DE19830506A1 - Drucksteuerungssystem - Google Patents

Abstract

Bei einem Drucksteuerungssystem für die Anpassung eines hydraulischen Antriebes an sich ändernde Lastsituationen, mit einem mit dem hydraulischen Antrieb (26) verbundenen Hydrospeicher (14), einer Versorgungseinrichtung (30) für einen den Vorspanndruck des Hydrospeichers (14) erzeugendes Arbeitsmedium und mit einer Steuerungsvorrichtung, über die die Versorgungseinrichtung (30) steuerbar ist, um durch Ansteuern des Vorspanndruckes des Hydrospeichers die Druckkennlinie des hydraulischen Antriebes (26) einzustellen, weist die Versorgungseinrichtung (30) einen weiteren Hydrospeicher (42) auf, der einerseits das Arbeitsmedium der Versorgungseinrichtung (30) und andererseits ein Steuermedium enthält, und die Steuerungsvorrichtung enthält eine steuerbare Druckversorgungseinrichtung (52) für die Ansteuerung des Druckes des Steuermediums im weiteren Hydrospeicher (42).

Description

Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerungssystem für die Anpassung eines hydraulischen Antriebes an sich ändernde Lastsituationen, mit einem mit dem hydraulischen Antrieb verbundenen Hydrospeicher, einer Versorgungseinrich­ tung für ein den Vorspanndruck des Hydrospeichers erzeugendes Arbeits­ medium und mit einer Steuerungsvorrichtung, über die die Versorgungsein­ richtung steuerbar ist, um durch Ansteuern des Vorspanndruckes des Hydro­ speichers die Druckkennlinie des hydraulischen Antriebes einzustellen.

Es ist Stand der Technik, derartige Drucksteuerungssysteme beispielsweise als Federungssysteme zur Anpassung an sich ändernde Lasten für Fahrzeugachsen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen, auszubilden. Bei den bekannten hydropneu­ matischen Federungssystemen ist eine Anpassung an die variable Achslast nur im Bereich des zulässigen Druckverhältnisses des Hydro- oder Federungsspei­ chers möglich und somit stark eingeschränkt. Eine größere Variationsbreite an verschiedenen Achslasten kann nur realisiert werden, indem aus einer Vielzahl in Form einer sogenannten Batterie zusammengeschlossenen, parallel angeord­ neten Hydrospeichern der der jeweiligen Achslast entsprechende Hydrospei­ cher über die Steuerungsvorrichtung individuell zugeschaltet wird. Eine solche Lösung ist sehr aufwendig und mithin teuer und läßt darüber hinaus nur gestuf­ te Achslastbereiche zu, so daß ein stetiger Verlauf der Federkennlinie mit solchen bekannten Lösungen nicht erreichbar ist.

Es ist zwar bei einem Federungssystem nach der DE 40 08 831 C2 bereits vorgeschlagen worden, für eine einfache Anpassung des Federungssystems an verschiedene Betriebszustände (Einstellung von Lastverhältnissen, Stoßgrad usw.) den Hydrospeicher über einen Anschluß und eine Druckleitung mit einer Druckeinstelleinrichtung zu verbinden, beispielsweise in Form einer pneumati­ schen Druckquelle mit entsprechendem Schaltventil; jedoch ist die Ansteuerung hierbei weitgehend statisch und erlaubt keine exakten Anpaßvorgänge für den Vorspanndruck in Abhängigkeit der sich ändernden Lasten der jeweiligen Fahrzeugachse.

Ausgehend von diesem Stand der Technik in Form der vorbeschriebenen Federungssysteme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber erweitertes Drucksteuerungssystem zu schaffen, das verbesserte Einsatzmöglich­ keiten aufweist und mit dem sich ein genauer stetiger Verlauf einer vorgebba­ ren Druckkennlinie erreichen läßt. Eine dahingehende Aufgabe löst erfindungs­ gemäß ein Drucksteuerungssystem mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Versor­ gungseinrichtung für den Hydrospeicher einen weiteren Hydrospeicher enthält, der einerseits das den Vorspanndruck des ersten Hydrospeichers erzeugende Arbeitsmedium und andererseits ein Steuermedium enthält, dessen Druck mittels der Steuerungsvorrichtung einstellbar ist, ist mittels der Ansteuerung des Druckes des Steuermediums eine stetige und genaue Ansteuerung des Druckes des Arbeitsmediums erreichbar und damit eine genaue Anpassung der Druck­ kennlinie, beispielsweise einer Federkennlinie, die so an die verschiedensten aufkommenden Lastsituationen angepaßt werden kann.

Ist die jeweilige Belastung oder Beanspruchung hoch, wird ein hoher Vorspann­ druck auf der Gasseite des ersten Hydrospeichers über die Steuerungsvorrich­ tung eingestellt und mithin eine steile Druckkennlinie am hydraulischen An­ trieb erreicht. Insgesamt ergibt sich hierbei auch ein verbessertes Druckdämp­ fungsverhalten in Abhängigkeit von der Lastsituation. Bei niedrigen auftretenden Lasten hingegen wird umgekehrt verfahren und der Vorspanndruck auf der Gasseite des ersten Hydrospeichers entsprechend reduziert, wobei die Steue­ rungsvorrichtung rasche Einregelvorgänge für den gewünschten Vorspanndruck ermöglicht.

Vorzugsweise besteht der hydraulische Antrieb aus einem Linearantrieb, ins­ besondere in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders; es kann aber auch ein Hydromotor als hydraulischer Antrieb angesteuert werden. Die dahingehenden Antriebe können nicht nur als Federdämpfungssysteme für Fahrzeugachsen eingesetzt werden; sondern vielmehr auch auf anderen Gebieten, wie bei Fahrstühlen, Hebebühnen aber auch als hydraulische Antriebe bei Arbeits- und Werkzeugmaschinen.

In Einzelfällen, sofern eine dynamisch fortlaufende Anpassung des Vorspann­ druckes gewünscht ist, kann vorgesehen sein, daß ein den Istwert des Vor­ spanndruckes ermittelnder Druckaufnehmer an eine Rechnereinheit (Mikropro­ zessor) angeschlossen ist, die die Druckwerte auswertet, die jeweiligen Soll­ werte des Vorspanndruckes ermittelt und die Steuerungsvorrichtung für die dynamischen Anpassungsprozesse fortlaufend entsprechen ansteuert.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Schaltdarstellung eines Ausführungsbeispieles in Anwendung als Federungssystem und

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche prinzipielle Schaltdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles, wobei gegenüber Fig. 1 ein Teil der Steuerungsvorrichtung weggelassen ist.

Das an gesprochene Federungssystem dient der Anpassung an sich ändernde Lasten für Fahrzeugachsen, wobei in beiden Figuren lediglich eine einzelne Fahrzeugachse 10 prinzipiell dargestellt ist. Um diese Achse 10 drehbar ist ein Fahrzeugreifen 12 angeordnet, der als feststehender Radkranz alternativ auch dem Antrieb eines Kettentriebes (nicht dargestellt) dienen kann. Der Einsatz des hier beschriebenen Federungssystems ist insbesondere lohnend im Mobilfahr­ zeugbau, also für Schwerlast-Nutzfahrzeuge, Mobilkrane, Traktoren, Muldenkip­ per und dergleichen, d. h. insbesondere für Einsatzfälle, wo hohe veränderliche Achslasten auftreten können.

Das Federungssystem weist einen Hydrospeicher 14 auf, der als Federungs­ speicher dient und der in üblicher Bauweise ausgeführt ist, beispielsweise als Membranspeicher. Symbolisch ist in dem Hydrospeicher 14 daher eine gum­ mielastische Trennmembran 16 dargestellt, die eine Gas-Vorratskammer 18 gasdicht von einer Fluid-Vorratskammer 20, die vorzugsweise mit Hydrauliköl befüllt ist, trennt. Diese die Fluidseite des Hydrospeichers 14 bildende Kammer 20 ist über eine Verbindungsleitung 24 an einen hydraulischen Arbeitszylinder 26 als Linearantrieb kolbenseitig angeschlossen. In dieser Verbindungsleitung ist bevorzugt mindestens ein ansteuerbares Schaltventil angeordnet, insbesonde­ re zum Abschalten der Fluidseite des Hydrospeichers 14. Beim in Fig. 1 ge­ zeigten Ausführungsbeispiel ist ein Schaltventil 22 vorhanden, das es ermög­ licht, die Fluidseite des Hydrospeichers 14 und den Arbeitszylinder 26 bei Bedarf drucklos zu machen.

Der Arbeitszylinder 26 dient als Federungszylinder für die Fahrzeugachse 10, wobei die Kolbenstange 28 des hydraulischen Kolbens 34 unmittelbar auf die Fahrzeugachse 10 einwirkt. Die Federkennlinie des Arbeitszylinders 26 ist über das Ansteuern des Gasvorspanndruckes des Hydrospeichers 14 über eine Steuerungsvorrichtung automatisch einstellbar, die eine als Ganzes mit 30 bezeichnete Versorgungseinrichtung aufweist, mittels deren, wie noch näher erläutert wird, nach Maßgabe der Steuerungsvorrichtung der Druck eines gasförmigen Arbeitsmediums einstellbar ist, das den Gas-Vorspanndruck im Hydrospeicher 14 erzeugt.

Diese Versorgungseinrichtung 30 ist über eine Verbindungsleitung 32 mit der die Gasseite des Hydrospeichers 14 bildenden Kammer 18 verbunden. Die Versorgungseinrichtung 30 weist einen mit der Verbindungsleitung 32 verbun­ denen Druckaufnehmer 36 auf, der den Istwert des Druckes des Arbeits­ mediums, und damit des Vorspanndruckes des Hydrospeichers 14, ermittelt und ein entsprechendes elektrisches Signal an die Elektronik der in der Zeich­ nung nicht in allen Einzelheiten dargestellten Steuerungsvorrichtung abgibt. Über ein Schaltventil 38, das von der Steuerungsvorrichtung ansteuerbar ist, ist die Verbindungsleitung 32 am Gasraum 40 eines weiteren Hydrospeichers angeschlossen, der als Kolbenspeicher 42 ausgebildet ist und einen frei beweg­ lichen Trennkolben 44 enthält, der den Gasraum 40 vom Ölraum 46 trennt. Ein mit dem Gasraum verbundenes Gasventil 48 dient als Füllventil für das Arbeits­ medium, bevorzugt in Form von Stickstoffgas.

Der Ölraum 46 des Kolbenspeichers 42 ist über eine Leitung 50 mit einer steuerbaren Druckversorgungseinrichtung 52, die Teil der Steuerungsvorrich­ tung ist, verbunden. Die Druckversorgungseinrichtung 52 ermöglicht über eine Drossel 54 die gesteuerte Zufuhr und Abfuhr eines fluiden Steuermediums zum Ölraum 46 des Kolbenspeichers 42. Die Druckversorgungseinrichtung 52 weist ein Druckregelventil 56 auf, dessen mit P bezeichneter Anschluß mit einer Druckquelle für das Steuermedium und dessen mit T bezeichneter Anschluß mit dem Fluidtank verbunden ist. Mit seinem mit A bezeichneten Anschluß ist das Druckregelventil 56 über ein Schaltventil 58 mit der Drossel 54 und über diese demgemäß mit der zum Ölraum 46 führenden Leitung 50 verbunden. Als Sicherheitseinrichtung sind das Schaltventil 58 und das Druckregelventil 56 durch ein Druckbegrenzungsventil 60 überbrückt.

Im Betrieb erfolgt mittels der Druckversorgungseinrichtung 52 eine Versorgung des Ölraumes 46 des Kolbenspeichers 42 mit Steuermedium, um den Trenn­ kolben 44 in eine einem gewünschten Vorspanndruck des Arbeitsmediums im Gasraum 40 entsprechende Stellung zu bewegen und einen vom Druckaufneh­ mer 36 ermittelten Istwert zu erreichen, der einem von der Steuerungsvorrich­ tung für eine gegebene Lastsituation vorgegebenen Sollwert entspricht. Im Falle, daß der Istwert höher ist als der vorgegebene Sollwert, erfolgt eine ent­ sprechende Drucksteuerung durch Entspannen, d. h. Abfuhr von Steuermedium über die Leitung 50 und das Druckregelventil 56, bis der gewünschte Vorspann­ druck im Kolbenspeicher 42 und im als Federungsspeicher dienenden Hydro­ speicher 14 erreicht ist.

Bei der Veränderung der Druckkennlinie durch Verdichten und Entspannen des Gases des Arbeitsmediums kommt es aufgrund der polytrop erfolgenden Zu­ standsänderung zu einem überproportionalen Anstieg bzw. Abfall des Druckes. Ein rein druckgesteuertes Abschalten der durch die Druckversorgungsein­ richtung 52 bewirkten Bewegung des Kolbens 44 des Kolbenspeichers 42 würde somit beim Verdichten zu einem zu niedrigen Druckwert und beim Entspannen zu einem zu hohen Druckwert nach erfolgtem Temperaturausgleich führen. Daher ist die Steuerungsvorrichtung so programmiert, daß das Druck­ regelventil 56 während der Phasen des Temperaturausgleichs durch Zu- bzw. Abführen von Steuermedium den Kolben 44 nachführt und somit den Druck auf dem vorgegebenen Sollwert konstant hält. Für die Automatisierung durch Aufbau eines Druckregelkreises ist vorzugsweise ein proportional verstellbares Druckregelventil 56 vorgesehen.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich prinzipiell vom erstbeschriebenen Beispiel dadurch, daß die Verbindungsleitung 24 zwischen dem als Federungsspeicher dienenden Hydrospeicher 14 und dem Arbeitszylin­ der 26 über eine mit der nicht gezeigten Steuervorrichtung zusammenwirkende, zusätzliche Ventilsteuerung 62 verbunden ist und insbesondere dadurch, daß für die Ermittlung des Istwertes des Vorspanndruckes, d. h. des Druckes des Arbeitsmediums, kein Druckaufnehmer 36 vorgesehen ist. Vielmehr ist bei dem Beispiel von Fig. 2 eine Einrichtung zur Erfassung des Kolbenweges des Trenn­ kolbens 44 im Kolbenspeicher 42 vorgesehen. Diese in Fig. 2 mit 64 bezeich­ nete Kolbenweg-Erfassungseinrichtung erzeugt ein die Stellung des Trennkol­ bens 44 innerhalb des Kolbenspeichers 42 darstellendes Steuersignal zur Abgabe an die Steuerungsvorrichtung. Bei bekannten Geometrien und Randbe­ dingungen läßt sich jeder Kolbenstellung ein bestimmter Istwert des Gasdruckes zuordnen. Je nach gewünschtem Gasdruck, d. h. Vorspanndruck des Hydrospei­ chers 14, wird eine bestimmte Kolbenstellung angefahren. Dies wird über die Leitung 50 in entsprechender Weise wie bei dem erstbeschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel mittels der Druckversorgungseinrichtung 52, die in Fig. 2 nicht dargestellt ist, bewirkt, die das Steuermedium entsprechend zu dem Ölraum 46 des Kolbenspeichers 42 zuführt oder von diesem abführt.

Claims (9)

1. Drucksteuerungssystem für die Anpassung eines hydraulischen Antriebes (26) an sich ändernde Lastsituationen, mit einem mit dem hydraulischen Antrieb (26) verbundenen Hydrospeicher (14), einer Versorgungseinrich­ tung (30) für ein den Vorspanndruck des Hydrospeichers (14) erzeugendes Arbeitsmedium und mit einer Steuerungsvorrichtung, über die die Versor­ gungseinrichtung (30) steuerbar ist, um durch Ansteuern des Vorspann­ druckes des Hydrospeichers (14) die Druckkennlinie des hydraulischen Antriebes (26) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Versor­ gungseinrichtung (30) einen weiteren Hydrospeicher (42) aufweist, der einerseits das Arbeitsmedium der Versorgungseinrichtung (30) und ande­ rerseits ein Steuermedium enthält, und daß die Steuerungsvorrichtung eine steuerbare Druckversorgungseinrichtung (52) für die Ansteuerung des Druckes des Steuermediums im weiteren Hydrospeicher (42) enthält.

2. Drucksteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Antrieb ein Linearantrieb, insbesondere ein hydraulischer Arbeitszylinder (26) oder ein Hydromotor ist.

3. Drucksteuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als hydraulischer Antrieb mindestens ein Arbeitszylinder (26) vorhanden ist, der als an sich ändernde Lasten anpaßbarer Federungszylinder mit einer Fahrzeugachse (10) zusammenwirkt, und daß der erste Hydrospei­ cher (14) ein mit unterschiedlichem Vorspanndruck vorspannbarer Federungsspeicher ist.

4. Drucksteuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federungsspeicher als Membranspeicher (14) ausgebildet ist.

5. Drucksteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Arbeitsmedium verbindbarer Druckauf­ nehmer (36) zur Ermittlung des Istwertes des Vorspanndruckes des ersten Hydrospeichers (14) vorgesehen ist und daß die steuerbare Druckversor­ gungseinrichtung (52) für das Steuermedium des weiteren Hydrospeichers (42) für die Einstellung eines ausgewählten Istwertes des Vorspanndruckes ansteuerbar ist.

6. Drucksteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Hydrospeicher ein Kolbenspeicher (42) ist.

7. Drucksteuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtung für die Ermittlung des Istwertes des Vorspann­ druckes des Arbeitsmediums eine Kolbenweg-Erfassungseinrichtung (64) enthält, die aufgrund der Stellung des Kolbens (44) im Kolbenspeicher (42) ein den Istwert des Vorspanndruckes des Arbeitsmediums darstellen­ des Steuersignal erzeugt.

8. Drucksteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Druckversorgungseinrichtung (52) ein Druckregelventil (56) zum Konstanthalten des Druckes des Steuermediums über vorbestimmte Zeiträume hinweg aufweist.

9. Drucksteuerungssystem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmedium ein gasförmiger Stoff, vorzugsweise Stickstoffgas, vorgese­ hen ist und daß Druckflüssigkeit als Steuermedium dem weiteren Hydro­ speicher (42) zu- oder von diesem abführbar ist.