DE2638239A1

DE2638239A1 - Hydraulisches steuersystem fuer zwei arbeitszylinder

Info

Publication number: DE2638239A1
Application number: DE19762638239
Authority: DE
Inventors: Johannes Vagn Baatrup
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-08-25
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1978-03-09
Also published as: FR2363012B1; GB1584977A; DK374877A; US4182219A; JPS5327779A; IT1082268B; FR2363012A1

Description

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POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 K/C

DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 2300308 T E L E F O N : 56 10 78

.. TELEGRAMM: KNOPAT

DA 416

DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)

Hydraulisches Steuersystem für zwei Arbeitszylinder

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Steuersystem für zwei Arbeitszylinder, deren Kolben über ihre Kolbenstangen mechanisch miteinander verbunden sind und je unterschiedlich große Druckflächen haben, mit einem Steuergerät, das je ein Steuerventil für jeden Arbeitszylinder aufweist, welches mittels eines Betätigungsorgans, z. B. eines Lenkhandrades, und einer Meßanordnung verstellbar ist und bei Verlagerung aus der Neutralstellung je nach Verstellrichtung dem Zylinderraum größerer Druckfläche bzw. dem Zylinderraum kleinerer Druckfläche Druckflüssigkeit zuführt, wobei die Meßanordnung zwei Durchflußpfade hat, über die jeweils die von der Druckquelle zu einem der beiden Arbeitszylinder geführte Druckflüssigkeit, und zwar in jeweils gleicher Menge, strömt.

Bei einem bekannten Steuersystem dieser Art ist jedem Arbeitszylinder ein Steuerventil in Form eines AxialSchiebers zugeordnet. Die Steuerventile werden vom Außenrad eines Planetengetrieben verschoben. Das Planetengetriebe steht sowohl mit einem Lenkhandrad als auch mit einer zweiflutigen Meßpumpe in Verbindung. Druckflüssigkeit strömt von einer gemeinsamen Pumpe über das erste Steuerventil, den einen Durchflußpfad der Meßpumpe und das andere Stauerventil zum zugehörigen Arbeitszylinder und von diesem über das letztgenannte Steuerventil zum Tank. Das gleiche

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gilt für den anderen Arbeitszylinder. Damit über die Meßpumpe gleiche Druckflüssigkeitsmengen strömen, werden in der einen Verstellrichtung der Steuerventile die größeren Druckflächen und in der anderen Verstellrichtung die kleineren Druckflächen der Kolben mit Druck beaufschlagt. Dies führt dazu, daß das mit den Kolben verbundene Arbeitselement in den beiden Verstellrichtungen unterschiedlichen Druck- und Geschwindigkeitsverhaltnissen ausgesetzt ist.

Es ist ferner bekannt, den beiden Kolben Druckflächen zu geben, die im Verhältnis 2 : 1 stehen, wobei jeweils gleichzeitig die größere Druckfläche des einen und die kleinere Druckfläche des anderen Kolbens mit Druckflüssigkeit beaufschlagt wird. Damit sind für beide Verstellrichtungen gleiche Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse gegeben. Da nunmehr aber dem einen Zylinder doppelt so viel Druckflüssigkeit zugeleitet werden muß wie dem anderen Zylinder und diese Verhältnisse sich im Betrieb auch noch umkehren können, ist in der Meßanordnung nur noch ein Durchflußpfad vorgesehen, der die Druckflüssigkeitsmenge führt, die jeweils zu dem Zylinderraum kleinerer Druckfläche geleitet wird. Die dem Raum größerer Druckfläche des anderen Arbeitszylinders zugeführte Druckflüssigkeit wird nicht gemessen. Dies bringt Ungenauigkeiten mit sich. Außerdem wird ein kompliziertes Steuerventil benötigt, das getrennt voneinander die Steuerung der gemessenen und der nicht gemessenen Druckflüssigkeit bewirkt und jeweils die Umschaltung der gemessenen Flüssigkeit von dem einen auf den anderen Arbeitszylinder durchführen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Steuersystem der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem trotz unterschiedlich großer Kolben-Druckfläche und Messung der Druckflüssigkeitsmenge in beiden von der Druckquelle zu den Arbeitszylindern führenden Leitungen in beiden Verstellrichtungen gleiche Verhältnisse herrschen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Die Druckflächen jedes Kolbens stehen im Verhältnis 2:1, wobei jeweils gleichzeitig die größere Druckfläche des einen und die kleinere Druckfläche des anderen Kolbens mit Druckflüssigkeit beaufschlagt sind.

b) Das Steuerventil verbindet in der einen Betätigungsrichtung den Zylinderraum größerer Druckfläche mit dem Tank und den Zylinderraum kleinerer Druckfläche mit der Druckquelle und in der anderen Betätigungsrichtung den Zylinderraum größerer Druckfläche sowohl mit der Druckquelle als auch mit dem Zylinderraum kleinerer Druckfläche, wobei aber beide Zylinderräume vom Tank abgetrennt sind.

c) Das Betätigungsorgan ist mit beiden Steuerventilen derart verbunden, daß die Betätigungsrichtung der Steuerventile jeweils entgegengesetzt ist.

Wenn das Betätigungsorgan in einer Richtung verstellt wird, erhält der Raum kleinerer Druckfläche des einen Arbeitszylinders die Druckflüssigkeitsmenge Q. Aus seinem Raum größerer Druckfläche fließen zwei Q in den Tank zurück. Dem Raum größerer Druckfläche des anderen Arbeitszylinders werden gleichzeitig die Druckflüssigkeitsmenge Q von der Druckquelle und die aus dessen Raum kleinerer Druckfläche herausgedrückte Menge Q, insgesamt also zwei Q, zugeführt. In beiden Meßpfaden wird daher die gleiche Menge, nämlich Q, gemessen. Wird das Betätigungsorgan in die andere Richtung verstellt, ergeben sich dieselben Wirkungen beim jeweils anderen Arbeitszylinder. Auf diese Weise erhält man in beiden Betätigungsrichtungen dieselben Verhältnisse.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß jedes Steuerventil nur Funktionen hat, die dem zugehörigen Arbeitszylinder zugeordnet sind. Auch der diesem Arbeitszylinder zugeordnete

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Teil der Meßanordnung ist vom anderen Steuerventil unabhängig. Man kann daher die genannten Teile in einer Einheit zusammenfassen.

Mit besonderem Vorteil weist daher das Steuergerät zwei einander gleiche Steuereinheiten auf, die mit je einem Steuerventil, einer Meßvorrichtung mit einem Durchflußpfad, insbesondere einem Meßmotor zur Nachlaufsteuerung des Steuerventils, sowie einem Druckquellenanschluß, einem Tankanschluß und zwei Arbeitszylinderanschlüssen ausgestattet sind. Diese Steuereinheiten brauchen lediglich auf der Seite des Betätigungsorgans miteinander gekuppelt zu werden. Diese Steuereinheiten lassen sich wesentlich rationeller fertigen als Steuergeräte, die sämtliche Funktionen enthalten. Man kann sogar handelsübliche Steuereinheiten verwenden, wobei lediglich geringfügige Änderungen am Steuerventil vorzunehmen sind. Besonders empfehlenswert sind hierbei solche Steuereinheiten, wie sie beispielsweise in DT-PS 1 293 029 beschrieben sind.

In der Neutralstellung der Steuerventile kann in beiden Steuereinheiten eine direkte Verbindung zwischen Pumpe und Tank vorhanden sein, was sich bei einzelnen Steuereinheiten bereits bewährt hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Steuereinheiten Steuerventile auf, die mittels einer drehbaren Welle betätigt werden, und es ist ein Getriebe vorgesehen, das die Drehbewegung eines Lenkhandrades den drehbaren Wellen in entgegengesetztem Betätigungssinn zuführt.

Hierbei können die drehbaren Wellen aufeinander zu gerichtet und direkt miteinander gekuppelt sein und das Lenkhandrad kann die Wellen gemeinsam über das Getriebe antreiben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispxels näher erläutert. Es zeigen:

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ORlGi^AL INSPECTED

Fig. 1 Schaubilder der verwendeten Steuereinheiten in verschiedenen Arbeitsstellungen und

Fig. 2 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Steuereinheit 1 weist ein Steuerventil 2, eine drehbare Betätigungswelle 3, die durch ein Betätigungsorgan 4 verstellt werden kann, und eine Meßvorrichtung 5, hier einen Meßmotor, mit einer Ausgangswelle 6, auf. Es gibt einen Druckquellenanschluß 7 für eine Purapenleitung 8, einen Tankanschluß 9 für eine Tankleitung 10 und zwei Arbeitszylinderanschlüsse 11 und 12 für Arbeitsleitungen 13 bzw. 14. Diese Steuereinheitarbeitet in der Weise, daß bei einer Verstellung des Betätigungsorgans 4 das Steuerventil 2 den Pumpenanschluß 7 mit einem der Arbeitszylinderanschlüsse und 12 verbindet und der Meßmotor 5, über den dann die Druckflüssigkeit von der Druckquelle her zum Arbeitszylinder strömt, über die Ausgangswelle 6 eine Nachführung bewirkt, so daß das Steuerventil schließt, wenn das Betätigungsorgan 4 nicht mehr gedreht wird.

Fig. 1b zeigt die Neutralstellung des Steuerventils 2, in der der Druckquellenanschluß 7 und der Tankanschluß 9 unmittelbar miteinander verbunden sind. Bei einer Drehung des Betätigungsorgans 4 nach der einen Richtung ergibt sich die Arbeitsstellung nach Fig. 1a, bei der der Arbeitszylinderanschluß 11 sowohl mit dem Druckquellenanschluß 7 als auch mit dem Arbeitszylinderanschluß 12 verbunden ist, während der Tankanschluß 9 abgesperrt ist. In der anderen Drehrichtung des Betätigungsorgans 4 nimmt das Steuerventil 2 die Stellung nach Fig. 1c an, bei der der Druckquellenanschluß 7 mit dem Arbeitszylinderanschluß 12 und der Tankanschluß 9 mit dem Arbeitszylinderanschluß 11 in Verbindung steht.

In Fig. 2 sind zwei Steuereinheiten 1a und 1b vorgesehen, die beide den Aufbau nach Fig. 1 haben. Der Meßmotor 5 ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Es werden dieselben

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Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, jedoch mit a oder b versehen. Jede Steuereinheit wird von einer eigenen Pumpe 15a bzw. 15b versorgt und hat einen eigenen Tank 16a bzw. 16b. Es kann jedoch auch eine gemeinsame Pumpe und ein gemeinsamer Tank vorgesehen werden.

Der Steuereinheit 1a ist ein Arbeitszylinder 17a zugeordnet, der einen Kolben 18a mit Kolbenstange 19a zugeordnet ist. Die Druckfläche F1 des Kolbens 18a ist doppelt so groß wie die Druckfläche f2 auf der die Kolbenstange 19a tragenden Seite. Infolgedessen ergibt sich ein Zylinderraum 20a größerer Druckfläche und ein Zylinderraum 21a kleinerer Druckfläche. Der Steuereinheit 1b ist ein entsprechender Arbeitszylinder 17b mit den genannten Teilen 18b - 21b zugeordnet. Die beiden Kolbenstangen sind gelenkig mit einer Traverse 22 verbunden, die um ein Gelenk 23 schwenkbar ist und beispielsweise zu lenkende Räder 24 und 25 trägt.

Die beiden drehbaren Wellen 3a und 3b sind miteinander gekuppelt. Das Betätigungsorgan 4 wirkt über ein Getriebe 26 auf beide Wellen 3a und 3b. Wenn diese sich gemeinsam drehen, werden wegen des gleichen Aufbaus der Steuereinheiten die Steuerventile in unterschiedlicher Betätigungsrichtung gedreht.

In Fig. 2 ist vorausgesetzt, daß das Betätigungsorgan 4 in einer Richtung verdreht worden ist, so daß das Steuerventil der Steuereinheit 1a die Stellung nach Fig. 1a und das Steuerventil der Steuereinheit 1b die Stellung nach Fig. 1c einnimmt. Dann fördert die Pumpe 15a die Druckflüssigkeitsmenge Q über den Meßmotor 5 in den Zylinderraum 22a größerer Druckfläche. Bei einer Verstellung des Kolbens 18a wird die aus dem Zylinderraum 21a kleinerer Druckfläche verdrängte Flüssigkeitsmenge Q über das Steuerventil ebenfalls in den Zylinderraum 20a geleitet. Durch die Arbeitszylinderleitung 13a fließen daher zwei Q. Die Pumpe 15b fördert ebenfalls die Menge Q über den Meßmotor 5 und weiter in den Zylinderraum 21b kleinerer Druck-

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fläche. Gleichzeitig wird die Menge 2Q aus dem Zylinderraum 20b größerer Druckfläche in den Tank abgeführt. In der Zuleitung von der Druckquelle zum jeweiligen Zylinder ist daher eine Meßvorrichtung angeordnet. Beide Meßvorrichtungen führen die gleiche Druckflüssigkeitsmenge.

Wenn nun das Betätigungsorgan 4 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, nimmt das Steuerventil der Steuereinheit 1a die Stellung der Fig. 1c und das Steuerventil der Steuereinheit 1b die Stellung der Fig. 1a ein. Damit kehren sich die Verhältnisse bei den Arbeitszylindern 17a und 17b mit bezug auf Fig. 2 um. Trotzdem werden aber gleiche Mengen von den Pumpen abgegeben und von den Meßmotoren gemessen.

Das beschriebene Steuersystem eignet sich zur Steuerung von kleinen und großen Land- und Wasserfahrzeugen und überall dort, wo zwei Arbeitszylinder vorhanden sind, die mechanisch miteinander verbunden sind und zwei unabhängig voneinander wirkende hydraulische Kreise verwendet werden sollen.

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Leerseite

Claims

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1. Hydraulisches Steuersystem für zwei Arbeitszylinder, deren Kolben über ihre Kolbenstangen mechanisch miteinander verbunden sind und je unterschiedlich große Druckflächen haben, mit einem Steuergerät, das je ein Steuerventil für jeden Arbeitszylinder aufweist, welches mittels eines Betätigungsorgans, z. B. eines Lenkhandrades, und einer Heßanordnung verstellbar ist und bei Verlagerung aus der Neutralstellung je nach Verstellrichtung dem Zylinderraum größerer Druckfläche bzw. dem Zylinderraum kleinerer Druckfläche des zugehörigen Arbeitszylinders Druckflüssigkeit zuführt, wobei die Meßanordnung zwei Durchflußpfade hat, über die jeweils die von der Druckquelle zu einem der beiden Arbeitszylinder geführte Druckflüssigkeit, und zwar in jeweils gleicher Menge, strömt, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

g) Die Druckflächen (F1, F2), jedes Kolbens (18a, 18b) stehen im Verhältnis 2:1, wobei jeweils gleichzeitig die größere Druckfläche des einen und die kleinere Druckfläche des anderen Kolbens mit Druckflüssigkeit beaufschlagt sind.

b) Das Steuerventil (2) verbindet in der einen Betätigungsrichtung den Zylinderraum (20b) größerer Druckfläche mit dem Tank (16b) und den Zylinderraum (21b) kleinerer Druckfläche mit der Druckquelle (15b) und in der anderen Betätigungsrichtung den Zylinderraum (20a) größerer Druckfläche sowohl mit der Druckquelle (15a) als auch mit dem Zylinderraum (21a) kleinerer Druckfläche, wobei aber beide Zylinderräume vom Tank (16a) abgetrennt sind.

c) Das Betätigungsorgan (4) ist mit beiden Steuerventilen (2a, 2b) derart verbunden, daß die Betätigungsrichtung der Steuerventile jeweils entgegengesetzt ist.

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ORIGINAL IMSPECTED

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (2) einander gleiche Steuereinheiten (1a, 1b) aufweist, die mit je einem Steuerventil (2), einer Meßvorrichtung (5) mit einem Durchflußpfad, insbesondere einem Meßmotor zur Nachlaufsteuerung des Steuerventils, sowie einem Druckquellenanschluß (7), einem Tankanschluß (9) und zwei Arbeitszylinderanschlüssen (11, 12)ausgestattet sind.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Steuereinheiten (1a, 1b) in der Neutralstellung der Steuerventile eine direkte Verbindung zwischen Pumpe und Tank vorhanden ist.

4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten (1a, 1b) Steuerventile (2a, 2b) aufweisen, die mittels einer drehbaren Welle (3a, 3b) betätigt werden, und daß ein Getriebe (26) vorgesehen ist, das die Drehbewegung eines Lenkhandrades (4) den drehbaren Wellen in entgegengesetztem Betätigungssinn zuführt.

5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Wellen (3a, 3b) aufeinander zu gerichtet und direkt miteinander gekuppelt und daß das Lenkhandrad (4) die Wellen gemeinsam über das Getriebe (26) antreibt.

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