DE2046461C3 - Steuereinrichtung für einen zwei Pumpen und mehrere Verbraucher besitzenden hydraulischen Antrieb, vorzugsweise für Universalbagger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen zwei Pumpen und mehrere Verbraucher besitzenden hydraulischen Antrieb, vorzugsweise für Universalbagger, bestehend aus zwei von je einem Pumpenförderstrom gespeisten Ventilbatterien und einer dritten Ventilbatterie, die den zwei erstgenannten Ventilbatterien über jeweils eine von diesen kommende Zuleitung nachgeschaltet ist und von der die beiden Hauptverbraucher gesteuert werden, wobei alle Ventilbatterien je zwei Wegeventile enthalten.

Es ist bekannt, zur zusätzlichen Leistungssteigerung von Hydraulikbaggern die Förderströme beider Pumpen entweder dem einen oder dem anderen Hauptverbraucher zuzuführen, und zwar mittels zweier als 8/3-Wegeventile gestalteter Steuerschieber, die zu einer Einheit mit den anderen Steuerschiebern für die Betätigung der weiteren für die Arbeitsbewegungen des Hydraulikbaggers erforderlichen Einrichtungen zusammengefaßt sind (österreichische Patentschrift 2 43 194).

Um zwei Pumpen parallelschalten zu können, deren Druckleitungen über eine Verbindungsleitung miteinander zu verbinden sind und die zur Versorgung von zwei Verbrauchern dienen, welche über je ein Steuergerät mit mindestens einer der Pumpen zu verbinden sind, ist es feiner bekannt, die beiden Steuergeräte, die als 6/3-Wegeventile ausgebildet sind, bei von den Pumpen getrennten Verbrauchern hintereinanderzuschalten und somit die Verbindungsleitung mit einem Vorratsbehälter zu verbinden. Dabei ist es weiterhin bekannt, in dieser Verbindungsleitung, die bei der Versorgung nur eines Verbrauchers mit diesem Verbraucher verbunden ist, ein Absperrventil vorzusehen, das bei der Versorgung beider Verbraucher die Druckleitungen der Pumpen voneinander trennt (deutsche Auslegeschrift 12 50 219).

In bezug auf die Verhältnisse, die sich ergeben, wenn die Verbrauchergeschwindigkeit von Null bis zum Maximalwert stetig einstellbar sein soll, werden bei den bekannten Steuereinrichtungen Nachteile gesehen. Diese Einstellbarkeit der Verbrauchergeschwindigkeiten ist bei bestimmten Einsatzfällen des Baggers, z. B. bei Kranarbeiten, erforderlich. Zur Realisierung des dafür notwendigen Stellens des Verbraucherszuflußstromes zu dem entsprechenden Verbraucher, das durch Drosselung des Pumpenförderstromes mittels des zugehörigen Wegeventils erfolgt, gibt es zwei Möglichkeiten. Wird die Verlustleistungssparende und druckspitzenvermeidende Nebenstromdrosselung angewendet, erweist es sich als nachteilig, daß beim Zuschalten des zweiten Verbrauchers zu einem eingeschalteten Verbraucher über die die Wegeventile verbindende Leitung eine gegenseitige Beeinflussung eintritt. Wird zwecks Behebung dieses Mangels zur Verbrauchergeschwindigkeitsstellung die Hauptstromdrosselung benutzt, sind die anfallende Verlustleistung und die Druckbelastung der Pumpen wesentlich größer als bei der Nebenstromdrosselung, weil der überschüssige Anteil des Pumpenförderstromes nur über das erst nach dem Erreichen des Maximaldrucks des Antriebes öffnende Sicherheitsventil in den Vorratsbehälter zurückfließen kann.

Außerdem ist es bereits bekannt, zur Erzielung einer aus der Konstanthaltung der Druckdifferenz zwischen Pumpendruck und Verbraucherdruck resultierenden minimalen Verlustleistung bei der Dosierung des Verbraucherzuflußstromes an die Zuleitung einer Ventilbatterie ein Differenzdruckventil anzuschließen, über das eine vor der Ventilbatterie von der Zuleitung abgezweigte Zuflußleitung zum Abfluß führt und das vom Federraum her durch eine über beide Wegeventile in Neutralstellung zum Abfluß führende Steuerleitung, deren Abfluß in Arbeitsstellung mindestens eines Wegeventils gesperrt und die in jeder Arbeitsstellung über das Wegeventil mit dem Verbraucher verbunden ist, und auf der Gegenseite durch den Druck in der Zuleitung gesteuert ist (Prospekt »Wegeventile mit lastunabhängiger Durchflußregelung« von Bellows-VaI-vair Hydraulik, Seite BER-M 511 3-68/1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für einen zwei Pumpen und mehrere Verbraucher besitzenden hydraulischen Antrieb, vorzugsweise für Universalbagger, zu schaffen, die es einerseits ermöglicht, bei der Betätigung eines der beiden Hauptverbraucher bei voller Wegeventilauslen-

kung die effektive Pumpenleistung optimal auszunutzen, und bei der andererseits die Stellung der Verbrauchergeschwindigkeit zwischen Null und dem Maximalwert mittels der Wegeventile unabhängig vcn der Verbraucherbelastung sowie ohne gegenseitige Beeinflussung bei der gleichzeitigen Steuerung beider Hauptverbraucher erfolgt und somit eine maximale Feinfühligkeit im gesamten Belastungsbereich bei einem für eine Drosselsteuerung minimalen Verlustleistungsanfall erreicht wird.

Diese Autgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Zuleitung aller Ventilbatterien in zur Mengenregelung durch Nebenstromdrosselung bekannter Weise je ein mit einem Federraum versehenes Differenzdruckventil angeschlossen ist, wozu in der dritten Ventilbatterie an den Federraum jedes der beiden zwischen die jeweilige Zuleitung und die Rüekleitung geschalteten Differenzdruckventile je ein in der Neutralstellung beider Wegeventile zur Rückleitung geöffneter Steuerkanal und eine bei Auslenkung des zugeordneten Wegeventils aus der Neutralstellung mit dessen den Zuflußstrom führender VerbraucheranschluBleitung verbindbare Steuerleitung angeschlossen sind, wobei zusätzlich die Federräume der beiden Differenzdruckventile der dritten Ventilbatterie über je eine Drossel mit der jeweiligen Zuleitung verbunden sind und zwischen den beiden Zuleitungen ein hydraulisch gestelltes Trennwegeventil mit zwei Stelleinheiten angeordnet ist, dessen obere Stelleinheit, die mit einer Schließfeder ausgerüstet ist, über je ein Rückschlagventil zu den zwischen den Wegeventilen der dritten Ventilbatterie liegenden Teilen der beiden Steuerkanäle hin öffnend und über eine Drossel mit der unteren Stelleinheit verbunden ist, die über je ein weiteres Rückschlagventil von jeder der Zuleitungen her gespeist werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß von vier die Arbeitsbewegungen zum Beispiel eines Baggers ausführenden Verbrauchern gleichzeitig jeweils zwei bei voller Wegeventilauslenkung unbeeinflußt voneinander mit je einem Pumpenförderstrom gespeist werden können. Wird nur ein Hauptverbraucher, und außerdem kein weiterer Verbraucher, betätigt, fließen diesem automatisch beide Pumpenförderströme zu. Die Geschwindigkeit jedes Verbrauchers läßt sich mittels der Wegeventile von Null bis zum Maximalwert stufenlos stellen; dabei ist der Pumpendruck nur unwesentlich höher als der Verbraucherzuflußdruck, die anfallende Verlustleistung und die Druckbelastung der Pumpe sind relativ gering. Da alle Wegeventile der Steuereinrichtung bis auf geringe konstruktive Abweichungen vereinheitlicht sind, ist eine rationelle Fertigung und Wartung der Wegeventile sowie der Zusammenbau der Steuereinrichtung aus normierbaren Elementen möglich.

Nach weiteren Ausbildungen der Erfindung sind die an die Zuleitungen angeschlossenen Rückschlagventile durch je eine Drossel oder durch ein Doppelrückschlagventil mit ODER-Funktion ersetzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist das Funktionsschema der Anlage dargestellt.

Die Steuereinrichtung besteht aus zwei von je einer Pumpe gespeisten Ventilbatterien 1 und 2 und einer dritten Ventilbatterie 3, die den zwei Ventilbatteiicn 1 und 2 über jeweils eine von diesen kommende Zuleitung 37 bzw. 38 nachgeschaltet ist. Es enthält die Ventilbatterie 1 die Wegeventile 4 und 5, die Ventilbatterie 2 die Wegeventile 6 und 7, die Ventiibatterie 3 die Wegeventile 8 und 9. Bei einem hydraulischen Antrieb wie hier z. B. für einen Universalraupenbagger werden von den Wegeventilen 4 und 6 die Fahrwerksmotoren, von den Wegeventilen 5 und 7 der Löffelzylinder und der Drehwerksmotor und von den Wegeventilen 8 und 9 die beiden Hauptverbraucher, nämlich der Auslegerund der Löffelstielzylinder, gesteuert.

An den Zuleitungen 35 bzw. 36 besitzen die Ventilbatterien 1 und 2 je ein Differenzdruckventil 10 bzw. II, von dem aus die Zuleitungen 37 bzw. 38 zur Ventilbatterie 3 verlaufen, an denen dann ihrerseits die Ventilbatterie 3 je ein Differenzdruckventil 12 bzw. 13 besitzt Jede der zwei Zuleitungen 37 und 38 ist über eine Drossel 14 bzw. 15 mit dem Federraum 26 je eines der beiden Differenzdruckventile 12 und 13 sowie über dieses Differenzdruckventil 12 bzw. 13 mit einer Rückleitung 41 verbunden. In der Ventilbatterie 1 befindet sich ein Steuerkanal 27, durch den die Wegeventile 4 und 5 miteinander und über den der Federraum 26 des Differenzdruckventils 10 in der Neutralstellung beider Wegeventile 4 und 5 mit einer Rückleitung 39 verbunden ist Eine weitere Verbindung besteht in der Ventiibatterie 2 zwischen dem Federraum 26 des Differenzdruckventils U über einen gemeinsamen Steuerkanal 28 der Wegeventile 6 und 7 in deren Neutralstellung und einer Rückleitung 40. Jedes der beiden Wegeventile 8 und 9 in der Ventiibatterie 3 enthält zwei gemeinsame, diese Wegeventile 8 und 9 verbindende Steuerkanäle 29 und 30, wobei jeder dieser Steuerkanäle 29 und 30 an seinem einen ende mit dem Federraum 26 je eines der beiden Differenzdruckventile

12 und 13 und an seinem entgegengesetzten Ende — jeweils auf der Seite des anderen Differenzdruckventils

13 bzw. 12 — mit der Rückleitung 41 verbunden ist. wenn sich die zwei Wegeventile 8 und 9 in ihrer Neutralstellung befinden. Die Ventilbatterien 1 und 2 weisen außerdem je eine Steuerleitung 31 bzw. 32 auf, die bei Auslenkung eines der beiden Wegeventile 4 oder 5 bzw. 6 oder 7 aus der Neutralstellung den Federraum 26 des zugeordneten Differenzdruckventils 10 bzw. 11 mit der den Zuflußstrom führenden Verbraucheranschlußleitung 42 dieses Wegeventils 4, 5, 6 oder 7 verbindet. Auch zu den zwei Wegeventilen 8 und 9 in der dritten Ventilbatterie 3 gehört noch je eine Steuerleitung 33 bzw. 34, über die der Federraum 26 des zugeordneten Differenzdruckventils 12 bzw. 13 mit der den Zuflußstrom führenden Verbraucheranschlußleitung 42 des Wegeventils 8 bzw. 9 verbunden ist, wenn das betreffende Wegeventil 8 oder 9 aus seiner Neutralstellung ausgelenkt wird. Zwischen den beiden Zuleitungen 37 und 38 der dritten Ventilbatterie 3 ist ein hydraulisch gestelltes Trennwegeventil 16 angeordnet, das zwei Stelleinheiten 17 und 18 besitzt, die über eine Drossel 20 miteinander verbunden sind. Die obere Stelleinheit 17 ist mit einer Schließfeder 19 ausgerüstet und über je ein Rückschlagventil 24 bzw. 25 zwischen den beiden Wegeventilen 8 und 9 in der dritten Ventilbatterie 3 mit den zwei Steuerkanälen 29 und 30 verbunden. Die untere Stelleinheit 18 ist über je ein Rückschlagventil 21 bzw. 22 an beide Zuleitungen 37 unci 38 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung ist folgende: Die Förderströme der zwei Pumpen des Antriebes treten an den Zuleitungen 35 und 36 in die Ventilbatterien 1 und 2 ein. Bcimden sich alle Wegeventile 4, 5, 6 und / Jieser Ventilbatteiicn 1 und 2

in d-r Ntutralsiellung, sind die Federräume 26 der Differenzdruckventile 10 und 11 über die Steuerkanäle 27 und 28 mit den Rückieitungen 39 und 40 verbunden. Die beiden Pumpenfördcrströme überwinden dann die geringe Kraft der Schließfedern der Differenzdruckventile 10 u-o 11 und durchströmen diese Differenzdiuckventile 10 und 11 bei sehr geringem Druckabfall zu den Zuleitungen 37 und 38 der nachgeschalteten dritten ^venti!hatterie 3. Befinden sich die die zwei Hauptverbraucher des Baggers steuernden Wegeventile 8 und 9 auch in Neutralstellung, in der die Federräume 26 der Differenzdruckventile 12 und 13 mit der Rückleitung 41 verbunden sind, durchfließen die beiden Pumpenförderströme unter Überwindung der geringen Kraft der Schließfedern diese Differenzdruckventüe 12 und 13 bei ebenfalls geringem Druckabfall zur Rückleitung 41. Wenn also kein Verbraucher bewegt wird, können die zwei Pumpen nahezu drucklos umfördern.

Soll beispielsweise der am Wegeventil 4 angeschlossene Verbraucher mit stellbarer Geschwindigkeit bewegt werden, arbeitet die Steuereinrichtung wie folgt:

Bei Auslenkung des Wegeventils 4 aus der Neutralstellung wird die Verbindung zwischen dem Federraum 26 des Differenzdruckventils 10 und der Rückleitung 39 durch Absperren des Steuerkanals 27 im Wegeventil 4 unterbrochen. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung 31 der Federraum 26 des Differenzdruckventils 10 und über eine mit der Steuerschieberauslenkung stellbare Drosselöffnung im Wegeventil 4 auch die Zuleitung 35 mit der den Zuflußstrom führenden Verbraucheranschlußleitung 42 sowie die den Rückflußstrom führende Verbraucheranschlußleitung 42 mit der Rückleitung 39 verbunden. Über die Drosselöffnung im Wegeventil 4 strömt der Verbraucherzuflußstrom; die Differenz zum Pumpenförderstrom fließt über das Differenzdruckventil 10 und weiter über die Ventilbatterie 3 zur Rückleitung 41. Da der Pumpendruck durch das Differenzdruckventil 10 um dessen geringen öffnungsdruck höher als der Verbraucherzuflußdruck geregelt wird und die über der stellbaren Drosselöffnung wirksame Druckdifferenz somit konstant ist, wird der Verbraucherzuflußstrom dadurch nur von der Größe dieser Drosselöffnung, nicht aber von der Verbraucherbelastung beeinflußt. Praktisch übersteigt die Druckbelastung der Pumpe die Verbraucherbelastung nur um einen geringen Betrag; die anfallende Verlustleistung ist demnach relativ gering. Wird das Wegeventil 4 voll durchgeschaltet, schließt das Differenzdruckventil 10, da dessen Öffnungsdruck größer ist als der Druckabfall, der bei Durchfluß des Pumpenförderstromes durch das Wegeventil 4 zum Verbraucher entsteht. Der gesamte Pumpenförderstrom fließt dann zum Verbraucher und bestimmt allein die Verbrauchergeschwindigkeit. Unabhängig von dieser Funktion kann gleichzeitig auch noch ein an der anderen Ventilbatterie 2 angeschlossener Verbraucher gesteuert werden, der dann von der zweiten Pumpe gespeist wird.

Wird nur einer der an der Ventilbatterie 3 angeschlossenen Hauptverbraucher, beispielsweise der Auslegerzylinder des Baggers, allein gespeist, ergibt sich folgende Funktion der Steuereinrichtung: Mit der Auslenkung des Wegeventils 8 aus der Neutralstellung werden durch die Absperrung der Steuerkanäle 29 und 30 die Verbindungen der Federräume 26 der Differenzdruckventüe 12 und 13 mit der Rückleitung 41 unterbrochen. Über die Drossel 15 findet zwischen den

beiden Steuerflächen des Differenzdiurkventils 13 ein Druckausgleich stalt. und das Differenzdruckk'ciuii Vj wird durch seine Schlicßieui ■ geschlossen. Somit kann der an der Zuleitung 38 in die: Venlilbatterie 3 eintretende hörderstrom der zweiten Pumpe nicht mehr zur Rücklcitung 41 fließen und beaufschlagt über das Rückschlagventil 22 die untere Stclleinheit 18 des Trennwegeventils 16. Da dessen obere Stelleinheit 17 über das Rückschlagventil 25 und den Steuerkanal 29 im Wegeventil 9 mit der Rückleitung41 verbunden ist, wird das Trennwegeventil !6 bei Überwindung der relativ geringen Kraft der Schließfeder 19 geöffnet. Dadurch stehen für die Versorgung des am Wegeventil 8 angeschlossenen Hauptverbrauchers beide Pumpenförderströme zur Verfügung. Dabei ist die den Zuflußstrom führende Verbraucheranschlußleitung 42 sowohl mit den zwei Zuleitungen 37 und 38 als auch über die Steuerleitung 33 mit dem Federraum 26 des Differenzdruckventils 12 verbunden. Über die andere Verbraucheranschlußleitung 42 des Wegeventils S erfolgt der Rückfluß zur Rückleitung 41. Der Verbraucherzuflußstrom kann mittels einer, auch im Wegeventil 8 vorhandenen, mit der Steuerschieberauslenkung stellbaren Drosselöffnung von Null bis zum Maximalwert gestellt werden. Die Pumpen werden wiederum nur mit dem Verbraucherzuflußdruck belastet, und die anfallende Verlustleistung ist ebenfalls wieder relativ gering.

Die geschilderte Arbeitsweise der Ventilbatterie 3 ermöglicht es, auch gleichzeitig einen der an der Ventilbatterie 1 oder 2 angeschlossenen Verbraucher und einen der von dem Wegeventil 8 oder 9 gesteuerten Hauptverbraucher voneinander unbeeinflußt von je einer der beiden Pumpen speisen zu lassen. Der Hauptverbraucher erhält bei voller Wegeventilauslenkung in der den Verbraucher steuernden, vorgeschalteten Ventilbatterie 1 oder 2 dann allerdings nur den einen Pumpenförderstrom.

Wird zu einem bereits eingeschalteten Hauptverbraueher der zweite der an der Ventilbatterie 3 angeschlossenen Hauptverbraucher zugeschaltet, im vorliegenden Beispiel also zum Auslegerzylinder der Löffelstielzylinder, so wird mit der Auslenkung des Wegeventils 9 aus der Neutralstellung die über das Rückschlagventil 25 und den Steuerkanal 29 im Wegeventil 9 bestehende Verbindung der oberen Stelleinheit 17 des Trennwegeventils 16 mit der Rückleitung 41 unterbrochen. Über die Drossel 20 gleicht sich der Druck in der oberen Stelleinheit 17 dem Druck in der unteren Stelleinheit 18 an, und das Trennwegeventil 16 wird durch die Schließfeder 19 geschlossen und in dieser Schaltstellung gehalten. Somit ist die Verbindung zwischen den beiden Zuleitungen 37 und 38 gesperrt, und ohne gegenseitige Beeinflussung wird jedem der zwei Hauptverbraucher ein Pumpenförderstrom zugeführt. Die Geschwindigkeit beider Hauptverbraucher läßt sich dann gleichzeitig ohne gegenseitige Beeinflussung mittels der in den Wegeventilen 8 und 9 vorhandenen Drosselöffnungen feinfühlig von Null bis zum Maximalwert verstellen.

Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung ändert sich im Prinzip nicht, wenn an Stelle der zwei zwischen der unteren Stelleinheit 18 des Trennwegeventils 16 und den beiden Zuleitungen 37 und 38 angeordneten Rückschlagventile 21 und 22 entweder zwei Drosseln 43 und 44 oder ein Doppelrückschlagventil 23 mit ODER-Funktion in die Steuereinrichtung eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für einen zwei Pumpen und mehrere Verbraucher besitzenden hydraulischen Antrieb, vorzugsweise für Universalbagger, bestehend aus zwei von je einem Pumpenförderstrom gespeisten Ventilbatterien und einer dritten Ventilbatterie, die den zwei erstgenannten Ventilbatterien über jeweils eine von diesen kommende Zuleitung nachgeschaltet ist und von der die beiden Hauptverbraucher gesteuert werden, wobei alle Ventilbatterien je zwei Wegeventile enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zuleitung (35; 36; 37; 38) aller Ventilbatterien (1; 2; 3) in zur Mengenregelung durch Nebenstromdrosselung bekannter Weise je ein mit einem Federraum (26) versehenes Differenzdruckventil (10; 11; 12; 13) angeschlossen ist, wozu in der dritten Ventilbatterie (3) an den Federraum (26) jedes der beiden zwischen die jeweilige Zuleitung (37; 38) und die Rückleitung

(41) geschalteten Differenzdruckventile (12; 13) je ein in der Neutralstellung beider Wegeventile (8; 9) zur Rückleitung (41) geöffneter Steuerkanal (29; 30) und eine bei Auslenkung des zugeordneten Wegeventils (8; 9) aus der Neutralstellung mit dessen den Zuflußstrom führender Verbraucheranschlußleitung

(42) verbindbare Steuerleitung (33; 34) angeschlossen sind, wobei zusätzlich die Federräume (26) der beiden Differenzdruckventile (12; 13) der dritten Ventilbatterie (3) über je eine Drossel (14; 15) mit der jeweiligen Zuleitung (37; 38) verbunden sind und zwischen den beiden Zuleitungen (37; 38) ein hydraulisch gestelltes Trennwegeventil (16) mit zwei Stelleinheiten (17; 18) angeordnet ist, dessen obere Stelleinheit (17), die mit einer Schließfeder (19) ausgerüstet ist, über je ein Rückschlagventil (24; 25) zu den zwischen den Wegeventilen (8; 9) der dritten Ventilbatterie (3) liegenden Teilen der beiden Steuerkanäle (29; 30) hin öffnend und über eine Drossel (20) mit der unteren Stelleinheit (18) verbunden ist, die über je ein weiteres Rückschlagventil (21; 22) von jeder der Zuleitungen (37; 38) her gespeist werden kann.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Zuleitungen (37; 38) angeschlossenen Rückschlagventile (21; 22) durch je eine Drossel (43; 44) oder durch ein Doppelrückschlagventil (23) mit ODER-Funktion ersetzt sind.