DE2911118A1

DE2911118A1 - Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE2911118A1
Application number: DE19792911118
Authority: DE
Inventors: Gerald W Bernhoft; Thomas J Limbach
Original assignee: Koehring Co
Current assignee: Koehring Co
Priority date: 1978-03-27
Filing date: 1979-03-21
Publication date: 1979-10-04
Also published as: ES478873A1; JPS54132080A; US4165613A

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THB EUROPEAN PATENT OFFICB MANDATAIRES ACKUtS PRES !.'OFFICE EUROPEAN DES BREVETS

rR.-ING. FRANZ VUESTHOFF

DR, PHIL. FREDA VUESTHOFF (1927-I9J6) DIPL.-ING. GERHARD PULS (19J2-1971) DIFL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.J DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE

telefon: (089) 6620 ji telegramm: protectpatent telex: 524070

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Anmelder:

Koehring Company

Executive Drive,

Brookfield, Wisconsin 53005, USA

Titel:

Regelvorrichtung

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PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUROPiEN DES BREVETS

LR.-INO. BRANZ WUESTHOFF DR. PHIL. FREDA WUESTHOFF (1927-I9J6) DIPL.-ING. GERHARD PULS (1552-1971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 6620 ji
telegramm: protectpatent telex: j 24070

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Beschreibung

Regelvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Regelvorrichtung für einen Bagger und bezieht sich insbesondere auf eine hydraulische Regelvorrichtung, welche den zur Verfügung stehenden Strom eines hydraulischen Fluids selbsttätig auf mehrere fluidbetriebene Betätigungsvorrichtungen aufzuteilen vermag, wenn die verlangte Fluiddurchflußrate den zur Verfügung stehenden Fluidzustrom übersteigt.

Es existieren heute zahlreiche Arten von hydraulisch betätigten Baumaschinen. Beispielsweise sind hydraulisch betriebene Kräne, Bagger, Walzen u.dgl. in der Bauindustrie übliche Baumaschinen. Diese hydraulisch gesteuerten Maschinen weisen gewöhnlich hydraulische Betätigungsvorrichtungen oder fluidbetriebene bzw. Hydromotoren für die Ausführung mehrerer Funktionen auf, die gleichzeitig auftreten können. Beispielsweise kann bei einem Bagger der Ausleger hochgestellt oder abgesenkt, der Ausleger abgewinkelt oder abgeknickt und ein

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am Erdreich angreifender löffel in bezug auf das distale Ende des Auslegers abgewinkelt oder abgeknickt werden. Jede dieser Funktionen wird von einem anderen hydraulischen Arbeitszylinder ausgeführt, und alle Funktionen können gleichzeitig auftreten.

Bei der Konstruktion solcher hydraulisch gesteuerter bzw. betriebener Maschinen ist es unpraktisch, einen Antriebsmotor und eine Fluiddruckquelle vorzusehen, die eine ausreichende Durchflußkapazität hätte, um alle hydraulischen Betätigungsvorrichtungen bei ihrem maximalen Durchflußratenbedarf versorgen zu können. Das Unpraktische eines solchen Vorhabens ist zum Teil bedingt durch den Aufwand und das Gewicht des Motors und der Pumpen, die hierbei erforderlich wären. Es ist daher von Vorteil, wenn eine Fluiddruckquelle und ein zugehöriger Antriebsmotor vorgesehen werden, deren Förderleistung kleiner ist als der zusammengefaßte Maximalstrom, der benötigt wird, wenn jede fluidbetriebene Betätigungsvorrichtung mit maximalem Bedarf arbeitet. Wenn jedoch der Gesamtbedarf der Betätigungsvorrichtungen die vorhandene Pumpenförderleistung übersteigt, wird die Betätigung der hydraulisch gesteuerten bzw. betriebenen Geräte unregelmäßig: es kann beispielsweise sein, daß der am höchsten belastete Fluidmotor eine weitere Ausfahrbewegung praktisch stoppt, bis eine weniger stark belastete Betätigungsvorrichtung das Ende ihres Betätigungshubes erreicht hat. Eine derartig abrupt wechselnde Verteilung des Fluidstromes zwischen der Vielzahl von Betätigungsvorrichtungen ruft, vom Bedienungsstand aus betrachtet, einen abrupten Wechsel in der Verhaltenscharakteristik der Maschine hervor. Zudem können solche abrupte Wechsel beim Arbeiten mit sehr beschränkter Bewegungsfreiheit zu unbeabsichtigter Beschädigung entweder der Maschine oder einer benachbarten Konstruktion o.dgl. führen.

In der Vergangenheit ist versucht worden, die Leistung einer Pumpe von veränderbarem Hub bzw. einer Verstellpumpe an den Fluidstrombedarf mehrerer hintereinandergeschalteter druckentlasteter Ventile anzupassen. Bei einer Ausführungsform

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durchströmt der Abstrom aus den druckentlasteten Ventilen eine Drosselstelle, die einen Differentialdruck erzeugt, welcher ein hydraulisch gesteuertes Vorsteuerventil betätigt. - Das Vorsteuerventil bewirkt eine entsprechende Bewegung eines Pluid-Verstellers, der den Hub einer Verstellpumpe vergrößert oder verkleinert. Hierzu sei beispielsweise auf die US-PS 3 863 448 verwiesen.

Eine solche Vorrichtung nimmt keine Nachstellung der Steuerung der Vielzahl von Betätigungsvorrichtungen vor, wenn ihr zusammengefaßter Durchsatz die maximale zur Verfügung stehende Leistung bzw. Fördermenge der Verstellpumpe übersteigt. Außerdem ist mit der Vielzahl von Fluid-BeS-tigungsvorrichtungen keine Beibehaltung der Durchflußmengenverhältnisse verbunden.

Viele der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bestehen auch, wenn mehrere, Betätigungsvorrichtungen zugeordnete Regelventile strömungsbezogen parallelgeschaltet sind. Bei einer älteren Vorrichtung regulieren mehrere, in geschlossenem System (closed center) arbeitende Regelventile einen pneumatischen Vorsteuerdruck in Abhängigkeit von zwei Parametern, nämlich vom Durchflußraten-Gesamtbedarf der Fluid-Betätigungsvorrichtungen und vom maximalen Druck, der auf irgendeine der Fluid-Betätigungsvorrichtungen wirkt. Hierzu sei beispielsweise auf die US-PS 3 987 622 verweisen. -

Vorrichtungen zum Erfassen des in einer hydraulischen Anlage ausgeübten Maximallastdruckes müssen groß und kräftig sein, um sehr hohen hydraulischen Drücken standhalten zu können, die sich dem für ein Gerät konstruktiv festgelegten Maximaldruck nähern. Aufgrund der Notwendigkeit, mit den hohen Drücken umzugehen, und der Schwierigkeiten hinsichtlich der erforderlichen Abdichtung sind außerdem die zur Ausführung der Regelfunktionen benötigten Bauteile auch übermäßig teuer.

Es folgt daraus, daß nach wie vor Bedarf an einem wirklich wirksamen Regelsystem besteht, das mehrere gleichzeitig betätigte hydraulische Motoren so zu regeln vermag, daß die

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Bewegung aller Betätigungsvorrichtungen bei rationellem Einsatz von Pumpen proportional eingestellt und verlangsamt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Niederdruck-Regelsystem zu schaffen, das nach dem Durchfluß-Prinzip arbeitet, so daß das unter Druck gesetzte Fluid ständig ohne Verzögerung zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere pneumatisch gesteuerte, nach dem Durchfluß-Prinzip arbeitende, druckentlastete Fluid-Leistungs-Regelventile mit einer Fluid-Kraftquelle in Fluidverbindung stehen und hintereinandergeschaltet sind. Jedes der Fluid-Leistungs-Regelventile betätigt eine zugehörige Fluid-Betätigungsvorrichtung..Ferner sind mehrere relais-gesbeuerte Vorsteuerventile und ein handgesteuertes Vorsteuerventil mit einer Quelle für pneumatischen Druck und mit einem zugehörigen pneumatischen Versteller für das zugehörige Fluid-Leistungs-Regelventil verbunden.

Um den Bedarf der Vielzahl von Fluid-Betätigungsvorrichtungen im Vergleich zu der zur Verfügung stehenden Durchflußkapazität der Fluidquelle ermitteln zu können, ist mit der Auslaßöffnung des in der Hintereinanderschaltung letzten Fluid-Leistungs-Regelventils eine Durchflußraten-Meßvorrichtung verbunden. Bei der nach dem Durchfluß-Prinzip gestalteten Ausbildung der Fluid-Leistungs-Regelventile wird aus dem letzten der Regelventile solange unter Druck stehendes Fluid ausgestoßen, wie der Fluidbedarf kleiner ist als die Pumpenkapazität. Wenn andererseits an der Ablaßöffnung kein Fluid ausströmt, übersteigt der Fluidbedarf die Fluidkapazität. Die Durchflußraten-Meßvorrichtung gibt ein hydraulisches Signal an ein hydraulisch gesteuertes Pneumatikdruck-Regelventil ab, welches in eine Pneumatikdruck-Zuleitung eingebaut ist, die die Vielzahl von Vorsteuer-Relaisventilen und das Vorsteuerventil mit der Quelle für pneumatischen Druck verbindet, und den Druck des pneumatischen Fluids herabsetzt.

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Urn die Stabilität des Pneumatikdruck-Versorgungssystems bei Vorhandensein des druckmindernden Regelventils zu erhöhen, kann letzterem ein Drosselrückschlagventil in Strömungsrichtung nachgeschaltet sein.

Durch die Ausbildung der Fluidkraft-Quelle mit einer festen Minimumdurchflußrate, die auf eine Maximumdurchflußrate erhöht werden kann, hat das Regelsystem eine ständig verfügbare Druckhöhe, die von den Fluid-Leistungs-Regelventilen zum Steuern der entsprechenden Fluid-Betätigungsvorrichtungen benutzt werden kann.

Durch die Auslegung der Fluidkraft-Betätigungsvorrichtungen und ihrer zugehörigen Relais- und Regelventile in der Weise, daß die Betätigungsvorrichtung mit dem niedrigsten maximalen Fluidstrombedarf der Fluidkraft-Quelle am nächsten und die Betätigungsvorrichtung mit fern höchsten maximalen Fluidstrombedarf am weitesten von ihr entfernt angeordnet ist, sind außerdem die Fluidstrombedarfsanforderungen normalerweise so eingeteilt, daß sie die Maximalkapazität der Fluid-Kraftquelle nicht tibersteigen. Auf diese Weise werden die Maximalbedarfsanforderungen der Fluidkraft-Betätigungsvorrichtungen verbessert. ■

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischer Zeichnung näher erläutert, die eine er— findungsgemäß aufgebaute hydraulische Schaltungsanordnung zeigt.

Gemäß der Zeichnung hat eine Fluid-Kraftquelle 20 eine Festhub-Pumpe 22 und eine Pumpe mit veränderbarem Hub bzw. eine Verstellpumpe 24. Die beiden Pumpen 22 und 24 haben Strömungsverbindung mit einem Behälter 26 und einer Zuleitung 28 und sind zwischen diese parallelgeschaltet. Die- Festhub-Pumpe .22 liefert kontinuierlich Fluid mit einer ersten Durchflußrate, die konstant ist. Angesichts der strömungsbezogenen Parallelschaltung der Verstellpumpe 24 und der Festhub-Pumpe 22 ist

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die Fluid-Kraftquelle 20 in der Lage, einen Strom von unter Druck stehendem Fluid mit einer Durchflußrate zu liefern, die zwischen einem durch die erste Durchflußrate der Festhub-Pumpe 22 bestimmten Minimalbetrag und einem Maximalbetrag liegt, der durch die zusammengefaßten Maximaldurchflußraten der Festhub-Pumpe 22 und der Verstellpumpe 24 bestimmt ist.

Die Fluid-Kraftquelle 20 liefert einen Strom hydraulischen Fluids durch die Zuleitung 28 hindurch an eine Ventil-Gruppe 30, die drei Fluid-Leistungs-Regelventile 32, 34 und 36 aufweist. Das erste Fluid-Leistungs-Regelventil 32 steuert eine erste -Fluid-Betätigungsvorrichtung 38, welche beispielsweise die Abwinkel- oder Abknickbewegung eines Baggerlöffels bewirken kann. Das zweite Fluid-Leistungs-Eegelventil 34 steuert eine zweite Fluid-Betätigungsvorrichtung 40, welche beispielsweise die Abwinkel- bzw. Abknickbewegung eines Baggerauslegers bewirken kann. Das dritte Fluid-Leistungs-Regelventil 36 steuert eine dritte Fluid-Betätigungsvorrichtung 42, welche die Höhenlage eines Baggerauslegers regulieren kann. Folglich steuert jedes der Fluid-Leistungs-Regelventile 32, 34 und 36 eine entsprechende Fluid- bzw. Fluidkraft-Betätigungsvorrichtung 38, 40 bzw. 42, die beim gezeigten Beispiel als hydraulischer Arbeitszylinder ausgebildet ist.

Die drei Fluid-Leistungs-Regelventile 32, 34 und 36 unterscheiden sich voneinander grundsätzlich durch ihre entsprechende Kapazität zur Verarbeitung von hydraulischem Fluid. Das erste Fluid-Leistungs-Regelventil 32 erfordert die niedrigste Durchflußkapazität, da es an die Fluidkraft-Betatigungsvorrichtung 38 für die Löffel-Knickbewegung angeschlossen ist. Das zweite Fluid-Leistungs-Regelventil 34 hat eine höhere Durchflußkapazität, da es an die Betätigungsvorrichtung 40 für die Steuerung der Ausleger-Knickbewegung angeschlossen ist. Das dritte Regelventil 36 hat die größte Durchflußkapazität von allen und ist an die Betätigungsvorrichtung 42 für die Hub- und Senkbewegung ces Auslegers angeschlossen. Durch die Anordnung von einzelnen Ventilen in der Ventil-Gruppe 30 in der

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Weise, daß das Regelventil mit der kleinsten Durchflußkapazität, nämlich das Regelventil 32, der Fluid-Kraftquelle 20 am nächsten angeordnet ist und das Regelventil 36 mit der größten Kapazität bzw. Leistung von der Fluid-Kraftquelle 20 am weitesten entfernt angeordnet ist, werden die Fluidkraft-Betätigungsvorrichtungen mit kleinerem Bedarf zuerst zufriedengestellt, und jedes Defizit zwischen Bedarf und Deckung macht sich an der Betätigungsvorrichtung 42 für die Hub- und Senkbewegung bemerkbar.

Jedes der Pluid-Leistungs-Regelventile 32, 34 und 36 hat denselben Aufbauj zu ihrer Erläuterung genügt daher die Beschreibung beispielsweise des Regelventile 34. Dieses ist ein stufenlos einstellbares, druckentlastetes und pneumatisch gesteuertes Fünfwege-Regelventil, das nach dem Durchfluß-Prinzip arbeitet. Das Durchfluß-Prinzip ist beim Regelventil 34 durch die Fluidverbindung zwischen einer Treibfluid-Einlaßöffnung 34a und einer Treibfluid-Ablaßöffnung 34d verwirklicht. Eine Ablaßöffnung 34b ist ständig mit einem Behälter 44 verbunden, in den beim Verstellen des Regelventils 34 aus der gezeichneten Ruhe- oder Mittelstellung heraus nach beiden Seiten Fluid ausgestoßen wird.

Die Fluidkraft-Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 sind ebenfalls einander gleich, und die Beschreibung der herausragenden Merkmale einer von ihnen ist für alle gültig. Bei der Betätigungsvorrichtung 40 ist eine stangenseitige Kammer an eine leistungsgesteuerte Öffnung 34c und eine zylinderseitige Kammer an eine gesteuerte Auslaßöffnung·34e des Regelventils 34 angeschlossen. Die Zuführung von pneumatischem Druck zu einem pneumatischen Versteller 34f bewirkt, daß sich das Regelventil 34 nach rechts bewegt und dadurch eine Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 34a und der Öffnung 34c herstellt und die Betätigungsvorrichtung 40 zurückzieht. Umgekehrt wird durch Zuführen von pneumatischem Druck zu einem Verateller 34g das Regelventil 34 nach links bewegt, wobei es eine yiuidverbindung zwischen der Einlaßöffnung 34a und der Auslaßöffnung 34e herstellt, um die Betätigungsvorrichtung 40

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Vorsteuerdruck zum Betätigen der pneumatischen Versteller 32f, 32g, 34f, 34g, 36f und 36g ist von einer pneumatischen Kraftquelle 50 lieferbar, die beispielsweise einen zweckdienlichen, herkömmlichen Kompressor aufweisen kann, der Luft mit einem Druck von etwa 6,33 kp/cm über Atmosphärendruck zu liefern vermag. Die Kraftquelle 50 für pneumatischen Druck ist an eine Leitung 52 angeschlossen, die sich in zwei Zweigleitungen 54 und 56 verzweigt.

Die Zweigleitung 54 leitet pneumatisches Fluid mehreren Relaisventilen 70, 72, 74 und 76 zu, die ein Umsetzverhältnis von 1:3 aufweisen. Jedes der Relaisventile 70, 72, 74 und 76 ist mit einem zugehörigen pneumatischen Versteller 32f, 32g, 34f oder 34g eines der Regelventile 32 und 34 verbunden. Mit den Relaisventil en 70, 72, 74 und 76 ist je ein mit dem Daumen betätigbares Ventil bzw. Vorsteuerventil 58, 60, 62 bzw. 64 verbunden, von denen jedes manuell betätigbar ist, um den Vorsteuerdruck des zugehörigen Relaisventils 70, 72, 74 bzw. 76 zu verändern. In ähnlicher Weise ist ein manuell betätigbares Vorsteuerventil 66 mit einem entsprechenden pneumatischen Versteller - 36f oder 36g - verbunden und vermag die Ausfahrbewegung der entsprechenden Betätigungsvorrichtung 42 zu steuern.

Jedes der Vorsteuerventile 58, 60, 62 und 64 hat im wesentlichen denselben Aufbau, und es genügt daher, eines von ihnen ausführlich zu beschreiben. Das Vorsteuerventil 62 ist ein als manuell betätigbares, stufenlos einstellbares Dreiwege-Ventil ausgebildetes Vorsteuerdruck-Regelventil. Es hat drei Öffnungen 62a, 62b und 62c. An die erste öffnung 62a ist eine entsprechende, von der Niederdruck-Kraftquelle 50 ausgehende Zuleitung 55 angeschlossen. Die zweite Öffnung 62b ist mit dem entsprechenden Relaisventil 74 verbunden, welches seinerseits an das entsprechende pneumatisch gesteuerte Fluid-Leistungs-Regelventil 34 angeschlossen ist. Die dritte öffnung 62c ist stets ine Freie entlüftet. Beim Niederdrücken des Vorsteuerventils 62 von Hand wird dem Relaisventil 74 allmählich

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pneumatischer Druck zugeführt, um eine sich verändernde Kraft zu erzeugen, die den Steuerschieber des Regelventils 34 nach rechts drängt. Während des Dosierens führen die Vorsteuerventile 58, 60, 62 und 64 ständig Luft ab, und es ist daher von Vorteil, wenn sie mit verringertem Druck betrieben werden, da die Relaisventile 70, 72, 74 und 76 zum Verstärken benutzt werden. Da das Vorsteuerventil 66 zum Steuern des ihm zugeordneten Regelventils 36 keinen verringerten Druck benötigt, wird ihm derselbe Druck wie den Relaisventilen 70, 72, 74 und 76 zugeführt.

Da die Fluid-Leistungs-Regelventile 32 und 34 Steuerkräfte von derselben Größe wie beim Regelventil 36 erfordern, strömt der federn Vorsteuerventil 58, 60, 62 und 64 zugeführte pneumatische Druck durch ein entsprechendes Relaisventil 70, 72, 74 bzw. 76, in welchem der penumatisehe Druck auf etwa das Dreifache seines Vorsteuerdruckes erhöht-wird. Auf diese Weise kann für die Versorgung von mehreren Fluid-Leistungs-Regelventilen, die verschiedene VorSteuerdrücke benötigen, eine Druckquelle verwendet werden.

Während des Arbeitens der Vielzahl von Fluid-Leistungs-Regelventilen 32, 34 und 36 wird die relative Größe der verlangten Fluid-Leistung im Vergleich zu der von der Pumpe bzw. der Kraftquelle 20 gelieferten Fluid-Leistung durch die Rate angegeben, mit &r unter Druck gesetztes hydraulisches Fluid aus der Ablaßöffnung 36d des letzten Regelventils 36 in der hintereinandergeschalteten Ventil-Gruppe 30 austritt. Die Ablaßöffnung 36d ist mit einem Tank 80 direkt verbunden, in den das Fluid austritt.

Die Durchflußrate des an der Ablaßöffnung 36d austretenden hydraulischen Fluids ist mit einer beim gezeigten Beispiel als Meßvorrichtung ausgebildeten Fühl vorrichtung 82 meßbar, die zwischen die Ablaßöffnung 36d und den üfank 80 in Reihe zwischengeschaltet ist. Die Fühl vorrichtung 82 hat eine Drosselstell· 83, welche bei kleiner Hydraulikfluid-Strömung

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ein Druckdifferential erzeugt. Mit der Drosselstelle 83 ist ein Entlastungsventil 85 parallelgeschaltet, das durch große Ströme hervorgerufene Druckabfälle zu mildern vermag, wenn durch die Regelventile 32, 34 und 36 weniger als der volle Bedarf der Pumpe verbraucht wird. Das Druckdifferential bildet ein hydraulisches Signal, welches über eine Leitung 84 einem hydraulischen Versteller 86 eines Pneumatikdruck-Regelventile 88 zuführbar ist. Das Pneumatikdruck-Regelventil 88 ist ein hydraulisch gesteuertes, stufenlos einstellbares Dreiwege-Ventil mit zwei Öffnungen 88a und 88b, die an die Leitung 52 angeschlossen sind, und einer dritten Öffnung 88c, welche ins Freie entlüftet. ' -

Solange die Durchflußrate des hydraulischen Fluids aus der Ventil-Gruppe 30 zur Leitung 81 von ausreichender Größe ist, wird ein hydraulisches Signal dem hydraulischen Versteller 86 zugeleitet, der das Regelventil 88 in seine linke Endstellung drängt, so daß die Verbindung zwischen der pneumatischen Kraftquelle 50 und den Relaisventilen 70, 72, 74 und 76 und dem Regelventil 66 nicht gedrosselt ist. Wenn Jedoch die Durchflußrate unter den im voraus festgelegten Wert absinkt, wird die Stärke des dem hydraulischen Versteller 86 zugeführten hydraulischen Signals verringert und das Regelventil 88 bewegt sich nach rechts, wodurch es den für die Relaisventile 70, 72, 74 und 76 und das Regelventil 66 zur Verfügung stehenden pneumatischen Druck reduziert.

Eine Herabsetzung des Vordruckes für die Relaisventile 70, 72, 74 und 76 und für das Regelventil 66 bewirkt eine Verringerung des den zugehörigen Fluid-Leistungs-Regelventilen 32, 34 und 46 tatsächlich zugeführten Steuerdruckes. Dementsprechend geht mit einer Verringerung des pneumatischen Vordruckes eine gleichzeitige und proportionale Stellungsänderung bei jedem der Fluid-Leistungs-Regelventile 32, 34 und 36 einher, um den resultierenden Strom zu vergrößern, der an der Ablaßöffnung 36d austritt und in die Leitung 81 einströmt. Dieses Nachstellen der Regelventile 32, 34 und 36 setzt sich fort, bis , sich die Durchflußrate in der Leitung 81 stabilisiert hat.

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Um jegliche Tendenz zu unstabilen, schwankenden Korrekturen des pneumatischen Vordruckes zu mildern, kann in Strömungsriohtung hinter dem Regelventil 88 und vor den Relaisventilen 70, 72, 74 und 76 und den Regelventilen 32, 34 und 36 für die Druckregelung ein zweckdienliches, herkömmliches Drosselruckschlagventil 90 in Reihe zwischengeschaltet sein. Das Drosselrückschlagventil 90 stabilisiert die in Wechselwirkung miteinander stehenden pneumatischen und hydraulischen Systeme, um weiches Verstellen der Regelventile 32, 34 und 36 sicherzustellen.

Im Betrieb werden durch manuelles Betätigen der entsprechenden Vorsteuerdruck-Regelventile bzw. Vorsteuerventile 58, 60, 62, 64 und 66 die verschiedenen hydraulischen Motoren bzw. Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 so gesteuert, daß sie entweder aus- oder einfahren. Wenn die von den drei Fluid-Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 verlangte Hydraulikfluid-Durchflußrate die von der Fluid-Kraftquelle 20 erzeugte maximal zur Verfügung stehende Fluid-Durchflußrate übersteigt, sinkt die Durohflußrate des aus der Ventil-Gruppe 30 in die Leitung 81 einströmenden hydraulischen Fluids unter einen im voraus festgelegten Wert. Dementsprechend wird ein hydraulisches Signal dem hydraulischen Versteller 86 des Pneumatikdruck- Regelventils 88 zugeleitet, das eine entsprechende Verringerung des den Relaisventilen 70, 72, 74 und 76 und dem Vorsteuerventil 66 zugeführten pneumatischen Druckes hervorruft.

Diese Druckverringerung wird jedem der Relaisventile 70, 72, 74 und 76 und dem Vorsteuerventil 66 gleichmäßig zugeführt und gelangt durch sie hindurch zum zugehörigen Fluid-Leistungs- Regelventil 32, 34 oder 36. Wenn der die Regelventile 32, 34 und 36 steuernde pneumatische Druck auf diese Weise reduziert wird, werden die Steuerschieber der Regelventile 32, 34 und 36 als Reaktion auf das niedrigere Druckniveau im pneumati schen Versteller 32f, 32g, 34f, 34g* 36f bzw. 36g gleich seitig nach- oder verstellt· Dementsprechend wird die von den Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 verlangte Gesamt-fluiddurohflußrate gleichzeitig verringert. Diese Arbeitsschrittfolge

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setzt sich fort, bis die Fluid-Durchflußrate in der Leitung 81 ein ausreichendes hydraulisches Signal in der Leitung 84 erzeugt, um das Pneumatikdruck-Regelventil 88 in einer konstanten Stellung zu halten.

Während des Nachstellens der Fluid-Leistungs-Regelventile 32, 34 und 36 in Abhängigkeit vom angezeigten Überbedarf an Fluid-Durchflußrate, arbeitet jede der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 in bezug auf die anderen in derselben Weise weiter, jedoch werden die Durchflußraten aller Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 im richtigen Verhältnis zueinander verringert. Dementsprechend besteht praktisch keine Möglichkeit, daß eine der Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 eine unverhältnismäßig hohe Durchflußrate erhält, die ihren Vorschub bewirkt, während-die Übrigen im wesentlichen stillstehen.

Außerdem läßt sich durch die Verwendung einer nach dem Durchfluß-Prinzip arbeitenden Ventil-Gruppe 30 für die Fluid-Kraftquelle 20 eine feste Minimum-Durchflußrate vorsehen, die im hydraulischen System kontinuierlich umgewälzt wird. Diese feste Minimum-Durchflußrate ist ausreichend groß, um-das Pneumatikdruck-Regelventil 88 in seine volle. Offenstellung zu stellen. Auf diese ,Weise steht für das Steuern der Regelventile 32, 34 und 36 der maximale pneumatische Druck zur Verfügung. Zudem wird die feste Minimum-Durchflußrate bzw. -menge stets umgewälzt und ist für das verzögerungsfreie Steuern der Betätigungsvorrichtungen 38, 40 und 42 sofort verfügbar.

Das Nachschalten von Relaisventilen 70, 72, 74 und 76 mit einem Umsetzverhältnis von 1:3 hinter die Vorsteuerventile 58, 60, 62 und 64 erlaubt die Verwendung einer einzigen Quelle 50 für pneumatisches Druckfluid, wodurch die Schwierigkeiten ausgeschaltet sind, die sich sonst im Zusammenhang mit mehreren Steuerdruck-Quellen ergeben.

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Durch den Einbau einer Fluidstrom-Stabilisierungsvorrichtung in Gestalt des Drosselrückschlagventils 90 in die Pneumatikdruck-Zuleitung 52 läßt sich in letzterer jede Tendenz zu schwankenden Änderungen, die sich aus auf die Fluidstromverteilung einwirkenden Druckeinstellungen ergeben, auf ein Mindestmaß herabsetzen oder ausschalten.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Erfindung ein Fluidkraft-Regelsystem schafft, welches den Überbedarf von hydraulischen Betätigungsvorrichtungen an eine hydraulische Anlage anpaßt, die eine Festhub- bzw. Konstantpumpe aufweisen kann.

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Claims

DR.-INC. FRANZ WUESTHOFF

PATENTANWÄLTE db.phii.fmdatuhsthoff (i,»t-i«6)

WUESTHOFF -ν. PECHMANN -BEHRENS -GOETZ dipl-ing. gerhard puls (!,,2-1971)

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PKOiESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGKEES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

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telefon: (089) 66 20 ji

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telex: j24070

IA-52 060 PATENTANSPRÜCHE

Regelvorrichtung zum Aufteilen eines Fluidzustromes auf mehrere Fluid-Betätigungsvorrichtungen, deren zusammengefaßte Durchflußraten-Kapazität die zur Verfügung stehende ■Durchflußrate des Fluidzustromes übersteigt, mit einer Fluidquelle, die unter Druck gesetztes Fluid zuführt, einer Vielzahl von Fluid-Leistungs-Regelventilen, die in einer Reihenschaltung in Fluidvertiindung mit der Fluidquelle stehen und deren zusammengefaßte Durchflußraten-Kapazität die maximale Ausgangs-Durchflußrate-übersteigt, und mit einer Vorsteuerdruck-Quelle zum Zuführen eines unter Druck gesetzten Vorsteuerfluides zum Steuern der Fluid-Leistungs-Regelventile bei einem vorbestimmten Druck, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühlvorrichtung (82) die Durchflußrate des aus der Vielzahl von Fluid-LeiBtungs-Regelventilen (32,34,36) austretenden Fluides zu erfassen und den vorbestimmten Steuerdruck zu verringern vermag, wenn die erfaßte Durchflußrate kleiner ist als ein im voraus gewählter Betrag, wobei der verringerte Steuerdruck die von den Fluid-Leistungs-Regelventilen (32,34,36) benötigte Durchflußrate auf die zur Verfügung stehende maximale Ausgangs-Durchflußrate so zu verkleinern vermag, daß der zur Verfügung stehende Strom auf die Vielzahl der Fluid-Leistungs-Regelventile (32,34,36) gleichmäßig aufgeteilt wird.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß jedes der Fluid-Leistungs-Regelventile (32,34,36) vorgesteuert und so ausgelegt ist, daß unter Druck gesetztes Fluid durch das Regelventil (32,34,36) in der Haupt Strömungsrichtung hindurchströmt, wenn das Regelventil (32,34,36) eine Mittelstellung einnimmt.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Aufteilen eines Fluidzustromes auf eine Vielzahl von Fluid-Betätigungsvorrichtungen, deren zusammengefaßte Durchflußraten-Kapazität die zur Verfügung stehende Durchflußrate des Fluidzustromes übersteigt, dadurch g ekennz e i c hnet , daß die Fluidquelle (20) zum Zuführen von unter Druck gesetztem Fluid eine Minimum-Ausgangsdurchflußrate, die größer ist als der Nullstrom, und eine Maximum-Ausgangsdurchflußrate hat, daß sämtliche Fluid-Leistungs-Regelventile (32,34,36), die in Hintereinanderschaltung mit der Fluidquelle (20) in Fluidverbindung stehen, eine zusammengefaßte Durchflußraten-Kapazität haben, welche die Maximum-Ausgangsdurchflußrate übersteigt, wobei Jedes Regelventil (32,34,36) vorgesteuert und so ausgelegt ist, daß unter Druck gesetztes Fluid durch das Regelventil (32,34,36) in der Hauptströmungsrichtung hindurchströmt, wenn das Regelventil (32,34,36) eine Mittelstellung einnimmt, daß die Vorsteuerdruck-Quelle (50) ein unter einem vorbestimmten Druck stehendes Vorsteuerfluid zuzuführen vermag, und daß jedes von mehreren Vorsteuer-Regelventilen (58,60,62,64,66) mit der Vorsteuerdruck-Quelle (50) und mit einem zugehörigen aus der Gesamtheit von Fluid-Leistungs-Regelventilen (32,34,36) in Verbindung steht und, wenn es sich bewegt, das entsprechende Fluid-Leistungs-Regelventil (32,34,36) zu steuern vermag.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Pumpe (22) mit festem Hub zum Liefern der Minimum-Durchflußrate und durch eine Verstellpumpe (24), die entsprechend den Fluidstrom-Anforderungen der Fluid-Leistungs-Regelventile (32,34,36) zwischen einer Maximum- und einer Minimumabgabe verstellbar ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung (82) einen Signalerzeuger (Drosselstelle 83), der ein die Ausgangs-Fluiddurchflußrate darstellendes Fluidsignal zu erzeugen vermag, und ein Regelrelais (Regelventil 88) hat, welches das Fluidsignal zu empfangen und abhängig davon den Druck der Steuerdruck-Quelle (50) zu verringern vermag.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fluidstrom-Stabilisierungsvorrichtung (Drosselrückschlagventil 90)-so angeschlossen ist, daß sie mit mehreren Relaisventilen (70,72,74,76) und.

dem der Vorsteuerdruck-Queile (50) nachgesohalteten Vorsteuerdruck-Regelventil (88) in Verbindung steht.
7. Verrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung (82) einen Signalerzeuger (Drosselstelle 83), der ein die Ausgangs-Fluiddurchflußrate darstellendes Fluidsignal zu erzeugen vermag, und ein Regelrelais (Regelventil 88) hat, welches das Fluidsignal zu empfangen und abhängig davon den Druck der Steuerdruck-Quelle (50) zu verringern vermag.
8. Bagger mit einem abknickbaren Ausleger, einem abknickbaren Löffel und einer Regelvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- eine Betätigungsvorrichtung (42) zum Heben und Senken des Auslegers, . ... .

- eine Beßtigungsvorrichtung (40) für die Knickbewegung des Auslegers,

- eine Betätigungsvorrichtung (38) für die Knickbewegung des Löffels in bezug auf den Ausleger,

- eine Pumpe (22) mit festem Hub und begrenzter Ausgangsdurchflußrate,

- eine hydraulische Pumpe (24) mit veränderbarem Hub und einer maximalen Ausgangsdurchflußrate, die mit der hydraulischen Pumpe (22) mit festem Hub auf die Strömung bezogen parallelgeschaltet ist, -

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- eine Ventil-Gruppe (30), die mit der Festhub-Pumpe (22) und der Verstellpumpe (24) in Verbindung steht und die zusammengefaßte Pumpen-Ausgangsdurchflußrate auf die Hub- und Senk-Betatigungsvorrichtung (42), die Knickbewegungs-Betätigungsvorrichtung (40) und die Löffel-Betätigungsvorrichtung (38) aufzuteilen vermag und ein erstes vorgesteuertes Ventil (Regelventil 32), das mit der Löffel-Betätigungsvorrichtung (38) verbunden ist, ein zweites vorgesteuates Ventil (Regelventil 34), das mit der Ausleger-Betätigungsvorrichtung (40) verbunden ist, und ein drittes vorgesteuertes Ventil. (Regelventil 36)» das mit der Hub- und Senk-Betätigungsvorrichtüng (42) verbunden ist, aufweist, wobei Jedes der Regelventile (32,34,36) eine entsprechende Maximalbedarf-Durchflußrate hat und so ausgelegt ist, daß nichtgebrauchtes hydraulisches Fluid in der Hauptströmungsrichtung durch das Regelventil (32,34,36) hindurchströmt, und die zusammengefaßten Maximalbedarf-Durchflußraten der drei Regelventile (32,34,36) die Summe der begrenzten Ausgangsdurchflußrate plus der maximalen Ausgangsdurchflußrate übersteigen, -eine Quelle (50) für pneumatischen Druck, die unter einem vorbestimmten Druck stehendes Vorsteuerfluid zuzuführen vermag, und durch
- mehrere Vorsteuer-Regelventile (70,72,74,76) von denen jedes mit der Quelle (50) für pneumatischen Druck und einem zugehörigen Regelventil (32,34,36) in der Ventil-Gruppe (30) in Verbindung steht und, wenn es sich bewegt, das zugehörige Regelventil (32,34,36) zu steuern vermag.
9. Bagger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung (82) einen Signalerzeuger (Drosselstelle 83), der ein die Ausgangs-Fluiddurchflußrate darstellendes Fluidsignal zu erzeugen vermag, und ein Regelrelais (Regelventil 88) hat, welches das Fluidsignal zu empfangen und abhängig davon den Druck der Steuerdruck-Quelle (50) zu verringern vermag.-

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10. Bagger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fluidstrom-Stabilisierungsvorrichtung (Drosselrückschlagventil 90) so angeschlossen ist, daß sie mit den Relaisventilen (70,72,74,76) und dem

der Pneumatikdruck-Quelle (50) nachgeschalteten Vorsteuerdruck-Eegelventil (88) in Verbindung steht.

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