DE19749639A1 - Hydraulische Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltung zur Ansteuerung eines Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen Schaltung.

Fig. 1, auf die bereits an dieser Stelle hingewiesen sei, zeigt ein sogenanntes Loadsensing-System (LS-System) bei dem zwei Verbraucher 2, 4 mittels einer Hydraulikpumpe, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Konstantpumpe 6 ausgeführt ist, mit Hydraulikfluid versorgbar sind. Letzte­ rem ist eine Eingangsdruckwaage 8 zugeordnet, die einer­ seits mit dem Druck am Pumpenausgang (p1) und andererseits mit dem höchsten Lastdruck der beiden Verbraucher 2, 4 be­ aufschlagt ist. Dieser höchste Lastdruck wird über ein Wechselventil 10 zur Stirnseite der Eingangsdruckwaage 8 geführt. In den Zuleitungen zu den Verbrauchern 2, 4 sind jeweils eine Individualdruckwaage 12 und ein proportional verstellbares Wegeventil 14 hintereinander geschaltet. Da­ bei kann die Individualdruckwaage 12 in Druckaufbaurichtung vor dem Proportionalventil 14 (siehe Fig. 1) oder aber auch nach dem Proportionalventil 14 angeordnet sein.

Der Druck am Eingang des Proportionalventils 14 wirkt auch auf eine Stirnseite der Individualdruckwaage 12. Deren andere Stirnseite ist mit dem Lastdruck beaufschlagt, der auch an einer Stirnseite der Eingangsdruckwaage 8 anliegt. Damit bilden die Individualdruckwaage und das Proportional­ ventil 14 ein stetig verstellbares Stromregelventil. Das Proportionalventil hat dabei die Funktion einer verstellba­ ren Meßblende, an der das Druckgefälle durch die Indivi­ dualdruckwaage 12 konstant gehalten wird, so daß ein Last­ druck unabhängiger jedoch einstellbarer Durchflußvolumen­ strom einstellbar ist.

Da in einem derartigen LS-System die Druckdifferenz an allen Proportionalventilen konstant gehalten wird, ist der Volumenstrom zu jedem Verbraucher proportional zum jeweili­ gen Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils.

Bei nachgeschalteter Individualdruckwaage stehen die Volumenströme zu den Verbrauchern immer im Verhältnis der Öffnungsquerschnitte der Meßblenden. Bei vorgeschalteter Individualdruckwaage (Fig. 1) kann der am höchsten bela­ stete Verbraucher stehen bleiben, wenn die Summe der ange­ forderten Volumenströme aller Verbraucher größer ist als der maximale Förderstrom der Pumpe.

Ein Nachteil der vorbeschriebenen Schaltung ist, daß eine Einwirkung auf das System im wesentlichen durch die Beeinflussung des von der Pumpe 6 gelieferten Förderstromes erfolgt. Wird einer der Verbraucher 2, 4 unter Einwirkung äußerer Lasten, wie beispielsweise bei Landmaschinen, Hub­ staplern, Schneepflügen, Mähwerken etc. zurückbewegt, kann der dadurch ansteigende Lastdruck nicht durch Beeinflussung der Pumpe 6 sondern nur durch zusätzliche Sekundär-Druckbe­ grenzungsventile begrenzt werden.

Nachteilig bei diesen Systemen ist, daß der zum Ver­ braucher oder von diesem abströmende Hydraulikölvolumen­ strom durch das Sekundär-Druckbegrenzungsventil hindurch strömen muß, so daß entsprechende Energieverluste auftre­ ten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Schaltung zur Ansteuerung eines Verbrau­ chers und ein Verfahren zur Ansteuerung eines derartigen Verfahrens zu schaffen, bei denen der Lastdruck des Ver­ brauchers mit minimalem vorrichtungstechnischen und energe­ tischen Aufwand begrenzbar ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der hydraulischen Schaltung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hin­ sichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 8 gelöst.

Durch die Maßnahme, die beiden Stirnseiten des Ventil­ schiebers mit einer Steuerdruckdifferenz zu beaufschlagen, durch die der Ventilschieber bei Erreichen eines vorgegebe­ nen Maximaldrucks in eine derartige Regelposition verscho­ ben wird, da der Lastdruck auf den vorbestimmten Wert be­ grenzt ist, sind keine zusätzlichen Ventile zur Lastdruck­ begrenzung in den Arbeitsleitungen erforderlich. Die Druck­ begrenzung erfolgt somit nur durch Verstellung des Propor­ tionalventils in Abhängigkeit von einem anliegenden Steuer­ druck, so daß keine unnötigen Energieverluste bei der Druckbegrenzung durch ein die Zulaufleitung bzw. die Rück­ laufleitung geschaltetes Druckbegrenzungsventil auftreten.

Zum Betätigen des Proportionalwegeventils sind zu den Stirnseiten des Ventilschiebers Steuerleitungen geführt, die über ein Vergleichs- oder Druckventil miteinander in Wirkverbindung stehen, das bei Erreichen des vorbestimmten Maximaldrucks die Stirnseiten des Ventilschiebers mit der entsprechenden Steuerdruckdifferenz beaufschlagt.

Unterhalb des voreingestellten Maximallastdruckes, das heißt dann, wenn das Vergleichsventil praktisch keine Wir­ kung entfaltet, sind beide Schieberstirnseiten mit den gleichen Drücken beaufschlagt. Dabei muß es sich keines­ falls um den Tankdruck handeln, sondern es können auch we­ sentlich höhere Drucke zur Beaufschlagung der Schieber­ stirnseiten verwendet werden. So kann beispielsweise der höchste Lastdruck oder ein sonstiger Systemdruck zu den Schieberstirnseiten geführt werden. Dem Konstrukteur ver­ bleibt somit mehr Spielraum zur Auslegung der Schaltung.

Die vorbeschriebene hydraulische Schaltung und das Ver­ fahren zu deren Ansteuerung sind prinzipiell auch einsetz­ bar, wenn dem Proportionalventil keine Individualdruckwaage zugeordnet ist. Im Fall, daß das System mit einer Indivi­ dualdruckwaage arbeitet, kann diese dem Proportionalventil vor- oder nachgeschaltet werden.

Eine besonders einfach aufgebaute Schaltung erhält man, wenn die beiden Steuerleitungen den höchsten Lastdruck füh­ ren und über eine Verbindungsleitung mit Drosseln miteinan­ der verbunden sind, wobei ein Druckbegrenzungsventil dafür vorgesehen ist, um eine der Steuerleitungen bei Erreichen des Maximaldrucks mit einem Tank zu verbinden, so daß der Wegeventilschieber durch die sich einstellende Druckdiffe­ renz in seine Regelposition verschoben wird. Dieses Druck­ begrenzungsventil wird vorzugsweise elektrisch vorgesteu­ ert, so daß die Maximallastdruckeinstellung auf besonders einfache Weise durchführbar ist.

Alternativ dazu kann das Vergleichsventil ein hydrau­ lisch betätigbares Proportionalventil sein, bei dem eine Steuerventilschieberseite mit dem Lastdruck beaufschlagt ist, während die andere Steuerventilschieberseite durch die Kraft einer Steuerfeder und den Druck in der Rücklauflei­ tung beaufschlagt ist. Bei Erreichen des Maximaldrucks wird der Steuerschieber aufgrund der an seinen Stirnseiten an­ liegenden Druckdifferenz in eine Auslenkposition verscho­ ben, in der eine Stirnseite des Wegeventilschiebers mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist, so daß dieser in seine Regel­ position gebracht wird.

Zur Einstellung des maximalen Lastdruckes wird die Steuerfeder vorzugsweise mit einer einstellbaren Vorspan­ nung beaufschlagt.

In einer weiteren Alternative ist das Druckventil als 2/2-Wegeventil ausgebildet, dessen eine Stirnseite mit dem Lastdruck beaufschlagbar ist und daß bei Erreichen des ma­ ximalen Lastdruckes das 2/2-Wegeventil aus seiner federvor­ gespannten Sperrstellung in eine Durchgangsstellung ge­ bracht wird, in der der Proportionalventilschieber in seine Regelposition verschoben wird, um den Lastdruck auf den Ma­ ximalwert zu beschränken.

Die letztgenannte Alternative bietet sich insbesondere bei Zangenbewegungen oder sonstigen Bewegungen, bei denen ein Gegenstand mit begrenztem Druck gehalten wird an.

In der Regelposition des Proportionalventilschiebers kann sowohl der Zustrom zum Verbraucher als auch die Rück­ strömung vom Verbraucher zum Tank beeinflußt werden.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

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

Fig. 1 den Aufbau einer herkömmlichen hydraulischen Schaltung zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher;

Fig. 2 das Grundkonzept einer erfindungsgemäßen Schal­ tung;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Schaltung aus Fig. 2 mit einem mechanisch angesteuerten Proportionalwegeventil;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit elektrisch angesteu­ ertem Proportionalwegeventil;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Vergleichs­ ventil als Fig. 2/2-Wegeventil ausgeführt ist;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Schaltung, bei der das Vergleichsventil als Druckbegrenzungsventil ausgeführt ist und

Fig. 7 ein Plattenventil, das nach der Schaltung gemäß Fig. 6 aufgebaut ist.

Fig. 2 zeigt den erfindungswesentlichen Teil einer hy­ draulischen Schaltung zur Versorgung mehrerer Verbraucher, die prinzipiell beispielsweise ähnlich derjenigen aufgebaut sein kann, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.

Das heißt, jedem Verbraucher 2, 4 ist ein Proportional­ ventil 14 zugeordnet und der höchste wirkende Lastdruck wird über eine Wechselventilschaltung zu einer Konstant­ pumpe mit Eingangsdruckwaage (6, 8 in Fig. 1) oder zum Pum­ penregler einer Regelpumpe geführt. Dem Proportionalventil 14 ist in der Regel eine Individualdruckwaage 12 zugeord­ net, die dem Proportionalventil 14 nachgeschaltet oder vor­ geschaltet sein kann. Bei bestimmten Fällen kann jedoch auch auf diese Individualdruckwaage 12 verzichtet werden, so daß bei derartigen Schaltungen ohne Individualdruckwaage die Volumenströme zu denjenigen Verbrauchern mit niedrige­ rem Lastdruck vom Pumpendruck und von ihrem eigenen Last­ druck abhängig sind, wenn keine sonstigen geeigneten Maß­ nahmen getroffen werden. Für die Erfindung spielt es jedoch keine Rolle, das heißt, die erfindungswesentliche Funktion ist unabhängig davon, ob Individualdruckwaagen vorgesehen sind oder nicht.

Das Proportionalventil 14 kann ein elektrisch, hydrau­ lisch oder mechanisch angesteuertes Ventil sein und sperrt in seiner dargestellten, federvorgespannten Neutralstellung zwei mit einem der Verbraucher 2 oder 4 verbundene Arbeits­ anschlüsse A, B, gegenüber einem Pumpenanschluß P, und ei­ nem Tankanschluß T ab.

Bei Verschieben des Proportionalventilschiebers in die mit a angedeuteten Stellungen wird die Verbindung vom Pum­ penanschluß P zum Arbeitsanschluß B aufgesteuert, so daß der Verbraucher 2 in Fig. 1 mit Hydraulikfluid versorgt wird. Dieser Verbraucher kann beispielsweise ein Hydraulik­ zylinder sein, der dann ausgefahren wird. Das vom Verbrau­ cher zurückströmende Hydraulikfluid wird über den Anschluß A zum Tankanschluß T geführt. Bei der in Fig. 1 dargestell­ ten Schaltung würde der Zylinderraum des Hydraulikzylinders mit Hydraulikfluid versorgt werden, während der Ringraum zum Tank hin entlastet wird.

Beim Verschieben des Proportionalventilschiebers in die mit b bezeichneten Stellungen wird in umgekehrter Weise der Arbeitsanschluß B mit dem Pumpenanschluß P und der Arbeits­ anschluß A mit dem Tankanschluß T verbunden, so daß der Ringraum (Fig. 1) des Verbrauchers 2 mit Hydraulikfluid versorgt und daß sich im Zylinderraum befindliche Hydrau­ likfluid zum Tank T hin entspannt wird.

Die Ansteuerung des Proportionalventils erfolgt auf­ grund eines bestimmten mechanischen, hydraulischen oder elektrischen Steuerimpulses, so daß der Proportionalventil­ schieber in eine Position gebracht wird, in der der Ver­ braucher mit dem vorbestimmten Fluidvolumenstrom versorgt ist.

Da bei diesem Verbraucher der individuelle Lastdruck auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird, müssen bei den bisher bekannten Loadsensing-Systemen vergleichsweise kom­ plizierte Schaltungen zur Druckbegrenzung des Druckes in der Arbeitsleitung zwischen den Anschlüssen A, B und dem Verbraucher vorgesehen werden. Eine derartige, individuell für jeden Verbraucher einstellbare Druckbegrenzung ist bei­ spielsweise bei Kehrwalzen, Räumschilden von Schneepflügen und Mähwerken erforderlich, deren Eigengewicht in einstell­ barem Maße von den Hydraulikzylindern getragen wird. Je hö­ her der Druck in den Hydraulikzylindern eingestellt wird, mit umso weniger Gewicht liegt das Aggregat auf dem Unter­ grund auf.

Für diese Maximal-Lastdruckeinstellung ist dem Propor­ tionalventil 14 eine, Vergleichsventilanordnung 16 zugeord­ net, die in Abhängigkeit vom Lastdruck am Verbraucher eine Steuerdifferenz an die Stirnseiten des Proportionalventil­ schiebers anlegt, sodaß dieser bei Erreichen eines Maximal­ lastdrucks in eine Position verschoben wird, in der der Lastdruck am Verbraucher nicht weiter ansteigen kann. Selbstverständlich ist in umgekehrter Weise auch die Rück­ strömung steuerbar. Das heißt, die Vergleichsventilanord­ nung 16 bewirkt, daß unterhalb des Maximallastdruckes beide Stirnseiten mit dem gleichen Steuerdruck beaufschlagt sind, während bei Erreichen des Grenzwertes eine Steuerdruckdif­ ferenz aufgebaut wird, durch die der Proportionalventil­ schieber derart verschoben wird, daß der Zustrom von Hy­ draulikfluid zum Verbraucher gedrosselt wird und auch rück­ strömendes Hydraulikfluid vom Verbraucher zum Tank abgelas­ sen werden kann.

Um diese Ansteuerung zu realisieren ist die Vergleichs­ ventilanordnung 16 über Lastdruckleitungen 18, 20 mit den an den Anschlüssen A bzw. B angeschlossenen Arbeitsleitun­ gen verbunden. In Abhängigkeit von der Steuerdruckdifferenz in den Lastdruckleitungen 18, 20 wird über Steueranschlüsse X, Y eine Steuerdruckdifferenz an die Stirnseiten des Pro­ portionalventilschiebers angelegt, so daß dieser in die ge­ wünschte Position zur Begrenzung des Lastdrucks am zugeord­ neten Verbraucher verschiebbar ist.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Pro­ portionalventil 14 von Hand betätigt wird, um den Verbrau­ cher mit dem gewünschten Hydraulikvolumenstrom zu versor­ gen.

Das Vergleichsventil 16 ist als 4-Wege-Proportionalven­ til ausgeführt, das in seiner Grundstellung 0 die beiden Stirnseiten des Proportionalventilschiebers mit dem Tankan­ schluß T verbindet. Der Pumpenanschluß ist in der Neutral­ stellung 0 gesperrt.

Bei Verschieben des Proportionalventilschiebers in die mit d bezeichneten Stellungen wird der Steueranschluß Y mit dem Pumpenanschluß P verbunden, während der Steuerdruck am Steueranschluß X über den Tankanschluß T zum Tank hin ent­ spannt wird.

Bei Verschiebung des Ventilschiebers in die mit e be­ zeichneten Positionen wird die Verbindung vom Pumpenan­ schluß P zum Steueranschluß X und die Verbindung zwischen dem Steueranschluß Y und dem Tankanschluß T aufgesteuert, so daß der Proportionalventilschieber in entgegengesetzter Richtung mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird.

Der Ventilschieber des Vergleichsventils 16 ist über Druckfedern 22, 24 in seine Neutralposition 0 vorgespannt, wobei die Druckfedern 22, 24 mit einer einstellbaren Vor­ spannung auf den Ventilschieber des Vergleichsventils 16 wirken. Das heißt, der Ventilschieber läßt sich erst aus seiner Neutralposition verschieben, wenn die Federvorspan­ nung einer der Druckfedern 22, 24 überwunden wird.

Wie bereits beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird der Lastdruck in den Arbeitsleitungen über die Lastdruck­ leitungen 18, 20 zu den Stirnseiten des Ventilschiebers des Vergleichsventils 16 geführt. Die Federvorspannung der bei­ den Druckfedern 22, 24 ist jeweils so eingestellt, daß der Ventilschieber des Vergleichsventils 16 erst dann aus sei­ ner Neutralposition verschoben wird, wenn die Lastdruckdif­ ferenz in den Lastdruckleitungen 18, 20 einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.

Zur Ansteuerung des Verbrauchers wird das Proportional­ ventil 14 beispielsweise derart betätigt, daß der Propor­ tionalventilschieber in die hier mit a gekennzeichneten Stellungen gebracht wird, so daß die Verbindung vom Pumpen­ anschluß P zum Arbeitsanschluß B aufgesteuert und die Ver­ bindung vom Arbeitsanschluß A zum Tankanschluß T geöffnet wird. Der Verbraucher wird mit dem vorbestimmten Hydraulik­ fluidvolumenstrom versorgt. In dieser Phase verbleibt das Vergleichsventil 16 in seiner Neutralstellung 0, in der beide Stirnseiten des Proportionalventilschiebers mit den gleichen Steuerdrücken beaufschlagt sind. Im vorliegenden Fall sind diese Steuerdrücke gleich dem am Tankanschluß T wirkenden Druck.

Bei Erreichen des Maximallastdruckes in der Lastdruck­ leitung 20 wirkt auf die beiden Stirnseiten des Steuer­ schiebers des Vergleichsventils eine Steuerdruckdifferenz, die hinreichend ist, um den Steuerschieber gegen die Vor­ spannung der Druckfeder 24 aus seiner Neutralstellung in die mit e bezeichneten Positionen zu bringen, in denen der Pumpenanschluß P mit dem Steueranschluß X und der Tankan­ schluß T mit dem Steueranschluß Y verbunden sind. Das heißt, die in Fig. 3 rechte Stirnseite des Proportionalwe­ geventilschiebers wird mit dem Pumpendruck beaufschlagt, so daß der Proportionalventilschieber aus seiner mit a be­ zeichneten Stellung nach rechts durch die Neutralstellung N hindurch in die mit b bezeichneten Positionen gebracht wird, in denen der Arbeitsanschluß B mit dem Tankanschluß T und der Arbeitsanschluß A mit dem Pumpenanschluß P verbun­ den ist, so daß kein weiterer Druckaufbau in der am Ar­ beitsanschluß B angeschlossenen Arbeitsleitung erfolgen kann oder der Zustrom gedrosselt wird.

Bei einer Ansteuerung des Verbrauchers in umgekehrter Richtung, das heißt bei Verschieben des Proportionalwege­ ventilschiebers von Hand in die mit b bezeichneten Positio­ nen erfolgt die Lastdruckbegrenzung in umgekehrter Weise.

Bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich der Lastdruck durch die Veränderung der Vorspannung der Druckfedern 22, 24 einstellen.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Proportionalventil 14 als elektrisch betätigtes Ventil ausgeführt ist. Dieses Proportionalventil ist mit einem weiteren Steueranschluß Z versehen, über den der Druck am Pumpenanschluß P mittels einer Steuerleitung 28 zu einem Steueranschluß Z' am Vergleichsventil 16 geführt ist. Die­ ses Vergleichsventil 16 hat praktisch den gleichen Aufbau wie dasjenige in Fig. 3, wobei allerdings die Schaltstel­ lungen d und e vertauscht sind.

In der gezeigten Neutralstellung N des Proportionalwe­ geventilschiebers ist der Steueranschluß Z mit dem Tankan­ schluß T verbunden. Der Ventilschieber des Vergleichsven­ tils 16 befindet sich ebenfalls in seiner Neutralstellung 0, in der die Steueranschlüsse X, Y mit dem Steueranschluß Z' und damit über die Steuerleitung 28 und den Steueran­ schluß Z mit dem Tankanschluß T verbunden sind. Das heißt, an beiden Stirnseiten des Proportionalventilschiebers liegt der Tankdruck an. Die Arbeitsanschlüsse A, B und der Pum­ penanschluß P sind abgesperrt.

Bei Bestromen des in Fig. 4 links angeordneten Elektro­ magneten wird der Proportionalventilschieber in seine mit a angedeuteten Positionen gebracht, in denen der Pumpenan­ schluß P mit dem Arbeitsanschluß A und der Arbeitsanschluß B mit dem Tankanschluß T verbunden sind, Darüber hinaus wird über den Steueranschluß Z der Druck am Anschluß P bzw. am Anschluß A über die Steuerleitung 28 zum Steueranschluß Z' und von dort über die Steueranschlüsse X, Y zu den Stirnseiten des Proportionalventilschiebers geführt. Da diese beiden Drücke gleich groß sind, kompensieren sie sich gegenseitig, so daß der Proportionalventilschieber aus­ schließlich durch die Wirkung des Elektromagneten verscho­ ben wird.

Der Verbraucher wird nun über die an den Arbeitsan­ schluß A angeschlossene Arbeitsleitung mit Hydraulikfluid versorgt, so daß der Lastdruck in dieser Arbeitsleitung an­ steigt und über die Lastdruckleitung 18 an die in Fig. 4 linke Stirnseite des Ventilschiebers des Vergleichsventils 16 geführt wird. Der Lastdruck in der an den Arbeitsan­ schluß B angeschlossenen Arbeitsleitung wird über die Last­ druckleitung 20 zur anderen Stirnseite geführt. Nach Errei­ chen der vorbestimmten Maximal-Lastdruckdifferenz wird der Ventilschieber des Vergleichsventils 16 gegen die Wirkung der Druckfeder 22 gekennzeichneten Positionen gebracht, in denen der Steueranschluß Z' mit der Steuerleitung X und die Steuerleitung Y mit dem Tankanschluß T verbunden sind, Da am Steueranschluß Z' der Druck am Arbeitsanschluß A anliegt wird die in Fig. 4 rechte Stirnseite des Proportionalven­ tilschiebers über den Steueranschluß X mit dem Pumpendruck beaufschlagt, während die andere Stirnseite über den Steu­ eranschluß Y mit dem Tank T verbunden ist. Durch diese Steuerdruckdifferenz wird der Proportionalventilschieber in eine Position gebracht, in der der Zustrom des Hydraulik­ fluids zum Verbraucher gedrosselt oder gar umgekehrt wird, bis der Lastdruck am Verbraucher wieder unter den vorbe­ stimmten Maximal-Lastdruck abgesunken ist.

Der Lastdruck in der anderen Arbeitsleitung läßt sich selbstverständlich durch Ansteuerung des Proportionalven­ tils 14 in umgekehrter Weise begrenzen.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Lastdruck nur in einer Richtung begrenzt werden muß. Derartige Aufgabenstellungen finden sich insbesondere bei Zangenbewegungen und bei Einrichtungen, bei denen ein Halten mit begrenztem Druck erfolgt. Die Vergleichsventi­ lanordnung 16 muß daher bei derartigen Anwendungen ledig­ lich auf eine Arbeitsleitung wirken und kann daher einfa­ cher ausgeführt werden.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Druckbegrenzung nur in Ausfahrrichtung des Verbrau­ chers (Hydraulikzylinders) 2 erforderlich, so daß lediglich der Lastdruck in der Arbeitsleitung 30 begrenzt werden muß, die den Arbeitsanschluß A mit dem Zylinderraum des Verbrau­ chers 2 verbindet.

Das Proportionalventil 14 hat prinzipiell den gleichen Aufbau wie dasjenige aus Fig. 4, so daß auf eine nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann.

Das Vergleichsventil 16 ist bei dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel als 2-Wege-Proportionalventil ausgeführt, das durch eine einstellbare Druckfeder 32 in seine Neutralstel­ lung 0 vorgespannt ist. Die von der Druckfeder 32 entfernte Stirnseite des Ventilschiebers des Vergleichsventils 16 ist über eine Lastdruckleitung 34 mit der Arbeitsleitung 30 verbunden, so daß diese Stirnseite mit dem Lastdruck beauf­ schlagt ist. Bei Erreichen eines vorbestimmten Lastdrucks in der Lastdruckleitung 34 kann der Ventilschieber des Ver­ gleichsventils 16 aus seiner Sperrposition in die Durch­ flußpositionen gebracht werden, in denen eine Abströmlei­ tung 36 mit dem Tankanschluß T verbunden ist. Die Abström­ leitung 36 verzweigt sich zum Proportionalventil 14 hin in zwei Steuerleitungen 38, 40, die jeweils zu einer Stirn­ seite des Proportionalventilschiebers geführt sind. In der in Fig. 5 rechten Steuerleitung 40 ist eine Drossel 42 an­ geordnet. Im Bereich zwischen dieser und der Stirnseite des Proportionalventilschiebers mündet eine Verbindungsleitung 44, die zum Steueranschluß Z des Proportionalventils 14 ge­ führt ist. Das heißt, in der in Fig. 5 dargestellten Neu­ tralposition N des Proportionalventils 14 sind die beiden Stirnseiten des Proportionalventilschiebers über den Steu­ eranschluß Z, die Verbindungsleitung 44 und die beiden Steuerleitungen 38, 40 mit dem Tankanschluß T verbunden.

Zum Ausfahren des Hydraulikzylinders 2 wird der in Fig. 5 linke Elektromagnet des Proportionalventils 14 bestromt, so daß der Proportionalventilschieber in der mit a gekenn­ zeichneten Positionen verschoben wird, in denen die Verbin­ dung vom Pumpenanschluß P zum Arbeitsanschluß A und die Verbindung vom Arbeitsanschluß B zum Tankanschluß T aufge­ steuert werden. Dadurch wird der Hydraulikzylinder 2 ausge­ fahren und beispielsweise eine Zangengreifbewegung durchge­ führt. Der Druck am Pumpenanschluß P wird über den Steuer­ anschluß Z und die Steuerleitungen 44, 40 und 38 zu den beiden Stirnseiten des Proportionalventilschiebers geführt, so daß der Steuerdruck an beiden Seiten gleich groß ist.

Bei Erreichen des durch die Druckfeder 32 einstellbaren Maximal-Lastdruckes wird das 2-Wege-Proportionalventil (Vergleichsventil) 16 in seine Durchflußstellung gebracht, so daß die Abströmleitung 36 und die Steuerleitung 38 mit dem Tankanschluß T verbunden werden. Dadurch wird die in Fig. 5 linke Stirnseite des Proportionalventilschiebers zum Tank T hin entlastet, während aufgrund der Drossel 42 an der rechten Stirnseite weiterhin ein dem Druck am Arbeits­ anschluß A entsprechender Steuerdruck anliegt. Dadurch wird der Proportionalventilschieber in eine Stellung gebracht, in der der Hydraulikfluidzustrom zum Verbraucher 2 hin ge­ drosselt oder unterbrochen wird, so daß der Lastdruck in der Arbeitsleitung 30 wieder unter den vorbestimmten Maxi­ malwert absinkt. Das Vergleichsventil 16 steht bei diesem Ausführungsbeispiel nicht in Wirkverbindung mit der anderen Arbeitsleitung 46, die an den Arbeitsanschluß B angeschlos­ sen ist, da beim Lösen, das heißt beim Zurückfahren des Hy­ draulikzylinders 2 keine Lastdrucküberhöhung erfolgen kann.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Schaltung, wobei das Vergleichsventil 16 als elektrisch betätigbares Druckbegrenzungsventil ausge­ führt ist. Das Proportionalventil 14 ist bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel als 3-Wege-Proportionalventil ausgeführt und wird in einer Schaltung zur Ansteuerung eines doppelt wir­ kenden Hydraulikzylinders mit Zulaufdrosselung verwendet. Bei derartigen Schaltungen ist dem Proportionalventil 14 ein Schaltventil nachgeschaltet, über das der Zylinderraum oder der Ringraum des Hydraulikzylinders wahlweise mit Hy­ draulikfluid versorgbar sind. Das heißt, das Umschalten von beispielsweise Heben auf Senken erfolgt durch Ansteuerung des Schaltventils, während das Proportionalventil in seiner Arbeitsstellung verbleiben kann. Das in Fig. 6 dargestellte Proportionalventil 14 ist ebenfalls wieder ein elektrisch betätigbares Ventil, wobei in der dargestellten federvorge­ spannten Neutralstellung N ein Pumpenanschluß P und der einzige Arbeitsanschluß A abgesperrt sind, während ein Steueranschluß X₁ ebenfalls abgesperrt ist und ein Steuer­ anschluß X₂ mit dem Tankanschluß T verbunden ist.

Zum Einleiten des Hebens/Senkens des Hydraulikzylinders wird der in Fig. 6 rechte Elektromagnet bestromt, so daß der Proportionalventilschieber in die mit a gekennzeichne­ ten Arbeitspositionen gebracht wird. In diesen Arbeitsposi­ tionen ist der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß A verbunden und der Tankanschluß T abgesperrt. Die Rückfüh­ rung des Hydraulikfluids vom Hydraulikzylinder erfolgt durch eine eigene Tankleitung ohne Rücklaufdrosselung, die in Fig. 6 nicht dargestellt ist. Die beiden Steueranschlüs­ se X₁ und X₂ sind in den Arbeitsstellungen ebenfalls mit­ einander verbunden.

Bei Bestromung des anderen Elektromagneten wird das Proportionalventil 14 in eine Schwimmstellung S gebracht, in der der Pumpenanschluß P abgesperrt ist und der Arbeits­ anschluß A und der Steueranschluß X₂ mit dem Tankanschluß verbunden sind.

Über eine Lastdruckleitung 46 wird der Lastdruck des Verbrauchers oder ein anderer geeigneter Systemdruck abge­ griffen und über zwei Steuerleitungen 48, 50 zu den Stirn­ seiten des Proportionalventilschiebers geführt. Die beiden Steueranschlüsse X₁, X₂ sind ebenfalls mit der Steuerlei­ tung 50 verbunden. In dieser ist auch eine Drossel 52 ge­ schaltet. Von der Steuerleitung 50 zweigt eine Lastdruck­ leitung 54 ab, die zum Eingangsanschluß D des Druckbegren­ zungsventils geführt ist. Ein Ausgangsanschluß E des Druck­ begrenzungsventils ist mit dem Tank T verbunden. Die vom Elektromagneten entfernte Stirnseite des Druckventil-Ven­ tilschiebers ist über eine Zweigleitung 56 ebenfalls mit dem in der Lastdruckleitung 54 herrschenden Steuerdruck be­ aufschlagt.

Beim Ansteuern des Verbrauchers wird das Proportional­ ventil in die mit a gekennzeichneten Stellungen gebracht und das nicht dargestellte Schaltventil derart angesteuert, daß der Verbraucher angehoben oder abgesenkt wird. Solange der Lastdruck am Verbraucher unterhalb des gewünschten Ma­ ximalwerts ist, liegt an beiden Stirnseiten des Proportio­ nalventilschiebers der gleiche Steuerdruck an, so daß die­ ser in seiner von der Kraft des Elektromagneten vorgegebe­ nen Stellung verbleibt. Beim Erreichen des Maximal-Last­ druckes wird sich das normalerweise in einer Schließstel­ lung befindliche Druckbegrenzungsventil durch den über die Steuerleitung 56 wirkenden Steuerdruck aufgesteuert, so daß der Druck in der Lastdruckleitung 54 und damit auch in dem Bereich zwischen Drossel 52 und der rechten Stirnseite des Proportionalventilschiebers zum Tank T hin abgebaut wird, während der Druck an der Fig. 6 linken Stirnseite aufgrund der Wirkung der Drossel 52 noch etwa dem Maximallastdruck entspricht. Dadurch wird der Proportionalventilschieber in der Darstellung nach Fig. 6 nach rechts verschoben, so daß der Zulauf zum Verbraucher gedrosselt wird und somit der Lastdruck wieder unter dem voreingestellten Wert absinkt. Die Einstellung des Maximallastdruckes erfolgt durch An­ steuerung des Elektromagneten des Druckbegrenzungsventils 16.

Fig. 7 zeigt schließlich einen Schnitt durch ein Ven­ tilgehäuse 2, in dem die vorbeschriebene Ventilanordnung zur Ansteuerung eines Hydraulikzylinders mit Zulaufdrosse­ lung aufgenommen ist. Das Ventilgehäuse 2 ist in Scheiben- oder Plattenbauweise ausgeführt, so daß mehrere derartige Ventilscheiben zu einem Steuerblock zusammenfügbar sind. Der Hydraulikzylinder wird an zwei Arbeitsanschlüsse A und B angeschlossen; des weiteren hat das Ventilgehäuse einen Tankanschluß T, einen Pumpenanschluß P und einen Steueran­ schluß X. Im Ventilgehäuse 2 sind des weiteren das propor­ tional verstellbare Wegeventil 14 aus Fig. 6, ein Schalt­ ventil 60 und ein Rückschlagventil 62 aufgenommen, deren Achsen in Parallelabstand zueinander in der Platte angeord­ net sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Proportionalventil 14, das Schaltventil 60 und das Rückschlagventil 62 über Elektromagnete betätigt.

Der genaue Aufbau des Proportionalventils 14, des Schaltventils 60 und des Druckbegrenzungsventils 62 sind in der Voranmeldung 196 46 447 der Anmelderin beschrieben, so daß hier der Einfachheit halber auf diese Ausführungen ver­ wiesen wird, die zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung zu zählen sind.

Demgemäß hat das Proportionalventil 14 einen Proportio­ nalventilschieber 64, dessen beide Stirnseiten über die Steuerleitungen oder Steuerkanäle 48 bzw. 50 mit einem Lastdruck LS beaufschlagt sind. Der Steuerkanal 50 ist mit einer Düsenbohrung versehen, die die Drossel 52 in Fig. 6 bildet. In eine in Fig. 7 rechts unten angeordnete An­ schlußbohrung des Ventilgehäuses 2 ist das elektrisch betä­ tigbare Druckbegrenzungsventil 16 eingeschraubt, über das bei Überschreiten eines Maximal-Lastdrucks im Bereich zwi­ schen der Düsenbohrung (Drossel 52) und der in Fig. 7 rech­ ten Stirnseite des Proportionalventilschiebers 64 eine Ver­ bindung zu einer Tankleitung 55 aufgesteuert wird, so daß die rechte Stirnseite des Proportionalventilschiebers 64 entlastet wird und die Drosselung des Volumenstroms erfol­ gen kann.

Die Erfindung ermöglicht es somit auf einfache Weise, den Maximallastdruck individuell für jeden Verbraucher zu begrenzen und die einzelnen Proportionalventile in einem LS- oder einem LUDV-System zu verschalten. Die erfindungs­ gemäßen Ventilanordnungen können auch bei gemischten Syste­ men mit Lastmeldeventilen und nicht lastangepaßten Ventilen verwendet werden, so daß eine kostengünstige Zusammenstel­ lung der Ventilbaugruppen im Baukastensystem ermöglicht ist.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung entstehen keine unnötigen Energieverluste bei der Druckbegrenzung, da nicht unnötig von der Pumpe gefördertes Hydraulikfluid über ein Sekundärventil vom Tanken abgelassen werden muß.

Üblicherweise wird an die Stirnflächen des Proportio­ nalventilschiebers der Tankdruck angelegt. Da beim verwen­ deten System jedoch auch andere Druckniveaus erlaubt sind, wird die konstruktive Freiheit insbesondere beim Entwurf von Baureihen und Baukastensystemen erhöht.

Offenbart ist eine hydraulische Schaltung zur Ansteue­ rung eines Verbrauchers und ein Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen Schaltung, bei denen einem Ventilschieber eines lastangepaßten Proportionalventils ein Vergleichsven­ til zugeordnet ist, über das beim Erreichen eines vorbe­ stimmten Maximal-Lastdruckes der Ventilschieber des Propor­ tionalventils mit einer Druckdifferenz beaufschlagbar ist, so daß dieser in eine Position verschoben wird, in der der Lastdruck auf den vorgegebenen Maximalwert begrenzt ist.

Claims (8)

1. Hydraulische Schaltung zur Ansteuerung mehrerer druckbegrenzter Verbraucher, mit einem jeweils einem Ver­ braucher (2) zugeordneten, elektrisch, mechanisch oder hy­ draulisch betätigten Proportionalventil (14), über das der zugeordnete Verbraucher (2) über eine den Lastdruck führen­ de Arbeitsleitung mit einer Pumpe und über eine Rücklauf­ leitung mit einem Tank verbindbar ist, wobei der Pumpenför­ derstrom in Abhängigkeit vom höchstbelasteten Verbraucher (2) eingestellt ist, gekennzeichnet durch ein Vergleichs­ ventil (16), das in zu den beiden Stirnseiten des Ventil­ schiebers (64) des Proportionalventils (14) geführten Steu­ erleitungen (X, Y; 38, 40; 48, 50) geschaltet ist und über das der Ventilschieber (64) mit einer Druckdifferenz beauf­ schlagbar ist, um einen vorbestimmten Maximaldruck in der Arbeitsleitung zum zugeordneten Verbraucher (2) konstant zu halten.

2. Hydraulische Schaltung nach Patentanspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (14) in Reihe zu einer Individualdruckwaage (12) geschaltet ist.

3. Hydraulische Schaltung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Steuerleitungen (48, 50) den Lastdruck führen und mit einer Drossel (52) verschaltet sind, und das Vergleichsventil ein Druckbegrenzungsventil (16) ist, über das die Steuerleitung (50) bei Erreichen des Maximal-Lastdrucks mit einem Tankanschluß T verbunden wird.

4. Hydraulische Schaltung nach Patentanspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (16) elektrisch vorgesteuert ist.

5. Hydraulische Schaltung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsventil ein hy­ draulisch betätigtes Proportionalventil (16) ist, bei dem eine Ventilschieber-Stirnseite über eine Steuerleitung (18, 20) mit dem Lastdruck beaufschlagt ist und die andere Seite mit der Kraft einer Steuerfeder (22, 24) und durch den Steuerdruck einer mit der Rücklaufleitung verbundenen Steu­ erleitung (18, 20) beaufschlagt ist, so daß bei Erreichen des Maximal-Lastdrucks in der Steuerleitung (18, 20) der Ventilschieber des Proportionalventils (16) verschoben wird, der in seiner Grundstellung beide Steuerleitungen (X, Y) miteinander verbindet und in seinen Auslenkpositionen eine der Stirnseiten des Ventilschiebers des Proportional­ ventils (14) mit dem Pumpendruck beaufschlagt.

6. Hydraulische Schaltung nach Patentanspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerfeder (22, 24) mit ei­ ner einstellbaren Vorspannung beaufschlagbar ist.

7. Hydraulische Schaltung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerleitung (40) mit der den Lastdruck führenden Arbeitsleitung (30) und über eine Drossel (42) mit der anderen Steuerleitung (38) ver­ bunden ist, die ihrerseits über eine Abströmleitung (36) und ein 2/2-Wegeventil (16) mit dem Tankanschluß T verbun­ den ist, wobei eine Stirnseite des 2/2-Wegeventils (16) mit dem Lastdruck beaufschlagt ist, so daß bei Erreichen des Maximal-Lastdrucks das 2/2-Wegeventil (16) aus einer feder­ vorgespannten Sperrstellung in eine Durchgangsstellung bringbar ist.

8. Verfahren zur Ansteuerung einer hydraulischen Schaltung mit einer Vielzahl von hydraulischen Verbrau­ chern, die jeweils über ein Proportionalwegeventil mit ei­ ner gemeinsamen Pumpe oder mit einem Tank verbunden werden, mit den Schritten:

• - mechanisches, hydraulisches oder elektrisches Ansteuern des Proportionalventils (14), so daß Hydraulikfluid von der Pumpe zum Verbraucher (2) gefördert wird;
• - Erfassen des Lastdrucks in einer Arbeitsleitung (30) zum Verbraucher (2);
• - Beaufschlagen der Stirnseiten eines Proportionalventil­ schiebers (64) des Proportionalventils (14) mit einer Steu­ erdruckdifferenz, so daß der Proportionalventilschieber (64) zum Halten eines vorbestimmten Maximal-Lastdrucks in eine Regelposition verschoben wird.