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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltung zur Ansteuerung eines
hydraulischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Derartige
Schaltungen (auch Load-Sensing-Schaltungen) werden unter anderem
zur Ansteuerung von mobilen Arbeitsmaschinen, beispielsweise von
Baggern eingesetzt. Über
die zentrale Schaltung werden hydraulisch betätigte Aggregate der Arbeitsmaschine,
beispielsweise ein Drehwerk, der Fahrantrieb, ein Löffel, ein
Stiel oder eine am Baggerausleger montierte Klemmeinrichtung angesteuert.
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Eine
derartige Load-Sensing-Schaltung ist beispielsweise aus der
EP 0 566 449 A1 bekannt. Diese
Schaltung hat eine Verstellpumpe, die derart geregelt werden kann,
daß sie
an ihrem Ausgang einen Druck erzeugt, der um einen bestimmten Differenzbetrag über dem
höchsten
Lastdruck aller hydraulischen Verbraucher liegt. Dafür ist ein Load-Sensing-Regler
vorgesehen, der vom Pumpendruck in Richtung der Verringerung des
Hubvolumens und vom höchsten
Lastdruck an den Verbrauchern sowie von einer Druckfeder in Richtung
der Vergrößerung des
Hubvolumens beaufschlagbar ist. Die sich bei der Verstellpumpe einstellende
Differenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck entspricht
der Kraft der vorgenannten Druckfeder.
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Jedem
der Verbraucher ist eine verstellbare Meßblende mit einer nachgeschalteten
Druckwaage zugeordnet, über
die der Druckabfall an der Meßblende
konstant gehalten wird, so daß die
zum jeweiligen Verbraucher fließende
Hydraulikfluidmenge vom Öffnungsquerschnitt
der Meßblende
und nicht vom Lastdruck des Verbrauchers oder vom Pumpendruck ab hängt. In
demjenigen Fall, in dem die Verstellpumpe mit maximalem Hubvolumen
fördert
und der Hydraulikfluidstrom trotzdem nicht ausreicht, um den vorgegebenen
Druckabfall über
den Meßblenden aufrecht
zu erhalten, werden die Druckwaagen aller betätigten hydraulischen Verbraucher
in Schließrichtung
verstellt, so daß alle
Hydraulikfluidströme
zu den einzelnen Verbrauchern um den gleichen Prozentsatz verringert
werden. Das heißt,
bei nachgeschalteter Druckwaage stehen die Volumenströme zu den Verbrauchern
immer im Verhältnis
der Öffnungsquerschnitte
der Meßblenden.
Aufgrund dieser lastunabhängigen
Durchflußverteilung
(LUDV) bewegen sich alle angesteuerten Verbraucher mit einer prozentual um
den gleichen Wert verringerten Geschwindigkeit.
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Die
eingangs genannte Verstellpumpe ist üblicherweise mit einer Druckregelung
und mit einer Leistungsregelung ausgestattet, über die der maximal mögliche Pumpendruck
bzw. die maximale von der Verstellpumpe abgebbare Leistung einstellbar sind.
Diese Druck- und Leistungsregelungen sind der Load-Sensing-Regelung überlagert.
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Mit
einer Steueranordnung der vorstehend geschilderten Art kann es dann
zu Problemen kommen, wenn ein hydraulischer Verbraucher bis zu einem
Anschlag verfahren und an diesem Anschlag gehalten werden soll.
Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der hydraulische
Verbraucher ein Löffel
ist, der auf Anschlag gefahren wird. Beim Fahren auf Anschlag baut
sich an dem entsprechenden hydraulischen Verbraucher ein Druck auf,
der etwa dem durch die Druckregelung vorgegebenen Maximaldruck,
d.h. der Baggerleistung entspricht. Wird nun ein weiterer hydraulischer
Verbraucher, beispielsweise ein Fahrantrieb oder ein Ausleger angesteuert,
kann dieser nur mit einer geringen Leistung bewegt werden, da aufgrund
des hohen Druckes am erstgenannten Verbraucher (Löffel) bereits
bei geringen Hydraulikfluidströmen
zum anderen hydraulischen Verbraucher (Fahrantrieb) die Leistungsregelung
der Verstellpumpe anspricht.
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Um
diesen Nachteil auszuräumen,
wird in der WO95/32364 der Anmelderin eine Steueranordnung offenbart, über die
bei Überschreiten
eines Grenzlastdruckes lediglich der Lastdruck des lastniedrigeren
hydraulischen Verbrauchers an den Load-Sensing-Regler der Verstellpumpe
gemeldet wird. Dieser Grenzlastdruck ist so gewählt, daß die Versorgung des anderen
hydraulischen Verbrauchers gewährleistet
ist. Bei der WO 95/32364 wird dies erreicht, indem der Federraum
der Druckwaage des lastniedrigeren Verbrauchers über eine Druckbegrenzungsventilanordnung
mit dem Tank verbindbar ist. Bei Überschreiten eines Grenzlastdruckes öffnet das
Druckbegrenzungsventil die Verbindung zum Tank, so daß der Federraum
der Druckwaage des lastniedrigeren Verbrauchers entlastet und der
Regelkolben in seine Öffnungsstellung
gebracht wird, in der der Lastdruck dieses Verbrauchers in die Lastdruckmeldeleitung
gemeldet wird.
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Nachteilig
bei dieser Steueranordnung ist, daß ein Teilvolumenstrom zum
Tank hin abgeführt wird
und somit nicht für
die Verbraucheransteuerung verwendet werden kann. Der Wirkungsgrad
dieser Steuerung ist daher vergleichsweise gering. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, daß durch
die Rückführung des
Hydraulikfluids hin zum Tank Wärme
im System erzeugt und somit Pumpenleistung vernichtet wird.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung zu schaffen, durch
die bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand eine hinreichende
Versorgung sämtlicher Verbraucher
gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Schaltung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch
die Maßnahme,
die hydraulische Schaltung mit einer Steueranordnung zu versehen, über die
bei Überschreiten
des Grenzlastdruckes der Regelkolben einer Druckwaage eines Verbrauchers in
Schließrichtung
beaufschlagt wird, wird der Zulauf zu diesem Verbraucher verringert
oder unterbunden, so daß ein
anderer lastniedriger Verbraucher entsprechend mit mehr Hydraulikfluid
versorgbar ist. Durch das Zusteuern der Druckwaage ist gewährleistet,
daß der
Druck stromabwärts
der Druckwaage den Grenzlastdruck nicht überschreitet. Dieser Grenzlastdruck
ist derart gewählt,
daß die
Funktion des zugeordneten Verbrauchers stets gewährleistet ist. Die Erfindung
ermöglicht
somit die optimale Ausnutzung der Pumpenleistung um einen Verbraucher, beispielsweise
eine Zange oder einen Löffel
mit einem Maximaldruck zu versorgen, während der andere lastniedrigere
Verbraucher, beispielsweise ein Fahrantrieb mit einem höheren Volumenstrom
als bei herkömmlichen
Lösungen
versorgbar ist.
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Bei
Anwendungen, bei denen ein Verbraucher in seiner Endposition gegen
einen Anschlag fährt,
und dann gegen diesen Anschlag gehalten werden soll, wird es besonders
bevorzugt, wenn die Steueranordnung mit einem Schaltventil ausgeführt ist, über das
in einer Schaltstellung ein höherer
Druck als der entsprechende Lastdruck an den Federraum der Druckwaage
anlegbar ist. Bei dieser und den im folgenden beschriebenen Varianten
wird es besonders bevorzugt, wenn der höhere Druck der Pumpendruck
ist. Da dieser Pumpendruck größer als
der Lastdruck ist, wird die Druckwaage aufgrund der resultierenden
Druckdifferenz zugesteuert und der Zulauf zu diesem weiteren Verbraucher
verringert oder unterbrochen.
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Das
vorgenannte Wegeventil meldet in einer anderen Schaltstellung den
Lastdruck des zugeordneten Verbrauchers in den Federraum. Zur Betätigung des
Wegeventils sind die Stirnseiten des Wegeventilkolbens einerseits
mit der Kraft einer Ventilfeder und diesem Lastdruck und andererseits
mit dem höheren
Druck, vorzugsweise dem Pumpendruck beaufschlagt, der um eine Druckdifferenz Δp größer als der
Lastdruck ist. Δp
entspricht dabei der Kraft einer Druckfeder des Load-Sensing-Reglers
der Verstellpumpe.
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Bei
einer weiteren Variante der Steueranordnung sperrt das Wegeventil
in der anderen Schaltstellung die den höheren Druck, vorzugsweise den Pumpendruck
führende
Leitung ab, so daß das
Wegeventil lediglich mit einer Durchflußstellung ausgeführt werden
muß und
daher einen einfacheren Aufbau aufweist.
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Im
letztgenannten Fall wird es bevorzugt, wenn der Lastdruck des lastniedrigeren
Verbrauchers über
eine Wechselventilanordnung zur Stirnfläche des Wegeventilkolbens geführt ist
und diesen in Öffnungsrichtung
beaufschlagt.
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Der
Lastdruck wird vorzugsweise entweder über eine Drosselbohrung des
Regelkolbens der Druckwaage in den Federraum gemeldet werden, oder
aber alternativ durch eine Lastmeldeleitung und ein Rückschlagventil,
die in einem die Druckwaage aufnehmenden Ventilgehäuseabschnitt
ausgebildet sind.
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Bei
Anwendungen, bei denen der Verbraucher nicht gegen einen Anschlag
vorgespannt ist, sondern durch Veränderung der Hydraulikfluidmenge eine
Last beschleunigt oder abgebremst werden soll, wird es bevorzugt,
die Steueranordnung mit einem Proportionalventil anstelle des Wegeventils
auszuführen.
Bei einer besonders bevorzugten Variante wird in einer federvorgespannten
Grundposition des Proportionalventils der Lastdruck des Verbrauchers in
den Federraum gemeldet, während
in den Regelpositionen des Ventilschiebers des Proportionalventils
der Pumpendruck an den Federraum anlegbar ist.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Regelkolben der Druckwaage mit einem Stirnflächenabschnitt
versehen, der unterhalb des Grenzlastdruckes mit dem Lastdruck im
Federraum beaufschlagt ist, und auf den bei Überschreiten des Grenzlastdruckes
ein Tankdruck wirkt, wobei der Stirnflächenabschnitt derart angeordnet ist,
daß bei
Anlegen des Tankdruckes die in Schließrichtung des Regelkolbens
wirksame Stirnfläche
vergrößert ist.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird dieser Stirnflächenabschnitt
des Regelkolbens an einem Radialbund der Druckwaage ausgebildet.
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Um
die hydraulische Schaltung an unterschiedliche Verbraucher anpassen
zu können,
sind die vorgenannten Ventile der Steueranordnung derart ausgebildet,
daß der
Grenzlastdruck einstellbar ist.
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Die
Betriebssicherheit der Anlage läßt sich weiter
erhöhen,
wenn die Verstellpumpe außer
der Load-Sensing-Regelung auch eine Leistungs- und Druckregelung
zuläßt.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren
Unteransprüche.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
stark vereinfachtes Schaltschema einer hydraulischen Schaltung zur
Ansteuerung eines mobilen Arbeitsgerätes;
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2 eine
Ventilscheibe eines Ventilblocks für eine Schaltung gem. 1;
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3 einen
Schnitt durch ein Ventilsegment für eine Schaltung gem. 1;
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4 ein
Schaltschema eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Schaltung;
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5 eine
Detaildarstellung einer Druckwaage der Schaltung aus 5;
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6 einen
Schnitt durch ein Wegeventilsegment für ein drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen hydraulischen
Schaltung;
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7 einen
Schnitt durch ein Wegeventilsegment eines vierten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Schaltung und
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8 ein
Wegeventilsegment eines fünften Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen hydraulischen
Schaltung.
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In 1 ist
ein stark vereinfachter Teil eines Schaltplans einer hydraulischen
Schaltung zur Ansteuerung eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise
eines Baggers dargestellt.
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Der
Bagger hat mehrere Verbraucher, beispielsweise einen Löffel, einen
Ausleger, eine Zange, einen Drehwerks- und einen Fahrantrieb, die von einer
Verstellpumpe 2 mit Hydraulikfluid versorgt werden. Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein Hydromotor 4 als
Drehwerksantrieb und ein Zylinder 6 zur Betätigung des
Baggerauslegers als Verbraucher dargestellt.
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Eine
Einstellung des Hubvolumens der Verstellpumpe erfolgt über einen
Load-Sensing-Regler 8, der in Abhängigkeit vom Pumpendruck einerseits und
vom höchsten
Lastdruck an den Verbrauchern 4, 6 und der Kraft
einer Druckfeder 10 andererseits das Hubvolumen der Verstellpumpe
regelt. Das geförderte
Hydraulikfluid wird über
eine Pumpenleitung 12 mit Zweigleitungen 12a, 12b zu
den beiden Verbrauchern 4 bzw. 6 geführt.
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In
jedem Zweig der Pumpenleitung 12 (12a, 12b)
ist eine einstellbare Meßblende 14a, 14b ausgebildet.
Wie im folgenden noch näher
erklärt
wird, sind diese Meßblenden 14a, 14b als
Geschwindigkeitsteile eines Proportionalventils ausgeführt.
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Stromabwärts jeder
Meßblende 14a, 14b ist jeweils
eine Druckwaage 16a, 16b geschaltet. Der Regelkolben
dieser Zwei-Wege-Druckwaagen ist in Öffnungsrichtung über eine
Steuerleitung 18 mit dem Druck stromabwärts der Meßblende 14a, 14b und
in Schließrichtung über eine
Laststeuerleitung 20 mit dem höchsten Lastdruck beaufschlagt,
der von einer Lastdruckmeldeleitung 22 abgegriffen wird. Über diese
ist der höchste
Lastdruck auch zum Load-Sensing-Regler 8 geführt.
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Vom
Ausgangsanschluß der
Druckwaage 16a, 16b führt eine Arbeitsleitung 24a, 24b zu
den jeweiligen Verbrauchern 4 bzw. 6. Der Lastdruck
der Verbraucher 4, 6 wird über Zweigleitungen 26a, 26b abgegriffen
und zu einem Wechselventil 28 geführt, an dessen Ausgang die
Lastdruckmeldeleitung 22 angeschlossen ist.
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Die
Ansteuerung der einstellbaren Meßblenden 14a, 14b erfolgt über manuell
betätigbare
Steuereinrichtungen 30a, 30b, die mit den Meßblenden 14a bzw. 14b in
Wirkverbindung stehen.
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Der über die
Laststeuerleitung 20 an den Regelkolben der Druckwaage 16a gemeldete
Druck kann über
ein Sekundär-Druck-Begrenzungsventil (SDB-Ventil) 30 verändert werden.
Dieses Ventil ist in 1 lediglich schematisch angedeutet
und wird im folgenden in mehreren Varianten eingehend erläutert.
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Bei
der in 1 angedeuteten Variante ist das SDB-Ventil 30 über eine
Druckfeder 32 in eine Grundposition vorgespannt, in der
der höchste
Lastdruck über
eine mit der Lastmeldeleitung verbundene Leitung 21, das
Ventil 30 und die Leitung 20 zur benachbarten
Stirnfläche
des Regelkolbens der Druckwaage 16a geführt ist.
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Die
von der Druckfeder 32 entfernte Stirnfläche des Ventilschiebers des
SDB-Ventils 30 ist über die
Zweigleitung 26a und eine Leitung 27 mit dem Lastdruck
in der Arbeitsleitung 24a beaufschlagt. Die Kraft der Druckfeder 32 ist
derart ausgelegt, daß bei Überschreiten
eines vorbestimmten Grenzlastdruckes am Verbraucher 4 der
Ventilschieber des SDB-Ventils 30 gegen die Kraft der Druckfeder 32 verschoben
wird, so daß der
Pumpendruck stromaufwärts
der Meßblende 14a über eine
Drucksteuerleitung 34 in die Laststeuerleitung 20 eingespeist
wird. Dieser Pumpendruck stromaufwärts der Meßblende 14a ist um
ein Maß größer als
der höchste
Lastdruck an den Verbrauchern 4, 6, das etwa der
Kraft der Druckfeder 10 des Load-Sensing-Reglers 8 entspricht.
Das heißt,
dieser Pumpendruck ist auch größer als
der Druck stromabwärts
der Meßblende 14a, so
daß bei
Betätigung
des SDB-Ventils 30 der Regelkolben der Meßblende 16a in
Schließrichtung
bewegt wird, so daß der
Volumenstrom in Richtung zum Verbraucher 4 verringert oder
unterbrochen wird.
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Wie
eingangs bereits erwähnt
wurde, kann durch diese Schaltung verhindert werden, daß am Verbraucher 4 aufgrund
eines extremen Betriebszustandes, beispielsweise einer schnellen
Beschleunigung des Drehwerks oder dem Fahren des Verbrauchers (Löffel) auf
Anschlag, die Verstellpumpe auf maximale Förderleistung eingestellt wird
und in den Leistungsregelungsbereich gelangt und der lastniedrigere
Verbraucher 6 (Zylinder) nicht mehr in der erforderlichen
Weise mit Hydraulikfluid versorgt werden kann. Da zur Aufrechterhaltung
des Betriebszustandes des Verbrauchers 4 häufig nicht
der maximale Pumpendruck sondern ein wesentlich darunter liegender
Druck ausreicht, kann durch geeignete Einstellung der Druckfeder 32 der
Volumenstrom durch die Druckwaage 16a auf ein Maß verringert
werden, daß gerade
hinreichend ist, um den Verbraucher 4 (Hydromotor, Zange)
mit der für
den jeweiligen Betriebszustand (Beschleunigung, Klemmkraft) erforderlichen
Leistung zu betreiben. Der vom Verbraucher 4 nicht benötigte Hydraulikfluidvolumenstrom kann
dann zur Versorgung des anderen, lastniedrigeren Verbrauchers verwendet
werden, so daß dessen Ansteuerung
in der gewünschten
Weise erfolgen kann.
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Mit
anderen Worten gesagt, wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung
bei Erreichen eines Grenzlastdruckes an einem Verbraucher an die
Stirnfläche
des Regelkolbens der Druckwaage 16a anstelle des höchsten Lastdruckes
der Pumpendruck oder ein anderer, höherer Druck angelegt, so daß die Druckwaage
in Schließrichtung
beaufschlagt ist.
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In 2 ist
eine Ventilscheibe 35 eines Ventilblockes zur Realisierung
der in 1 abgebildeten Schaltung dargestellt. Die Ventilscheibe 35 enthält das SDB-Ventil 30,
die Druckwaage 16a und ein Proportionalventil 36,
durch dessen Geschwindigkeitsteil die Meßblende 14a ausgebildet
ist.
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Das
Proportionalventil 36 hat einen als Meßblende 14a wirkenden
Geschwindigkeitsteil zur Einstellung des Hydraulikfluidvolumenstromes
und einen Richtungsteil, über
den die Förderrichtung
zum und vom Verbraucher einstellbar ist.
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Das
Proportionalventil 36 hat einen Pumpenanschluß P, und
zwei Arbeitsanschlüsse
A, B, die mit den Anschlüssen
des Hydromotors 4 oder bei anderen Verbrauchern, beispielsweise
mit den Zylinderräumen
eines Differentialzylinders verbunden sind.
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Des
weiteren sind ein Ausgangsanschluss P1,
ein Tankanschluß T
und zwei Eingangsanschlüsse
R und S des Richtungsteils ausgebildet.
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Die
beiden Stirnseiten des Ventilschiebers 38 sind durch zwei
Druckfedern 41a, 41b in ihre Grundposition vorgespannt.
Des weiteren sind die Stirnflächen
mit einem Steuerdruck beaufschlagbar, so daß der Ventilschieber 38 aus
seiner federvorgespannten Grundposition heraus bewegbar ist. In
der mit 0 gekennzeichneten Grundposition sind die Anschlüsse P, S,
A, B abgesperrt und der Pumpen-Ausgangsanschluss P1 und
der Eingangsanschluß R
des Richtungsteils mit dem Tankanschluß T verbunden.
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Der
Ausgangsanschluß P1 ist über
die Pumpenleitung 12a mit dem Eingangsanschluß Q der Druckwaage 16a verbunden.
Wie bereits vorstehend erläutert,
zweigt von der Pumpenleitung 12a die Steuerleitung 18 ab, über die
der Druck stromabwärts der
Meßblende 14a (Proportionalventil 36)
an die in 2 linke Stirnseite der Druckwaage 16a gemeldet ist.
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Der
Ausgangsanschluß C
der Druckwaage 16a ist über
eine Leitung 40 mit dem Anschluß A und über eine abzweigende Leitung 42 mit
dem Anschluß S
verbunden. Der Tankanschluß T
ist über
eine Tankleitung 44 mit dem Tank verbunden.
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An
der in 2 rechten Stirnseite des Regelkolbens der Druckwaage 16a kann
der Lastdruck des zugehörigen
Verbrauchers 4 (Druck an den Arbeitsanschlüssen A oder
B) oder Pumpendruck, das heißt, der
Druck stromaufwärts
der Meß blende 14a anliegen.
Diese Stirnfläche
ist des weiteren mit der Kraft einer Regelfeder 46 in Schließrichtung
beaufschlagt. In der federvorgespannten Grundposition sind die Anschlüsse Q und
C abgesperrt.
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In
den Regelpositionen des Regelkolbens 72 der Druckwaage 16a (3)
wird die Verbindung von Q nach C in Abhängigkeit von der Druckdifferenz
an den Stirnseiten des Regelkolbens aufgesteuert. Durch die Druckwaage 16a wird
der Druckabfall über der
Meßblende 14a lastdruckunabhängig konstant gehalten,
so daß der
Volumenstrom zum Verbraucher proportional zum Öffnungsquerschnitt der Meßblende 14a ist.
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Von
der Leitung 40 wird der Lastdruck über die Zweigleitung 26 abgegriffen
und über
ein Rückschlagventil 48 zur
Lastdruckmeldeleitung 22 geführt.
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Die
zur rechten Stirnseite des Regelkolbens 72 der Druckwaage 16a geführte Laststeuerleitung 20 mündet in
einem Ausgangsanschluß D
des SDB-Ventils 30. Dieses ist als Drei-Wege-Proportional-Ventil
ausgeführt,
wobei an den beiden Eingangsanschlüssen U, V der höchste Lastdruck
bzw. der Pumpendruck stromaufwärts
der Meßblende 14a anliegen.
Die entsprechenden Drücke
werden über die
Laststeuerleitung 21 und die den Pumpendruck führende Steuerleitung 34 zu
den Eingangsanschlüssen
U bzw. V geführt.
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Der
Ventilschieber des SDB-Ventils 30 ist durch die einstellbare
Druckfeder 32 in seine Grundstellung vorgespannt, in der
die beiden Anschlüssen U
und D miteinander verbunden sind, so daß der höchste Lastdruck zu der rechten
Stirnseite des Regelkolbens der Druckwaage 16a geführt ist.
Der Lastdruck des Verbrauchers 4 wird über die Zweigleitung 27 an
die in 2 rechte Stirnfläche des Ventilschiebers des
SBD-Ventils 30 gemeldet.
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Wenn
der Lastdruck den über
die Druckfeder 32 eingestellten Grenzlastdruck überschreitet,
wird der Ventilschieber des SBD-Ventils 30 in seine Regelposition
verschoben, in der die Laststeuerleitung 20 über eine
Drossel d1 und die den Pumpendruck führende Leitung 34 über eine
Drossel d2 mit dem Ausgangsanschluß D verbunden sind. In der
Endposition des Ventilschiebers des SBD-Ventils 30 wird der
Pumpendruck direkt zum Ausgangsanschluß D geführt, während der Eingangsanschluß U abgesperrt
ist. Da der Pumpendruck, wie eingangs beschrieben, zumindest um
das der Kraft der Druckfeder 10 entsprechende Maß größer als
der Druck stromabwärts
der Meßblende 14a ist,
und der Druck am Ausgangsanschluß D über die Laststeuerleitung 20 in
den Federraum des Regelkolbens 72 der Druckwaage 16a gemeldet
wird, wird dieser in der Darstellung nach 2 nach links
verschoben, so daß der
Volumenstrom zum Verbraucher 4, d.h. vom Eingangsanschluß Q zum
Ausgangsanschluß C
der Druckwaage 16a verringert wird.
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3 zeigt
einen Schnitt durch ein Wegeventilsegment 50, durch das
die in 2 dargestellte Schaltung realisiert ist.
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Das
Wegeventilsegment 50 hat eine Ventilplatte 52,
in der Aufnahmebohrungen für
den Wegeventilschieber 38, die Druckwaage 16a,
zwei Druckbegrenzungsventile 54a, 54b und zwei
Lasthalteventile 56a, 56b ausgebildet sind. In
der Ventilplatte 52 sind des weiteren die beiden Arbeitsanschlüsse A, B, zwei
Steueranschlüsse 58a, 58b zur
Ansteuerung des Wegeventils 36, ein Pumpenanschluß P, ein Tankanschluß T und
zumindest ein Anschluß für die Lastdruckmeldeleitung 22 vorgesehen.
Der Grundaufbau dieses Wegeventilsegmentes ist bereits aus dem Stand
der Technik bekannt und beispielsweise in der WO 95/32364 beschrieben.
Wie in 3 angedeutet, ist der Steueranschluß der Druckwaage 16a über die
Laststeuerleitung 20 mit dem SDB-Ventil 30 verbunden, das in 3 lediglich
schematisch dargestellt ist. Dieses SDB-Ventil 30 kann
in einer eigenen Ventilscheibe oder aber in die Ventilplatte 52 des dargestellten
Wegeventilsegmentes 50 integriert werden.
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Der
Wegeventilschieber 38 hat im mittleren Bereich einen Steuerbund 60,
der im Zusammenwirken mit einem Steg 62 der Ventilbohrung
die Meßblende 14a ausbildet.
In der Darstellung gem. 3 ist der Wegeventilschieber 38 in
seiner rechten Endposition dargestellt. Diese Endposition wird durch
Anlegen einer Steuerdruckdifferenz an die Steueranschlüsse 58a, 58b erreicht.
Diese sind über
Steuerleitungen mit dem Federraum 64a, 64b des
Proportionalventils 36 verbunden, in denen die Druckfedern 41a, 41b aufgenommen
sind, die den Wegeventilschieber 38 in seine Grundposition
vorspannen.
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In
der Steuerleitung zwischen den Steueranschlüssen 58a, 58b und
den Federräumen 64a und 64b ist
eine Düse
mit parallel dazu liegendem Rückschlagventil
ausgebildet, durch die eine Dämpfung der
Ventilschieberbewegung möglich
ist.
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Der
Steuerbund 60 ist im Bereich seiner Stirnflächen mit
Steuerkerben 64, 66 versehen, über die Druckmittel vom an
den Steg 62 angrenzenden Ringraum 68 in die Aufnahmebohrung
der Druckwaage 16a fließen kann. Bei einer Verschiebung
des Wegeventilschiebers 38 nach rechts (3)
wird die Meßblende 14a durch
die Steuerkerben 64 im Zusammenwirken mit der Steuerkante
des Steges 62 gebildet, während bei einer Verschiebung
nach links, die gestrichelt angedeuteten Steuerkerben 66 die Verbindung
vom Ringraum 68 zur Druckwaage 16a hin aufsteuern.
Der Eingangsanschluß Q
der Druckwaage 16a ist als Axialanschluß ausgebildet, so daß der Fluiddruck
stromab der Meßblende 14a ohne weitere
Kanäle
auch auf die untere Stirnfläche 70 des Regelkolbens 72 wirkt.
Der Ausgangsanschluß C
ist als Radialanschluß ausgebildet
und mündet
in den Leitungen 40, 42. In diesen Leitungen 40, 42 sind
die Lasthalteventile 56a bzw. 56b angeordnet,
die eine Rückströmung vom
Wegeventilschieber 38 zur Druckwaage 16a hin verhindern
und eine Durchströmung
in umgekehrter Richtung ermöglichen.
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Die
Verbindung der Leitungen 40, 42 mit den Arbeitsanschlüssen A bzw.
B oder dem Tankanschluß T
erfolgt jeweils über
ein Richtungsteil des Wegeventilschiebers 38, das durch
drei im Axialabstand ausgebildete Steuerbünde 74, 76 und 78 gebildet
ist. Der im Mittelbereich liegende Steuerbund 78 hat Steuerkerben 80,
die sich zu dem zwischen den Steuerbünden 76 und 78 angeordneten,
radial zurückgesetzten
Abschnitt hin öffnen.
In ähnlicher
Weise ist der Steuerbund 76 mit Steuerbohrungen 82 versehen,
die einerseits an der rechten Stirnfläche des Steuerbundes 76 und
andererseits am Außenumfang
dieses Steuerbundes 76 mündet (beschrieben ist das linke
Richtungsteil).
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In
der in 3 dargestellten rechten Endposition des Wegeventilschiebers 38 wird über die Steuerkerben 80,
den radial zurückgesetzten
Abschnitt und die Steuerbohrungen 82 die Verbindung zwischen
der Leitung 40 und dem Arbeitsanschluß A aufgesteuert, während die
Verbindung zum Tankanschluß T
durch den Steuerbund 76 (links in 3) geschlossen
ist. Der Steuerbund 74 dichtet den Wegeventilschieber 78 zum
Federraum 64a hin ab. Die dem Steueranschluß B zugeordneten
Steuerbünde 74, 76, 78 befinden
sich ausweislich 3 in einer Stellung, in der
die Verbindung vom Arbeitsanschluß B zur Leitung 42 abgesperrt
ist und die Verbindung zwischen dem Tankanschluß T und dem Arbeitsanschluß B über die
Steuerbohrungen 80 und den radial zurückgesetzten Abschnitt zwischen
den Steuerbünden 76, 78 aufgesteuert
ist. Das heißt,
in dieser Stellung des Wegeventilschiebers 38 wird das
Druckfluid von der Druckwaage 16a über das von seinem Ventilsitz
abgehobene Lasthalteventil 56a und das linke Richtungsteil
zum Arbeitsanschluß A
geführt,
während
das vom Verbraucher zurückströmende Hydraulikfluid über den
Arbeitsanschluss B und das rechte Rich tungsteil des Wegeventilschiebers 38 zum
Tank T hin abgeführt
wird.
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An
der Rückseite
der Druckwaage 16a liegt in der gezeigten Grundposition
des SDB-Ventils 30 der Lastdruck an, der über die
Zweigleitung 26 im Bereich der Lasthalteventile 56a, 56b,
das heißt
stromabwärts
der Druckwaage 16a abgegriffen wird. Ein Rückschlagventil 84 verhindert
eine Rückströmung vom
SDB-Ventil 30 und von der Lastmeldeleitung 22 zur
Leitung 40 hin.
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Der
vorgenannte Lastdruck wird auch über die
Lastdruckmeldeleitung 27 zu der in 3 rechten Stirnfläche des
Ventilschiebers des SDB-Ventils 30 geführt.
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In
der federvorgespannten Grundstellung liegt somit der Lastdruck an
der oberen Stirnfläche (3)
des Regelkolbens 72 an, an der außerdem die schwache Druckfeder
in Schließrichtung
auf den Regelkolben 72 wirkt, während die untere Stirnfläche 70 des
Regelkolbens 72 mit dem Druck stromabwärts der Meßblende (60, 62)
beaufschlagt ist. Durch Axialverschiebung des Regelkolbens 72 kann
die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß Q und dem Ausgangsanschluß C auf-
oder zugesteuert werden. Es stellt sich jeweils ein solcher Öffnungsquerschnitt
ein, daß das
Druckmittel zwischen Meßblende
(60, 62) und Druckwaage (16a) soweit
angestaut wird, daß am
Regelkolben 72 der Druckwaage 16a ein Kräftegleichgewicht
zwischen der in Öffnungsrichtung
wirkenden Druckkraft einerseits und der in Schließrichtung
wirkenden Druckkraft und Federkraft andererseits herrscht. Der Druckabfall über der
Meßblende 14a wird
unabhängig
vom Volumenstrom konstant gehalten. Der Anschluß V des SDB-Ventils 30 ist über die
Pumpenleitung 34 mit dem den Pumpendruck führenden
Ringraum 68 verbunden.
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Bei
Erreichen eines vorbestimmten Grenzlastdruckes wird der Ventilschieber
des SDB-Ventils 30 gegen die Kraft der einstellbaren Druckfeder 32 nach
links verschoben und geht in eine Regelstellung. Durch Verbindung
des Ausgangs D mit U und V wird im Federraum ein Druck eingeregelt,
der zusammen mit der Federkraft der Druckkraft an der unteren Stirnfläche 70 des
Regelkolbens 72 das Gleichgewicht hält, wobei der Regelkolben 72 durch
kurzzeitige Druckänderungen
an seiner oberen Stirnfläche
jeweils in eine solche Stellung gebracht wird, daß der Druck
im Kanal 40 den durch die Feder 32 bestimmten
Druck nicht über-
oder unterschreitet.
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Die
Drosselung des Pumpendruckes über die
Drosselstellen des SDB-Ventils 30 wurde bereits vorstehend
beschrieben, so daß auf
weitere Erläuterungen
verzichtet werden kann. Da der vom Pumpenraum 68 abgegriffene
Druck höher
als der Lastmeldedruck ist, wird der Regelkolben 72 in
der Darstellung nach 3 nach unten bewegt, so daß die Verbindung
zwischen dem Eingangsanschluß Q
und dem Ausgangsanschluß C
der Druckwaage 16a zugesteuert wird. Dadurch wird der Volumenstrom
zum Verbraucher 4 (Drehwerksantrieb, Zange, ...) verringert,
so daß der
lastniedrigere Verbraucher 6 mit einem größeren Fluidstrom
versorgbar ist. Die Einstellung des Grenzlastdruckes über die
Druckfeder 32 erfolgt derart, daß stets gewährleistet ist, daß der Verbraucher 4 in
hinreichender Weise mit Hydraulikfluid versorgt wird.
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Bei
Umsteuerung des Wegeventilschiebers 38 wird der Arbeitsanschluß A mit
dem Tank und der Arbeitsanschluß B
mit dem Verbraucher 4 verbunden. Die vorbeschriebenen Ausführungen
gelten in entsprechender Weise.
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Bei
Versuchen hat es sich gezeigt, daß die vorbeschriebene Schaltung
besonders gut zur Ansteuerung von Drehwerksantrieben geeignet ist,
bei denen gewährleistet
sein muß,
daß die
Rotationsbeschleunigung auf einem akzeptablen Niveau gehalten wird,
während
ein lastniedrigerer Verbraucher 6 in optimaler Weise mit
Hydraulikfluid beaufschlagt ist.
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In 4 ist
ein Schaltplan einer Ventilscheibe 35 eines weiteren Ausführungsbeispiels
gezeigt, bei dem eine Stirnflächendifferenz
des Regelkolbens 72 ausgenutzt wird, um die Druckwaage 16a zuzusteuern.
Die in 4 dargestellte Druckwaage 16a hat neben
den Anschlüssen
Q und C einen weiteren Ausgangsanschluß E, der über eine Steuerleitung 88 und
eine Drossel 90 mit der zum SDB-Ventil 30 führenden
Laststeuerleitung 20 verbunden ist. In der federvorgespannten
Grundposition des Regelkolbens 72 sind die Anschlüsse E, C
und Q abgesperrt.
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Beim
Druckaufbau stromabwärts
der Meßblende 14a wird
der Regelkolben 72 in der Darstellung nach 4 nach
rechts verschoben, so daß die
Verbindung zwischen den Anschlüssen
Q und C aufgesteuert wird, bis der Regelkolben 72 seine
Regelposition erreicht. Das SDB-Ventil 30 ist bei dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Zwei-Wege-Proportionalventil
ausgeführt,
das in seiner federvorgespannten Grundposition die Laststeuerleitung 20 gegenüber dem
Tank T absperrt. Die federabgewandte Stirnseite des Ventilschiebers
des SDB-Ventils ist über
die Lastdruckmeldeleitung 27 mit dem Lastdruckanschluß A oder
B verbunden.
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Bei Überschreiten
des Grenzlastdruckes in der Lastdruckleitung 27 wird der
Ventilschieber des SDB-Ventils 30 in der Darstellung nach 4 nach links
verschoben, so daß ein
in Öffnungsrichtung
wirkender Stirnflächenabschnitt 92 des
Regelkolbens 72 entlastet wird. Dieser Stirnflächenabschnitt 92 ist an
einem Druckwaagenbund 94 ausgebildet, und begrenzt mit
dem Gehäuse
der Druckwaage 16a einen Entlastungsraum 96, in
dem bei geschlossenem SDB-Ventil 30 der Lastdruck über die
Lastdruckmeldeleitung 22, die Drossel 90 und die
Steuerleitung 88 gemeldet wird. Das heißt, im Ent lastungsraum 96 herrscht
bei geschlossenem SDB-Ventil 30 der Lastdruck, der den
Regelkolben 72 in Öffnungsrichtung beaufschlagt.
Die Regelposition des Regelkolbens 72 stellt sich in Abhängigkeit
von den stirnseitigen Drücken
und dem Druck im Entlastungsraum 96 ein.
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Durch
das Aufsteuern des SDB-Ventils 30 wird der Druck im Entlastungsraum 96 zum
Tank hin entspannt, so daß die
in Öffnungsrichtung
auf den Regelkolben 72 wirkenden Druckkräfte um den
dem Stirnflächenabschnitt 92 entsprechenden
Anteil verringert werden. Diese Verringerung der in Öffnungsrichtung
wirkenden Druckkräfte
führt dazu,
daß der Regelkolben 72 die
Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß Q und dem Ausgangsanschluß C zusteuert,
bis eine neue Gleichgewichtslage erreicht ist. Im Ergebnis wird
genau wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen der Volumenstrom
nach Erreichen des Grenzlastdruckes der Volumenstrom durch die Druckwaage 16a verringert,
so daß der Verbraucher
weit unterhalb des maximalen Pumpendruckes betrieben wird.
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5 zeigt
die in 3 rechte Stirnfläche der Druckwaage 16a in
vergrößerter Darstellung. Demgemäß ist der
Regelkolben 72 in der Axialbohrung eines Druckwaagengehäuses 98 axial
verschiebbar geführt
und über
eine Regelfeder 46 in seine Schließstellung vorgespannt, in der
die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß Q und dem Ausgangsanschluß C zugesteuert
ist. Der Lastdruck in den Leitungen 40 bzw. 42 wird über die
Lastdruckmeldeleitung 22 abgegriffen und über die
Lastdruckmeldeleitung 27 zur Stirnseite des Ventilschiebers des
SDB-Ventils 30 geführt.
Der Lastdruck in der Lastdruckmeldeleitung 22 wird über eine
Radialbohrung 100 und eine Axialbohrung 102 zur
oberen Stirnfläche 104 des
Regelkolbens 72 geführt.
Dieser hat einen radial vorstehenden Druckwaagenbund 94, der
mit der Axialbohrung des Druckwaagengehäuses 98 einen Drosselspalt
ausbildet, der der Drossel 90 aus 4 entspricht.
Durch den Druckwaagenbund 94 und das Druckwaagengehäuse 98 wird
der Entlastungsraum 96 begrenzt, der über die Drossel 90 mit
dem Federraum verbunden ist. Bei geschlossenem SDB-Ventil 30 wirkt
der Lastdruck auf die Stirnfläche 104 und
auf den Stirnflächenabschnitt 92,
wobei auf die Stirnfläche 104 ein
in Schließrichtung
wirkender Druck und auf den Stirnflächenabschnitt 92 ein
in Öffnungsrichtung
wirkender Druck wirkt.
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Durch
das Aufsteuern des SDB-Ventils 30 bei Überschreiten des Grenzlastdruckes
in der Lastdruckmeldeleitung 27 wird der Entlastungsraum 96 gedrosselt
mit dem Tank T verbunden, so daß der
auf den Stirnflächenabschnitt 92 wirkende
Druck niedriger wird.
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Aufgrund
der Verringerung der in Öffnungsrichtung
wirkenden Kraftkomponenten wird der Regelkolben 72 zugesteuert
bis sich eine neue Regelposition einstellt. Durch geeignete Auslegung
des Drosselspaltes 90 und des Stirnflächenabschnittes 92 läßt sich
das Ansprechverhalten der Druckwaage 16a optimieren.
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Das
in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Wegeventilsegmentes 50 unterscheidet sich
von dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
im wesentlichen dadurch, daß anstelle
eines proportional wirkenden SDB-Ventils ein Schaltventil 30 verwendet
wird, das in seiner federvorgespannten Grundposition den über die
Leitung 21 abgegriffenen Lastdruck in der Lastdruckmeldeleitung 22 zur
oberen Stirnfläche 104 des
Regelkolbens 72 führt.
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Beim Überschreiten
des Grenzlastdruckes wird das Schaltventil ausgeführte SDB-Ventil 30 in seine
zweite Schaltposition b gebracht, in der der vom Ringraum 68 abgegriffene
Pumpendruck die Stirnfläche 104 beaufschlagt,
so daß der
Regelkolben 72 in der vorbeschriebenen Weise zur Verringerung
des Hydraulikfluidvolumenstromes zugesteuert wird.
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Bei
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
wird der Lastdruck über
eine Steuerkante des Regelkolbens 72 intern in die Lastmeldeleitung
geführt,
während
er bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine
in der Ventilplatte 52 ausgebildete, externe Lastdruckmeldeleitung 22 zur
oberen Stirnfläche 106 geführt wird.
Im letztgenannten Fall hat der Regelkolben 72 einen wesentlich
einfacheren Aufbau, da keine Steuerkante und keine Radial-/Axialbohrungen vorgesehen
werden müssen.
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Bei
dem in 7 ausgeführten
Ausführungsbeispiel
wird der Lastdruck stromabwärts
der Druckwaage 16a im Bereich des Anschlusses C (A-, B-Kammer)
abgegriffen, wobei in der Lastdruckmeldeleitung 22 ähnlich wie
beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 ein
Rückschlagventil 84 vorgesehen ist.
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Bei
dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das SDB-Ventil 30 gegenüber den
vorbeschriebenen Lösungen
weiter vereinfacht. Bei dieser Variante wird der Lastdruck über die
Winkelbohrung 106, und eine Steuerkante sowie die Radialbohrung 100 und
die Axialbohrung 102 abgegriffen und zur oberen Stirnfläche des
Regelkolbens 72 geführt.
In der Axialbohrung 102 sind eine Drossel 108 und
ein Rückschlagventil 110 parallel
geschaltet, so daß der Druckaufbau
im Federraum der Druckwaage 16a über das Rückschlagventil 110 schnell
erfolgen kann, während
der Druckabbau in Gegenrichtung gedämpft über die Drossel 108 erfolgt.
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Das
SDB-Ventil 30 befindet sich bei Lastdrücken unterhalb des Grenzlastdruckes
in einer Sperrstellung, so daß lediglich
der Lastdruck auf die obere Stirnfläche des Regelkolbens 72 wirkt.
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Die
von der Druckfeder 32 entfernte Stirnfläche des Ventilschiebers des
SDB-Ventils 30 wird mit dem höheren der Drücke an den
Arbeitsanschlüssen A,
B beaufschlagt, der über
ein Wechselventil 112 mit der Lastdruckmeldeleitung 27 verbunden
ist. Bei Überschreiten
des Grenzlastdruckes wird das SDB-Ventil 30 in seine Durchflußstellung
gebracht, so daß der
Pumpendruck über
die Pumpenleitung 34 in den Federraum des Druckwaage 16a gemeldet wird.
Aufgrund dieses höheren
Druckes wird der Regelkolben 72 in Schließrichtung
verschoben bis sich ein Kräftegleichgewicht
einstellt.
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Die
anhand der 6 bis 8 erläuterten Ausführungsbeispiele
eignen sich besonders gut für Verbraucher,
die auf Anschlag fahren und dann in ihrem Druck begrenzt werden
sollen.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
es erstmals ermöglicht,
bei LUDV-Schaltungen den Druck an einem lasthöheren Verbraucher mit einfachen
Mitteln auf einen weit unterhalb des maximalen Pumpdrucks angeordneten
Grenzlastdruck zu beschränken,
indem die Druckwaage bei Überschreiten
des Grenzlastdruckes zugesteuert wird. Der bei diesem Verbraucher
nicht benötigte
Hydraulikfluidvolumenstrom kann zur Ansteuerung des lastniedrigeren
Verbrauchers 6 verwendet werden.
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Offenbart
ist eine hydraulische Schaltung zur Ansteuerung zumindest eines
Verbrauchers nach einer LUDV-Steuerung. Bei Überschreiten eines vorbestimmten
Grenzlastdruckes an einem der Verbraucher wird die zugeordnete Druckwaage
in Schließrichtung
beaufschlagt, so daß der
Hydraulikfluidvolumenstrom zu dieser Druckwaage verringert und ein anderer
Verbraucher in optimaler Weise mit Hydraulikfluid versorgbar ist.