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Die
Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage mit einem doppelt wirkenden
hydraulischen Antriebsaggregat, nach dem Oberbegriff des Anspruches
1 sowie an einer langsam laufenden Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff
des Anspruches 18.
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Bei
einer aus der
DE 2305825
A bekannten derartigen Anlage ist die Arbeitspumpe mit
den beiden Seiten eines hydrostatischen Motors verbunden welcher
entsprechend der vom Steuerkreis gesteuerten Fördermenge und – richtung
der Arbeitspumpe mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in Vorwärts – oder Rückwärtsrichtung
läuft.
Zur Steuerung der Arbeitspumpe dient ein hydraulischer Steuerkreis,
mit dem sich die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten eines
Kolben-Zylinder-Aggregates
regeln läßt. Der
als Stellglied mit der Arbeitspumpe steuernd zusammenwirkende Kolben
dieses Aggregates wird durch eine Federanordnung in eine Mittellage
gespannt, in der die Arbeitspumpe keinen Förderstrom erzeugt. Bei Verschiebung
des Kolbens aus dieser Mittellage in der einen oder anderen Richtung
erzeugt die Pumpe einen zunehmenden Förderstrom in der einen oder
anderen Richtung. Die beiden Seiten des vorgenannten Kolben-Zylinder-Aggregates
sind über
ein 4/3-Steuerventil steuerbar mit einer Steuerpumpe sowie einem
relativ drucklosen Hydraulikreservoir verbunden, derart, daß der das
Stellglied zur Steuerung der Arbeitspumpe bildende Kolben mit einer
steuerbaren Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung beaufschlagbar
ist. Ein das 4/3- Steuerventil
betätigender
Regler erfaßt
diese Druckdifferenz und steuert das 4/3-Steuerventil derart, daß diese
Druckdifferenz einem vorgebbaren Sollwert folgt, durch den dann
wiederum die Fördermenge
und -richtung der Arbeitspumpe und dementsprechend die Arbeitsgeschwindigkeit
und -richtung des Hydromotors bestimmt werden.
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Eine
Erfassung der Druckverhältnisse
in dem von der Arbeitspumpe und dem Hydromotor gebildeten hydraulischen
Arbeitskreis bzw. eine Rückwirkung
dieser Druckverhältnisse
auf den Steuerkreis sind nicht vorgesehen.
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Aus
der
DE 196 52 298
A1 ist eine Hydraulikanlage bekannt, bei der ein als doppelt
wirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildeter Druckumsetzer über ein
zu seiner Steuerung dienendes 4/3-Steuerventil steuerbar mit einer
in einer Richtung fördernden
steuerbaren Arbeitspumpe sowie einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir
verbunden bzw. verbindbar ist. In zwei Stellungen des 4/3-Ventiles
ist jeweils die eine oder die andere Seite des Druckumsetzers mit
der Druckseite der Pumpe und die jeweils entgegengesetzte Seite
des Druckumsetzers mit dem Hydraulikreservoir verbunden. In seiner
dritten Stellung verbindet das 4/3-Steuerventil alle Ventilanschlüsse miteinander,
so daß sowohl
die Druckseite der Pumpe als auch die beiden Anschlüsse des Druckumsetzers
praktisch drucklos werden. Durch entsprechende Sensoren werden Endlagen
des Druckumsetzers erfaßt
und einer Steuerung gemeldet, die dann das 4/3-Steuerventil elektromagnetisch umsteuert,
derart, daß sich
am Kolben des Druckumsetzers ei ne Druckdifferenz in der zum vorangegangenen
Betriebszustand entgegengesetzten Richtung aufbaut.
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Gemäß der
DE 196 52 298 A1 kann
der Druckumsetzer eine Kolbenpumpe antreiben bzw. als solche ausgebildet
sein.
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Auf
diese Weise wird die Möglichkeit
geboten, mittels einer vergleichsweise schnelllaufenden Arbeitspumpe
eine Verdrängerpumpe
anzutreiben, deren Verdränger
sich mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit bewegt und zur
Förderung
von verschmutzten Flüssigkeiten
dient.
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Damit
wird der Tatsache Rechnung getragen, daß eine schnelllaufende Pumpe
zur Förderung von
Flüssigkeiten,
die mit Verunreinigungen beladen sind, nicht geeignet ist, weil
schnell gegeneinander bewegliche Bauteile, wie Ventil und Ventilsitz
sowie Kolben und Zylinder, besonders anfällig für Beschädigungen durch Schmutzpartikel
sind. Bei der vom Druckumsetzer angetriebenen bzw. gebildeten Pumpe
treten dagegen nur langsame Relativbewegungen zwischen Kolben und
Zylinder sowie eine erheblich reduzierte Anzahl von Ventilbewegungen
auf, so daß die
Gefahr von Beschädigungen
durch Schmutzpartikel deutlich verringert wird.
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Die
vorliegende Erfindung steht im Zusammenhang mit dem Problem, eine
Hydraulikanlage der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten,
daß reproduzierbar
bleibende Antriebskräfte
gewährleistet
werden können,
insbesondere nach den Totpunktdurchgängen des Verstellorganges des
Antriebsag gregates. Außerdem
sollen bei Kombination der Hydraulikanlage mit einer langsam laufenden Kolbenpumpe
Druckschwankungen an der Pumpe vermieden werden.
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Diese
Probleme werden erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches
18 gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mit einer Regeleinrichtung
in die Steuerung der Arbeitspumpe einzugreifen, wenn im Hochdruckbereich
des Arbeitskreises ein bestimmter Druckschwellwert überschritten
wird, wobei zu diesem Zweck der zwischen den Druckanschlüssen des Stellgliedes
herrschende Differenzdruck mehr oder weniger stark reduziert wird.
Diese Verringerung des Differenzdruckes wird dadurch erreicht, daß der nicht mit
der Druckseite der Steuerpumpe verbundene Druckanschluß anstatt
mit dem Ölreservoir,
d.h. anstatt mit dem Atmosphärendruck,
gedrosselt mit dem Hochdruckbereich des Arbeitskreises verbunden wird.
Der an diesem Anschluß anliegende
Gegendruck zur Reduzierung des Differenzdruckes gegenüber der
Druckseite der Steuerpumpe entspricht dabei der Druckdifferenz,
um die der Hochdruckbereich des Arbeitskreises den vorgenannten
Druckschwellwert übersteigt.
Je größer der
Druckanstieg im Hochdruckbereich des Arbeitskreises desto höher ist
folglich die Reduzierung der Druckdifferenz am Stellglied und um
so geringer wird die Förderleistung
der Arbeitspumpe in der entsprechenden Förderrichtung. Dabei kann die
Druckdifferenz bis auf den Wert Null verringert werden, wobei dann
die Arbeitspumpe dement sprechend aufgrund der zugehörigen Stellung
des Stellgliedes nicht mehr fördert.
Die Ausbildung eines „negativen" Differenzdruckes
kann beispielsweise durch entsprechende Rückschlagventile, die eine Entspannung
auf die Druckseite der Steuerpumpe ermöglichen, verhindert werden.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung
des Antriebsaggregates nach der Erfindung schlägt vor, daß die Regeldruckleitung ein
Druckventil enthält,
das in Abhängigkeit
eines vorbestimmten Regeldruckes die Regeldruckleitung sperrt oder
mehr oder weniger gedrosselt öffnet,
wodurch auf einfache Weise der Regeldruck, d.h. der Druck in der
Regeldruckleitung nach dem Druckregelventil, mit der Druckdifferenz korreliert,
um die der Druck im Hochdruckbereich des Arbeitskreises den vorbestimmten
Regeldruck übersteigt.
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Um
denjenigen Druckanschluß des
Stellgliedes, der nicht mit der Druckseite der Steuerpumpe verbunden
ist, von seiner Verbindung mit dem Reservoir zu trennen und ihn
statt dessen mit der Regeldruckleitung zu verbinden, so daß er mit
dem Regeldruck beaufschlagt ist und sich der Differenzdruck aus
dem Steuerdruck der Steuerpumpe abzüglich dieses Regeldruckes ergibt,
kann entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates
ein 3/2-Wege-Ventil vorgesehen sein. Dabei ist das 3/2-Wege-Ventil
derart in der Regeleinrichtung angeordnet, daß sein erster Anschluß mit dem
entsprechenden Druckanschluß des
Stellgliedes verbunden ist, sein zweiter Anschluß mit dem dritten oder vierten
Anschluß des
4/3-Wege-Steuerventils verbunden ist und sein dritter Anschluß mit der Regeldruckleitung
verbunden ist, wobei das 3/2-Wege-Ventil in seiner ersten Stellung
seinen ersten Anschluß mit
seinem zweiten Anschluß verbindet
und seinen dritten Anschluß sperrt
und in seiner zweiten Stellung seinen ersten Anschluß mit seinem
dritten Anschluß verbindet
und seinen zweiten Anschluß sperrt.
Zur Verstellung des 3/2-Wege-Ventils können beispielsweise Steuer-
oder Schaltleitungen vorgesehen sein, die ein Schalten in die erste
Stellung des 3/2-Wege-Ventils bewirken, wenn die Druckkraft an dessen
dritten Anschluß kleiner
als die Druckkraft an dessen anderen Anschlüssen ist und das 3/2-Wege-Ventil in seine zweite
Stellung schalten, wenn die Druckkraft an dessen dritten Anschluß größer als
die Druckkraft an seinen anderen Anschlüssen ist.
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Zweckmäßigerweise
kann das erfindungsgemäße Antriebsaggregat
dahingehend ausgestaltet sein, daß die Regeleinrichtung zwei
Druckregelventile und zwei 3/2-Wege-Ventile aufweist, von denen
jeweils eines dem Hochdruckbereich und eines dem Niederdruckbereich
des Arbeitskreises zugeordnet ist, wobei der zweite Anschluß des einen
3/2-Wege-Ventils mit dem dritten Anschluß des 4/3-Wege-Steuerventils
und zusätzlich über ein
erstes Rückschlagventil
mit dem dritten Anschluß des
anderen 3/2-Wege-Ventils verbunden ist und der zweite Anschluß des anderen
3/2-Wege-Ventils mit dem vierten Anschluß des 4/3-Wege-Steuerventils und zusätzlich über ein
weiteres Rückschlagventil
mit dem dritten Anschluß des
einen 3/2-Wege-Ventils
verbunden ist. Ein Vorteil einer derartigen, symmetrischen Ausbildung
der Regeleinrichtung ist darin zu sehen, daß keine aufwendigen Ventil-
und Steuereinrichtungen vorgesehen werden müssen, um den ständigen Wechsel
zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich im Arbeitskreis
zu berücksichtigen.
Auf diese Weise kommuniziert die Regeleinrichtung auf einfache Weise
ständig
mit dem für
die Regelung maßgebenden
Hochdruckbereich.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates
können
der dritte Anschluß des
einen 3/2-Wege-Ventils,
der zweite Anschluß des
anderen 3/2-Wege-Ventils
und der vierte Anschluß des
4/3-Wege-Steuerventils über eine
gemeinsame Verbindungsstelle miteinander verbunden sein, wobei zwischen
dieser Verbindungsstelle und dem dritten Anschluß des einen 3/2-Wege-Ventils
der Ausgang des ersten Druckregelventils angeschlossen ist und zwischen
dieser Anschlußstelle
und der Verbindungsstelle das weitere Rückschlagventil angeordnet ist,
das in Richtung auf die Anschlußstelle
sperrt. Außerdem
können
dann der dritte Anschluß des
anderen 3/2-Wege-Ventils, der zweite Anschluß des einen 3/2-Wege-Ventils
und der dritte Anschluß des
4/3-Wege-Steuerventils über eine
gemeinsame Verbindungsstelle miteinander verbunden sein, wobei zwischen
dieser Verbindungsstelle und dem dritten Anschluß des anderen 3/2-Wege-Ventils
der Ausgang des zweiten Druckregelventils angeschlossen ist und
zwischen dieser Anschlußstelle
und der Verbindungsstelle das erste Rückschlagventil angeordnet ist,
das in Richtung auf die Anschlußstelle
sperrt. Wenn der Regeldruck, d.h. die Druckdifferenz zwischen dem
Hochdruckbereich des Arbeitskreises und dem vorbestimmten Druckschwellwert,
größer wird als
der Steuerdruck, d.h. der druckseitig von der Steuerpumpe erzeugte
Druck, bewirken die erfindungsgemäß angeordneten Rückschlagventile
einen Druckausgleich zwischen den beiden Druckanschlüssen des
Stellgliedes, so daß die
Druckdifferenz zwischen diesen Druckanschlüssen gleich Null ist und keinen
negativen Wert annehmen kann. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Rückschlagventile
ist bei aktivierter Regelung, das heißt, wenn die 3/2-Wege-Ventile
durch entsprechend druckbeaufschlagte Schaltleitungen abwechselnd und
gegensinnig zwischen ihren Schalt-Stellungen verstellt werden, eine
rasche hydraulische Entlastung der jeweiligen Schaltleitungen möglich. Folglich können die
3/2-Wege-Ventile schnell schalten, so daß über den entsprechend raschen
Druckaufbau am Stellglied die Arbeitspumpe schnell umgesteuert werden
kann.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates
können
zum Schalten der Druckregelventile diese mit einem Vordruckregelventil
zusammenwirken, das gedrosselt mit dem Hochdruckbereich und mit
dem Niederdruckbereich des Arbeitskreises verbunden ist und das
in Abhängigkeit
eines vorbestimmten Druckschwellwertes die Druckregelventile schaltet,
wobei das eine der Druckregelventile dann geschlossen und das andere
mehr oder weniger geöffnet
ist. Dieses Vordruckregelventil ermöglicht in Betriebsphasen des
Antriebsaggregates, in denen dieses mit aktivierter Regeleinrichtung
arbeitet, beim Umschalten der Förderrichtung
der Arbeitspumpe eine rasche Anpassung der Regeleinrichtung an die veränderte Drucksituation.
Denn beim Umkehren der Förderrichtung
wird der vorige Niederdruckbe reich zum neuen Hochdruckbereich und
dementsprechend der vorherige Hochdruckbereich zum neuen Niederdruckbereich.
Da der Regeldruck durch die spezielle Anordnung des Vordruckregelventils
gewissermaßen „gespeichert" werden kann, spricht
die Regelung bei einer Förderrichtungsumkehr
rascher an.
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Darüber hinaus
hat die Verwendung eines einzigen Vordruckregelventils zur Folge,
daß der Druck
in beiden Arbeitsleitungen über
dieses eine Ventil und nicht über
die diesen Leitungen jeweils zugeordneten Druckregelventile geregelt
werden kann. Auf diese Weise werden Fehler und Schwankungen aufgrund
von Toleranzen bei den Druckregelventilen vermieden. Durch die Anordnung
der Rückschlagventile
zwischen dem Vordruckregelventil und den Druckregelventilen wird
außerdem
eine gegenseitige Beeinflussung der Druckregelventile vermieden.
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Um
die Regeldynamik der Regeleinrichtung weiter zu verbessern kann
entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebaggregates
ein Wechselventil vorgesehen sein, dessen erster sperrbarer Ausgang
mit dem Ausgang des ersten Druckregelventils verbunden ist, dessen
zweiter sperrbarer Ausgang mit dem Ausgang des zweiten Druckregelventils
verbunden ist und dessen Eingang mit dem Ausgang des Vordruckregelventils
verbunden ist. Diese Maßnahme
bewirkt, daß an
der Sekundärseite
des Vordruckregelventils der Regeldruck anliegt, mit der Folge,
daß das
Regelverhalten des Vordruckregelventils nicht nur vom Druck im Arbeitskreis sondern
zusätzlich
vom Regeldruck im Steuerkreis abhängt. Dabei ist der Regeldruck
wiederum der Differenzdruck zwischen dem den Druckschwellwert des
Arbeitskreises übersteigenden
Druck und dem entsprechend dem eingestellten Druckschwellwert gewünschten
Druck des Arbeitskreises.
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Da
der Differenzdruck zwischen Primärseite und
Sekundärseite
des Vordruckregelventils das Regelverhalten des Vordruckregelventils
bestimmt, hängt
das Regelverhalten stark davon ab, ob die Sekundärseite des Vordruckregelventils
an den Regeldruck oder z.B. an die Atmosphäre angeschlossen ist. Für den Fall,
das die Sekundärseite
des Vordruckregelventils an die Atmosphäre angeschlossen ist, wird
die Druckdifferenz zwischen Primär-
und Sekundärseite
ausschließlich
durch den an der Primärseite anliegenden
Druck des Arbeitskreises gebildet. Übersteigt der Druck im Arbeitskreis
den am Vordruckregelventil eingestellten Druckschwellwert, beginnt
ein Regelvorgang, der einen entsprechenden Regeldruck aufbaut. Der
einzelne Regelvorgang ist erst dann beendet, wenn der sich aufgebaute
Regeldruck eine entsprechende Verstellung des Stellgliedes bewirkt
hat, diese Verstellung eine Reduktion der Förderleistung der Antriebspumpe
auslöst
und die verringerte Förderleistung
einen Druckabfall auf den Druckschwellwert im Arbeitskreis zur Folge
hat. Denn erst zu diesem Zeitpunkt kann die Druckdifferenz zwischen
Primär-
und Sekundärseite
am Vordruckregelventil unter den voreingestellten Druckschwellwert sinken.
Im Unterschied dazu kann die Regelung erheblich schneller ablaufen,
wenn die Sekundärseite des
Vordruckregelventiles mit dem Regeldruck verbunden ist. Denn in
diesem Fall reduziert bereits der sich aufbauende Regeldruck die
Druckdifferenz zwischen Primär- und Sekundärseite.
Somit stellt sich im erstgenannten Fall im Arbeitskreis der am Druckregelventil
vorgegebene Druckschwellwert ein, während sich im zweiten Fall
der sich im Arbeitskreis einstellende Druck aus dem am Vordruckregelventil
eingestellten Druckschwellwert zuzüglich des sich aufbauenden
Regeldruckes ergibt.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
kann der am Vordruckregelventil eingestellte vorbestimmte Druckschwellwert
niedriger als der von der Regeleinrichtung im Hochdruckbereich des
Arbeitskreises einzustellende Druckschwellwert sein. Insbesondere
kann dabei die Druckdifferenz zwischen dem von der Regeleinrichtung
im Hochdruckbereich des Arbeitskreises einzustellenden Druckschwellwert
und dem am Vordruckregelventil eingestellten vorbestimmten Druckschwellwert
etwa gleich dem im Hochdruckbereich des Steuerkreises vorliegenden
Steuerdruckwert sein. Diese Maßnahmen
bewirken zum einen, daß die
Regelung bereits vor Erreichen des vorbestimmten Druckschwellwertes
für den
Arbeitskreis beginnt, und zum anderen, daß insbesondere der vorbestimmte
Druckschwellwert für
den Arbeitskreis nicht überschritten
werden kann. Dies wird im Folgenden anhand eines Zahlenbeispieles
näher erläutert. Beispielsweise
arbeitet das Antriebsaggregat normalerweise mit einem Arbeitsdruck
von 250 bar, soll jedoch aus Sicherheitsgründen einen maximalen Druckschwellwert
von 300 bar nicht übersteigen
dürfen.
Des weiteren arbeitet die Steuereinrichtung mit einem Steuerdruck
von 20 bar, um die Arbeitspumpe mit Hilfe der Druck differenz am
Stellglied zu steuern bzw. zu regeln. Am Vordruckregelventil ist
demnach ein Druckschwellwert von 280 bar einzustellen. Wenn nun
beispielsweise der Widerstand, gegen den das Verstellorgan des Antriebsaggregates
arbeitet, ansteigt, kommt es im Hochdruckbereich des Arbeitskreises
zu einem Druckanstieg. Übersteigt
der Druck im Hochdruckbereich 280 bar, beginnt das Vordruckregelventil
die Regelung und bewirkt in der oben angegebenen Weise eine Verringerung
des Differenzdruckes an den Druckanschlüssen des Stellgliedes. Herrschen
beispielsweise im Hochdruckbereich des Arbeitskreises 290 bar, stellt
sich der Regeldruck der Regeleinrichtung auf 10 bar ein und die
Druckdifferenz am Stellglied reduziert sich von 20 bar auf 10 bar,
was eine dementsprechende Reduzierung der Förderleistung der Arbeitspumpe
zur Folge hat. Der einzelne Regelvorgang ist für den Fall, daß die Sekundärseite des Vordruckregelventils
an den Regeldruck angeschlossen ist, bereits beendet, wenn der Regeldruck
die 10 bar erreicht, da dann die Druckdifferenz zwischen Primär- und Sekundärseite am
Vordruckregelventil wieder den eingestellten Druckschwellwert von
280 bar erreicht hat. Erreicht der Druck im Hochdruckbereich des
Arbeitskreises 300 bar, stellt sich folglich der Regeldruck auf
20 bar ein und die Druckdifferenz am Stellglied sinkt auf Null und
dementsprechend auch die Fördermenge
der Arbeitspumpe. Folglich kommt spätestens dann das Verstellorgan
des Antriebsaggregates zum Stillstand, so daß ein weiterer Druckanstieg
nicht zu erwarten ist.
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Vorzugsweise
besitzt die erfindungsgemäße Anlage
einen Spülkreis
zur Entnahme von Hydraulikmedium aus dem Niederdruckbereich des
Arbeitskreises. Auf diese Weise kann das Hydraulikmedium des Arbeitskreises
ständig
ausgetauscht werden, um anfallende Wärmeenergie in das Hydraulikreservoir abzuführen, welches
dementsprechend die Funktion eines Kühlers übernehmen kann. Hierbei ist
erfindungsgemäß vorgesehen,
den Spülvorgang,
d.h. die Entnahme von Hydraulikmedium aus dem Arbeitskreis zu beenden
bzw. zu unterbrechen, wenn sich das Verstellorgan des Antriebsaggregates
in einer Bewegungsphase befindet, in der es eine seiner Totpunktstellungen
durchläuft
(Umsteuerung). Insbesondere soll der Spülvorgang zu Beginn dieser Umsteuerung
unterbrochen werden und mindestens bis zur Mittellage des Stellgliedes,
d.h. bis zur Nullförderung
der Arbeitspumpe, jedoch längstens
bis in beiden Arbeitsleitungen gleicher Druck herrscht unterbrochen
bleiben. Mit Hilfe dieser Maßnahme
wird verhindert, daß über den
Spülkreis
zuviel Hydraulikmittel aus dem Arbeitskreis entnommen wird, was
einen (kurzfristigen) Ölmangel
im jeweils neuen Hochdruckbereich des Arbeitskreises und in der
Folge aufgrund der reduzierten Verdrängungswirkung des Verstellorganes
einen Druckeinbruch im neuen Niederdruckbe reich nach sich ziehen
kann, was für
die Arbeitspumpe schädlich
sein kann.
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Die
Gefahr eines derartigen Fülldruckeinbruches
ist insbesondere dann gegeben, wenn das 3/3-Wege-Spülventil
mit Hilfe des im jeweiligen Hochdruckbereich des Arbeitskreises
herrschenden Druckes geschaltet wird. Wegen der vorliegenden hohen
Drücke
kommt es aufgrund der Kompressibilität des Hydraulikmediums und
der vom Hydraulikmedium durchströmten
Bauteile dazu, daß nach
dem Totpunktdurchgang zu Beginn der nun umgekehrten Förderrichtung
im vorhergehenden Hochdruckbereich noch immer ein höherer Druck
herrscht als im neuen, im Aufbau befindlichen Hochdruckbereich,
so daß über den
Spülkreis
noch immer Hydraulikmedium aus dem neuen Hochdruckbereich in das
Reservoir austreten kann. Da das 3/3-Wege-Spülventil
erfindungsgemäß nunmehr
in Abhängigkeit
des Umsteuervorganges der Arbeitspumpe und nicht mehr ausschließlich in
Abhängigkeit
der herrschenden Drucksituation gesteuert wird, kann ein derartiger Druckeinbruch
im Hochdruckbereich des Arbeitskreises verhindert werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates
ist das 3/3-Wege-Spülventil
hydraulisch schaltbar, wobei eine erste hydraulische Steuerleitung
mit dem ersten Eingang und eine zweite hydraulische Steuerleitung mit
dem zweiten Eingang des 3/3-Wege-Spülventils kommuniziert und das
jeweils von einem der Sensoren generierte Signal zum Schalten eines
Ausgleichsventils dient, das eine mit der ersten Steuerleitung kommunizierenden
ers ten Eingang und einen mit der zweiten Steuerleitung kommunizierenden zweiten
Eingang aufweist und in einer ersten Stellung seine Eingänge miteinander
verbindet. Hierbei wird die erste Stellung des 3/3-Wege-Spülventils
durch eine hydraulische Entsperrung oder einen hydraulischen Kurzschluß seiner
Steuerleitungen erzwungen. Durch die Verwendung eines Ausgleichsventils, das
mit kleinen Kräften
in seine verschiedenen Stellungen gebracht werden kann, können auf
einfache Weise die zur Verstellung des 3/3-Wege-Spülventils notwendigen
großen
Kräfte
aufgebracht werden, indem dessen hydraulische Steuerleitungen in
entsprechender Weise geschaltet werden.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Antriebsaggregates nach der Erfindung kann das
Ausgleichsventil einen über
das Druckhalteventil mit dem Reservoir kommunizierenden Ausgang
aufweisen und in seiner ersten Stellung seine Eingänge mit
seinem Ausgang verbinden, wodurch die hydraulischen Steuerleitungen
des 3/3-Wege-Spülventils
entspannt werden.
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Vorzugsweise
kann das Ausgleichsventil bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates
in einer der einen Antriebsrichtung zugeordneten zweiten Stellung
seinen zweiten Eingang mit seinem Ausgang verbinden und in einer
der anderen Antriebsrichtung zugeordneten dritten Stellung seinen
ersten Eingang mit seinem Ausgang verbinden. Diese Maßnahme bewirkt,
daß nach
dem Umschalten in der jeweiligen Totpunktlage der vorherige Hochdruckbereich
des Arbeitskreises sofort auf sein neues Druckniveau als Nieder druckbereich
entspannt werden kann. Dies ist insbesondere bei größeren Hydraulikmengen
von großer
Bedeutung, da unmittelbar nach dem Umschalten im vorhergehenden
Hochdruckbereich aufgrund der genannten Kompressibilitäten dem
vorhergehenden Hochdruckbereich mehr Hydraulikmedium entnommen werden
muß, um
diesen auf das Druckniveau des Niederdruckbereiches zu bringen,
als dem vorherigen Niederdruckbereich zugeführt werden muß, um diesen
auf das Druckniveau des Hochdruckbereiches zu bringen. Insbesondere
im Zusammenhang mit der Verwendung einer Druckregelung für den Arbeitskreis,
wie sie weiter oben beschrieben worden ist, würde der Druck im neuen Hochdruckbereich
aufgrund des der Verstellbewegung des Verstellorganes des Antriebsaggregates
entgegenwirkenden hohen Druckes im neuen Niederdruckbereich zu einer
verfrühten
Regelung führen.
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Die
vorgeschlagenen Maßnahmen
sind insbesondere dann von Vorteil, wenn der Steuerkreis von einer
den Niederdruckbereich des Arbeitskreises mit Füllöl versorgenden Füllölpumpe angetrieben
ist, d.h. wenn eine abgezweigte Fördermenge der Füllölpumpe die
Funktion der Steuerölpumpe übernimmt. Denn
in diesem Fall bewirkt das sofortige Sperren der Ölentnahme
aus dem Arbeitskreis zu Beginn des Umschaltvorganges (Totpunktdurchgang
des Verstellorganes), daß die
Füllpumpe
diesbezüglich
kein Füllöl in den
Arbeitskreis nachfüllen
muß und
somt im wesentlichen die gesamte Fördermenge der Füllpumpe
für den
Steuerkreis zur Verfügung
steht. Demzufolge kann ein besonders rasches Umsteuern des Stellgliedes
und somit der Arbeitspumpe erreicht werden.
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Zweckmäßigerweise
ist das Ausgleichsventil elektromagnetisch schaltbar. Vorzugsweise
kann das Ausgleichventil als 3/3-Wege-Ventil
ausgebildet sein.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung kann das Antriebsaggregat eine langsam laufende Kolbenpumpe
zur Förderung
eines Pumpmediums antreiben. Hier sollte an die langsam laufende
Kolbenpumpe druckseitig ein Schwingungsdämpfer angeschlossen sein, der
einen Blasenspeicher und ein diesem vorgeschaltetes Drosselrückschlagventil
aufweist. Ein derartiger Blasenspeicher dient dazu, einen Druckeinbruch
auf der Druckseite der langsam laufenden Kolbenpumpe während der Totpunktdurchgänge der
Kolbenpumpe bzw. des Antriebsaggregates zu vermindern.
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Vorzugsweise
kann das Drosselrückschlagventil
aus einer Drossel und einem parallel geschalteten Rückschlagventil
bestehen, wobei das Drosselrückschlagventil
derart zwischen dem Blasenspeicher und der Druckseite der langsam
laufenden Kolbenpumpe angeordnet ist, daß das Rückschlagventil in Richtung
vom Blasenspeicher zur Kolbenpumpe öffnet. Auf diese Weise wird
eine ungedrosselte und somit rasche Entleerung des Blasenspeichers
ermöglicht,
um während
der Totpunktdurchgänge
Volumenstromschwankungen gering zu halten. Im Unterschied dazu wird
der Blasenspeicher gedrosselt und somit relativ langsam gefüllt, um
während
seiner Befüllung
einen Druckabfall auf der Druckseite des von der langsam laufenden
Kolbenpumpe geförderten Pumpmediums
zu verringern.
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Im übrigen kann
zweckmäßig vorgesehen sein,
dass das im Reservoir enthaltene Hydraulikmedium im Wärmeaustausch
mit einem Wärmetauscher steht,
der von dem von der langsam laufenden Pumpe geförderten Pumpmedium durchströmt ist.
Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln einer Erwärmung des
Hydraulikmediums des Arbeitskreises entgegengewirkt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
anhand der Zeichnung.
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1 zeigt
einen schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Antriebsaggregates,
das in Form eines Kolben-Zylinder-Aggregates als Druckumsetzer zum
Antrieb einer langsam laufenden Kolbenpumpe ausgebildet ist.
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Entsprechend 1 ist
im Ausführungsbeispiel
ein erfindungsgemäßes Antriebsaggregat
als Kolben-Zylinder-Aggregat 1 ausgebildet, dessen Verstellorgan 1.1 einen
Kolben 1.6 und eine Kolbenstange 1.8 aufweist,
die beiderseits aus einem Zylindergehäuse 1.7 des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 herausragt.
Der Kolben 1.6 trennt im Zylinder 1.7 eine erste
Kammer 1.9 von einer zweiten Kammer 1.10.
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Entsprechend
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
treibt die Kolbenstange 1.8 Kolben 1.11 und 1.12 einer
langsam laufenden Kolbenpumpe 1.13 an. Die Kolbenpumpe 1.13 saugt
an ihrem Einlaß 1.4 beispielsweise
verschmutztes Wasser an. Bei einer, entsprechend 1 nach
oben gerichteten Bewegung des Verstellorganes 1.1 beziehungsweise der
Kolbenstange 1.8 strömt
dabei Schmutzwasser in einen ersten Zylinderraum 1.2 ein,
während
gleichzeitig zuvor angesaugtes Schmutzwasser aus einem zweiten Zylinderraum 1.3 aufgrund
der Verdrängerwirkung
des nach oben bewegten Kolbens 1.11 mit hohem Druck aus
einem Auslaß 1.5 der
Kolbenpumpe 1.13 ausströmt.
Um bei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen der Kolbenstange 1.8 eine
gleichbleibende Förderrichtung
für das
Schmutzwasser aufrechtzuerhalten, ist eine dementsprechende Anordnung
von Rückschlagventilen 1.14 und
Verbindungsleitungen 1.15 vorgesehen.
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Beim
Durchgang durch die Totpunktlagen der Kolben 1.11 und 1.12 wird
die Bewegungsrichtung des Verstellorganes 1.1 beziehungsweise
der Kolbenstange 1.8 umgekehrt, wobei diese kurzfristig zum
Stillstand kommt. Während
dieses Umkehrvorganges, bei dem die Geschwindigkeit der Kolbenstange 1.8 zunächst abgebremst
und im Anschluß daran
wieder beschleunigt werden muß,
kommt es bei geöffnetem
Auslaß 1.5 zu
einem Förderdruckabfall.
Um diesen Druckabfall auszugleichen bzw. zu reduzieren ist auf der
Hochdruckseite der Kolbenpumpe 1.13 über eine Druckleitung 1.16 ein
Blasenspeicher 5 angeschlossen. Dem Blasenspeicher 5 ist
dabei ein Drosselrückschlagventil 6 vorgeschaltet,
das mit dem Blasenspeicher 5 wie folgt zusammenarbeitet:
während
eines Arbeitshubes der Kolbenstange 1.8 herrscht auf der
Hochdruckseite der Kolbenpumpe 1.13 der gewünschte Förderdruck. Über die Druckleitung 1.16 wird
dabei der Blasenspeicher 5 über eine Drossel 6.1 des
Drosselrückschlagventils 6 befüllt. Die
Drossel 6.1 bewirkt dabei, daß der Blasenspeicher 5 relativ
langsam den Arbeitsdruck annimmt und somit nur einen vernachlässigbaren
Leistungsverlust auf der Hochdruckseite der Kolbenpumpe 1.13 verursacht.
Während
eines Totpunktdurchganges der Kolbenstange 1.8 öffnet sich
bei einem durch die Verlangsamung der Kolbenstangenbewegung verursachten
Druckabfall auf der Hochdruckseite der Kolbenpumpe 1.13 ein
Rückschlagventil 6.2 des
Drosselrückschlagventils 6,
wodurch die im Blasenspeicher 5 unter dem Hochdruck der
Kolbenpumpe 1.13 gespeicherte Flüssigkeit nahezu gleichzeitig diesen
Druckabfall ausgleicht bzw. verhindert.
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Um
die erste und zweite Kammer 1.9 und 1.10 des Kolben-Zylinder-Aggregates 1 abwechselnd mit
Hydraulikmedium zu befüllen,
ist ein Arbeitskreis 8 vorgesehen, der eine Arbeitspumpe 8.1 aufweist, die über Druckleitungen 8.2 und 8.3 die
Kammern 1.9 und 1.10 mit Hydraulikmittel versorgt.
Die Arbeitspumpe 8.1 kann beispielsweise als Axialkolbenpumpe
ausgebildet sein. Um auf einem möglichst
hohen Druckniveau arbeiten zu können,
ist die jeweils zu entleerende Kammer 1.9 oder 1.10 an
die Saugseite der Arbeitspumpe 8.1 angeschlossen.
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Zur
Steuerung der Arbeitspumpe 8.1 ist ein Steuerkreis 2 vorgesehen,
der mit einem durch gestrichelte Linien gebildeten Rechteck hervorgehoben ist.
Mit Hilfe eines Stellgliedes 2.2 kann beispielsweise eine
nicht dargestellte Stellscheibe der Arbeitspumpe 8.1 z.B.
drehend verstellt werden, wobei die Hydraulikmittelförderung
der Arbeitspumpe 8.1 nach Betrag und Richtung von der Stellung
dieser Stellscheibe abhängt.
Die jeweilige Stellung des Stellgliedes 2.2 und somit die
Stellung der Stellscheibe wird durch die Druckdifferenz zwischen
zwei Druckanschlüssen 2.9 und 2.10 des
Stellgliedes 2.2 bestimmt. Außerdem hängt die Druckdifferenz für eine bestimmte
Stellung des Stellgliedes 2.2 von der jeweiligen Drehzahl
und des erzeugten Arbeitsdruckes der Arbeitspumpe 8.1 ab.
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Im
Steuerkreis 2 ist eine Steuerpumpe 2.3 angeordnet,
die Hydraulikmedium aus einem Reservoir 7 ansaugt, in dem üblicherweise
atmosphärischer
Druck herrscht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Steuerpumpe 2.3 und
die Arbeitspumpe 8.1 über
eine gemeinsame Welle 8.5 angetrieben.
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Dabei
kann die Steuerpumpe 2.3 in das Gehäuse der Arbeitspumpe 8.1 integriert
sein. Vorzugsweise wird das Hydrauliköl des Steuerkreises 2 von einer
in das Gehäuse
der Arbeitspumpe 8.1 integrierten Füllpumpe abgezweigt, die zur Ölversorgung
des jeweiligen Niederdruckbereiches des Arbeitskreises 8 dient.
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Die
Steuerpumpe 2.3 erzeugt einen Steuerdruck, wobei ein Druckanstieg über einen
unzulässigen
Druckwert mit Hilfe eines einstellbaren Fülldruckbegrenzungsventiles
bzw. Druckregelventiles 2.6 verhindert werden kann, wobei überflüssiges Hydrauliköl in das
Reservoir 7 abgeleitet wird. Bei einer speziellen Ausführungsform
ist die Steuerpumpe 2.3 nicht als separates Bauteil ausgebildet,
sondern wird durch eine entsprechende Abzweigung aus der Arbeitspumpe 8.1 gebildet.
Das dann am Druckregelventil 2.6 anfallende überflüssige Hydrauliköl sowie anderes,
z.B. durch Leckagen anfallendes Hydrauliköl wird über eine Leckageleitung 8.4 dem
Reservoir 7 zugeführt.
Zur Fülldruckbegrenzung
ist das Druckregelventil 2.6 mit einer an die Druckseite
der Steuerpumpe 2.3 angeschlossenen Druckleitung 2.11 verbunden.
In der Druckleitung 2.11 ist ein Hydraulikmittelfilter 2.1 angeordnet.
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Zur
Druck- bzw. Hydraulikmittelversorgung des Stellgliedes 2.2 ist
dessen erster Druckanschluß 2.9 an
eine erste Stellgliedleitung 2.12 und der zweite Druckanschluß 2.10 an
eine zweite Stellgliedleitung 2.13 angeschlossen. Zwischen
der ersten Stellgliedleitung 2.12 und der Druckleitung 2.11 ist
ein Rückschlagventil 2.8 angeordnet,
ebenso ist zwischen der zweiten Stellgliedleitung 2.13 und
der Druckleitung 2.11 ebenfalls ein Rückschlagventil 2.7 angeordnet. Die
Rückschlagventile 2.7 und 2.8 wirken
als Steueröldruckbegrenzungsventile
und verhindern, daß im Stellglied 2.2 unzulässig hohe
Drücke
auftreten. Über weitere
Rückschlagventile 2.4 und 2.5 ist
die Druckleitung 2.11 außerdem mit den Druckleitungen 8.2 und 8.3 des
Arbeitskreises 8 verbunden.
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Diese
Rückschlagventile 2.4 und 2.5 arbeiten
als Füllventile
und gleichen im Arbeitskreis 8 auftretende Leckagen aus.
Außerdem
bewirken sie, daß in
der jeweiligen Arbeitsleitung 8.2 oder 8.3 des
aktuellen Niederdruckbereiches des Arbeitskreises 8 zumindest
der Fülldruck
der Steuerpumpe 2.3, d.h. der Steuerdruck, anliegt. Im
vorliegenden Fall sind die Steuerpumpe 2.3 und die bei
einem geschlossenen Hydraulikkreis notwendige Füllölpumpe identisch, wobei der
Steuerkreis 2 von der Füllpumpe
bzw. vom Füllöl abgezweigt
wird.
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Die
Druckleitung 2.11 verbindet die Druckseite der Steuerpumpe 2.3 mit
einem ersten Anschluß 2.14a eines
4/3-Wege-Steuerventiles 2.14. Das
4/3-Wege-Steuerventil 2.14 ist elektromagnetisch zwischen
seinen drei Stellungen I, II und III verstellbar. In der Ventilstellung
I (dargestellt) ist der Anschluß 2.14a gesperrt,
während
die übrigen
Anschlüsse 2.14b bis 2.14d miteinander
verbunden sind. In der Stellung II (bei nach unten verstellten Schaltsymbolen)
ist der Anschluß 2.14a mit
dem Anschluß 2.14d und
der Anschluß 2.14c ist
mit dem Anschluß 2.14b verbunden.
In der Ventilstellung III (bei nach oben verstellten Schaltsymbolen)
ist der Anschluß 2.14a mit
dem Anschluß 2.14c und
der Anschluß 2.14d mit
dem Anschluß 2.14b verbunden. Der
Anschluß 2.14b des
4/3-Wege-Steuerventiles 2.14 ist mit dem Reservoir 7 verbunden.
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Der
Steuerkreis 2 arbeitet mit einem Regelkreis 3 zusammen,
der durch ein mit gestrichelten Linien gebildetes Rechteck hervorgehoben
ist. Die Regeleinrichtung bzw. der Regelkreis 3 enthält ein erstes
Druckregelventil 3.1, das primärseitig über eine Regeldruckleitung 3.13 mit
der Druckleitung 8.2 des Arbeitskreises 8 kommuniziert.
Außerdem
enthält
der Regelkreis 3 ein zweites Druckregelventil 3.2,
das primärseitig über eine
Regeldruckleitung 3.14 mit der Druckleitung 8.3 des
Arbeitskreises 8 kommuniziert. Die Druckregelventile 3.1 und 3.2 werden
mit Hilfe eines Vordruckregelventiles 3.3 gesteuert, das
beispielsweise als Proportionaldruckregelventil ausgebildet ist
und dessen Primärseite über Rückschlagventile 3.4 und 3.5 einerseits über Drosselstellen 3.8 und 3.9 mit
den Druckleitungen 8.2 und 8.3 des Arbeitskreises 8 und
andererseits mit Drucksteuerleitungen der Druckregelventile 3.1 und 3.2 verbunden ist.
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Sekundärseitig
sind die Druckregelventile 3.1 und 3.2 sowie das
Vordruckregelventil 3.3 an ein Wechselventil 3.12 angeschlossen,
wobei die sperrbaren Anschlüsse
des Wechselventiles 3.12 jeweils einem der Druckregelventile 3.1 und 3.2 zugeordnet sind,
während
der dritte Anschluß des
Wechselventiles 3.12 dem Vordruckregelventil 3.3 zugeordnet
ist.
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Des
weiteren enthält
der Regelkreis 3 ein erstes 3/2-Wege-Ventil 3.10, das drei Anschlüsse 3.10a bis 3.10c aufweist
und zwei Stellungen I und II einnehmen kann. In der gleichen Weise
enthält
der Regelkreis 3 ein zweites 3/2-Wege-Ventil 3.11,
das ebenfalls drei Anschlüsse 3.11a bis 3.11c aufweist und
zwei Stellungen I und II einnehmen kann. In der jeweiligen Stellung
I der 3/2-Wege-Ventile 3.10 und 3.11 (jeweils
dargestellt) ist der jeweilige Anschluß c gesperrt, während die
jeweiligen Anschlüsse
a und b miteinander verbunden sind. In der jeweiligen Stellung II
der 3/2-Wege-Ventile 3.10 und 3.11 (die Schaltsymbole
sind dazu bei Ventil 3.10 nach rechts und bei Ventil 3.11 nach
links verstellt) ist der jeweilige Anschluß b gesperrt, während die
Anschlüsse
c und a jeweils über
ein in Richtung von a nach c sperrendes Rückschlagventil miteinander
verbunden sind.
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Anschluß 3.10a des
3/2-Wege-Ventiles 3.10 ist über die erste Stellgliedleitung 2.13 mit
dem ersten Druckanschluß 2.10 des
Stellgliedes 2.2 verbunden. In entsprechender Weise ist
der Anschluß 3.11a des 3/2-Wege-Ventiles 3.11 über die
zweite Stellgliedleitung 2.12 mit dem zweiten Druckanschluß 2.9 des Stellgliedes 2.2 verbunden.
Anschluß 3.10c des
ersten 3/2-Wege-Ventiles 3.10 ist
an die Sekundärseite des
ersten Druckregelventils 3.1 angeschlossen, während der
Anschluß 3.11c des
zweiten 3/2-Wege-Ventiles 3.11 an die Sekundärseite des
zweiten Druckregelventils 3.2 angeschlossen ist. Der Anschluß 3.10b des
ersten 3/2-Wege-Ventiles 3.10 ist an den Anschluß 2.14c des
4/3-Wege-Steuerventils 2.14 angeschlossen. In entsprechender
Weise ist der Anschluß 3.11b des
zweiten 3/2-Wege-Ventiles 3.11 an den Anschluß 2.14d des
4/3-Wege-Steuerventils 2.14 angeschlossen. Außerdem ist
der Anschluß 3.10c über ein
Rückschlagventil 3.6 an
den Anschluß 3.11b sowie
an den Anschluß 2.14d angeschlossen. In
entsprechender Weise ist Anschluß 3.11c über ein Rückschlagventil 3.7 an
den Anschluß 3.10b und
an den Anschluß 3.14c angeschlossen.
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Der
Regelkreis bzw. die Regeleinrichtung 3 arbeitet wie folgt:
Während des
normalen Arbeitsbetriebes wird die Hubrichtung der Kolbenstange 1.8 beziehungweise des
Verstellorganes 1.1 durch die Schaltstellungen I bis III
des 4/3-Wege-Steuerventils 2.14 bestimmt.
Im Normalbetrieb befinden sich die 3/2-Wege-Ventile 3.10 und 3.11 in
ihrer jeweiligen Stellung I. Um bspw. das Verstellorgan 1.1 bzw.
die Kolbenstange 1.8 eine Bewegung ausführen zu lassen, die entsprechend 1 von
oben nach unten verläuft,
weist das 4/3-Wege-Steuerventil 2.14 seine
Stellung II auf. Der von der Steuerpumpe 2.3 erzeugte Steuerdruck pflanzt
sich dann wie folgt fort: Von der Steuerpumpe 2.3 über die
Druckleitung 2.11 zum Anschluß 2.14a, zu Anschluß 2.14d,
zu Anschluß 3.11b,
zu Anschluß 3.11a, über Stellgliedleitung 2.12 zu
Druckanschluß 2.9.
Der für
die Stellung des Stellgliedes 2.2 maßgebliche Differenzdruck zwischen
den Druckanschlüssen 2.9 und 2.10 ergibt
sich somit aus dem an Druckanschluß 2.10 herrschenden
Druck. Der Druckanschluß 2.10 ist über die
Stellgliedleitung 2.13 an den Anschluß 3.10a, über diesen
an den Anschluß 3.10b, über diesen
an den Anschluß 2.14c, über diesen
an den Anschluß 2.14b und über diesen
an das Reservoir 7 und somit an den Atmosphärendruck
angeschlossen. Der für
die Stellung des Stellgliedes 2.2 maßgebliche Differenzdruck entspricht
in diesem Fall dem Steuerdruck. Der Druckverlauf für eine Bewegung
der Kolbenstange 1.8 von unten nach oben wird durch eine
Verstellung des 4/3-Wege-Steuerventiles 2.14 in dessen
Stellung III initiiert und erfolgt in entsprechender Weise.
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Für die Umkehr
der Hubrichtung (sog. „Umsteuern") des Verstellorganes 1.1 des
Kolben-Zylinder-Aggregates 1 wird das z.B. als Magnetventil
ausgebildete 4/3-Wege-Steuerventil 2.14 schlagartig von seiner
der einen Hubrichtung zugeordneten Stellung II (bzw. III) in seine
der anderen Hubrichtung zugeordneten Stellung III (bzw. II) geschaltet.
Auf diese Weise kann die Stellzeit des Stellgliedes 2.2 kurz
gehalten und das Umsteuern des Verstellorganes 1.1 rasch
ablaufen.
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Die
Stellung I des 4/3-Wege-Steuerventils 2.14 wird im wesentlichen
dazu benötigt,
das Verstellorgan 1.1 bei arbeitender Arbeitspumpe 8.1 anzuhalten
bzw. drucklos zu stellen. In dieser Stellung I kann sich der in
der vorangehenden Stellung II oder III aufgebaute Steuerdruck über Anschluß 2.14b in das
Reservoir 7 entspannen. Auf diese Weise herrscht an beiden
Druckanschlüssen 2.9 und 2.10 des
Stellgliedes 2.2 Druckgleichgewicht auf niedrigstem Druckniveau,
so daß das
Stellglied 2.2 eine Nullförderung der Arbeitspumpe 8.1 bewirkt.
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Für den Fall,
daß während einer
von oben nach unten ablaufenden Bewegung der Kolbenstange 1.8 im
Auslaß 1.5 der
Strömungswiderstand,
z.B. durch eine Drossel, erhöht
wird, steigt der Druck in Zylinderraum 1.2 an. Dieser Druckanstieg
hat zur Folge, daß in
der Kammer 1.9 ebenfalls der Druck rasch ansteigt. Dieser
Druckanstieg pflanzt sich durch die in diesem Fall den Hochdruckbereich
des Arbeitskreises 8 bildende Druckleitung 8.2 fort.
Da das Vordruckregelventil 3.3 über das Rückschlagventil 3.4 und
die Drossel 3.8 mit dem Hochdruckbereich des Antriebskreises 8 kommuniziert,
kann dieses bei Erreichen des am Vordruckregelventil 3.3 eingestellten
Druckschwellwertes öffnen.
Durch den dabei ausgelösten
Druckabfall auf der Primärseite
des Vordruckregelventils 3.2 und somit an der Drucksteuerleitung
des Druckregelventils 3.1 öffnet sich nahezu gleichzeitig
das Druckregelventil 3.1, so daß sich auf den Sekundärseiten
des Druckregelventils 3.1 und des Vordruckregelventils 3.3 ein
Regeldruck aufbauen kann. Dieser Regeldruck entspricht dabei der Druckdifferenz,
die sich zwischen dem über
den am Vordruckregelventil 3.3 voreingestellten Druckschwellwert
hinausgehenden Druck im Hochdruckbereich des Arbeitskreises 8 und
dem eingestellten Druckschwellwert ausbildet. Während sich der Regeldruck aufbaut
nimmt gleichzeitig die Druckdifferenz zwischen Primär- und Sekundärseite des
Vordruckregelventils 3.3 ab, so daß dieses bei aufgebautem Regeldruck
schließt
und nahezu Zeitgleich ein Schließen des Druckregelventils 3.1 auslöst.
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Der
Regeldruck bewirkt über
entsprechende Steuerleitungen eine Verstellung des 3/2-Wege-Ventils 3.10 von
seiner Stellung I in seine Stellung II, wodurch sich der Regeldruck
von Anschluß 3.10c auf Anschluß 3.10a und
von diesem über
die Stellgliedleitung 2.13 an den Druckanschluß 2.10 fortpflanzt. Auf
diese Weise wird die Druckdifferenz zwischen den Druckanschlüssen 2.9 und 2.10 des
Stellgliedes 2.2 erheblich reduziert, was eine entsprechende
Verstellung der Stellscheibe der Arbeitspumpe 8.1 zur Folge
hat und eine dementsprechende Reduzierung der Förderleistung der Arbeitspumpe 8.1 bewirkt.
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Für einen
Totpunktdurchgang der Kolbenstange 1.8 wird das 4/3-Wege-Steuerventil 2.14 von seiner
Stellung II in seine Stellung III gebracht. Dadurch wird der an
Druckanschluß 2.9 anliegende Steuerdruck über Anschluß 2.10b in
das Reservoir 7 entspannt (siehe oben). Gleichzeitig können über das
Rückschlagventil 3.6 auch
die Sekundärseiten des
Druckregelventils 3.1 und des Vordruckregelventils 3.3 in
das Reservoir 7 entspannt werden. Über das Rückschlagventil 3.6 entspannt
sich auch die Steuerleitung des 3/2-Wege-Ventils 3.10,
so daß dieses
aufgrund des noch in der Stellgliedleitung 2.13 herrschenden
Regeldruckes sowie aufgrund des jetzt an Anschluß 3.10b anliegenden
Steuerdruckes über entsprechende
Steuerleitungen wieder in seine Stellung I verstellt wird. Diese
Maßnahme
gewährleistet, daß auch in
umgekehrter Hubrichtung die zur Verstellung des Stellgliedes 2.2 erforderliche
Druckdifferenz zwischen den Druckanschlüssen 2.9 und 2.10 rasch eingestellt
werden kann.
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Sobald
der Druck in der nun zum neuen Hochdruckbereich gehörenden Druckleitung 8.3 den vorgegebenen
Druckschwellwert übersteigt, öffnet wiederum
das Vordruckregelventil 3.3 und somit etwa gleichzeitig
das Druckregelventil 3.2, so daß sich sekundärseitig
des Druckregelventils 3.2 und des Vordruckregelventils 3.3 wiederum
der Regeldruck aufbauen kann. Dabei wird in diesem Fall das Wechselventil 3.12 von
der dargestellten Stellung in seine andere umgeschaltet. Der üb rige Druckverlauf verläuft analog
zu dem zuvor für
eine von oben nach unten gerichtete Bewegung der Kolbenstange 1.8 beschriebenen
Druckverlauf.
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Mit
dem Arbeitskreis 8 wirkt ein Spülkreis 4 zusammen,
der durch ein mit gestrichelten Linien gebildetes Rechteck hervorgehoben
ist. Der Spülkreis 4 enthält ein 3/3-Wege-Spülventil 4.1,
das zwischen drei Stellungen I, II und III verstellbar ist. In seiner Stellung
I (dargestellt) sind die Anschlüsse 4.1a bis 4.1c des
3/3-Wege-Spülventils 4.1 jeweils
gesperrt. In der Stellung II (bei nach unten verstellten Schaltsymbolen)
ist der Eingang 4.1b mit dem Ausgang 4.1c verbunden,
während
der Eingang 4.1a gesperrt ist. In Stellung III (bei nach
oben verstellten Schaltsymbolen) ist der Eingang 4.1a mit
dem Ausgang 4.1c verbunden, während der Eingang 4.1b gesperrt ist.
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Der
Eingang 4.1a kommuniziert mit der Druckleitung 8.2 des
Arbeitskreises 8. In gleicher Weise kommuniziert Eingang 4.1b mit
der Druckleitung 8.3 des Arbeitskreises 8. Zur
Verstellung des 3/3-Wege-Spülventils 4.1 weist
dieses Steuerleitungen 4.4 und 4.5 auf, die jeweils über eine
Drosselstelle mit einer der Druckleitungen 8.2 und 8.3 kommunizieren.
Der Ausgang 4.1c ist über
Druckhalteventil 4.2 an das Reservoir 7 angeschlossen.
Außerdem kommuniziert
der Ausgang 4.1c über
Drosselstellen mit den Steuerleitungen 4.4 und 4.5.
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Mit
Hilfe des Spülkreises 4 wird
dem Arbeitskreis 8 permanent Hydraulikfluid entzogen, wobei
die entnommene Menge über
die als Rückschlagventile 2.4 bzw. 2.5 ausgebildeten
Füllventile
ständig
ersetzt wird. Durch den stetigen Austausch des Hydraulikfluids kann
im Arbeitskreis 8 anfallende Wärmeenergie in das Reservoir 7 abgeführt und
eine Überhitzung des
Arbeitskreises 8 und seiner Bestandteile verhindert werden.
Um eine Kühlung
des im Hydraulikmittel-Reservoir 7 befindlichen Hydraulikmediums
zu erzielen, ist im Reservoir 7 ein Wärmetauscher 7.1 angeordnet,
der vorzugsweise von dem von der Kolbenpumpe 1.13 angesaugten
Fluid, im Ausführungsbeispiel
verschmutztes Wasser, als Kühlmedium
durchströmt
wird.
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Die
Entnahme des Hydraulikmediums läuft wie
folgt ab:
Wenn die Druckleitung 8.2 den Hochdruckbereich des
Arbeitskreises 8 bildet, wird über die damit kommunizierende
Steuerleitung 4.4 das 3/3-Wege-Spülventil 4.1 in seine
Stellung II verstellt. In dieser Stellung II ist die den Niederdruckbereich
des Arbeitskreises 8 bildende Druckleitung 8.3 über Eingang 4.1b, Ausgang 4.1c und
Druckhalteventil 4.2 mit dem Reservoir 7 verbunden,
so daß Hydraulikmedium
aus dem Niederdruckbereich des Arbeitskreises 8 entweichen
kann. Bei umgekehrter Hubrichtung nimmt das 3/3-Wege-Spülventil 4.1 in
entsprechender Weise seine Stellung III ein, so daß wiederum
dem Niederdruckbereich Hydraulikmedium entnommen wird.
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Zur
Verbesserung der Regel- bzw. Steuerdynamik des Spülkreises 4 ist
ein 3/3-Wege-Ausgleichsventil 4.3 vorgesehen, das drei
Anschlüsse 4.3a bis 4.3c aufweist
und insbesondere elektromagnetisch zwischen seinen Stellungen I,
II und III verstellbar ist. In seiner Stellung I (dargestellt) sind
die Anschlüsse 4.3a, 4.3b und 4.3c miteinander
verbunden. In Stellung II (bei nach unten verstellten Schaltsymbolen)
ist der Eingang 4.3b mit dem Ausgang 4.3c verbunden,
während
der Eingang 4.3a gesperrt ist. In der Stellung III (bei
der die Schaltsymbole nach oben verstellt sind) ist der Eingang 4.3a mit
dem Ausgang 4.3c verbunden, während der Eingang 4.3b gesperrt
ist.
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Der
Ausgang 4.3c des 3/3-Wege-Ausgleichsventils 4.3 ist
ebenfalls über
das Druckhalteventil 4.2 mit dem Reservoir 7 verbunden.
Der Eingang 4.3a des 3/3-Wege-Ausgleichsventils kommuniziert
mit der Steuerleitung 4.4 des 3/3-Wege-Spülventils 4.1,
während
der Eingang 43b mit der Steuerleitung 4.5 des
3/3-Wege-Spülventils 4.1 kommuniziert.
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Während das
3/3-Wege-Spülventil 4.1 über die
in den Steuerleitungen 4.4 und 4.5 herrschenden Drücke verstellt
wird, ist zur Verstellung des 3/3-Wege-Ausgleichsventils 4.3 eine
elektromagnetische Verstellung vorgesehen, wobei Sensoren 4.6 und 4.7 im
Bereich der Zylinderräume 1.2 und 1.3 angeordnet sind.
Diese Sensoren 4.6 und 4.7 detektieren die Totpunktlagen
der Kolbenstange 1.8 bzw. der davon angetriebenen Kolben 1.11 und 1.12.
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Das
3/3-Wege-Spülventil 4.1 arbeitet
wie folgt mit dem 3/3-Wege-Ausgleichsventil 4.3 zusammen:
Beim
Durchgang des Verstellorganes 1.1 bzw. der Kolbenstange 1.8 durch
eine ihrer Totpunktlagen wird der vormalige Hochdruckbereich des
Arbeitskreises 8 zum neuen Niederdruckbereich und umgekehrt.
Bis sich jedoch der Arbeitsdruck im vorherigen Niederdruckbereich
aufgebaut hat und sich der Druck im neuen Niederdruckbereich auf
das dafür
vorgesehene Niederdruckniveau vom vorherigen Hochdruckbereich abgesenkt
hat, vergeht eine bestimmte Zeitspanne. Innerhalb dieser Zeitspanne
ist der Druck im neuen Niederdruckbereich größer als im neuen Hochdruckbereich,
so daß die über die
Druckdifferenz zwischen den Steuerleitungen 4.4 und 4.5 vorgegebene
Stellung des 3/3-Wege-Spülventils 4.1 noch
der vorherigen Hubrichtung entspricht, so daß nunmehr Hydraulikmedium aus
dem neuen, noch im Aufbau befindlichen Hochdruckbereich entnommen wird.
Dies führt
zu einem ungewollten Ölmangel
in Verbindung mit einem Druckeinbruch im Arbeitskreis 8.
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Um
einen derartigen Ölmangel
zu verhindern, wird das 3/3-Wege-Spülventil 4.1 in
jeder Totpunktlage der Kolbenstange 1.8 in seine mittlere
Stellung I gebracht, in der die Verbindungen der Druckleitungen 8.2 und 8.3 mit
dem Reservoir 7 unterbrochen sind. Die Verstellung des
3/3-Wege-Spülventils 4.1 erfolgt
durch eine entsprechende Schaltung des 3/3-Wege-Ausgleichventils 4.3, dessen
Verstellung von den Sensoren 4.6 und 4.7 exakt
in der jeweiligen Totpunktlage der Kolbenstange 1.8 ausgelöst wird, unabhängig von
den in den Druck leitungen 8.2 und 8.3 und somit
in den Steuerleitungen 4.4 und 4.5 herrschenden
Drücken.
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Bewegt
sich beispielsweise die Kolbenstange 1.8 entsprechend 1 von
oben nach unten ist die Druckleitung 8.2 dem Hochdruckbereich
des Arbeitskreises 8 zugeordnet, das 3/3-Wege-Spülventil 4.1 befindet
sich in seiner Stellung II und das 3/3-Wege-Ausgleichsventil 4.3 befindet
sich in seiner Stellung II. Erreicht die Kolbenstange 1.8 ihre
untere Totpunktlage bzw. den Umsteuerbereich wird dieser bzw. die
Totpunktlage des Kolbens 1.11 vom Sensor 4.6 detektiert,
wodurch z.B. mit Hilfe von Elektromagneten das 3/3-Wege-Ausgleichsventil 4.3 in
seine Stellung III umgeschaltet wird. Wenn das 3/3-Wege-Ausgleichsventil 4.3 seine
Stellung III einnimmt, ist sein Anschluß 4.3b gesperrt und
der sich in der Druckleitung 8.3 aufbauende Arbeitsdruck
des neuen Hochdruckbereiches kann über die damit kommunizierende
Steuerleitung 4.5 rasch ein Umschalten des 3/3-Wege-Spülventiles 4.1 in
seine Stellung III bewirken, da in dieser Stellung III gleichzeitig
der vormalige Hochdruckbereich über
den Eingang 4.1a, den Ausgang 4.1c und über das
Druckhalteventil 4.2 in das Reservoir 7 auf das
Druckniveau des Niederdruckbereiches entspannt wird. Diese Entspannung des
vorangehenden Hochdruckbereiches auf das Druckniveau des Niederdruckbereiches
ist auch deshalb sinnvoll, damit der weiter oben beschriebene Regelkreis 3 nicht
auf einen überhöhten Druck
im neuen Niederdruckbereich, der in der Folge einen entsprechenden überhöhten Druckanstieg
im neuen Hochdruckbereich nach sich ziehen kann, reagiert.
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Wenn
das 3/3-Wege-Ausgleichsventil 4.3 seine Stellung I einnimmt,
sind seine Anschlüsse 4.3a und 4.3b miteinander
verbunden, mit der Folge, daß an
den Steuerleitungen 4.4 und 4.5 des 3/3-Wege-Spülventils 4.1 ein
Druckausgleich erfolgt und dieses in seine Stellung I verstellt
wird. Eine weitere Entnahme von Hydraulikmedium aus der dem bisherigen
Niederdruckbereich des Arbeitskreises 8 zugeordneten Druckleitung 8.3 wird
beendet, so daß sich dort
rasch der neue Hochdruckbereich ausbilden kann. Diese Stellungen
I sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Arbeitspumpe 8.1 mit
Nullförderung
arbeiten soll.
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Das
Zusammenwirken zwischen dem 3/3-Wege-Spülventil 4.1 und dem
3/3-Wege-Ausgleichsventil 4.3 bei dem Durchgang der Kolbenstange 1.8 durch
ihren anderen Totpunkt läuft
in entsprechender Weise analog ab.
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Damit
die Steuerung der Arbeitspumpe 8.1 und somit die Hubbewegungen
der Kolbenstange 1.8 mit der Entnahme von Hydraulikmedium
durch den Spülkreis 4 aus
dem jeweiligen Niederdruckbereich des Arbeitskreises 8 besser
koordiniert werden kann, sind die Schaltvorgänge des 4/3-Wege-Steuerventils 2.14 und
die Schaltvorgänge
des 3/3-Wege-Ausgleichsventils 4.3 synchronisiert. Zu diesem
Zweck werden die Schaltvorgänge
beider Ventile 2.14 und 4.3 elektromagnetisch
in Abhängigkeit
von den Signalen der Sensoren 4.6 und 4.7 während den
jeweiligen Totpunktdurchgängen
der Kolbenstange 1.8 gleichzeitig bewirkt.