerungsventil 28 sich nach rechts bewegt.

Der zweite Steuerknüppel 36 ist ebenfalls über die Steuerfluidzufuhrleitung 38 mit der Zusatzpumpe 12 verbunden und dient dazu, in Abhängigkeit von seiner Winkelstellung zu veranlassen, daß das Steuerfluid über eine dritte bzw. eine vierte Steuerleitung 48, 50 entweder einer dritten oder ei­ ner vierten Steuerdruckkammer 52, 54 zugeführt wird. Die dritte und die vierte Steuerkammer 52, 54 sind an entgegen­ gesetzten Enden des zweiten Durchflußsteuerungsventils 32 angeordnet. Wenn das Steuerfluid der dritten Steuerkammer 52 zugeführt wird, bewegt sich das zweite Durchflußsteuerungs­ ventil 32 nach links, wohingegen, wenn das Steuerfluid der vierten Steuerkammer 54 zugeführt wird, veranlaßt wird, daß das zweite Durchflußsteuerungsventil 32 sich nach rechts be­ wegt.

Hinter dem ersten Durchflußsteuerungsventil 28 ist ein mit diesem in einer Fluidverbindung stehendes erstes Druck­ ausgleichventil 56 angeordnet, und ein zweites Druckaus­ gleichventil 58 ist auf ähnliche Weise hinter dem zweiten Durchflußsteuerungsventil 32 angeordnet. Das erste Druckaus­ gleichventil 56 steht über eine zum Lastsensorventil 16 füh­ rende Lastsensorleitung 60 in Fluidverbindung mit dem zwei­ ten Druckausgleichventil 58. Wenn der im Drehmotor 22 er­ zeugte Lastdruck geringer ist als der im Auslegerzylinder 24 erzeugte Druck, wird das erste Druckausgleichventil 56 ver­ stellt, um eine erste Verbindungsleitung 66 zu drosseln, durch die das erste Durchflußsteuerungsventil 28 und der Drehmotor 22 miteinander verbunden sind, um dadurch die Menge des dem Drehmotor 22 zugeführten Arbeitsfluids zu ver­ mindern. Wenn der Lastdruck im Drehmotor 22 höher ist als derjenige des Auslegerzylinders 24, bleibt die erste Verbin­ dungsleitung 66 durch das Druckausgleichventil 56 ungedros­ selt, wodurch dem Drehmotor 22 eine große Menge von Arbeits­ fluid zugeführt werden kann. In diesem Fall kommt die Last­ sensorleitung 60 in Fluidverbindung mit der ersten Verbin­ dungsleitung 66, um den Lastdruck vom Drehmotor 22 aufzuneh­ men.

Ähnlicherweise drosselt das zweite Druckausgleichventil 58, so lange der auf den Auslegerzylinder 24 wirkende Last­ druck geringer ist als der Lastdruck des Drehmotors 22, eine zweite Verbindungsleitung 68, durch die das zweite Durch­ flußsteuerungsventil 32 und der Auslegerzylinder 24 mitein­ ander verbunden sind, wodurch die Menge des dem Aus­ legerzylinder 24 zugeführten Arbeitsfluids vermindert wird. Wenn dagegen der auf den Auslegerzylinder 24 wirkende Druck höher ist als der Lastdruck des Drehmotors 22, wird die zweite Verbindungsleitung 68 durch das zweite Druckaus­ gleichventil 68 nicht mehr gedrosselt, wodurch dem Ausleger­ zylinder 24 eine große Menge von Arbeitsfluid zugeführt wer­ den kann. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Fluidverbindung zwi­ schen der Lastsensorleitung 60 und der zweiten Verbindungs­ leitung 68 hergestellt, um den Lastdruck des Auslegerzylin­ ders 24 aufzunehmen.

Aus den vorstehend erwähnten Gründen wird der Lastsen­ sordruck in der Lastsensorleitung 60 bezüglich dem auf den Drehmotor 22 oder dem auf den Auslegerzylinder 24 wirkenden Lastdruck ausgeglichen, wobei der Lastsensordruck bezüglich dem größeren dieser beiden Druckwerte ausgeglichen wird. Das Lastsensorventil 16 kann durch die Größe der Druckdifferenz zwischen dem Lastsensordruck in der Lastsensorleitung 60 und dem Fluiddruck am Auslaß der Pumpe 10 mit variablem Saugver­ mögen positionsgesteuert werden, so daß die Fluidströmungs­ menge in Antwort auf den auf den Drehmotor 22 oder den Aus­ legerzylinder 24 wirkenden Lastdruck geeignet gesteuert wer­ den kann.

Gemäß Fig. 1 weist das erste Druckausgleichventil 56 einen Ventilkörper 62 und einen im Ventilkörper 62 ver­ schiebbar eingepaßten Ventilschieber 64 auf. Der Ventilkör­ per 62 weist eine Einlaßöffnung 62a, die über das erste Durchflußsteuerungsventil 28 mit der Pumpe 10 mit variablem Saugvermögen verbunden ist, eine über das erste Durchfluß­ steuerungsventil 28 mit dem Drehmotor 22 verbundene erste Auslaßöffnung 62b und eine selektiv mit der Lastsensorlei­ tung 60 verbundene zweite Auslaßöffnung 62c auf. Der Ventil­ schieber 64 des ersten Druckausgleichventils 56 kann in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem auf ein Ende des Ventilschiebers 64 wirkenden Pumpendruck und dem auf das andere Ende des Ventilschiebers ausgeübten Lastsen­ sordruck auf eine erste, eine zweite oder eine dritte Posi­ tion eingestellt werden.

Wenn der Ventilschieber 64 auf die erste Position, d. h. die linke Position, eingestellt ist, wie in Fig. 1 darge­ stellt, ist die Verbindung der Einlaßöffnung 62a des Ventil­ körpers 62 mit der ersten und der zweiten Auslaßöffnung 62b, 62c unterbrochen, so daß zwischen der Pumpe 10, dem Drehmo­ tor 22 und der Lastsensorleitung 60 keine Fluidverbindung vorhanden ist. Wenn der Ventilschieber 64 auf die zweite, mittlere Position eingestellt ist, kommt die Einlaßöffnung 62a des Ventilkörpers 62 nur mit der ersten Auslaßöffnung 62b in Verbindung, so daß das Arbeitsfluid dem Drehmotor 22 zugeführt werden kann. Wenn der Ventilschieber 64 auf die dritte, rechte Position eingestellt ist, wird die Einlaßöff­ nung 62a gleichzeitig mit der ersten und der zweiten Auslaß­ öffnung 62b, 62c verbunden.

Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung ist, daß über die Lastsensorleitung 60 in der Nähe der zweiten Aus­ laßöffnung 62c des ersten Druckausgleichventils 56 ein Dreh­ momentregler 82 angeordnet ist. Der Drehmomentregler 82 dient dazu, in Abhängigkeit von der Größe des vom Steuerknüppel 34 zugeführten Steuerdrucks eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Druckausgleichventil 56 und dem Lastsensorventil 16 herzustellen oder zu blockieren.

Um die vorstehend erwähnte Funktion auszuführen, weist der Drehmomentregler 82 auf: einen zwischen einer ersten Po­ sition, bei der das erste Druckausgleichventil 56 über die Lastsensorleitung 60 mit dem Lastsensorventil 16 verbunden ist, und einer zweiten Position, bei der die Verbindung des ersten Druckausgleichventils 56 mit dem Lastsensorventil 16 unterbrochen ist, verstellbaren Schieber, ein erstes Schie­ berstellglied 86, um auf ein Ende des Schiebers 84 den Steu­ erdruck auszuüben, wodurch der Schieber auf die in Fig. 1 dargestellte erste Position eingestellt wird, und ein zwei­ tes Schieberstellglied 38, um dem andere Ende des Schiebers 84 den Lastsensordruck zuzuführen, wodurch der Schieber auf die zweite Position eingestellt wird.

Das erste Schieberstellglied 88 weist eine Steuerkammer 90, einen in die Steuerkammer 90 ausfahrbar eingepaßten Steuerkolben 92 mit relativ großem Durchmesser, d. h. relativ großer Druckaufnahmefläche, und eine Druckfeder 94 auf, die den Steuerkolben 92 normalerweise gegen den Schieber 84 vor­ spannt. Das zweite Schieberstellglied 88 weist dagegen eine Lastsensorkammer 96 auf, die mit der Lastsensorleitung 60 in Verbindung bleibt, und einen Lastsensorkolben 98, der in die Lastsensorkammer 96 ausfahrbar eingesetzt ist und dessen Ende mit dem Schieber 84 in Kontakt steht. Der Durchmesser des Lastsensorkolbens 98 ist geringer als derjenige des Steuerkolbens 92 des ersten Schieberstellglieds 88, so daß die Druckaufnahmeflächen beider Kolben 88, 98 voneinander verschieden sind. Ein Absperrventil 100 ist parallel zum Drehmomentregler 82 an der Lastsensorleitung 60 befestigt, wobei das Absperrventil die Funktion hat, die Zufuhr des Lastsensordrucks von der Lastsensorleitung 60 zum ersten Druckausgleichventil 56 insbesondere dann zu ermöglichen, wenn der Schieber 84 des Drehmomentreglers 82 auf die zweite, rechte Position eingestellt ist. Dadurch kann die Position des ersten Druckausgleichventils 56 durch den Last­ druck des Hydraulik-Auslegerzylinders 24 gesteuert werden.

Die Steuerkammer 90 des ersten Schieberstellglieds 86 ist durch eine Steuerdruckleitung 102 und ein Wechselventil 104 mit der ersten und der zweiten Steuerleitung 40, 42 ver­ bunden, wobei das Steuerfluid, dessen Druck mit der Winkel­ stellung des Steuerknüppels 34 variiert, der Steuerkammer 90 zugeführt wird. Die Steuerdruckleitung 102 hat eine Verbin­ dungsstelle, von der eine Steuerableitung 106 abzweigt, durch die die Steuerdruckleitung 102 mit der Hauptabzugslei­ tung 30 verbunden ist. An einer beliebigen Stelle entlang der Steuerableitung 106 ist ein elektronisches Proportional- Steuerdruckbegrenzungsventil 108 angeordnet, das dazu dient, einen veränderlichen Steuerdruckgrenzwert einzustellen, wo­ bei oberhalb dieses Grenzwerts das Steuerfluid in der Steuerdruckleitung 102 damit beginnt in den Fluidspeicherbe­ hälter 26 zu strömen. Durch das elektronische Druckbegrenzungsventil 108 kann der Steuerdruckgrenzwert entsprechend einem diesem Ventil durch eine elektronische Steuerung 110 zugeführten elektrischen Strom exakt geändert werden. Vorzugsweise und notwendigerweise muß in der Steuer­ druckleitung zwischen dem elektronischen Druckbegrenzungs­ ventil 108 und dem Wechselventil 104 eine Öffnung 112 vorge­ sehen sein. Die Öffnung hat eine wesentliche Funktion zum Verhindern eines plötzlichen Abfalls des Steuerdrucks in der ersten und der zweiten Steuerleitung 40, 42, durch den an­ sonsten eine fehlerhafte Positionssteuerung des ersten Durchflußsteuerungsventils 28 verursacht würde.

Fig. 2 zeigt eine Modifikation des erfindungsgemäßen Fluiddrucksteuerungssystems. Das modifizierte Fluiddruck­ steuerungssystem weist ferner ein Schaltventil 114 auf, des­ sen Position durch die elektronische Steuerung 110 gesteuert wird. D.h., das Schaltventil 114 kann zwischen einer ersten Position, wie in Fig. 2 dargestellt, in der das Steuerfluid dem ersten Schieberstellglied 86 über die Einlaßöffnung des elektronischen Druckbegrenzungsventils 108 zugeführt wird, und einer zweiten Position, bei der das Steuerfluid dem er­ sten Schieberstellglied 36 direkt über eine Umgehungsleitung 116 zugeführt wird, verstellt werden. In der Steuerdrucklei­ tung 102 ist ein Absperrventil 118 angeordnet, um einen Rückfluß des Steuerfluids zum elektronischen Druck­ begrenzungsventil 108 zu unterbrechen oder zu blockieren, wenn das Schaltventil 114 auf die zweite Position einge­ stellt ist. Die übrigen Komponenten des modifizierten Fluid­ drucksteuerungssystems unterscheiden sich nicht von den in Fig. 1 dargestellten Komponenten und werden daher nicht wie­ derholt erläutert.

Nachstehend wird die Arbeitsweise bzw. das Verhalten des Fluiddrucksteuerungssystems beschrieben. Wenn der Steuer­ knüppel 34 betätigt wird, um das erste Durchflußsteuerungs­ ventil 28 zu verstellen, wird das in die Hauptzufuhrleitung 20 eingeleitete Arbeitsfluid über das erste Durchflußsteue­ rungsventil 28 dem ersten Druckausgleichventil 56 zugeführt, wodurch veranlaßt wird, daß der Schieber 64 sich von der dargestellten linken Position zur Mittelposition bewegt, so daß das Arbeitsfluid über die erste Verbindungsleitung 66 dem Drehmotor 22 zugeführt wird.

Wenn der Druck des Arbeitsfluids durch den Lastdruck im Drehmotor 22 wesentlich ansteigt, wird der Schieber 64 des ersten Druckausgleichventils 56 zur rechten Position ver­ schoben, so daß eine Fluidverbindung zwischen der ersten Auslaßöffnung 62b und der zweiten Auslaßöffnung 62c des Ven­ tilkörpers 62 hergestellt wird, wodurch gewährleistet wird, daß der Lastdruck im Drehmotor 22 über den Drehmomentregler 82 der Lastsensorleitung 60 zugeführt wird. Der auf diese Weise in der Lastsensorleitung 60 erzeugte Lastsensordruck wird der Lastsensorkammer 96 des zweiten Schieberstellglieds 88 zugeführt, so daß der Lastsensorkolben 93 nach rechts be­ wegt wird, wodurch der Lastdruck des Drehmotors 22 nicht mehr der Lastsensorleitung 60 zugeführt wird. Dadurch wird der Lastsensordruck vermindert und die Fluidzufuhrmenge der Pumpe 10 mit variablem Saugvermögen verringert.

Wenn das Steuerfluid in Antwort auf eine Betätigung des Steuerknüppels 34 über die Steuerdruckleitung 102 der Steu­ erkammer 90 des ersten Schieberstellglieds 86 zugeführt wird, wird eine Auszugsbewegung des Steuerkolbens 92 veran­ laßt, so daß der Schieber auf die linke Position eingestellt wird und eine Verbindung zwischen der zweiten Auslaßöffnung 62c des Ventilkörpers 62 und der Lastsensorleitung 60 herge­ stellt wird. Dadurch kann der Lastdruck im Drehmotor 22 der Lastsensorleitung 60 zugeführt werden, wodurch der auf das Lastsensorventil 16 wirkende Lastsensordruck ansteigt und veranlaßt wird, daß die Pumpe 10 mit variablem Saugvermögen eine größer Arbeitsfluidmenge erzeugt. Durch eine derartige Erhöhung der Fluidmenge wird veranlaßt, daß der Lastdruck im Drehmotor 22 entsprechend zunimmt, wodurch auf den Drehmotor 22 ein höheres Drehmoment ausgeübt wird.

Der Lastsensordruck LS, dessen Größe durch den Drehmo­ mentregler gesteuert wird, kann dargestellt werden durch die Gleichung:

LS = A1/As·Pi+k·δ/As,

wobei "As" die Druckaufnahmefläche des Lastsensorkolbens 98, "AI" die Druckaufnahmefläche des Steuerkolbens 92, "Pi" den auf den Steuerkolben 92 des ersten Schieberstellglieds 80 wirkenden Steuerdruck, "k" die Federkonstante der Druckfeder 94 und "δ" die Verstellung der Feder 94 bezeichnen.

Wie gemäß dieser Gleichung verdeutlicht wird, ändert sich der Lastsensordruck LS mit dem Steuerdruck Pi und hängt von diesem ab, wobei dieser Zusammenhang in Fig. 3 darge­ stellt ist. Wenn der Steuerknüppel 34 durch den Fahrer oder eine Bedienungsperson betätigt wird, wird das Steuerfluid über das Wechselventil 104 und die Steuerdruckleitung 102 der Steuerkammer 90 des ersten Schieberstellglieds 86 zuge­ führt, wobei der Steuerdruck zu diesem Zeitpunkt proportio­ nal zur Winkelstellung des Steuerknüppels 34 ansteigt, wie gemäß Fig. 4 verdeutlicht wird. Dadurch können der ge­ wünschte Steuerdruck, der gewünschte Lastsensordruck und der gewünschte Drehbewegungslastdruck, d. h. das gewünschte Dreh­ moment, auf einfache Weise durch Ändern der Winkelstellung des Steuerknüppels erreicht werden.

Das elektronische Druckbegrenzungsventil 108 dient dazu, das Steuerfluid in den Fluidspeicherbehälter 26 zu leiten, wenn der Steuerdruck in der Steuerdruckleitung 102 den vorgewählten Steuerbegrenzungsdruck überschreitet. Der Steuerbegrenzungsdruck kann durch Erhöhen oder Vermindern des dem elektronischen Druckbegrenzungsventil 108 zugeführ­ ten elektrischen Stroms verändert werden, weil der Steuer­ druckgrenzwert sich bezüglich der Höhe des elektrischen Stroms umgekehrt proportional ändert, wie in Fig. 5 darge­ stellt. Der obere Grenzwert des Steuerdrucks und damit des Lastsensordrucks ist durch den Steuerdruckgrenzwert fest­ gelegt. D.h., wenn der elektrische Strom 0 mA beträgt, strömt das Steuerfluid mit einem Druck von 20 bar durch das elektronische Druckbegrenzungsventil 108, wodurch ermöglicht wird, daß der Lastsensordruck einen Wert von 280 bar er­ reicht. Wenn der elektrische Strom auf beispielsweise 300 mA erhöht wird, beginnt das Steuerfluid mit 10 bar zu strömen, wodurch der Lastsensordruck auf weniger als 160 bar begrenzt wird. Außerdem kann ein Druckverlust in den Drehmotor-Druck­ begrenzungsventilen 78, 80 auch dann vermieden werden, wenn der Steuerknüppel 34 auf seine maximalen Winkelstellung ein­ gestellt ist, vorausgesetzt, daß der Druckgrenzwert der Drehmotor-Druckbegrenzungsventile 78, 80 auf einen Wert ein­ gestellt ist, der größer ist als der maximale Lastsensor­ druck bei einem Strom von 0 mA.

Während der kombinierten Betätigung des Drehmotors 22 und des Auslegerzylinders 24 erhöht sich der Drehbewegungs­ lastdruck, wenn der dem elektronischen Druckbegren­ zungsventil 108 zugeführte elektrische Strom auf 0 mA einge­ stellt ist, beispielsweise auf 280 bar, wodurch das Drehmo­ ment und die Geschwindigkeit des Drehmotors zunehmen, wie in Fig. 6 dargestellt. Der maximale Drehmotorlastdruck wird da­ gegen bei einer Verminderung der Geschwindigkeit des Dreh­ motors 22 auf 160 bar begrenzt, wenn der elektrische Strom auf beispielsweise 300 mA eingestellt ist. Eine solche Ge­ schwindigkeitsverminderung des Drehmotors 22 führt zu einer Geschwindigkeitserhöhung des Auslegerzylinders 24, wodurch die Geschwindigkeiten dieser beiden Einrichtung im wesentli­ chen aneinander angeglichen werden, wie in Fig. 7 darge­ stellt ist, was dazu beiträgt, das optimale Gleichgewicht der Geschwindigkeit der Hebe- oder Senkbewegung des Aus­ legers und der Drehgeschwindigkeit des oberen Drehrahmens beizubehalten. Außerdem kann jeglicher im zweiten Druckaus­ gleichventil 58 auftretende Druckverlust verhindert werden, wenn der Drehmotorlastdruck übermäßig hoch ist.

Wenn nur der Drehmotor 22 betätigt und der Ausleger­ zylinder 24 nicht bewegt wird, sollte das Schaltventil 114 in Fig. 2 nach links verstellt werden, so daß das Steuer­ fluid direkt in die Steuerkammer 90 des ersten Schieber­ stellglieds 86 eingeleitet werden kann, ohne daß Fluid in das elektronische Druckbegrenzungsventil 108 strömt. Dadurch kann der Drehmotorlastdruck den durch die Begrenzungsdruck­ ventile 78, 80 festgelegten Druckgrenzwert erreichen, um die Geschwindigkeit des Drehmotors und des oberen Drehrahmens zu maximieren.

Claims (8)

1. Fluiddrucksteuerungssystem für Hydraulikbagger mit ei­ nem oberen Drehrahmen und einem Ausleger, mit: einem Fluidspeicherbehälter, einer mit dem Speicherbehälter verbundene Pumpe mit variablem Saugvermögen zum Zufüh­ ren einer veränderlichen Menge eines unter Druck ste­ henden Arbeitsfluids, einem durch das Arbeitsfluid drehbar angetriebenem Hydraulik-Drehmotor, durch den eine Drehbewegung des oberen Drehrahmens veranlaßt wird, einem ersten Durchflußsteuerungsventil zum Steu­ ern des Durchflusses des Arbeitsfluids für den Dreh­ motor, einem schwenkbaren Steuerknüppel zum Ändern der Position des ersten Durchflußsteuerungsventils unter Verwendung eines Steuerfluids, einem hinter dem ersten Durchflußsteuerungsventil angeordneten ersten Druckaus­ gleichventil zum Ausgleichen des auf den Drehmotor wir­ kenden Fluiddrucks, einem Hydraulikzylinder, der durch die Wirkung des Arbeitsfluids eine Auszugs- oder Rück­ zugsbewegung ausführen kann, um eine Hebe- oder Senkbe­ wegung des Auslegers zu veranlassen, einem zweiten Durchflußsteuerungsventil zum Steuern des Durchflusses des Arbeitsfluids bezüglich dem Hydraulikzylinder, ei­ nem hinter dem zweiten Durchflußsteuerungsventil ange­ ordneten zweiten Druckausgleichventil zum Ausgleichen des auf den Hydraulikzylinder wirkenden Fluiddrucks, einem über eine Lastsensorleitung mit dem ersten und dem zweiten Druckausgleichventil verbundenen und auf einen in der Lastsensorleitung erzeugten Last­ sensordruck ansprechenden Lastsensorventil zum Steuern der Strömungsmenge des Arbeitsfluids und einem in der Mitte der Lastsensorleitung zwischen dem Lastsensorven­ til und dem ersten Druckausgleichventil angeordneten Drehmomentregler, durch den in Abhängigkeit vom Steuer­ fluiddruck eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Druckausgleichventil und dem Lastsensorventil selektiv hergestellt oder unterbrochen wird.

2. Fluiddrucksteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Drehmomentregler aufweist: einen zwischen einer ersten Position, bei der das erste Druckausgleichventil mit dem Lastsensorventil verbunden ist, und einer zweiten Position, bei der die Verbindung des ersten Druck­ ausgleichventils mit dem Lastsensorventil unterbrochen ist, verstellbaren Schieber, ein erstes Schieberstell­ glied, um einem Ende des Schiebers den Steuerdruck zu­ zuführen, um den Schieber auf die erste Position einzu­ stellen, und ein zweites Schieberstellglied, um dem an­ deren Ende des Schiebers den Lastsensordruck zuzufüh­ ren, um den Schieber auf die zweite Position einzustel­ len.

3. Fluiddrucksteuerungssystem nach Anspruch 2, ferner mit einem an der Lastsensorleitung parallel zum Drehmoment­ regler befestigten Absperrventil, durch das der Last­ sensordruck, wenn der Schieber des Drehmomentreglers auf die zweite Position eingestellt ist, von der Last­ sensorleitung dem ersten Druckausgleichventil zugeführt wird.

4. Fluiddrucksteuerungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wo­ bei der Steuerknüppel über eine erste und eine zweite Steuerleitung mit dem ersten Durchflußsteuerungsventil verbunden ist, um zu ermöglichen, daß das Steuerfluid den entgegengesetzten Enden des ersten Durchflußsteue­ rungsventils zugeführt wird, und das erste Schieber­ stellglied über eine Steuerdruckleitung und ein Wech­ selventil mit der ersten und mit der zweiten Steuerlei­ tung in Fluidverbindung steht.

5. Fluiddrucksteuerungssystem nach Anspruch 4, wobei die Steuerdruckleitung über eine von der Steuerdruckleitung verzweigte Steuerableitung mit dem Speicherbehälter verbunden ist, und mit einem an der Steuerableitung be­ festigten elektronisch gesteuerten Proportional-Druck­ begrenzungsventil zum veränderlichen Einstellen eines Steuerdruckgrenzwerts, wobei oberhalb dieses Grenzwerts das Steuerfluid damit beginnt, aus der Steu­ erdruckleitung auszuströmen.

6. Fluiddrucksteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei die Steuerdruckleitung eine zwischen dem elektronisch ge­ steuerten Druckbegrenzungsventil und dem Wechselventil angeordnete Öffnung aufweist, um einen plötzlichen Druckabfall des Fluiddrucks in der ersten und in der zweiten Steuerleitung zu verhindern, wenn das elektro­ nisch gesteuerte Druckbegrenzungsventil geöffnet ist.

7. Fluiddrucksteuerungssystem nach Anspruch 5, ferner mit einem zwischen einer ersten Position, bei der das Steu­ erfluid über die Einlaßöffnung des elektronisch gesteu­ erten Druckbegrenzungsventils dem ersten Schieberstell­ glied zugeführt wird, und einer zweiten Position, bei der das Steuerfluid dem ersten Schieberstellglied über eine Umgehungsleitung direkt zugeführt wird, verstell­ baren Schaltventil.

8. Fluiddrucksteuerungssystem nach Anspruch 7, wobei in der Steuerdruckleitung ein Absperrventil angeordnet ist, um einen Rückfluß des Steuerfluids zum elektro­ nisch gesteuerten Druckbegrenzungsventil zu verhindern, wenn das Schaltventil auf die zweite Position einge­ stellt ist.