DE2150571A1 - Hydraulikschaltung zur verlustarmen druckbegrenzung - Google Patents

Description

• Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung Die erfindung betrifft eine Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung mit mindestens einer nach beiden zeiten schwenkenden, im Entlastungsfall auf Nullförderung stehenden Regelpumpe mit hydraulisch oder servohydraulisch betätigtem Stellorgan, zelches den Pumpenkörper entsprechend einem Steuerdruck aus Null schwenkt und mindestens einem Hydromotor rotatorischer oder tran>-latorischer Bewegung zur Verwendung in geschlossenen und/oder halboffenen Hydrauliksystemen.
• Für zur Anwendung kommende geschlossene und/oder halboffene Hydraulikkreisläufe mit umkehrbarer Druck-bzw. Durchflußrichtung sind Hydraulikschaltungen mit verlustarmer Druckbegrenzung, z.B. Nullhubregler bekannt. Solche Nullhubregler o.dgl. beinhalten zumeist ein Druckbegrenzungsventil, dessen bei Ansprechen abfließender G'lstrom zumindest teilweise auf das Verstellorgan der im drucklosen Zustand ausgeschwenkten Pumpe wirkt und deren Förderstrom verringert, so daß weniger Öl abgespritzt und somit weniger Leistung in Wärme umgesetzt wird. Derartige Hydraulikschaltungen können für beide Durchflußrichtungen der Pumpe vorgesehen werden.
• Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung zu schaffen, die gegenüber den bekannten Schaltungen erhebliche Vorteile aufweist. Insbesondere sollen nicht nur wie bisher die Leistungvernichtung und Warmeentwicklung im flydrauliksystem auf ein Minimum begrenzt, sondern eine selbsttätige Leistungarückgewinnung mit einfachen mitteln, insbe-.
• sondere weitgehend ohne Verwendung von in den llauptkreis oder in den Tank abspritzenden Druckbegrenzungsventilen erzielt werden.
• Zur Lösung dieser Aufgaben liegt in jeder Lrbeitsleitung der Verstelltumpe ein im Palle von Überdruck in eine Steuerleitung des Pumpenverstellorganes abspritzendes Druckbegrenzungsventil, wobei diese Steuerleitung vom Verstellorgan aus gesehen entgegen der zwecks Erzeugung des Volumenstromes angesteuerten Steuerleitung liegt. Dadurch spritzt das im Falle von Überdruck ansprechende Uberdruckventil jeweils in eine Steuerleitung, die vom Verstellorgan aus gesehen entgegen dem Schwenksinn der Pumpe angeordnet ist, wodurch eine Rückschwenkung der Pumpe in Richtung Nullförderung stattfindet. Zweckmäßigerweise werden die Vorsteuerdrucke des Pumpenverstellorganes in dieselbe Leitung geleitet wie die Abspritzdrücke der im Hauptkreis liegenden Druckbegrenzungsventile.
• Die Erfindung soll außerdem die Möglichkeit bieten, die neue Hydraulikachaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung so in vorhandene Hydrauliksysteme einzubauen, daß in diesen vorhandene Steuerungselemente zur Realisierung der verlustarmen Druckbegrenzung Druckbegrenzung und Leistungsrückgewinnung genutzt werden und eine große Steuerungseinfühligkeit erzielt wird. Hierzu kann das abgespritzte 1 nicht wie vorbekannt über ein drosselndes Element in den Tank, sondern über den Steuerdruckgeber abgefQ,rt werden (z.B. Druckminderventil), Zur weitergehenden Ausbildung des Erfindungsgedankens kann die Schaltung so aufgebaut werden, daß sich die Verwendung von Rohrbruchsicherungen erübrigt. Hierzu ist zwischen Pumpe und rotor mindestens ein entsperrbares Rückschlagventil angeordnet. Zur weitergehenden Ausbildung der Erfindung können zwei oder mehrere Hydraulikschaltungen zur verlustarmen Druckbegrenzung so kombiniert werden, daß sich besonders einfache und feinfühlige hydrostatische Fahrantriebe, insbesondere von Kettenfahrzeugen ergeben. Hierzu werden zwei mittels eine Steuervorrichtung (z.B. eines Hebela) gesteuerte Druckmittelströme wahlweise auf ein oder zwei Verbraucher gegeben und durch eine einfache Umschaltvorrichtung (z.B. ein Ventil) so auf das Fahrwerk gegeben, da3 dieser Steuerhebel zwecks Erzeugung der Fahrrichtungen "vorwärts, rechts, links, rückwärts", atuienlos und feinfühlig wie ein Piloten-Steuerknüppel bewegt wird, wobei die Größe der Auslenkung aus der Mittellage die Bewegungsgeschwindigkeit angibt, In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens kann die Umschaltung der Hydraulikleistung auf verschiedene Verbraucher derart einfach vorgenommen werden, daß der Geräteführer das Gerät mit möglichst nur zwei Bedienungshebeln auf einfache weise und ohne lange Anlernzeit beherrschen kann, wodurch insgesamt zwelnal acht Bewegungen erzeugt und unabhängig voneinander und feinfühlig ohne gegenseitige Beeinflussung bis zu vier Bewegungen gleichzeitig gefahren werden können.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen in folgendem: 1. Beim Ausschwenken der aus Null schwenkenden Verstellpumpe auftretende Überdrücke werden sofort zum Zurückschwenken der Pumpe verwendet, so daß lediglich die zur Pumpenregelung erforderlichen sehr geringen Abspritzmengen eine vernachlässigbar kleine Verlustleistung darstellen.
• 2. Beim Zurückschwenken der Pumpe erfolgender Druckrichtungswechsel führt zum Abbremsen von gespeicherten kinetischen und potentiellen Energien über die Pumpe. Die von der Pumpe nunmehr mechanisch abgegebene Leistung kann anderen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden (Leistungsrückgewinnung) oder außerhalb des Hydrauliksystems vernichtet werden, wodurch dieses in nur geringem Maße thermisch belastet wird (z.B. Wärmeabgabe an das Kühlwasser einer Verbrennungsmaschine).
• 3. Beim versehentlichen Übersteuern des Pumpenschwenkwinkels korrigiert sich die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung automatisch auf den richtigen tiers.
• 4. Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung erübrigt die Verwendung von üteuerventilen o.a., so daß die beim Ansteuern von Bewegungen erfolgenden Verluste an den Schieberkanten entfallen, somit mehr Leistung zur Verfügung steht und eine übermäßige thermische Belastung des 3ydrauliksystems vermieden wird, 5 Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung benötigt bei Betrieb im geschlossenen Kreis für diesen keine Druckbegrenzungsventile, die dem hohen Volumenstrom angepaßt sein müssen, da die von der Pumpe geförderten und angesaugten Ölmengen gleich sind.
• 6. Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung ermöglicht, wegen der aus Null schwenkenden Pumpen eine hohe Feinfühligkeit beim Ansteuern von Bewegungen.
• 7. Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung ermöglicht das leck freie halten von Lasten und benötigt keine Rohrbruchsicherungen.
• 80 Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung gestattet mit nur zwei Bedienungshebeln eine besonders einfache, schnelle und feinfühlige Bedienung des Gerätes auch durch ungelernte Arbeitskräfte, wobei Fahrrichtung und -geschwindigkeit stufenlos mit einem Steuerhebel vorgegeben werden, der wie ein Pilotenknüppel bedient wird.
• 9. Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung gestattet es, unabhängig (insbesondere lastunabhangig) voneinander bis zu vier Bewegungen gleichzeitig zu fahren, feinfühlig anzusteuern und somit auch komplizierte Konturen genau abzufahren.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Bs zeigen: Fig. 1 Eine Hydraulikachaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung bei Verwendung im geschlossenen Kreislauf.
• Fig. 2 Schaltung zur Erzeugung des Vorsteuerdruckes mit Druck gebern (z.B. Druckminderventilen) als Anbausatz zur Schaltung gem. Fig. 1.
• Fig, 3 Schaltung zur abführung des von den Druckbegrenzungsventilen 5, 13 abgespritzten Öles gemäß Fig. 1.
• FigQ 4 Eine Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung bei Verwendung im halbgeschlossenen Kreis (Zylinderantrieb) Die Wkirkungsweise der erfindungsgemäßen Ilydraulikschaltung ist folgende: Im unbelasteten Zustand befindet sich der schwenkt körper 6 (Fig. 1) der Verstellpumpe 4 in Nittellage (Stellung 0) . Gibt man Steuerdruck Pst,2 auf Verstellkolben 7, so wird der nchwenkkörper 6 gegen die Kraft der Peder 8a in Richtung der Stellung 2 verstellt. Damit fördert die Pumpe Öl in Leitung 3, versucht den Motor 2 anzutreiben und somit das Massensystem 1 zu beschleunigen.
• Da Motor 1 in Ruhelage kein Öl aufnehmen kann, wird das von der Pumpe geförderte Öl über Druckbegrenzungsventil 5 in die Steuerleitung 16 abgespritzt, wodurch die Pumpe in Richtung Null zurückschwenkt und lediglich eine kleine Restmenge Öl fördert. Während der Beschleunigung des Massensystems 1 fördert die Pumpe bei größer werdendem Schwenkwinkel und steigendem Gldurchsatz an der oberen Druckgrenze bis der dem Vorsteuerdruck Pst,2 entsprechende Volumenstrom erreicht ist0 Das durch den Motor 2 fließende Öl gelangt durch Leitung 3a zurück zur Verstellpumpe.
• Nimnt man den Schwenkwinkel der Verstellpumpe zurück, so fördert der Motor 2 infolge der treibenden Nirkung von Schwungmasse 1 mehr 01 als die Pumpe aufnehmen kann. Dadurch bricht der Druck in Leitung 3 zusammen, baut sich in Leitung 3a auf, das Uberdruckventil 13 spritzt Öl in die Leitung 10, wodurch Verstellkolben 7 den Pumpenschwenkkörper 6 wieder ausschwenkt, so daß ein größeres Bremamoment aufgenommen und an das Antriebsaggregat oder andere Verbraucher zurückgegeben werden kann (Leistungsrückgewinnung aus der Schwungmasse).
• fördert der Motor bereits in eine Richtung und reversiert nan die Pumpe so, daß sie in dieselbe Leitung fördert, so wird über das Druckbegrenzungsventil dieser Leitung eine sehr große Ölmenge abgeblasen, so daß sich z.B. infolge des Drosselwiderstandes 26 (Fig.3) im nicht angesteuerten Verstellkolben ein sehr hoher Druck aufbaut, der wesentlich höher als der im angesteuerten Verstellkolben herrschende Druck ist, so daß die Pumpe über die Nullage hinaus zurückschwenkt, diese Fehlateuerung selbsttatig kompensiert und die o.a. Bremswirkung ohne große thermische Belastung der Hydraulik erzielt wird.
• Die abgespritzten Ölmengen werden z.n. durch achsaugeventile 24 (Fig. 1) ersetzt. Die erfindungsgemäße Schaltung kann sowohl für den geschlossenen als auch für den halboffenen Kreislauf eingesetzt werden, jedoch sind im letzteren Fall (z.B. Zyl,nderbetrieb) die Differenzölmengen nachzusaugen bzw. abzuspritzen.
• Die Funktion gemäß Fig. 4 ist dann folgende: 1a) Gibt man Steuerdruck Pst,1 auf das Verstellorgan der Pumpe, so schwenkt diese in positive Richtung und fördert Druckmedium in Leistung 3 und über Bremsventil 30 in den translatorisch wirkenden Motor 2b und zwar in dessen Ringraum. Steht, die unter Druck, so stehen auch die Steuerleitungen der entsperrbaren Rückschlagventile 32 und 33 unter Druck, d.h. die Rückschlagventile sind geöffnet und die Kolbenstange kann einfahren. Dabei werden kolbenbodenseitig zwei Flüssigkeitamengen verdrängt; die der Kolbenstangenflache entsprechende Flüssigkeitsmenge wird über Rückschlagventil 32 in den Tank geleitet, während die Restmenge von der Pumpe angesaugt wird.
• 1b) Steht der Kolbenbodenraum bei gleicher Pumpenverstellung unter Druck, so muß in Leitung 3 zunächst ein Niederdruck erzeugt werden, der das entaperrbare Räckachlag ventil 33 öffnet und Bremsventil 32 stufenlos aufsteuert.
• 2a) Gibt man Dteuerdruck Pst,2 auf das Verstellorgan der Pumpe, so schwenkt diese in negative Richtung und fördert Druckmedium in Leitung 3a und über Rückschlagventil 33 in den Rotor 2b und zwar in dessen Kolbenbodenseite. zieht diese unter Druck, so muß über Rückschlagventil 31 die der Kolbenstangenfläche entsprechende Flüssigkeitsmenge angesaugt werden.
• 2b) steht die Kolbenringfläche bei gleicher Pumpenstellung wie bei 2a unter Druck, so wird die aus dem Ringraum kommende Flüssigkeit mittels Bremsventil 30, das durch den in Leitung 3a erzeugten Niederdruck angesteuert wird, drucklos gebremst und in die Pumpe geleitet. Die fehlende Flüssigkeitsmenge wird über Rückschlagventil 31 aus dem Tank gesaugt.
• Die Funktion des Verstellorganes 9 und der berdruckventile 5 und 13 ist wie für den geschlossenen Kreis (Fig. 1) beschrieben.
• Bs ist auch möglich, auf ein Brems-fentil im halbgeschlossenen Kreis zu verzichten, Da die als Motor arbeitende Pumpe 4 nur eine ungefahr konstante blmenge aufnehmen kann, ergibt sich dann jedoch eine lediglich etwa halbierte Linfahrgeschwindigkeit des Kolbens von Motor 2b.
• Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung, wenn die erzeugung der Vorsteuerdrücke ähnlich Pi'!. 2 durch Druckminderventile 17, 22 erfolgt. In diesem Falle werden besondere Abström-einrichtungen für die von den Druckbegrenzungsventilen 5, 13 abgespritzten Ölmengen überilüesig.
• Die Funktion der besonders einfachen Fahrwerkssteuerung ist folgende: bs wird von einem Steuerhebel ausgegangen, mit dem zwei Arbeitsfunktionen in Kreuzschaltung jeweils vor und zurück angesteuert werden. ;;chaltet man die beiden zu Arbeitsfunktionen gehörenden Glüssig keitsströme je auf eine Fahrwerks-Antriebsseite (z.B. mittels elektrisch vorgesteuerten 2/6 - Wegeventilen), so wjrd beispielsweise statt je einer Arbeitsfunktion je eine Antriebskette betätigt.
• Da man infolge der Kreuzschaltung beide Arbeitsfunktionen mit dem Steuerhebel gleichzeitig und getrennt ansteuern kann, ist nach (z.B. elektrischer Umschaltung eine gleichzeitige und getrennte Aussteuerung z.B. der Beiden Ketten ebenfalls möglich.
• Dreht man während der Umschaltung den Steuerungsgrundkörper und 450, so werden bei Vor- tnd Zurücksowie Seitenstellung des Steuerhebels jeweils zwei Funktionen angesteuert, in allen 45° -Stellungen jedoch nur eine Funktion.
• Das bedeutet bei richtigem Anschluß der Steuerleitunn für die Stellung des oteuerhebels z.B. folgendes: Steuerhebel nach vorn: Pahrt geradeaus vor Steuerhebel nach vorn rechts bewegend: Kurvenfahrt rechts vor mit stärker werdenden Kurve, bis bei ilebelstellung ganz recht s das Gerät auf der Stelle rechts dreht.
• Steuerhebel nach hinten: Fahrt geradeaus zurück oteuerhebel nch hinten links bewegend: Kurvenfahrt links mit stärker werden Kurve, bis bei Hebelstellung ganz links das Gerät auf der stelle links dreht.
• Durch Abfahren eines Kreises rait dem steuerhebel können somit sämtliche Fahrtrichtungen stufenlos durchfahren werden wie mit einem Piloten-Steuerknäppel. Sie Größe der Auslenkung aus der Mittellage gibt gleichzeitig stufenlos die Geschwindigkeit vor. Infolge der volumenschlüssig erfolgenden Bewegungen ergibt sich eine außerordentlich hohe Feinfühligkeit und Beweglichkeit des Gerätes.
• Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung kann z.B. für Hydrobagger im Schwenk- und Fahrwerk (geschlossener Kreis) sowie für den Zylinderbetsieb eingesetzt werden. (halboffener Kreis) Die Vorteile bestehen im Leistungsrückgewinn bei gehobenen Lasten, aus bewegten Systemen und in der geringen thermischen Belastung des Hydrauliksystems (die für Bagger sehr kritisch sein kann) infolge nicht vorhandener Druckdrosselung an Ventilschieberkanten und Druckbegrenzungsventilen. eitere erhebliche Vorteile bestehen für Hydrolagger in der größeren Feinfühligkeit bei der Ansteuerung von Bewegungen auf Grund der aus Null schwenkenden Pumpen und in der Möglichkeit, £it nur zwei Steuerhebeln alle Funktionen des Gerätes auf einfache Weise zu steuern.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Hydraulikschalung zur verlustarmen Druckbegrenzung mit mindestens einer nach beiden Seiten schwenkenden, im Entlastungsfall auf Nullförderung stehenden Regelpumpe mit hydraulisch oder servohydraulisch betätigtem Stellorgan, welches den Pumpenkörper entsprechend einem Steuerdruck aus Null schwenkt und mindestens einem Hydromotor rotatorischer oder transiatorischer Bewegung zur Verwendung in geschlossenen und/oder halboffenen Hydrauliksystemen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Arbeitsleitung der Verstellpumpe ein im Palle von Ueberdruck in eine Steuerleitung des Pumpenverstellorganes abspritzendes Druckbegrenzungsventil liegt, wobei diese Steuerleitung vom Verstellorgan aus gesehen entgegen der zwecks Erzeugung des Volumenstromes angesteuerten Steuerleitung liegt.

2o Hydraulikschaltung nach Anspruch 1, d.g., daß die Vorsteuerdrücke des Pumpenverstellorganes in dieselbe Leitung geleitet werden wie die Abspritzdrücke der im Hauptkreis liegenden Druckbegrenzungsventile.

3. II.ydraulikæchaltung nach Anspruch 1, oder 2 d.g., daß die Vorsteuerdrücke durch Druckininderventile erzeugt werden, die rückwärts durchströmt werden können.

4. Hydrauliksehaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß zwischen Pumpe und Motor mindestens ein entsperrbares Rückschlagventil liegt.

5. Hydraulikschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d.g., daß zwei mittels einer Steuervorrichtung (z.B. eines Hebels) gesteuerte Druckinittelatröme wahlweise auf ein oder zwei Verbraucher gegeben und durch eine einfache Umschaltvorrichtung (z.B. ein Ventil) a auf das Fahrwerk gegeben werden, daß die Steuervorrichtung wie ein Piloten-Steuerknüpel stufenlos die Fahrtrichtung und -geschwindigkeit des Gerätes vorgibt.

6. Hydraulikschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d.gw, daß alle Bewegungen des Gerätes nur durch zwei Bedienungshebel gesteuert werden.

7. Hydraulikschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d.g., daß zwischen Pumpe und Motor mindestens ein Bremsventil liegt.

8. twdraulikschaltung nach einem der Anspriiche 1 bis 7, d.g., daß zwischen Pumpe und Tank mindestens ein Rückschlagventil liegt.

9. Hydraulikschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d.:., daß zwischen Pumpe und Tank mindestens ein Bremsventil liegt.