DE2335704C2

DE2335704C2 - Hydraulische Vorrangsteuereinrichtung für mindestens zwei Servomotoren

Info

Publication number: DE2335704C2
Application number: DE2335704A
Authority: DE
Inventors: Kenneth G. New Castle Ind. McMillen
Original assignee: Rexroth Corp
Current assignee: Bosch Rexroth Corp
Priority date: 1972-07-13
Filing date: 1973-07-13
Publication date: 1984-04-26
Also published as: AU5774773A; DE2335704A1; NL175941B; BE802106A; BR7305241D0; JPS4944180A; JPS5642764B2; FR2193157B1; US3768372A; NL7309724A; IT991257B; FR2193157A1; GB1404562A; ZA734474B; SE398538B; CA981147A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vorrangsteuereinrichtung für mindestens zwei Servomotoren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der bekannten Vorrangsteuerung (US-PS 92 311). von der die Erfindung ausgeht, wird der Steuerdruck an einem Nebenstromventil abgegriffen, das zur Drucksteuerung des Stellorgane der den PuniDcndruok liefernden Verstellpumpe zwischen der

Pumpendruckleitung und dem Tank vorgesehen ist und dessen Schieberkolben vom ersten Steuerdruck, also dem im Servomotor wirkenden Arbeitsdruck beaufschlagt ist. Das Umschalten des Vorrangsteuerventils ist somit von dem Nebenstromventil abhängig, das die den zweiten Steuerdruck führende und mit dem Vorrangsteuerventil verbundene Leitung mit der Pumpendruckleitung bzw. dem Tank verbinden muß. Ferner ist eine andere Betriebsunsicherheit insofern gegeben, als die den Steuerdruck führende Leitung über je ein Rückschlagventil unmittelbar mit den Zylinderräumen des Servomotors verbunden ist, so daß die Leitung auch dann einen Steuerdruck führt, wenn der Servomotor von einer äußeren Last betätigt wird. In diesem Fall soll aber das Vorrangsteuerventil nicht umgeschaltet werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Vorrangsteuereinrichtung so auszubilden, daß bei erhöhter Steuergenauigkeit der Vorrang zuverlässig gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Es ist somit sichergestellt, daß der Schieberkolben des Vorrangsteuerventils stets mit dem Pumpendruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, ohne daß in der Leitung für diesen zweiten Steuerdruck ein Ventil vorgesehen ist. Aber auch der Abgriff für den ersten Steuerdruck ist insofern verbessert, als dieser nicht in der Neutralstellung des Steuerventils, sondern nur in dessen Arbeitsstellungen dem Vorrangsteuerventil zugeführt wird, so daß auch hier nur der wahre Steuerdruck erfaßt wird. Es wird auch der Nachteil vermieden, daß über die den Steuerdruck führende Leitung ungewollt Arbeitsdruck abgebaut wird. Schließlich wirkt der erste Steuerdruck auf den Vorspannkolben des Vorrangsteuerventils derart, daß es bei einer bestimmten Größe des Steuerdrucks rasch und zuverlässig umschaltet und damit den nachrangigen Servomotor von der Pumpendruckleitung abtrennt.

Ein derartiges Steuerventil ist bereits bekannt (US-PS

36 31 890). Dort handelt es sich aber nicht um ein Vorrangsteuerventil, sondern vielmehr um ein Bypass-Ventil, welches abhängig vom Arbeitsdruck eines Servomotors das Pumpendruckmittel zum Tank führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schemaiische Darstellung einer Vorrangsteuereinrichtung in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrangsteuereinrichtung in einer abgeänderten Ausführungsfonn,

F i g. 3 eine Verstellpumpe zur Verwendung in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrangsteuereinrichtung,

F i g. 4 ein abgeändertes Vorrangsteuerventil,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Vorrangsteuereinrichtung für eine Baggerschaufel und

F- i g. 6 eine abgeänderte Ausführung des Vorrangsteuerventils.

Gemäß F i g. 1 enthält die Druckmittelquelle eine Pumpe 10 mit fester Fördermenge und eine Drucksteucreinrichtung in Form eines differen/druckgesteuerten Nebcnstromventils 11 und eines Überdruckventils 12. Der Pumpe )0 sind Strömungsmiitelreservoire 13 und

13a zugeordnet. Der Strömungsmitteldruck von der Pumpe 10 wird über Leitungen 15, 16 und 17 der Einlaßöffnung 20 eines ersten Steuerventils 14 zugeführt Das Strömungsmittel wird von Auslaßöffnungen 21a und 21 b über Leitungen 22a und 22b zu Strömungsmittelreservoirs 136 und 13c zurückgeführt. Das Steuerventil 14 versorgt einen ersten Servomotor 23 über Arbeitsöffnungen 24a und 24i> und Arbeitsleitungen 25a und 25£> mit Druckmittel.

Das Steuerventil 14 ist von herkömmlicher Bau- und Betriebsweise, abgesehen von den Steuerkammern 26a und 26b und die parallel geschaltete Logikeinrichtung 27, deren Bad- und Betriebsweise weiter unten beschrieben wird. Das Last-Rückschlagventil 30 gestattet in üblicher Weise einen Strömungsmittelstrom von der Einlaßöffnung 20 zur Druckkammer 31, sperrt jedoch einen Strömungsmittelstrom in der umgekehrten Richtung.

Das Steuerventil 32 enthält einen Steuerventilschieber 33 in seinem Arbeitsmittelabschnitt 34, der identisch wie der Steuerventilschieber 35 des Steuerventils 14 ausgebildet ist. Das Steuerventil 32 enthält jedoch außerdem ein Vorrangsteuerventil 36, dem sämtliche innerhalb des gestrichelten Rechtecks 36 liegende Bauteile zugerechnet werden können. Das Druckmittel wird über die Leitungen 15,16 und 37 zur Einlaßöffnung 40 des Steuerventils 32 geführt. Das Arbeitsmittel wird dem Servomotor 41 über die Arbeitsöffnungen 42a und 42i> und die Arbeitsleitungen 43a und 43b zugeführt und entnommen. Vom Steuerventil 32 wird das Arbeitsmittel über Entlüftungsöffnungen 44a und 44b und Leitungen 45a und 45i> zu dem Strömungsmittelreservoir 13c/und 13e abgeführt.

Das Steuerventil 14 und der Servomotor 23 bilden einen ersten Arbeitsmittelkreis, der beispielsweise die Schaufelneigung eines nicht-gezeigten Schaufelladers steuert; und das zweite Steuerventil 32 und der zweite Servomotor 41 bilden einen zweiten Arbeitsmittelkreis, der die Bewegung der Hubarme des Schaufelladers steuert.

Gemäß Fig. 1 ist das Vorrangsteuerventil 36 im Gehäuse 96 des Steuerventils 32 angeordnet und in Reihe zwischen die Pumpe 10 und die Druckkammer 46 des Arbeitsmittelabschnitts 34 des Steuerventils 32! geschaltet. Das Vorrangsteuerventil 36 vermag daher den Strömungsmittels;rom von der Pumpe 10 zu dem dem Hubarrr. des Schaufelladers zugeordneten Servomotor 41 zu drosseln, um dadurch der Betätigung des der Schaufel zugeordneten Servomotors 23 den Vorrang zu geben. Im einzelnen enthält das Vorrangsteuerventil 36 eine Bohrung 47 mit einer Einlaßkammer 50 und einer Auslaßkammer 48, die e^;nen Teil der Druckkammer 46 bildet. Ein Schieberkolben 5Ϊ steuert die Strömungsmittelverbindung zwischen der Einlaßkammer 50 und der Auslaßkammer 48, wobei diese Strömungsmittelverbindung freigegeben wird, wenn sich der Schieberkolben 51 nach links bewegt, wodurch ein Strömungsmittelstrom von der Kammer 50 zur Kammer 48 vorbei an dem Abschnitt 52 verringerten Durchmessers des Schieberkolbens 51 ermöglicht wird. ' Der Schieberko'.ben 51 wird nach rechts in eine erste Stellung durch eine Feder 53 gedrückt, die eine Vorspannkraft liefert. Der Abschnitt 54 verringerten Durchmessers dient als Anschlag, um die Verschiebung des Schieberkolbens 51 nach rechts /u begrenzen. Der ·" Führungsabschniu 55 dient zur fluchtenden Führung des Schieberkolbens 51 in der Bohrung 47. Der Schieberkolben 51 iss aus seiner gezeigten, ersten Stellung nach links in eine zweite Stellung verschiebbar, in der ein Strömungsmittelstrom von der Kammer 50 zur Kammer 48 ermöglicht wird. Die Stirnflächen der Abschnitte 54 und 55 bilden eine erste Druckangriffsfiäche in dem Raum 57 am rechten Ende des Schieberkolbens 51, während die Stirnflächen am linken Ende des Schieberkolbens 51 einschließlich der Federkammer 56 eine zweite Druckangriffsfläche bi'den.

Der Strömungsmitteldruck von der Pumpe 10 gelangt zur Druckangriffsfläche in dem Raum 57 über die Leitungen 15, 16 und 37, die Einlaßöffnung 40, die Kammer 50 und die Bohrung 60. Dieser Strömungsmitteldruck (2. Steuerdruck) erzeugt an der Druckangriffsfläche eine Druckkraft, die proportional der Größe des Strömungsmitteldrucks und der gemeinsamen Größe der Stirnflächen der Abschnitte 54 und 55 ist

Die zweite Druckangriffsfläche wird über die Steuersignalöffnung 61 und die Kammer 62 mit dem ersten Steuerdruck beaufschlagt. Der Schieberkolben 51 ist somit differenzdruckbetätigt, und zwar in Abhängigkeit von der Relativgröße der an den beiden Enden des Schieberkolbens 51 anliegenden Steuerdiucke, ferner in Abhängigkeit von der Flächendifferenz der beiden Stirnflächen des Schieberkolbens 51, falls die beiden Enden des Schieberkolbens unterschiedliche Durchmesser aufweisen, und schließlich in Abhängigkeit von der Feder 53.

Wie F i g. 1 zeigt, weist das Vorrangsteuerventil 36 zusätzlich einen Vorspannkolben 63 auf, der dazu dient, den Differenzdruck zu erhöhen, der zur Verschiebung des Schieberkolbens 51 aus der ersten in die zweite Schaltstellung erforderlich ist. Der Vorspannkolben 63 ist in einer Bohrung 64 geführt und unterteilt die Bohrung 64 in eine Steuerkammer 65 und eine Entlüftungskammer 66. Der Vorspannkolben 63 kann am Umfang abgedichtet sein, um eine Strömungsmittelleckage zwischen den Kammern 65 und 66 zu unterbinden. Die Entlüftungskammer 66 ist über eine Bohrung 67, die Entlüftungsöffnung 44a und die Leitung 45a mit dem Strömungsmittelreservoir 13c/ verbunden. Bei einer Verschiebung des Vorspannkolbens 63 nach links, welche durch den Ansatz 71a begrenzt wird, wirkt der Vorspannkolben 63 mit einem Stößel 72 zusammen, wodurch die Einbaulänge d.r Feder 53 und somit der untere Differenzdruck, der zu einer Verschiebung des Schieberkolbens 51 nach links erforderlich ist, eingestelltwird.

Die Verschiebung des Vorspannkolbens 63 nach rechts erfolgt durch den ersten Steuerdruck, der der Einlaßöffnung 73 und der Kammer 65 zugeführt wird. Dieser Steuerdruck kann gleich oder unterschiedlich dem der Steuersignalöffnung 61 zugeführten Steuerdruck sein. Die Verschiebung des Kolbens 63 nach rechts wird durch einen Anschlag 7\b des Kolbens 63 begrenzt. Da die Druckangriffsfläche des Vorspannkolbens 63 in der Kammer 65 größer als die Stirnfläche sowohl des Stößels 72 als auch des Schieberkolbens 51 ist, vermag der Vorspannkolben 63 den Stößel 72 nach rechts zu verschieben, um die Kompression der Feder 53 zu erhöhen und dadurch den Differenz- oder Ansprechdruck des Vorrangsteuerventils 36 zu steigern, ^celbst wenn die an der Öffnung 73 und der Steuersignalöffnung 61 herrschenden Steuerdrücke den gleichen Wert haben.

Falls das Vorrangsteuerventil dazu verwendet wird, der Schaufelverstellung eines Schaufelladers den Vorrang zu geben, wird der Arbeitsdruck des Servomotors, der die Hubarme des Schaufelladers betätigt, als erster

Steuerdruck B verwendet. Dieser Steuerdruck B herrscht in der Leitung 91; die Einrichtung zur Erzeugung des Steuerdrucks besieht aus einer Logikschaltung 27. einem Abgriff des Arbeitsdruckes und einer Dämpfungseinrichtung.

Der Abgriff enthält die Steuerkammer 26a, die zwischen der Arbeitsöffnung 24a und der Entlüftungsöffnung 21a des Steuerventils 14 liegt; bzw. die Steuerkammer 266, die zwischen der Arbeitsöffnung 246 und der Entlüftungsöffnung 216 angeordnet ist. Der Steuerventilschieber 35 trennt die Steuerkammem 26a und 266 von ihren zugehörigen Arbeitsöffnungen 24a, 246 und Entlüftungsöffnungen 21a, 21 6, wenn er sich in der gezeigten Neutralstellung befindet. Der Steuerventilschieber 35 verbindet dagegen eine der Steuerkammem 26a oder 266 mit ihrer zugehörigen Arbeitsöffnung 24a bzw. 246 in der Arbeitsstellung.

Die Verbindung einer der Steuerkammem 26a oder 266 mit ihrer zugehörigen Arbeitsöffnung 24a bzw. 246 wird durch ein Verstellen des Steuerbundes 75a oder 756 in die jeweilige Arbeitsöffnung 24a oder 246 hergestellt, wobei infolge der kürzeren Längenabmessung des Steuerbundes das Strömungsmittel sowohl von der Kammer 31 zur gewählten Arbeitsöffnung 24a oder 246 als auch von dieser Arbeitsöffnung 24a bzw. 246 zur entsprechenden Steuerkammer 26a oder 266 strömen kann.

Die Steuerkammem 26a und 266 wirken somit mit dem Steuerventilschieber 35 zusammen und sperren oder ermöglichen die Weitergabe der Arbeitsdrücke von den Arbeitsöffnungen 24a und 246 zu den Leitungen 76 und 77.

Die Rückschlagventile 81, 82 und 83 dienen als parallel geschaltete, strömungsmitteibetätigte Auswahleinrichtung. Die Rückschlagventile 81 und 82 sind über die Leitungen 76 und 77 an die Steuerkammem 26a und 266 angeschlossen. Das Rückschlagventil 83 ist über eine Leitung 85 von einer Pumpe oder einer anderen (nicht-gezeigten) Druckquelle mit Druck beaufschlagt.

Die Rückschlagventile 81, 82 und 83 wählen den jeweils höchsten Strömungsmitteldruck in den Leitungen 76, 77 und 85 und geben diesen Strömungsmitteldruck als ersten Steuerdruck Sin die Leitung 91.

Durch die Logikeinrichtung, die den ersten Steuer-

strömungsmittelbetätigte Auswahleinrichtung aus den parallel geschalteten Rückschlagventilen 81, 82 und 83 besteht. Somit kann sich der Steuerdruck B in der Leitung 91 nicht verringern, wenn die Druckwerte in den Leitungen 76,77 und 85 abfallen. Daher ist in der die Leitung 91 mit dem Strömungsmittelreservoir 13^ verbindenden Leitung 92 eine Drosselsteile »4 angeordnet, die einen begrenzten Strömungsmittelstrom ermöglicht und als Dämpfungseinrichtung dient.

Die Anlage gemäß F i g. 1 enthält eine zweite Logikeinrichtung, die in der Leitung 93 einen zweiten Steuerdruck A erzeugt und die Steuerkammem 80a und 806, die Leitungen 88 und 89, die Rückschlagventile 86, 87 und 90, die als Dämpfungseinrichtung wirkende Drosselstelle 94 und sämtliche Bauteile der ersten Logikeinrichtung 27 umfaßt.

Die zweite Logikeinrichtung wählt den jeweils höchsten Strömungsmitteldruck in den Leitungen 91,88 und 89 aus, die den Steuerdruck bzw. den Druck in der Steuerkammer 80a bzw. 806 führen. Die ersten und zweiten Logikeinrichtungen bilden somit eine Logikschaltung, die zwei getrennte Steuerdrücke erzeugt. Einer dieser Steuerdrücke wird von sämtlichen Steuer

kammem 26a, 266 und 80a, 806 sowie der Leitung 85 aufgrund der Relativwerte der dort vorhandenen Momentandrücke ausgewählt, während der andere Steuerdruck lediglich aus einigen dieser Arbeitsdrücke gewählt wird; mindestens einer dieser Arbeitsdrücke wird sowohl bei der Auswahl des Steuerdrucks A als auch bei der Auswahl des Steuerdrucks Bberücksichtigt.

Während des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Hydraulikanlage werden durch deren Steuerung einer der oder beide Steuerdrücke zur Einstellung des Vorrangsteuerventils 36 und für verschiedene weitere Funktionen verwendet.

Das Vorrangsteuerventil kann als mengenstromgesteuertes Vorsteuerventil arbeiten. Der Steuerdruck A in der Leitung 93 gelangt in die Kammer 62 und über die Steueröffnung 61 tut zweiten Druckangriffsflächc des Schieberkolbens 51, während der Arbeitsdruck zur Kammer 57 und zur ersten Druckangriffsfläche des Schieberkolbens 51 gelangt, so daß diese ersten und zweiten Druckangriffsflächen bei Druckbeaufschlagung gemeinsam mit der Feder 53 die Einstellung des Schieberkolbens 51 regulieren.

Das Vorrangsteuerventil 36, dessen Funktion es ist, dem die Schaufelneigung bestimmenden Steuerventil 14 den Vorrang zu geben, arbeitet wie folgt: wenn sich der Steuerventilschieber 35 des Steuerventils 14 in der gezeigten Neutralstellung befindet und somit die Steuerkammem 26a und 266 von den Arbeitsöffnungen 24a und 246 getrennt sind, wird der Arbeitsdruck von keiner dieser Arbeitsöffnungen an die Logikeinrichtung 27 weitergegeben. Wenn kein Signaldruck in den Leitungen 85,88 und 89 vorhanden ist, gelangt auch kein Steuerdruck zur Steuersignalöffnung 61, und jeglicher Restdruck in der Leitung 93 und der Kammer 62 wird über die Drosselstelle 94 abgebaut, so daß der in der Kammer 57 und an der ersten Druckangriffsfläche herrschende Pumpendruck den Schieberkolben 51 nach links zu verstellen vermag, wodurch die Feder 53 zusammengedrückt und der Strömungsmittelpfad von der Kammer 50 zur Kammer 46 geöffnet wird. Das Vorrangsteuerventil 36 behindert somit nicht die Arbeitsweise des dem Hubarm des Schaufelladers zugeordneten Steuerventils 32, wenn das die Schaufelneigung bestimmende Steuerventil 14 nicht betätigt ist und sich dessen SicUcrvcriiilschicbsr 35 in der Neutralstellung befindet.

Wenn das Steuerventil 14 die Schaufel des Schaufelladers nur langsam verstellt, ergibt sich ein äußerst hoher Druckabfall von der Kammer 31 zu der druckbeaufschlagten Arbeitsöffnung 24a bzw. 246. Die der druckbeaufschlagten Arbeitsöffnung zugeordnete Steueröffnung erhält somit einen Steuerdruck, der gleich dem Druck in der Arbeitsöffnung ist und um die Größe dieses Druckabfalls unter dem Pumpendruck liegt. Die Feder 53 ist derart bemessen, daß der Pumpendruck in der Kammer 57 die Vorspannung der Feder 53 und die Druckkraft des Steuerdrucks in der Kammer 62 bei einer derartigen, dosierten Verstellung der Schaufel des Schaufelladers überwindet Somit wird der Schieberkolben 51 nach links verschoben und das Vorrangsteuerventil 36 behindert nicht die Arbeitsweise des dem Hubarm zugeordneten Steuerventils 32, wenn das der Schaufel zugeordnete Steuerventil 14 die Strömung zu dem für die Schaufelbetätigung vorgesehenen Servomotor 23 drosselt.

Wenn jedoch der Steuerventilschieber 35 des Steuerventils 14 voll betätigt ist, ist der Druckabfall zwischen der Kammer 31 und der druckbeaufschlagten

Arbeitsöffnung 24a oder 24b sehr gering. Infolgedessen ist der Steuerdruck in der Kammer 62 beinahe gleich dem Pumpendruck in der Kammer 57, so daß der Steuerdruck in der Kammer 62 gemeinsam mit der Kraft der Feder 53 ausreicht, den Schieberkolben 51 entgegen dem Pumpendruck in der Kammer 57 nach rechts zu verstellen, wodurch die Verbindung von der Kammer 50 zur Kammer 48 verengt und dem Steuerventil 14 sowie der Betätigung der Schaufel der Vorrang vor dem Steuerventil 32 und der Betätigung der Hubarme gegeben wird. Das Vorrangsteuerventil 36 gibt daher dem Verkippen der Schaufel des Schaufelladers nur dann den Vorrang, wenn der Steuerventilschieber 35 auf eine rasche Betätigung des Strömungsmittelmotors 23 eingestellt wird.

Das Vorrangsteuerventil kann auch als druckgesleuertes Vorsteuerventil arbeiten. Wie sich aus der obigen Beschreibung der Betriebsweise ergibt, kommt es nur dann zu einer Vorsteuerwirkung des Vorrangsteuerventils, wenn die Betätigung des Servomotors 23 und der damit verbundenen Schaufel des Schaufelladers bei voll geöffnetem Steuerventilschieber 35 erfolgt, und das Vorrangsteuerventil räumt dem Steuerventil 14 und dem Servomotor 23 die Priorität ein, und zwar in Abhängigkeit von dem Strömungsmittelstrom an der veränderlichen, zwischen dem Steuerventilschieber 35 und den damit zusammenwirkenden Abschnitten des Gehäuses 18 des Ventils 14 gebildeten Durchflußöffnung.

Die in F i g. 1 gezeigte Anlage dient ferner dazu, die Betätigung der Schaufel des Schaufelladers durch den Servomotor 23 sicherzustellen, gleichgültig wie niedrig der Arbeitsdruck des Servomotors 41 oder wie hoch der Arbeitsdruck des Servomotors 23 ist. Die Betätigung des der Schaufel zugeordneten Servomotors 23 wird — wie folgt sichergestellt: wenn der Steuerventilschieber

35 des der Schaufel zugeordneten Steuerventils 14 betätigt wird, wird der Arbeitsdruck des Servomotors 23 an der Steuerkammer 26a oder 266 entnommen und als Steuerdruck an die Kammer 62 des Vorrangsteuerventils 36 durchgeschaltet. Der Schieberkolben 51 wird nach rechts in eine Lage verstellt, in der der Strömungsmittelstrom von der Kammer 50 zur Kammer 46 gedrosselt wird, so daß der Pumpendruck in den Leitungen 15,16,17 und 37 auf einem Wert gehalten wird, bei dem eine ausreichende Betätigung des der Schaufel des Schaufelladers zugeordneten Servomotors 23 sichergestellt ist.

Das beschriebene Vorrangsteuerventil dient ferner als Last-Sperreinrichtung. Gemäß F i g. 1 leiten die Steuerkammern 80a und 8ÖD die Arbeitsdrücke des Steuerventils 32 zu den Rückschlagventilen 86 und 87, die den Steuerdruck in der Leitung 93 erzeugen. Wenn der Pumpendruck in der Leitung 37 während der Betätigung des Servomotors 41 unter den zum Verstellen der Last am Servomotor 41 erforderlichen Druck abfällt, übersteigt der Steuerdruck A den in der Leitung 37 herrschenden Druck, und da dieser Steuerdruck A in der Kammer 62 wirksam ist. drückt er den Schieberkolben 51 nach rechts, wodurch ein Strömungsmittelrückstrom von den Kammern 46 und 48 zur Kammer 50 unterbunden wird; infolgedessen wird ein Abfallen der vom Servomotor 41 angehobenen Last verhindert

Während des Betriebs des dem Vorrangsteuerventil

36 zugeordneten Vorspannkolbens 63 gelangt der Steuerdruck B in der Leitung 91 zur Kammer 65, wo er an der Druckangriffsfläche des Vorspannkolbens 63 angreift, wodurch der Vorspannkolben 63 und der Stößel 72 verstellt werden und die Feder 53 zusammengedrückt wird, so daß die Druckdifferenz zwischen den Kammern 57 und 62 erhöht wird, sich der Kolbenschieber 51 verstellt und die Feder 53 zusammengedrückt wird, wodurch die Kammer 50 zur Kammer 48 geöffnet wird. Auf diese Weise wird der Ansprech- oder Schwellwertdruck des Vorrangsteuerventils 36 erhöht. Wenn das Vorrangsteuerventil als Vorsteuerventil wirkt, führt eine Erhöhung seines Ansprechdrucks dazu, daß der Pumpendruck in den Leitungen 15, 16, 17 und 37 im Verhältnis zum Arbeitsdruck des Servomotors 23 auf einen höheren Wert gehalten wird, wodurch sichergestellt wird, daß eine ausreichende Druckhöhe zur Überwindung der Druckverluste im Steuerventil und den Hydraulikleitungen zur Verfugung steht und unabhängig von den Druckverlusten im Steuerventil 14 und den Leitungen 25a und 256 eine irgend erwünschte Strömungsmittelmenge in den Servomotor 23 gedrückt wird.

Bezüglich der Betriebsweise des Nebenstromventils 11 sei darauf hingewiesen, daß das Ventil 11 zwei im wesentlichen gleich große Stellglieder 100 und 101 enthält, die zum Schließen bzw. öffnen des Nebenstromventils 11 dienen. Die Feder 97 beaufschlagt das Nebenstromventil 11 mit einer Schließkraft, so daß das Nebenstromventil 11 in der Schließlage gehalten wird, bis der in den Leitungen 102 und 103 und am Stellglied 101 vorhandene Betriebsdruck den Druckwert des am Stellglied 100 angreifenden Steuerdrucks A übersteigt. Das Stellglied 104 dient zur Erhöhung des zum Öffnen des Nebenstromventils 11 erforderlichen Differenzdrucks. Die Bauweise des Nebenstromventils ist im einzelnen in der US-PS 36 31 890 beschrieben. In Verbindung mit dem Vorspannkolben besteht der Hauptzweck des Nebenstromventils darin, daß eine Erhöhung der zur Betätigung des Nebenstromventils 11 erforderlichen Druckdifferenz zu einer Erhöhung des Pumpendruck führt, die erforderlich ist, damit das Vorrangsteuerventil 36, wenn es in der beschriebenen Weise als Vorsteuerventil wirkt, für eine ausreichende Druckversorgung des Steuerventils 32 sorgt, ohne daß der Druckverlust am Nebenstromventil 11 während des Normalbetriebs übermäßig groß ist,

Die Hydraulikanlage gemäß Fig. 2 ist im wesentlichen identisch der gemäß F i g. 1 mit Ausnahme der Auswahl des Steuerdrucks, es bestehen zwei Hauptunterschiede, nämlich die Verwendung von Wechselventilen mit drei öffnungen anstelle der Rückschlagventile gemäß F i g. 1 und die Verwendung einer ventilgesteuerten Dämpfungseinrichtung anstelle einer Dämpfungseinrichtung mit einem begrenzten Durchfluß.

Gemäß Fig.2 ist dem Steuerventil 135 ein Wechselventil 110 mit drei öffnungen zugeordnet, welches über Leitungen 111 und 112 an die Steuerkammern 26a und 266 angeschlossen ist. Der jeweils höhere Druck in den Leitungen lll,112drücktdieVenti!kugel 113 gegen den gegenüberliegenden Ventilsitz 114 oder 115, wodurch verhindert wird, daß das Strömungsmittel aus der mit dem jeweils höheren Druck beaufschlagten Leitung in die mit dem jeweils niedrigeren Druck beaufschlagte Leitung entweicht Der jeweils höhere Druck in den Steuerkammern 26a, 266 gelangt über die dritte Öffnung 116 in die Leitung 117, die zur Eingangsöffnung 120 des Wechselventils 121 führt Das Wechselventil 121 wählt dann den jeweils höheren Druck aus der Leitung 117 und der Leitung 123 und leitet diesen höheren Druck über die Auslaßöffnung 124 in die Leitung 125. Die

Leitung 125 führt nunmehr einen ersten Steuerdruck B', der dem Steuerdruck ß in der Steuersignalleitung 91 gemäß Fig. 1 vergleichbar ist. Der Steuerdruck B' der Leitung 125 gelangt über die öffnung 73 zum Vorspannkolben 63 und ferner zur Einlaßöffnung 126 des Wechselventils 127. Dem Steuerventil 130 ist ein Wechselventil 131 zugeordnet, das den jeweils höheren Druck in den Steuerkammern 138a und 1386 des Steuerventils 130 auswählt und diesen Druck über eine Leitung 132 der zweiten Eingangsöffnung des Wechselventils 127 zuführt.

Vom Wechselventil 127 wird ein Steuerdruck A' abgegeben, der über die zwei Ausgangsöffnungen 133a und 1336 in die Leitungen 134a und 1346 gelangt. Die Leitung 1346 führt den Steuerdruck A' zwecks Betätigung des Vorrar.gsteuerventüs zur öffnung 61 des Steuerventils 130, während die Leitung 134a den Steuerdruck A'zur Druckbeaufschlagung der Stellglieder 100 und 104demNebenstromventil 11 zuführt.

Die Logikschaltung, die die Wechselventile 121, 127 und 131 enthält, erzeugt die Steuerdrücke A'und B' in etwa gleicher Weise, wie die entsprechenden Steuerdrücke A und B von den Rückschlagventilen gemäß F i g. 1 erzeugt werden. Bei Verwendung der mit drei öffnungen versehenen Wechselventile kann jedoch auf die für einen begrenzten Durchfluß sorgenden Dämpfungseinrichtungen 84 und 94 gemäß F i g. 1 verzichtet werden, wodurch auch der Strömungsmittelverlust an der Drosselstelle 84, die einen Teil der Dämtungseinrichtung für den Steuerdruck B bildet, und an der Drosselstelle 94, die einen Teil der Dämpfungseinrichtung für den Steuerdruck A bildet, unterbunden wird.

An Hand der F i g. 2 sei zunächst der Strömungsmittel-Rückstrom in der Logikschaltung erläutert, wenn sich die Steuerventilschieber der Steuerventile 130 und 135 in der gezeigten Neutralstellung befinden. Die Stege 136a und 1366 sind gegenüber F i g. 1 verkürzt, so daß eine Strömungsmittelverbindung von den Steuerkammern 138a und 1386 zu den Entlüftungskammern 140a bzw. 1406 vorhanden ist, wenn sich der Steuerventilschieber 137 in der gezeigten Neutralstellung befindet. Somit wird jegliches in den Leitungen i4i und 142 vorhandene Druckmittel zum Reservoir 13c/ oder 13c entlüftet. Ferner wird jeglicher in der Leitung 132 vorhandener Strömungsmitteldruck zum Reservoir 13c/ oder 13c abgebaut, da die Ventilkugel 143 nicht gleichzeitig beide Öffnungen 144 und 145 blockieren kann. Ebenso wird jeglicher Druck in jeder an eine Ausgangsöffnung eines Wechselventils angeschlossenen Leitung über eine der Eingangsöffnungen dieses Wechselventils und von dort über eine Steueröffnung und eine Entlüftungsöffnung zu einem Strömungsmitte!- reservoir abgebaut.

In ähnlicher Weise erfolgt die Dämpfung oder Verringerung von einem höheren Steuerdruck zu einem niedrigeren Steuerdruck. Von der mit dem höchsten Druck beaufschlagten Steuerkammer wird nämlich ein Rückstrompfad hergestellt, da jedes Wechselventil seine mit dem jeweils niedrigeren Druck beaufschlagte Eingangsöffnung sperrt und die Ventilkugeln nicht gleichzeitig auch die mit dem höheren Druck beaufschlagten Eingangsöffnungen blockieren können. Wenn das Druckniveau des jeweils höchsten Eingangssignals verringert wird, wird daher der Überdruck mittels eines Rückstroms zu einer Steueröffnung abgebaut.

Gemäß Fig.3 ist anstelle der Pumpe 10 und des Nebenstromventils 11 gemäß Fig. 1 eine Pumpe 150 mit veränderlicher Fördermenge vorgesehen. In diesem Fall wird die wirksame Förderleistung der Pumpe 150 durch den Steuerdruck A in der Leitung 93 reguliert, welcher auf eine Fördermengen-Steuereinrichtung 151 einwirkt, welche die von der Pumpe 150 abgegebene Strömungsmittelmenge reguliert, während das Nebenstromventil 11 gemäß F i g. 1 die wirksame Förderleistung der Pumpe 10 dadurch reguliert, daß übermäßiges Strömungsmittel im Nebenstrom zum Reservoir 13.7 geleitet wird.

ίο F i g. 4 zeigt ein Vorrangsteuerventil 160. das gegenüber dem Vorrangsteuerventil 36 gemäß F i g. 1 und dem Vorrangsteuerventil im Steuerventil 130 gemäß Fig.2 abgewandelt ist. Ein Unterschied besteht darin, daß das Vorrangsteuerventil 160 lediglich durch den zur öffnung 161 gelangenden Strömungsmitteldruck und nicht in Abhängigkeit von einem Differenzdruck betätigt wird. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß das Vorrangsteuerventil 160 einen Strömungsmittelpfad freigibt und gleichzeitig einen zweiten Strömungsmittelpfad verschließt, wenn sein Schieberkolben unter dem Einfluß des Strömungsmitteldrucks von seiner ersten (gezeigten) Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung gelangt. In der gezeigten ersten Schaltstellung wird der Strömungsmittelpfad von einer öffnung 163 zu einer öffnung 164 freigegeben, und in der zweiten Schaltstellung ist die öffnung 164 gesperrt und eine öffnung 165 mit der öffnung 163 verbunden.

Die Strömungs-iittelanschlüsse zu den öffnungen 163, 164 und 165 sind zwar nicht gezeigt, jedoch kann das Vorrangsteuerventil 160 auf die oben beschriebene Weise in Reihe mit einem Steuerventil geschaltet sein, oder aber es kann parallel zu einem Steuerventil geschaltet sein, um Strömungsmittelverbindungen zu einem Servomotor getrennt von der Steuerwirkung

J5 eines Steuerventils freizugeben und zu sperren.

Der an der öffnung 166 anliegende Steuerdruck wird durch ein Wchselventil 167 ausgewählt. Wie gezeigt, wählt das Wechselventil 167 ein Steuersignal zur Betätigung des Vorspannkolbens 170 um klarzustellen, daß die Logikschaltung von irgendeiner Stelle der Anlage Steuerdrücke zur Durchführung irgendeiner der oben beschriebenen Funktionen auswählen kann.

Gemäß F i g. 5 ist eine Baggerschaufel, wie sie beispielsweise auf der Rückseite von industriellen oder

^4S landwirtschaftlichen Zugmaschinen angebracht wird, in Verbindung mit der Hydrauliksteuerung gezeigt, wobei das Vorrangsteuerventil parallel zu einem S'euerventil geschaltet ist, so daß es unabhängig von der Wirkung des Steuerventils Strömungsmittelverbindungen freigibt oder sperrt.

Im einzelnen zeigt Fi g. 5 schematisch einen Anwendungsfa'.l bei dem die Absenklage des Auslegers und die Schürfkräfte entsprechend den während des Schürfvorgangs auftretenden Strömungsmitteldrücken begrenzt werden und dadurch verhindert wird, daß sich der Schürfvorgang verlangsamt oder zum Erliegen kommt.

Ein Drehpfosten 180 ist schwenkbar an einem

Tragbügel 188 angebracht, welcher seinerseits an einer Zugmaschine befestigt ist Am Drehpfosten 180 ist der

t>o Ausleger 181 schwenkbar befestigt, und die Neigung des Auslegers 181 wird durch den als Kolben-Zylindereinheit ausgebildeten Servomotor 182 eingestellt, der sowohl mit dem Ausleger 181 als auch mit dem Pfosten 180 schwenkbar verbunden ist. Am Ausleger 181 ist ein Schaufelarm 183 schwenkbar angebracht, und der Winkel zwischen dem Schaufelarm 183 und dem Ausleger 181 wird durch den Servomotor 184 eingestellt, der mit dem Schaufelarm 183 und dem

Ausleger 181 jeweils über einem Schwenkzapfen /erbunden ist. Die Schaufel 185 ist durch einen drehzapfen 186 schwenkbar mit dem Schaufelarm 183 .■erbunden, und die Schwenkbewegung der Schaufel 185 jm den Drehzapfen 186 wird durch den Servomotor 187 iingestellt. der mit einem Auge 189 des Schaufelarms jnd mit einer an der Schaufel 185 angeordneten Nase 190 schwenkbar verbunden ist.

In F i g. 5 bedeuten die Rechtecke 191a und 191£> die Steuerkammern von Steuerventilen, also etwa die Steuerkammern 26a und 266 des Steuerventils 14 gemäß Fig. 1, während die Rechtecke 192a und 192i> die Arbeitsöffnungen eines Steuerventils darstellen, also beispielsweise den Arbeitsöffnungen 24a und 24b des Steuerventils 14 gemäß F i g. 1 entsprechen. In ähnlicher Weise sind die Steueröffnungen und Arbeitsöffnungen von fünf weiteren Steuerventilen durch einander entsprechende Sätze von jeweils vier Rechtecken dargestellt.

Die Bezeichnung jedes Rechtecksatzes zeigt an, welches Steuerventil er darstellt. Die beiden äußeren Sätze stellen Stabilisierungsventile dar, durch die nicht-gezeigte Hubzylinder gesteuert werden, die ihrerseits nicht-gezeigte Arme betätigen, die sich auf dem Boden abstützen und das Fahrzeug während der Arbeit stabilisieren. Das Verschwenkventil 198 steuert einen Hydraulikzylinder oder einen Rotations-Strömungsmittelmotor (nicht gezeigt), durch den der Pfosten 180 um eine durch den Schwenkzapfen P gebildete Vertikalachse gedreht wird. Das Schaufelventil 199 ist über Leitungen 193 und 194 mit dem Servomotor 187 verbunden.

Das Hubarmventil 195 ist über Leitungen 196 und 197 mit dem Servomotor 184 verbunden, und das Auslegerventil 200 ist über Leitungen 201 und 202 mit dem Servomotor 182 verbunden.

Die Steuerkammern der sechs Steuerventile sind durch mit drei öffnungen versehene Wechselventile, wie sie gemäß F i g. 2 verwendet werden, miteinander verbunden, deren Funktionsweise oben beschrieben wurde; stattdessen können auch Rückschlagventile vorgesehen sein, falls zusätzlich Dämpfungseinrichtungen, die einen begrenzten Strömungsmitteldurchsatz haben, verwendet werden.

Das Wechselventil 203 steht über eine Leitung 20-J mit der einen Steuerkammer des Schaufel-Steuerventils und über eine Leitung 205 mit der einen Steuerkammer des Hubarm-Steuerventils in Verbindung. Durch Druck beaufschlagung der Leitung 193 wird die Schaufel eingeschwenkt, und dieser Arbeitsdruck gelangt zu der mit der Leitung 204 verbundenen Steuerkammer. Durch Druckbeaufschlagung des Hubarm-Stellmotors über die Leitung 196 wird der Hubarm-Stellmotor eingefahren und dadurch die Schaufel 185 während des Schürfvorgangs zum Drehpfosten 180 gezogen, wobei dieser Arbeitsdruck zu der mit der Leitung 205 verbundenen Steuerkammer gelangt. Das Wechselventil 203 wählt somit den höheren dieser beiden, während eines derartigen Aushubvorgangs auftretenden Drücke aus und gibt den höheren Druck als Steuerdruck B in die Leitung 206.

Der Steuerdruck B in der Leitung 206 wird über eine Leitung 211 der Druckangriffsfläche der Betätigungsvorrichtung 207 des Vorrangsteuerventils 210 zugeführt. ίο Bei einer vorgegebenen Druckhöhe überwindet die Betätigungsvorrichtung 207 die Kraft der Feder 212, wodurch das Vorrangsteuerventil 210 aus seiner gezeigten, ersten Stellung in eine zweite Stellung verschoben wird. In der zweiten Stellung gelangt der Pumpendruck aus der Leitung 213 über die Leitung 214 zum Servomotor IS2, wodurch dieser eingefahren und der Ausleger 181 angehoben wird. Hierdurch wird der Schaufeldruck, der sich durch die Betätigung des Servomotors 187 und des Servomotors 184 ergibt, verringert. Während des Anhebens des Auslegers 181 über das Vorrangsteuerventil 210 wird das überschüssige Strömungsmittel vom Servomotor 182 über die Leitung 215 zum Strömungsmittelreservoir 216 abgeführt.

Die Logikschaltung gemäß F i g. 5 enthält außerdem Wechselventil 203 zehn zusätzliche Wechselventile. Der Steuerdruck B bildet das eine Eingangssignal für das Wechselventil 220 und wird der einen Eingangsöffnung dieses Wechselventils 220 über Leitungen 206 und 217 zugeführt. Das Ausgangssignal sämtlicher Wechselventile wird über die vom Wechselventil 221 fortführende Leitung 222 entnommen. Der Strömungsmitteldruck in der Leitung 222 bildet den Steuerdruck A, der dazu benutzt werden kann, die wirksame Fördermenge einer Pumpe mit festem Fördervolumen gemäß F i g. 1 oder einer Pumpe mit veränderlicher Fördermenge gemäß F i g. 3 zu regulieren.

Es läßt sich eine beliebige Zahl von Steuerkammern mit Hilfe von Wechselventilen miteinander verbinden, wodurch eine, zwei oder mehrere stromumkehrbare Logikschaltungen entstehen, und die Wechselventile lassen sich in unterschiedlichen Anordnungen miteinander verbinden. Diese Logikschaltungen sind selbstdämpfend ausgebildet, indem die Stege der Steuerventilschieber hinterschnitten werden, wie dies an Hand der Stege 136a und 136b gemäß F i g. 2 beschrieben wurde. Das Vorrangsteuerventil 230 gemäß Fig.6 ist gegenüber dem Vorrangsteuerventil 210 gemäß F i g. insofern abgewandelt, als das Vorrangsteuerventil lediglich die Leitungen 214 und 215 miteinander und mit dem Strömungsmittelreservoir 216 zu verbinden vermag, so daß der Ausleger iSi sich frei schwimmend verstellen kann, während das Vorrangsteuerventil den Ausleger 181 unter Kraftbeaufschlagung anhebt, um übermäßige Schaufeldrücke abzubauen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Vorrangsteuereinrichtung für mindestens zwei Servomotoren, bestehend aus je einem Steuerventil zur Wegesteuerung des Pumpendruckmittels über Arbeitsleitungen zum und vom zugehörigen Servomotor und aus einem Vorrangsteuerventil, das aus einem Schieberkolben, einem Vorspannkolben mit Differenzflächen und einer zwischen den Kolben angeordneten Feder besteht, und das in der den Pumpendruck zum Steuerventil des nachrangigen Servomotors führenden Leitung angeordnet ist, wobei der Arbeitsdruck des vorrangigen Servomotors als erster Steuerdruck abgegriffen und über eine ausschließlich den ersten Steuerdruck führende Leitunj an das Vorrangsteuerventil zum Beaufschlagen in Schließrichtung geführt ist, das von einem vom Pumpendruck abhängigen zweiten Steuerdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, wobei der erste Steuerdruck über eine Verbindung zum Ablaufbehälter abbaubar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerdruck der Pumpendruck ist und unmittelbar an das Vorrangsteuerventil (36) geführt ist, daß die den ersten Steuerdruck führ ende Leitung (91,125) in der Nemralstellung des Steuerventils (14) für den vorrangigen Servomotor (23) gegenüber den zum vorrangigen Servomotor führenden Arbeitsleistungen (25a, 25b) abgesperrt und in der Arbeitsstellung geöffnet ist, und daß die größere Wirkfläche des Vorspannkolbens (72) und der Federraum (62) mit der kleineren Wirkfläche des Vorspannkolbens mit dem ersten Steuerdruck beaufschlagt ist.

2. Vorrangsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (62) außer vom ersten Steuerdruck vom Arbeitsdruck des nachrangigen Servomotors (41) als drittem Steuerdruck, und zwar vom jeweils höheren der beiden Steuerdrücke beaufschlagbar ist.

3. Vorrangsteuerung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem einen Steuerventilschieber aufweisenden Steuerventil, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Servomotor führende Arbeitsleitung mit einer an die den ersten Steuerdruck führenden Leitung angeschlossenen Steuerkammer (26a, 26b) des Steuerventils über einen Steuerbund (75a, 756,) des Steuerventilschiebers verbindbar ist.

4. Vorrangsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Steuerdruck führende Leitung (125) über je ein Wechselventil (110, 131) an die Steuerkammern des Steuerventils angeschlossen ist und die Verbindung zum Ablaufbehälter über je einen weiteren Steuerbund (136a, 136b) des Steuerventilschiebers (137) herstellbar ist.