DE19640100A1 - Hydraulisches System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System mit einer über ein Lastfühlsignal steuerbaren Druckquelle, einer Drucksenke, mindestens zwei Arbeitsabschnitten, die jeweils einen hydraulischen Verbraucher und ein Steuerventil mit einem Lastfühlsignalanschluß aufwei­ sen, und mindestens einem Gegendruckventil, das in ei­ ner Tankleitung zwischen dem Steuerventil und der Drucksenke angeordnet ist.

Ein derartiges hydraulisches System ist aus DE 42 35 762 C2 bekannt.

Die Druckquelle kann hierbei durch eine Pumpe mit re­ gelbarer Förderleistung gebildet werden. Es ist aber auch möglich, eine Pumpe mit nachgeschaltetem Druckre­ gelventil vorzusehen.

Als Steuerventil wird vielfach ein Proportionalventil verwendet. In der Neutralstellung dieses Ventils ist der Lastfühlsignalanschluß mit der Tankleitung verbun­ den. Das Lastfühlsignal wird auch als Lastdrucksignal bezeichnet. Die Lastfühlsignalanschlüsse aller Arbeits­ abschnitte sind über Wechselventile miteinander verbun­ den und zwar so, daß das Lastfühlsignal mit dem höch­ sten Druck an die steuerbare Druckquelle gelangt. Die Druckquelle kann dann den notwendigen Druck erzeugen, der dem Lastfühlsignal, das auch kurz als LS-Signal be­ zeichnet wird, entspricht. Dadurch, daß der Lastfühlsi­ gnalanschluß in Neutralstellung des Steuerventils mit der Tankleitung verbunden ist, in der normalerweise der niedrigste Druck herrscht, soll sichergestellt werden, daß die Pumpe ohne Leistungsbedarf eines Verbrauchers auch keinen höheren Druck erzeugt. Wenn das Steuerven­ til in Neutralstellung ist, wird der mit dem Steuerven­ til verbundene hydraulische Verbraucher, also bei­ spielsweise ein Motor oder eine Kolben-Zylinder-Ein­ heit, nicht angesteuert und benötigt dementsprechend auch keine hydraulische Leistung.

Allerdings ergibt sich ein gewisses Problem aufgrund des Gegendruckventils. Wenn ein hydraulischer Verbrau­ cher, beispielsweise eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit zwei Arbeitsräumen, durch eine äußere Kraft belastet wird, die zu einer Verstellung des Kolbens dieser Kol­ ben-Zylinder-Einheit führt, muß sich ein Arbeitsraum vergrößern und der andere verkleinern. Ein derartiger Fall tritt beispielsweise bei Schaufelladern auf, deren beladene Schaufel abgesenkt werden soll. In dem Ar­ beitsraum, der sich vergrößert, herrscht ein relativ niedriger Druck, beispielsweise 0 bar. Um Kavitations­ schäden zu vermeiden, sollte mit einem entsprechend niedrigen Druck Hydraulikflüssigkeit nachgefördert wer­ den. Die Nachförderung soll allerdings nicht zu einer Vergrößerung der auf den Kolben wirkenden Kraft führen.

Die Nachförderung erfolgt durch ein Nachförder- oder Nachfüllventil, das zwischen den beiden Arbeitsräumen des Verbrauchers angeordnet ist. Damit die Schließkraft dieses Nachfüllventils überwunden werden kann, ist es notwendig, daß sich auf der entsprechenden Seite ein gewisser Druck aufbaut. Der Aufbau dieses Drucks wird durch das Gegendruckventil sichergestellt. Der Gegen­ druck, d. h. der Druck vor dem Gegendruckventil, liegt in solchen Fällen üblicherweise recht nahe an einem Lastfühldruck, entspricht also dem Lastfühlsignal. Auf­ grund des Druckabfalls über das Nachfüllventil wird es aber gewisse Unterschiede geben. Dies führt dann dazu, daß der Lastfühldruck an diesem Verbraucher normaler­ weise niedriger sein wird, als der Gegendruck. Da immer der höhere Druck als Lastfühldruck angesehen wird, wird der Gegendruck an die Pumpenregelung zurückgemeldet werden. Dies führt dann dazu, daß der Pumpendruck er­ höht wird. Dies wiederum wirkt sich auf den Gegendruck aus, der dann kleiner wird. Wenn der Gegendruck kleiner wird, übernimmt wieder das Lastfühlsignal die Steuerung der Pumpe. Dadurch wird der Pumpendruck niedriger und der Gegendruck höher, was zu der anfangs beschriebenen Situation führt. Es besteht die Gefahr, daß das System ins Schwingen gerät und sich instabile Zustände ein­ stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derarti­ ge Situation zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem hydraulischen System der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lastfühlsignalanschluß in der Neutralstellung des Steuerventils über eine Hilfstankleitung, die das Gegendruckventil umgeht, mit der Drucksenke verbunden ist.

Das Lastfühlsignal eines Steuerventils, das in Neutral­ stellung steht, hat damit immer den niedrigsten Wert. Unerwünschte Druckerhöhungen des Lastfühlsignals werden vermieden, weil sich eine Druckerhöhung vor dem Gegen­ druckventil nicht mehr auf das Lastfühlsignal auswirken kann. Man erreicht also die gewünschte Wirkung: Der Druckquelle wird signalisiert, daß bei dem Verbraucher, dessen Steuerventil in Neutralstellung ist, kein Lei­ stungsbedarf vorhanden ist. Man kann aber beim Auftre­ ten von äußeren Kräften an einem anderen hydraulischen Verbraucher diesen so steuern, daß der Nachfüllung sei­ nes Arbeitsraumes gesteuert möglich ist, um Kavita­ tionsschäden zu vermeiden. Das Gegendruckventil sichert hierbei, daß die aus einem anderen Arbeitsraum ver­ drängte Hydraulikflüssigkeit nicht unmittelbar zum Tank abfließen kann, sondern wieder dem ersten Arbeitsraum zugeführt wird. Eine Beeinflussung des Lastfühlsignals ist damit aber, wie gesagt, nicht verbunden. Der zu­ sätzliche Aufwand, den man treiben muß, nämlich die Bereitstellung einer zusätzlichen Leitung, der Hilfs­ tankleitung, ist relativ klein. Da in dieser Hilfstank­ leitung praktisch nur Drücke weitergeleitet werden müs­ sen, ohne daß ein größerer Flüssigkeitstransport not­ wendig ist, kann diese Leitung in ihren Abmessungen entsprechend klein gehalten werden.

Vorzugsweise weist die Hilfstankleitung ein zum Steuer­ ventil hin schließendes Rückschlagventil auf. Damit wird sichergestellt, daß möglicherweise auftretende Schwingungen im Druck der Drucksenke das Lastfühlsi­ gnal-System oder eine eventuelle elektrische Aktivie­ rung der Steuerventile nicht beeinflussen können. Hier­ bei ist zu bemerken, daß die Drucksenke nicht unbedingt auf einem Druck von 0 bar oder Atmosphärendruck gehal­ ten wird. In einigen Fällen kann hier sehr wohl ein Druckniveau von beispielsweise 2 bis 6 bar vor­ herrschen. Auch kann bei kalter Hydraulikflüssigkeit eine Abhängigkeit von der Temperatur vorliegen, bei der der Druck beispielsweise um 10 bar schwingt. Durch das Rückschlagventil in der Hilfstankleitung wird eine der­ artige Beeinflussung aber von dem Lastfühlsignalan­ schluß ferngehalten.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann in einer bevor­ zugten Ausgestaltung die Hilfstankleitung einen eigenen Drucksenkenanschluß aufweisen, der von dem des Gegen­ druckventils getrennt ist. Damit können sich Druck­ schwankungen, die am Ausgang des Gegendruckventils in ungünstigen Fällen auftreten können, nicht mehr auf die Hilfstankleitung übertragen. Wenn die Hilfstankleitung einen eigenen Drucksenkenanschluß aufweist, ist das Rückschlagventil nicht mehr in allen Fällen notwendig.

Mit besonderem Vorteil ist das Steuerventil in einem Ventilblock angeordnet, der neben der durchgehenden Tankleitung die durchgehende Tankhilfsleitung aufweist. Üblicherweise werden mehrere Ventilblöcke nebeneinander angeordnet und Seite an Seite zusammengeflanscht, wobei die entsprechenden Leitungen dann durch alle Ventil­ blöcke hindurch gehen. Dies betrifft insbesondere die Druckleitung, die oft auch als Pumpenleitung bezeichnet wird, die Tankleitung, die Lastfühlleitung und, wie im vorliegenden Fall die Hilfstankleitung. Man kommt dann mit einem einzigen Gegendruckventil aus, sichert sich aber den Vorteil, daß ein Druckaufbau vor dem Gegen­ druckventil nicht mehr auf das Lastfühlsignal durch­ schlagen kann.

Vorzugsweise ist zwischen der Tankleitung und dem Ver­ braucher eine Nachfüllventilanordnung vorgesehen. Mit dieser Nachfüllventilanordnung kann man beim Auftreten externer Kräfte ein Umfüllen der Hydraulikflüssigkeit von einem Arbeitsraum des hydraulischen Verbrauchers in den anderen erreichen. Das Gegendruckventil sichert hierbei dagegen, daß diese Hydraulikflüssigkeit nicht zum Tank abfließt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines hydraulischen Systems und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines hydraulischen Systems.

Ein hydraulisches System 1 weist eine gesteuerte Druck­ quelle auf, die aus einer Pumpe 2 und einem dieser nachgeschalteten Druckregelventil 3 gebildet ist. Die Pumpe 2 entnimmt Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 4 und fördert ihn über eine Pumpenleitung 5, die zwischen der Pumpe 2 und dem Druckregelventil 3 abzweigt, zumin­ destens zu zwei Arbeitsabschnitten 6, 7.

Der Arbeitsabschnitt 6 weist einen hydraulischen Ver­ braucher 8 auf, der im vorliegenden Fall als Lenkmotor ausgebildet ist. Der hydraulische Verbraucher 8 ist mit Arbeitsanschlüssen eines Proportionalventils 9 verbun­ den.

Das Proportionalventil 9 ist über eine Pumpenzweiglei­ tung 10 mit der Pumpenleitung 5 verbunden. Das Propor­ tionalventil 9 weist ferner zwei Tankanschlüsse 11, 12 auf, die über eine Tankzweigleitung 13 mit einer Tank­ leitung 14 verbunden sind. Zwischen der Tankzweiglei­ tung 13 und jedem Arbeitsanschluß A, B des Proportio­ nalventils 9 ist jeweils ein Nachfüllventil 15, 16 an­ geordnet.

Das Proportionalventil 9 weist zwei Lastfühlsignalan­ schlüsse 19, 20 auf. Wenn das Proportionalventil 9 nicht in der Neutralstellung ist, sondern dem Verbrau­ cher 8 Hydraulikflüssigkeit zuführen soll, dann steht einer der beiden Lastfühlsignalanschlüsse 19, 20 mit dem Arbeitsanschluß A, B in Verbindung, der mit dem Pumpenanschluß 10 verbunden ist. Dieser Druck wird dann über ein Wechselventil 21, das immer den höheren von den an seinen Eingängen anliegenden Drücken weiterlei­ tet, an eine Lastfühlsignalleitung (LS-Leitung) weiter­ geleitet, die mit einem Steuereingang des Druckregel­ ventils 3 in Verbindung steht. Damit ist es möglich, den Druck in der Pumpenleitung 5 immer in Abhängigkeit von dem erforderlichen Druck zu regeln.

In der Neutralstellung sind die beiden Lastfühlsignal­ anschlüsse 19, 20 mit einer Hilfstankleitung 23 verbun­ den.

Der Arbeitsabschnitt 7 hat abgesehen von einem anderen Verbraucher 18 den gleichen Aufbau. Die Teile, die de­ nen des Arbeitsabschnitts 6 entsprechen, sind daher mit gestrichenen Bezugszeichen versehen. Die Arbeitsan­ schlüsse A, B des Arbeitsabschnitts 6 entsprechen dabei den Arbeitsanschlüssen C, D des Arbeitsabschnitts 7.

Die Tankleitung 14, die durch alle Arbeitsabschnitte 6, 7 durchgeht, ist mit einem Eingang eines Gegendruckven­ tils 17 verbunden, dessen Ausgang mit einem Tankan­ schluß T verbunden ist.

Der Arbeitsabschnitt 6 weist einen Ventilblock 24 auf. Der Arbeitsabschnitt 7 weist einen Ventilblock 25 auf. An den Ventilblock 24 ist ein Versorgungsblock 26 ange­ flanscht. Der Ventilblock 24 ist mit dem Ventilblock 25 zusammengeflanscht und am anderen Ende des Ventilblocks 25 ist ein Endblock 27 angeflanscht. Natürlich können auch noch mehr als zwei Arbeitsabschnitte 6, 7 vorgese­ hen sein. Die Ventilblöcke 24, 25, der Versorgungsblock 26 und der Endblock 27 sind hier nur funktional zu ver­ stehen. Selbstverständlich kann man alle Blöcke auch in einem gemeinsamem Gehäuse unterbringen, so daß man ei­ nen Monoblock erhält. Man kann dann die Ventile mehre­ rer Arbeitsabschnitte im gleichen Block unterbringen. Natürlich erlaubt diese Vorgehensweise auch, daß mehre­ re derartiger Monoblöcke zusammengesetzt werden, z. B. wenn man zwei derartige Monoblöcke mit jeweils vier Ventilen (entsprechend vier Arbeitsabschnitten) zu ei­ ner Sektion mit acht Ventilen zusammengesetzt werden.

Die Hilfstankleitung 23 ist mit einem Leitungsabschnitt 29 durch den Versorgungsblock 26 geführt. Sie umgeht dabei das Gegendruckventil 17, d. h. sie mündet zusammen mit dem Ausgang des Gegendruckventils 17 in den Tank 4.

Um Störungen, die sich möglicherweise am Ausgang des Gegendruckventils 17 aufbauen können, von der Hilfs­ tankleitung 23 fernzuhalten, ist ein Rückschlagventil 28 in dem Leitungsabschnitt 29 der Hilfstankleitung 23 zum Tank T angeordnet. Dieses Rückschlagventil 28 öff­ net in Richtung auf den Versorgungsblock 26. Es kann auch im Versorgungsblock 26 angeordnet sein.

Wenn nun beispielsweise der hydraulische Verbraucher 18, der als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, durch eine äußere Kraft F belastet wird, wodurch sich der Kolben in der Zeichnung nach rechts verschieben sollte, dann erhöht sich der Druck am Arbeitsanschluß D und der Druck am Arbeitsanschluß C sinkt. Wenn nun das Proportionalventil entsprechend aufgesteuert wird, fließt Hydraulikflüssigkeit durch den Arbeitsanschluß D und den Tankanschluß 11′ in die Tankleitung 14. Dort baut sich aufgrund des Gegendruckventils 17 ein Druck auf, der schließlich groß genug ist, um das Nachfüll­ ventil 15′ zu öffnen. Damit kann die aus dem mit dem Arbeitsanschluß D in Verbindung stehenden Arbeitsraum verdrängte Hydraulikflüssigkeit über den Arbeitsan­ schluß C in den anderen Arbeitsraum des Verbrauchers 18 strömen. Gleichzeitig erfolgt aber keine Druckerhöhung am Lastfühlsingalanschluß 19′ oder 20′. Da auch eine Verbindung zwischen der Tankleitung 14 und dem Last­ fühlanschluß 19, 20 am Proportionalventil 9 des ersten Arbeitsabschnitts 6 nicht gegeben ist, erfolgt auch hier keine Beeinflussung des Lastfühlsignals. Dement­ sprechend wird die Druckquelle 2, 3 nicht aufgesteuert, d. h. sie erhöht ihren Druck bei dieser Ausgestaltung nicht. Die Nachfüllung des Verbrauchers 18 kann bei entsprechend geringem Druck erfolgen.

Wie dies allgemein üblich ist, sind die Pumpenleitung 5 und die Tankleitung 14 für alle nebeneinander angeord­ neten Ventilblöcke 24, 25 durchgehend ausgeführt. Im vorliegenden Fall mündet die Hilfstankleitung 23, 23′ der beiden Ventilblöcke 24, 25 in eine Hilfstankleitung 23′′, die ebenfalls durchgehend für alle Ventilblöcke 24, 25, d. h. für alle Arbeitsabschnitte 6, 7 ausgestal­ tet ist.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Übergang zwi­ schen dem linken Ventilblock 24 und dem Versorgungs­ block 26 so dargestellt, daß die Hilfstankleitung 23′′ nicht gerade in den Versorgungsblock 26 durchgeht, son­ dern eine Leitung 29 im Versorgungsblock 26 vorgesehen ist, über die die Hilfstankleitung 23′′ mit dem Tank T verbunden ist. Es ist aber selbstverständlich möglich, auch die Hilfstankleitung 23′′ geradlinig in den Versor­ gungsblock 26 durchgehen zu lassen.

Fig. 2 zeigt ein etwas abgewandeltes hydraulisches Sy­ stem 1′. Die gleichen Teile sind dort mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Geändert hat sich allerdings, daß die Leitung 29′ nun nicht mehr bis an den Ausgang des Gegendruckventils 17 geführt ist. Sie ist vielmehr über einen Hilfstankan­ schluß TH in den Tank 4 geführt, weist also einen ge­ trennten Tankanschluß auf. Bei dieser Ausgestaltung kann das Rückschlagventil 28 entfallen. Es kann aber auch zusätzlich vorgesehen sein.

Die Ausgestaltung, bei der die Hilfstankleitung 29′ nicht mehr bis an den Ausgang T geführt ist, hat den Vorteil, daß hier tatsächlich eine Entkopplung zwischen dem Gegendruckventil 17 und dem Lastfühlsignal statt­ findet. In der Regel lassen sich Rückschlagventile nur mit erheblichem Aufwand völlig dicht bekommen. Solange aber etwas Flüssigkeit an dem Rückschlagventil 28 vor­ beitreten kann, ist eine Beeinflussung des Lastfühlsi­ gnals nicht auszuschließen. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 ergibt sich daher der Vorteil, daß dann, wenn eine Pumpe mit konstanter Verdrängungsleistung verwen­ det wird, eine Energieeinsparung im "Leerlauf" ent­ steht. Es ist hier nämlich völlig sichergestellt, daß kein Druckaufbau im Lastfühlsignalsystem entstehen kann.

Claims (5)

1. Hydraulisches System mit einer über ein Lastfühlsi­ gnal steuerbaren Druckquelle, einer Drucksenke, mindestens zwei Arbeitsabschnitten, die jeweils einen hydraulischen Verbraucher und ein Steuerven­ til mit einem Lastfühlsignalanschluß aufweisen, und mindestens einem Gegendruckventil, das in einer Tankleitung zwischen dem Steuerventil und der Drucksenke angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastfühlsignalanschluß (19, 20; 19′, 20′) in der Neutralstellung des Steuerventils (9, 9′) über eine Hilfstankleitung (23, 23′, 23′′; 29, 29′), die das Gegendruckventil (17) umgeht, mit der Drucksenke (4) verbunden ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfstankleitung (23, 29) ein zum Steuerventil (9) hin schließendes Rückschlagventil (28) auf­ weist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hilfstankleitung (29′) einen eigenen Drucksenkenanschluß (TH) aufweist, der von dem des Gegendruckventils (17) getrennt ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (9, 9′) in einem Ventilblock (24, 25) angeordnet ist, der ne­ ben der durchgehenden Tankleitung (14) die durch­ gehende Tankhilfsleitung (23′′) aufweist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Tankleitung (14) und dem Verbraucher (8, 18) eine Nachfüllventilan­ ordnung (15, 16; 15′, 16′) vorgesehen ist.