DE2912758A1

DE2912758A1 - Hydrauliksystem

Info

Publication number: DE2912758A1
Application number: DE19792912758
Authority: DE
Inventors: Howard Leighton Johnson
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1978-04-19
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1979-10-31
Also published as: GB2019614A; GB2019615A; CA1126130A; JPH025923B2; JPS54148971A; GB2019615B; BE875253A; GB2019614B; US4147034A

Description

30. März 1979 79-S-3531

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, Illinois 61629, V.St.A.

Hydrauliksystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrauliksystem mit Prioritätssteuerung, und zwar insbesondere der Bauart mit einer oder mehreren strömungs- und druckkompensierten Pumpen zur Erzeugung von unter Druck stehendem hydraulischen Strömungsmittel für parallele Hydraulikkreise, deren jeder Mittel zur Durchführung einer Arbeit aufweist.

In steigendem Maße verwenden Hydrauliksysteme mit unterschiedlichen Belastungen ausgesetzten Arbeitsvorrichtungen eine oder mehrere strömungs- und druckkompensierte Pumpen, weil solche Pumpen den Systemwirkungsgrad innerhalb ihrer Kapazität maximieren und doch eine beträchtliche Verminderung hinsichtlich des Energieverbrauchs zeigen. Beim Betrieb vieler solcher Systeme werden verschiedene Arbeits-

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vorrichtungen nur selten gleichzeitig maximalen Lastbedingungen ausgesetzt, was zur Folge hat, daß es unwirtschaftlich ist, die Pumpenkapazität derart auszulegen, daß sie hinreichend hoch ist, um den Strömungsmittelanforderungen sämtlicher Arbeitsvorrichtungen voll dann zu genügen, wenn diese alle gleichzeitig maximalen Lastbedingungen ausgesetzt sind. Infolgedessen sind die meisten Systeme dieser Bauart mit einer Pumpenkapazität ausgestattet, die kleiner ist als die theoretisch maximal für den speziellen Fall erforderliche, wo sämtliche Komponenten maximaler Belastung ausgesetzt sind.

Nichtsdestoweniger wird beim Betrieb solcher Systeme dieser selten auftretende Zustand periodisch vorkommen. Wenn eine der Arbeitsvorrichtungen eine verhältnismäßig niedrigen Widerstand gegenüber dem Durchgang für hydraulisches Strömungsmittel aufweist, und zwar im Gegensatz zu einer oder mehreren anderen Arbeitsvorrichtungen, so wird die Strömungsmittelanforderung durch die einen niedrigen Widerstand besitzende Arbeitsvorrichtung im wesentlichen vollständig erfüllt, was zur Folge hat, daß der Strömungsmittelfluß zu den einen höheren Widerstand besitzenden Arbeitsvorrichtungen stark vermindert wird, wodurch die Fähigkeit der einen hohen Widerstand besitzende Arbeitsvorrichtung ernstlich verringert wird, die beabsichtigte Funktion während eines solchen Ereignisses auszuführen.

Häufig liegt es in der Natur des Systems, daß bei üblichem Betrieb die einen niedrigen Widerstand bildende Arbeitsvorrichtung von geringerer Wichtigkeit hinsichtlich des Systeinbetriebs ist, wohingegen die von der einen hohen Widerstand aufweisenden Arbeitsvorrichtung ausgeübte Funktion von bedeutend größerer Folgewirkung und Wichtigkeit ist.

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Infolgedessen kann in unerwünschter Weise eine außerordentlich erwünschte Funktion nicht in zufriedenstellender Weise ausgeführt werden, obwohl eine weniger wichtige Funktion ausgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Schwierigkeit können Prioritätsvorrichtungen vorgesehen werden, wodurch die Anforderung von wichtigere Funktionen ausführenden Arbeitsvorrichtungen zuerst erfüllt wird und erst nachdem eine solche Erfüllung erreicht wurde, wird die Forderung von weniger wichtige Funktionen ausübenden Arbeitsvorrichtungen berücksichtigt. Typischerweise wird die Prioritätsbestimmung durch Mittel erreicht, die innerhalb der Strömungssteuerventile enthalten sind, welche direkt die Pumpe oder Pumpen mit den Arbeitsvorrichtungen verbinden. Infolgedessen sind die Prioritätsbestimmungsmittel notwendigerweise groß, da sie in den hydraulischen Kreisen liegen, die hohe Strömungsraten besitzen, und sie müssen derart aufgebaut sein, daß sie den hohen bei zahlreichen Hydrauliksystemen auftretenden Drücken widerstehen.

Zudem verwenden zahlreiche dieser Hydrauliksysteme Mehrfachpumpen, und zwar jede,um normalerweise unter Druck stehendes Strömungsmittel an eine zugehörige Gruppe von Arbeitsvorrichtungen zu liefern. Zur Maximierung des Wirkungsgrades sind dabei Mittel vorgesehen, wodurch die Ausgangsgröße einer Pumpe zu einer nicht normalerweise damit verbundenen Arbeitsvorrichtung geliefert werden kann, um so die Ausnutzung der im System verwendeten Gesamtpumpkapazität zu maximieren.

Solche Transfer- oder Übertragungsmittel verwenden Kolbenventile, die teuer sind und zu Leckstellen neigen, wenn man sie mit anderen bekannten Ventilen vergleicht.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Probleme des Standes der Technik und insbesondere die obengenannten Probleme zu lösen.

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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Hydrauliksystem mit einer druck- und strömungskompensierten Pumpe vorgesehen. Es ist ebenfalls eine unter Druck stehende Pilotströmungsmittelquelle vorgesehen sowie eine Vielzahl von Hydraulikkreisen, deren jeder eine Arbeitsvorrichtung enthält. Eine Vielzahl von Steuerungen, für jeden Kreis eine, ist vorgesehen und jede weist ein pilotbetätigtes Strömungsventil auf, um die zugehörige Arbeitsvorrichtung mit der Pumpe zu verbinden, und ferner ist ein durch die Bedienungsperson positioniertes Ventil mit der Pilotquelle verbunden, um selektiv Pilotströmungsmittel zum entsprechenden Strömungsventil zu leiten. Jede Arbeitsvorrichtung in dem entsprechenden Strömungsventil liegt parallel bezüglich der anderen Strömungsventile und Arbeitsvorrichtungen und es sind Mittel vorgesehen, die mit der Arbeitsvorrichtung und der Pumpe verbunden sind, um das Pumpenversorgungsströmungsmittel zu steuern mit einem Druck, der um einen vorbestimmten Betrag oberhalb desjenigen Drucks liegt, der durch irgendeine der Arbeitsvorrichtungen erfordert wird. Es ist ferner eine Prioritätsbestimmungsvorrichtung vorgesehen, und zwar verbunden mit der Pilotquelle und mit mindestens einem, aber nicht allen, vom Benutzer positionierten Ventilen, um eine Druckcharakteristik oder Kennlinie des Pilotdrucks zum benutzerpositionierten Ventil, mit dem sie verbunden ist, zu ändern immer dann, wenn der Druck des Versorgungsstromungsmxttels von der Pumpe den durch irgendeine der Arbeitsvorrichtungen angeforderten Druck um den vorbestimmten Betrag nicht übersteigt, um das mit dem vom Benutzer positionierten Ventil verbundene Strömungsventil zu veranlassen, die Strömung zu einer zugehörigen Arbeitsvorrichtung zu verringern, wodurch die Priorität der Strömungsmittelflußversorgung zu der Arbeitsvorrichtung sichergestellt wird, die nicht mit der Prioritätsbestimmungsvorrichtung in Verbindung steht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Hydrauliksystem vorgesehen, welches"eine Vielzahl von druck- und strömungskompensierten Pumpen zusammen mit einer Vielzahl von steuerbaren Arbeitsvorrichtungen aufweist, und zwar je-

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de normalerweise durch Steuerventile mit einer bestimmten der Pumpen verbindbar. Dabei sind Mittel vorgesehen, um jede der Arbeitsvorrichtungen mit mindestens einer der Pumpen zusätzlich zu oder unterschiedlich von der speziellen Pumpe zu verbinden, und zwar unter Einschluß einer Vielzahl von pilotbetätigten Kopfventilen, deren jedes mit einer ersten Öffnung mit einer zugehörigen der Pumpen in Verbindung steht. Die Kopfventile besitzen miteinander verbundene zweite Öffnungen, und Ablaß- oder Entlüftungsventilmittel sprechen auf die Druckdifferenzen zwischen den Pumpen an. Zumeßöffnungsmittel (Drosselöffnungen) verbinden die Pilotmittel der Kopfventile und die zweiten öffnungen und die Ablaßventilmittel.

Vorzugsweise, wenn auch nicht notwendigerweise, werden die beiden oben erwähnten Aspekte der Erfindung in einem System verwendet.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1A und 1B ein erfindungsgemäßes hydraulisches

System, wobei Fig. 1B rechts von Fig. 1A angeordnet zu denken ist.

In den Fig. 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in der Form eines zur Steuerung verschiedener Arbeitselemente eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Baggers, dienenden Systems dargestellt. Die Hauptsystemkomponenten umfassen erste und zweite strömungs- und druckkompensierte Pumpen 10 und 12 von konventionellem Aufbau. Die Pumpen 10 und 12 gehören zu der Bauart, die den Druck an ihrem Ausgang erhöht infolge einer Druckabnahme eines daran angelegten Strömungsmittelsignals. Wenn gewünscht, könnten jedoch die Pumpen 10 und 12 auch von

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der Bauart sein, bei welcher der Druck an ihrem Ausgang ansteigt infolge ansteigenden Drucks eines Steuersignals.

Das System weist ferner eine unter Druck stehende Pilotströmungsmittelquelle in der Form einer Pumpe 14 auf. Zudem sind pilotbetätigte Hauptströmungsventile und damit verbundene, vom Benutzer positionierte Ventile vorgesehen, die den Druck des Pilotströmungsmittels zum Hauptströmungsventil für jede der unterschiedlichen Arbeitsvorrichtungen im Bagger steuern.

Beispielsweise ist ein benutzerpositioniertes Ventil 16 vorgesehen, welches betätigt werden kann, um einen Pilotdruck an das Hauptströmungsventilsystem 18 anzulegen, welches das Ausfahren oder Zurückholen eines Hydraulikzylinders 20 steuert, der den Ausleger des Baggers betätigt. Wie in Fig. 1B gezeigt, sind verschiedene konventionelle Komponenten des Hauptströmungsventilsystems 18 aus Gründen der Klarheit eliminiert. Beispielsweise sehen die dargestellten Ventile nur einen Einrichtungsbetrieb des Zylinders 20 vor und sind nur teilweise gezeigt. Andere konventionell orientierte Ventile werden verwendet, um den Steuervorgang des Zylinders 20 in entgegengesetzter Richtung zu steuern.

Das Hauptströmungsventilsystem 18 weist ein Ventil 21 auf, welches über ein Rückschlagventil 22 mit dem Ausgang der Pumpe 12 verbunden ist. Ein pilotbetätigtes Zumeßventil 24 mißt die Strömung zum Zylinder 20 dann zu, wenn das Ventil geöffnet ist, während ein pilotbetätigtes Zumeßventil 26 den Ausfluß aus dem Zylinder 20 zu einem weiteren Ventil 28 steuert.

Das System weist ferner ein vom Benutzer zu positionierendes Ventil 30 auf, um den Pilotströmungsmitteldruck für einen Kübelkreis 32 zu steuern, der im ganzen von gleicher Art wie der Kreis 18 ist. Man erkennt, daß der Kübelkreis 32 parallel zum Ausgang der Pumpe 12 bezüglich des Kreises 18 liegt.

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Andere gleiche Komponenten sind in Fig. 1A dargestellt, wobei ein vom Benutzer zu positionierendes Ventil 34 zur Steuerung des Pilotströmungsmitteldrucks für einen Stielkreis 36 dient, der zur Steuerung des Baggerstiels verwendet wird. Ein ähnliches benutzerpositioniertes Ventil 38 steuert den Pilotströmungsmitteldruck für einen Schwingkreis 40 zur Steuerung der Position des Drehgestells des Baggers am Fahrzeugrahmen.

Wie man in Fig. 1B erkennt, steuern für die rechte und linke Kettensteuerung die benutzerpositionxerten Ventile 42 und 44 den Pilotströmungsmitteldruck für die rechten und linken Kettenkreise 46 und 48. Wie bei Kreis 18, ist auch der Kreis 46 nur teilweise dargestellt, und zwar unter Weglassung üblicher Komponenten, um so die Klarheit zu erhöhen.

Jeder der.Kreise 18, 32 und 36 weist Arbeitsvorrichtungen in der Form von Hydraulikzylindern, wie beispielsweise Zylinder 20, auf. Jeder der Kreise 40, 46 und 48 weist Arbeitsvorrichtungen in der Form von Zweirichtungs-Hydraulikmotoren auf, wie beispielsweise den in Kreis 46 dargestellten Motor 50.

Wie man in Fig. 1A erkennt, sind die Schaltungen 36 und 40 parallel zum Ausgang der Pumpe 10 geschaltet. Die Kreise oder Schaltungen 46 und 48 erhalten Strömungsmitteldruck von einer öffnung 52 eines Mehrkomponenten-Ventils 54, welches seinerseits öffnungen 56 und 58 in Verbindung mit den Ausgängen der Pumpen 10 bzw. 12 besitzt, und zwar parallel bezüglich der anderen mit diesen Pumpen verbundenen Komponenten.

Jede der Pumpen 10 und 12 ist mit einer Steuereingangsgröße auf Leitung 60 versehen. Die Art und Weise wie das Signal vorgesehen wird, ist die gleiche für beide Pumpen 10 und 12, so daß nur diejenigen Komponenten beschrieben werden, die das Signal für die Pumpe 12 erzeugen.

Pilotströmungsmittel unter Druck von der Pumpe 14 wird an eine Einlaßöffnung 62 eines Zumeßventils 64 geliefert, welches doppeltpilotbetätigt und federunterstützt ist. Eine Auslaß-

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öffnung 66 steht mit Leitung 60 in Verbindung. Das Ventil weist einen verschiebbaren Kolben 68 auf, der mit (nicht gezeigten) Zumeßschlitzen ausgestattet ist, um den Strömungsmittelf luß von der Öffnung 62 zur Öffnung 66 zu steuern, wodurch ein gesteuertes, aber variables Drucksignal für die Pumpe 12 vorgesehen wird, um deren Wirkung in bekannter Weise einzustellen. Ein Ende des Kolbens 68 ist dem Druck vom Ausgang der Pumpe 12 auf Leitung 70 ausgesetzt, wohingegen das andere Ende des Kolbens 68 durch eine Feder 72 vorgespannt ist und auch dem unter Druck stehenden Strömungsmittel von Leitung 74 ausgesetzt ist. Der Druck auf Leitung 74 wird gleich dem höchsten Druck,angefordert durch irgendeine Arbeitsvorrichtung verbunden mit der Pumpe 12, sein. Er wird über Rückschlagventile, wie beispielsweise Rückschlagventil 76, abgeleitet, die zwischen die Arbeitsvorrichtungen, wie beispielsweise den Zylinder 20 und das pilotgesteuerte Zumeßventil, wie beispielsweise das Ventil 24, geschaltet sind.

Die Anordnung ist derart getroffen, daß innerhalb der Grenzen ihrer Kapazität die Pumpe 12 stets Strömungsmittel mit einem Druck liefert, der um eine im wesentlichen feste Größe, wie beispielsweise 200 psi (engl. Pfund pro Quadratzoll), oberhalb des Drucks liegt, der durch die Arbeitsvorrichtung angefordert wird. Wenn die vorbestimmte Größe erreicht wird, so gleicht der Druck in Leitung 74 und die Federvorspannung, erzeugt durch die Feder 72, die durch den Druck in Leitung 70 angelegte Kraft aus. Wenn umgekehrt der Betrag überschritten wird, so verschiebt sich der Kolben 68 nach rechts und erhöht die Strömung zur Pumpe 12 und veranlaßt diese, ihren Ausgangsdruck abzusenken. Wenn der Betrag nicht erreicht wird, so verschiebt sich der Kolben 68 nach links und verringert den Pilotfluß zur Pumpe 12, wodurch diese veranlaßt wird,ihren Äusgangsdruck zu erhöhen.

Das System weist auch ein Abschaltventil 77 auf, welches dann, wenn ein vorbestimmter Druck am Ausgang der Pumpe 12 überschritten wird, sich öffnet, um Hochdruck zur Leitung 6O zu leiten, um die Pumpe 12 zu veranlassen, ihren Ausgangsdruck

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zu verringern.

Wie erwähnt, ist eine ähnliche Schaltung oder ein ähnlicher Kreis vorgesehen für die Pumpe 10 und ist in Fig. 1A mit "Versorgungs-Betragkreis" versehen. Bei vielen Systemen der allgemein beschriebenen Bauart reicht die Kapazität der Pumpen 10 oder 12 nicht aus, um vollständig die Anforderungen jeder der damit verbundenen Arbeitsvorrichtungen zu erfüllen, wie allgemein bereits erläutert wurde. Wenn die maximale Pumpenkapazität angenähert wird und der Druck des Lastsignals auf Leitung 74 weiter ansteigt, so verschiebt sich das Ventil 68 nach links, um der Pumpe 12 den Anstieg ihrer Kapazität zu signalisieren. Weil jedoch die maximale Kapazität der Pumpe erreicht ist oder nahezu erreicht ist, kann nur ein sehr geringer Anstieg, wenn überhaupt, im Ausgangsdruck erreicht werden, was zur Folge hat, daß eine oder mehrere Arbeitsvorrichtungen teilweise oder gänzlich an hydraulischem Strömungsmittel unter Druck verarmen. Um sicherzustellen, daß dann, wenn ein solcher Zustand auftritt, die wichtigere Arbeitsvorrichtung oder die wichtigeren Arbeitsvorrichtungen nicht unterversorgt werden, ist für jede der Pumpen 10 und 12 ein Anforderungsbetragskreis vorgesehen. Diese zwei Schaltungen oder Kreise sind identisch und demgemäß wird nur die Anforderungsbetragsschaltung, verbunden mit Pumpe 12, beschrieben.

Diese weist ein Kolbenventil 80 auf, welches doppeltpilotbetätigt und federunterstützt ist. Das eine Ende des Kolbens 82 erhält Pumpendruck auf Leitung 84, während das andere Ende Lastdruck über Leitung 74 erhält und auch durch eine Feder 86 vorgespannt ist. Das Ventil 80 weist eine Einlaßöffnung auf, die mit der Pilotpumpe 14 und einer Auslaßöffnung 90 in Verbindung steht, die ihrerseits mit einigen, aber nicht allen der benutzerpositionierten Ventile in Verbindung steht. Wie in Fig. 1B gezeigt, ist die Öffnung 90 nur mit den Ventilen 16 und 30und nicht mit den Ventilen 42 und 44 verbunden.

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Bei einem Baggersystem ist es im allgemeinen zweckmäßig, daß die Strömungsmittelanforderungen des Kettenkreises erfüllt werden, bevor den Strömungsmittelanforderungen des Auslegers, Kübels, Stiels und Drehrahmens Genüge getan wird.

Solange nur der vorbestimmte Betrag (Abweichung) zwischen dem Versorgungsdruck und dem Lastdruck durch die Wirkung des Ventils 64 aufrechterhalten bleibt, entsteht kein Problem. Wenn jedoch dieser Betrag oder Abweichungsbetrag nicht aufrechterhalten werden kann, so reduziert der Anforderungsbetragskreis (Anforderungsabweichungskreis) einschließlich Ventil 80 die Strömungsanforderung von ausgewählten Arbeitsvorrichtungen, und zwar hier von Ausleger und Kübel, um so den Anforderungen der Kettenkreise entsprechen zu können. Wenn das Lastsignal auf Leitung 74 anfängt anzusteigen, so fängt der Kolben 82 eine Verschiebung nach links (Fi-j. 1B) an, mit der Folge, daß der Zumeßschlitz 94 anfängt, den ankommenden Pilotströmungsmittelfluß durch Öffnung 88 zu drosseln, während andere Zumeßschlitze 96 eine Strömungsmittelverbindung mit einer mit dem Tank verbundenen Auslaßöffnung 100 vorsehen. Infolgedessen wird der Pilotdruck zu den benutzerpositionierten Ventilen 16 und 30 verringert. Infolgedessen wird der durch die Ventile 16 oder 30 an die pilotbetätigten Zumeßventile gelieferte Pilotdruck, wie beispielsweise der an die mit den entsprechenden Arbeitsvorrichtungen verbundenen Ventile 24 und 26, verringert, wodurch der Druckströmungsmittelfluß zu den Arbeitsvorrichtungen von Pumpe 12 vermindert wird. Demgemäß wirken die Anforderungs-Abweichungskreise als Prioritätsbestimmungsmittel und stellen sicher, daß die Bedürfnisse der gewünschten Kreise, wie beispielsweise der Kettenkreise, mit der Pumpenkapazität erfüllt werden, bevor die Strömungsmittelbedürfnisse anderer weniger wichtiger Kreise erfüllt werden, um auf diese Weise die Unterversorgung von Kreisen mit höherer Priorität zu vermeiden.

Wenn gewünscht, kann das System mit einem Prioritätsfolge-

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merkmal ausgestattet werden, und zwar durch Einschließen eines Ventils 102, welches mit Ausnahme eines Punktes identisch zum Ventil 80 ist. Das Ventil 102 empfängt ein Pumpendrucksignal an Öffnung 104 über eine Leitung 106 und ein Lastsignal von Leitung 74T. Das Ventil 102 steuert die Pilotströmungsmittelversorgung von Pilotpumpe 14 zu den benutzerpositionierten Ventilen 42 und 44 für die rechten und linken Kettenkreise.

Die Differenz zwischen dem Ventil 102 und dem Ventil 80 besteht in der Tatsache, daß das Ventil 102 eine Vorspannfeder 108 aufweist, die schwächer ist als die Feder 86. Infolgedessen erfolgt die Zumessung von Pilotströmungsmittel durch das Ventil 102 nicht,bevor die Differenz zwischen dem Versorgungsdruck und dem Lastdruck beträchtlich kleiner ist als der zum Ingangsetzen des Betriebs des Ventils 80 erforderliche Druck.

Die Erfindung sieht auch das Vorsehen von Mitteln vor, durch welche Druckströmungsmittel von einer jeden der Pumpe 10 und 12 zu irgendeiner der Komponenten geleitet werden kann. Wie sich auch der vorhergehenden Beschreibung ergibt, sind Ausleger- und Kübel-Kreise normalerweise nur mit der Pumpe 12 verbunden, während die Stiel- und Schwing-Kreise normalerweise nur mit der Pumpe 10 in Verbindung stehen. Man sieht ferner, daß die Kettenkreise mit beiden Pumpen in Verbindung stehen.

In einigen Fällen, wenn z.B. nur der Ausleger und der Kübel benutzt werden, so kann es zweckmäßig sein, einen Teil der Kapazität der Pumpe 10 zum Betrieb dieser Komponenten zusätzlich zur Kapazität der Pumpe 12 zu verwenden. Umgekehrt können Fälle auftreten, wenn nui. die Schwing- und/oder Stiel-Kreise verwendet werden, und es kann dann zweckmäßig sein, die Kapazität der Pumpe 10 mit der Kapazität der Pumpe 12 zu ergänzen.

Das Mehrkomponenten-Ventil 54 sieht eine Kreuzverbindung der Ausgänge der Pumpen 10 und 12 derart vor, daß eine jede der

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Pumpen mit Arbeitsvorrichtungen verbunden werden kann, die normalerweise nicht damit verbunden sind, und wobei die Verbindung dann geschieht, wenn die entsprechenden Fälle auftreten. Das Ventil 54 leitet auch die Ausgangsgröße der einen oder anderen Pumpe 10, 12 oder aber von beiden Pumpen, wie zuvor erwähnt, zu den Kettenkreisen.

Das Ventil 54 besteht aus zwei Kopf- bzw. Kegelventilen (vgl. die Zeichnung) mit Köpfen bzw. Kegeln 120 bzw. 122. Jeder der Köpfe 120 und 122 besitzt eine auf Druck ansprechende Oberfläche 124 bzw. 126,und zwar in Strömungsmittelverbindung mit den Öffnungen56 bzw. 58. Ventilsitze 128 sind für die Köpfe 120 und 122 zur Anlage daran vorgesehen. Stromabwärts gegenüber den Ventilsitzen 128 von den Öffnungen 56 und 58 aus sind Ringräume 130 für jeden der Köpfe 120 und 122 vorgesehen, und diese beiden Ringräume sind miteinander durch eine Leitung 132 verbunden, die.ihrerseits die Verbindung mit Öffnung 52 herstellt.

Innerhalb jedes der Ringräume 130 weist jeder Kopf 122 eine vergrößerte Schulter 134 auf, die in der gleichen Richtung weist, wie die zugehörige druckempfindliche Oberfläche 124 und 126.

Jeder der Köpfe 120 und 122 weist ferner eine zugehörige druckempfindliche Oberfläche 136 bzw. 138 auf, die in Kompensationsbeziehung zu den Oberflächen 124 und 126. steht. Schließlich ist jeder Kopf 120 und 122 mit einem eingeschränkten Strömungsmitteldurchlaß 140 ausgestattet, der die Strömungsmittelverbindung zwischen den Ringräumen 130 und den entsprechenden druckempfindlichen Oberfläche 136 und 138 herstellt.

In dem Fall, wo beide Pumpen 10 und 12 im wesentlichen den gleichen Äusgangsdruck vorsehen, wird der von dort kommende Fluß gegen die druckempfindlichen Oberflächen 124 und 126 geleitet, um beide Köpfe 120 und 122 zur Bewegung von ihren Sitzen 128 weg su veranlassen. Der Fluß von beiden Pumpen tritt in die Ringräume 130 ein und wird zur Öffnung 52 durch

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Leitung 132 geleitet, um Strömungsmittel unter Druck zu den Kettenkreisen zu bringen. Nach anfänglicher Öffnung der Köpfe 120 und 122 wird jegliches Strömungsmittel, welches auf die Oberflächen 136 und 138 auftrifft, die Tendenz haben, die Kopfbewegung auszuschließen und wird über die Durchlässe zu den Ringräumen 130 und somit zu den Kettenkreisen abgeleitet. Der Fluß von unter Druck stehendem Strömungsmittel durch die Ventile wird gleichzeitig gegen die Schultern gerichtet, um beide Köpfe offen zu halten.

In einer anderen Situation kann man annehmen, daß das benutzerpositionierte Ventil 16 für den Ausleger derart eingestellt ist, daß die Strömungsmittelanforderung für den Ausleger auf ein Niveau ansteigt, welches oberhalb des Niveaus liegt, welches normalerweise durch die mit Pumpe 10 verbundenen Arbeitsvorrichtungen verlangt wird. Eine mit dem Ausgang des Ventils 16 verbundene Leitung 150 leitet Druck gegen ein Ende eines Kolbens 152 eines Ventils 154, um dies (Pig. 1A) nach links zu bewegen, und zwar entgegen der Vorspannung einer Feder 156. Wenn dies auftritt, so wird ein Strömungspfad von einem Einlaß 158 des Ventils 154 zu einem Auslaß 160 eingerichtet. Der Einlaß 158 ist mit der Pilotpumpe 14 verbunden.

Ein ähnliches Ventil 170 ist mit dem Ausgang des Stielsteuerventils 34 verbunden und wird, wenn es Pilotdruck von Ventil 34 ausgesetzt ist, sich öffnen, um einen Strömungspfad zwischen einem Einlaß 172, der ebenfalls mit der Pumpe 14 verbunden ist, und einem Auslaß 174 herstellen.

Das Ausmaß, mit dem jedes der Ventile 154 und 170 sich öffnet, hängt von dem daran angelegten Pilotdruck ab. Ein doppelt pilotbetätigtes Kolbenventil 176 besitzt einen Pilotanschluß 178 (vgl. die Zeichnung) in Verbindung mit dem Auslaß 160 des Ventils 154, und sein anderer Pilotanschluß 180 steht mit dem Auslaß 174 des Ventils 170 in Verbindung. Das Ventil 176 ist federzentriert auf die gezeigte Position und wenn keiner der Pilotanschlüsse 178 oder 180 unter Druck steht oder aber wenn beide den gleichen Druck empfangen, so

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befindet sich der Kolben 182 des Ventils 176 in der gezeigten Position.

In einer Situation, wo das Auslegersteuerventil 16 betätigt wurde, um eine größere Anforderung für den Auslegerkreis hervorzurufen als für den Stielkreis angefordert ist, wird das Ventil 154 einen größeren Druck an Pilotanschluß 178 liefern als an Pilotanschluß 180, und zwar über Ventil 170. Der Kolben 182 bewegt sich demgemäß nach links, wobei ein erster Steg 184 einen Strömungspfad zwischen einem Einlaß 186 und einem Auslaß 188 öffnet. Der Auslaß 188 ist mit dem Abfluß verbunden, wohingegen der Einlaß 186 in Strömungsmittel verbindung mit den auf Druck ansprechenden Oberflächen 136 und 138 steht. Infolgedessen sieht das Ventil 176 einen Abflußpfad für die Köpfe 120 und 122 vor. Gleichzeitig baut ein Steg 190 am Kolben 182 einen Flußpfad zwischen zwei öffnungen 192 und 194 auf.

Die Öffnung 192 ist über eine Leitung 74L mit der Lastfühlleitung 74 verbunden, die mit den Stiel- und Schwingkreisen in Verbindung steht, wohingegen die Öffnung 94 über eine Leitung 74R mit der Lastfühlleitung 74 verbunden ist, die mit den Ausleger- und Kübelkreisen in Verbindung steht. Die Lastfühlleitung 74T für die Kettenkreise ist mit dem Verbindungspunkt 200 von zwei entgegengesetzt angeordneten Rückschlagventilen 202 und 204 verbunden, die jeweils mit Leitung 74L bzw. Leitung 74R in Verbindung stehen. Man erkennt, daß die Rückschlagventile 202 und 204 geöffnet werden können, um ein Hochdrucksignal vom Verbindungspunkt zu den Betrags- oder Abweichungskreisen für entweder die eine oder beide Pumpen 10 und 12 zu leiten, wobei diese Rückschlagsventile 202 und 204 aber eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Leitungen 74L und 74R ausschließen. Wenn jedoch der Steg 190 des Ventils 176,wie zuvor erwähnt, einen Strömungspfad öffnet, so werden die Rückschlagventile 202 und 204 umgangen und es wird eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Leitungen 74Lund 74R aufgebaut.

Infolgedessen wird die erhöhte Anforderung nach Strömungs-

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mittel durch den Ausleger, hervorgerufen durch die zuvor erwähnte Betätigung des AuslegerSteuerventils 16, was einen erhöhten Druck in Leitung 74R zur Folge hatte, eingegeben in den Versorgungsbetragskreis für die Pumpe 10, was diese veranlaßt, ihre Ausgangsgröße zu erhöhen. Da die auf Druck ansprechenden Oberflächen 136 und 138 gleichzeitig abgelassen wurden, werden trotz der Tatsache, daß eine Druckdifferenz augenblicklich an den Öffnungen 56 und 58 des Ventils 54 existieren kann, beide Köpfe 120 und 122 öffnen, um zu gestatten, daß der nunmehr erhöhte Druck und/oder Verlust von der Pumpe 10 zum Ausleger geleitet wird, und zwar durch einen Strömungspfad, der in die Öffnung 56 eintritt und an der Öffnung 58 austritt. Dies setzt sich solange fort, bis die größere Anforderung des gesamten Systems von der Auslegersteuerung 16 verlangt wird.

Die entgegengesetzte Wirkung wird dann auftreten, wenn die Stielsteuerung 34 derart eingestellt wird, daß der Stielkreis 36 höhere Anforderungen stellt als der Ausleger.

Es ist zu bemerken, daß weder die Kübel- noch die Schwingsteuerventile 30 und 38 betätigt werden können, um eine der Pumpen 10 oder 12 zu veranlassen, den Kübelkreis oder den Schwingkreis zu unterstützen, der normalerweise nicht damit in Verbindung steht. Der Zweck dieses Aufbaus ist insoferne speziell für einen Bagger geeignet, da dort typischerweise die Kübel- und Schwingkreise große Strömungserfordernisse mit relativ niedriger Belastung haben, was zur folge hat, daß in einigen Situationen diese fast die gesamte Stromungskapazitat beider Pumpen verwenden könnten, wodurch die anderen Systemkomponenten verarmen oder "aushungern" würden. Wenn somit entweder der Schwingkreis oder der Kübelkreis betätigt werden, so ist es zweckmäßig, die Pumpen 10 und 12 zu isolieren. In dieser Situation wird der Abflußpfad durch das Ventil 176 geschlossen und wegen der niedrigen Belastung des Kübels wird beispielsweise ein relativ niedriger Druck an öffnung 58 bezüglich des Drucks an öffnung 56 vorhanden siin. Nimmt an, daß daun, wenn diese

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Druckdifferenz auftritt, beide Köpfe 120und 122 offen sind und die Kombination der Ausgangsgrößen beider Pumpen gestatten, so wird der Kopf 120 offen gehalten und anfangs wird Strömungsmittel von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite fließen, d.h. von der öffnung 56 über Leitung 132 zur Öffnung 58. Ein Druckabfall tritt während einer solchen Strömung in der Leitung 132 auf, was zur Folge hat, daß ein relativ höherer Druck an die druckempfindliche Oberfläche 138 angelegt wird, und zwar infolge deren Strömungsmittelverbindung mit dem linken Ringraum 130 über den Strömungsdurchlaß 140 im Kopf 120. Infolgedessen schließt sich der Kopf 122, wodurch die Kombination der Ausgangsgrößen beider Pumpen angehalten wird.

Sollte der Schwingkreis eine höhere Strömungsrate anfordern, so tritt die Umkehrung zur obigen Wirkungsfolge ein, d.h. der Kopf 120 schließt sich und beendet die Kombination der Ausgangsgrößen der beiden Pumpen.

In jedem Falle wird unter Druck stehendes Strömungsmittel weiterhin zum Kettenkreis geleitet, und zwar über dasjenige der Kopfventile 120 und 122, welches offen bleibt.

Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß das erfindungsgemäße Hydrauliksystem das prioritätsmäßige Zuführen von Druckströmungsmittel an diejenigen Systemkomponenten vorsieht, die wichtigere Funktionen haben, und zwar dann, wenn die Pumpenkapazität durch die Belastungsanforderung angenähert oder überschritten wird. Die Erfindung sieht dabei, wenn gewünscht, auch Mittel zur Folgesteuerung der Prioritäten vor. Schließlich sieht die Erfindung einzxgartige Mittel vor, durch welche die Abgabegröße von mehreren Pumpen selektiv kombiniert oder isoliert werden können je nach den Erfordernissen der Systemkomponenten.

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Zusammenfassend sieht die Erfindung somit ein Hydrauliksystem mit druck- und strömungskompensierten Pumpen 1O, 12, einer Quelle 14, eines unter Druck stehenden Pilotströmungsmittels und einer Vielzahl von Hydraulikkreisen 18, 32, 36, 40, 46, vor, und zwar einschließlich einer Arbeitsvorrichtung 20, 50, wobei ferner eine Vielzahl von Steuerungen 16, 30, 34, 38, 42, 44, jeweils eine für jeden Kreis, vorgesehen ist und jede ferner ein pilotbetätigtes Strömungsventil 24, 26 besitzt, um die zugehörige Arbeitsvorrichtung mit der Pumpe zu verbinden, und wobei ein benutzerpositioniertes Ventil an der Pilotquelle liegt, um selektiv Pilotströmungsmittel zu dem entsprechenden Strömungsventil zu leiten, und wobei ferner die Arbeitsvorrichtungen und die Strömungsventile parallelgeschaltet sind. Das erfindungsgemäße System weist ferner ein Versorgungsbetragventil oder Versorgungsabweichungsventil 64 auf mit auf Druck ansprechenden Oberflächen 70, 74, die jeweils verbunden sind mit der Pumpe und den Arbeitsvorrichtungen zur Erzeugung eines Steuersignals 66 für die Pumpe zur Bewirkung, daß diese Strömungsmittel mit einem Druck liefert gleich dem durch die Arbeitsvorrichtungen angeforderten Druck plus einen vorbestimmten Betrag (Abweichung), und mit einem ersten Anforderungsbetrags- oder Abweichungsventil 80 mit auf Druck ansprechenden Oberflächen, die jeweils verbunden sind (bei 74, 84) mit der Pumpe und mit den Arbeitsvorrichtungen, um den Druck des Pilotströmungsmittels zu verringern, welches zu einigen, aber nicht allen benutzerpositionierten Ventilen geliefert wird, wenn der vorbestimmte Betrag oder die vorbestimmte Abweichung nicht erhöht ist. Die Erfindung sieht ferner ein zweites Anforderungsbetrags- oder Abweichungsventil 102 vor mit druckempfindlichen Oberflächen, die jeweils verbunden sind (74T, 10b,) der Pumpe und mit den Arbeitsvorrichtungen, um den Druck des Pilotströmungsmittels zu verringern,welches zu mindestens einem der anderen vom Benutzer positionierten Ventile dann geleitet wird, wenn der vorbestimmte Betrag nicht erfüllt ist um mehr als eine vorbestimmte Größe, so daß das erste Anforderungsbetragsventil den Pilotdruck zu bestimmten der Ventile verringert, bevor das zweite Anforderungsbetragsventil den Pilotdruck zu anderen der Ventile verringert.

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e e r s e 11

Claims

Patentansprüche

Hydrauliksystem mit einer druck- und strömungskompensierten Pumpe (10, 12) und einer Quelle (14) für unter Druck stehendem Pilotströmungsmittel, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von hydraulischen Kreisen (18,32,36,4o, 46,48), deren jeder eine Arbeitsvorrichtung (2o,5o) aufweist, eine Vielzahl von Steuerungen, eine für jeden Kreis, und jede ein pilotbetätigtes Strömungsventil (24,26) aufweisend zur Verbindung der zugehörigen Arbeitsvorrichtung mit der Pumpe und mit einem benutzerpositionierten Ventil (16,3o,34, 38,42,44) verbunden mit der Quelle zur selektiven Leitung von Pilotströmungsmittel zu dem entsprechenden Strömungsventil,

wobei jede Arbeitsvorrichtung (2o,5o) und das entsprechende Strömungsventil (24,26) parallelgeschaltet sind bezüglich der anderen Strömungsventile und Arbeitsvorrichtungen, Mittel {64),verbunden mit den Arbeitsvorrichtungen und der Pumpe zur Steuerung der Pumpe zur Lieferung von Strömungsmittel mit einem Druck um einen vorbestimmten Betrag größer als der durch irgendeine der Arbeitsvorrichtungen angeforderte Druck, und

Prioritätsbestimmungsmittel (80), verbunden mit der Quelle und mindestens einem (aber nicht allen) der benutzerpositionierten Ventile zur Änderung einer Druckkennlinie des Pilotflusses 2u dem oder den vom Benutzer positionierten Ventil oder Ventilen, mit der sie in Verbindung stehen, und zwar immer dann, '.-ienn der Druck des VersorgungsStrömungsmittels von der Pumpe den Druck nicht übersteigt, der durch irgendeine der iixbai ts vor richtungen erforderlich ist, und zwar über den vor= bestirnten Betrag hinaus, um so das Strömungsventil oder die ■StrC'Sraigsveni-ilSj, verbunden mit dem benutzerpositionierten Ventil oder Ventilen, zu veranlassen, den Fluß zu den zugehörigen Arbeitsvorrichtungen zu vermindern, wodurch die Priorität des Versorgungsströmungsmittelflusses zu den Arbeitsvorrichtungen gewährleistet ist, die nicht mit den Prioritäts-

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ORIGiNAL INSPECTED

bestinunungsmitteln verbunden sind.
2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel (102) zur Änderung einer Druckcharakteristik des Pilotflusses zu mindestens einem der benutzerpositionierten Ventile, das nicht mit den Prioritätsbestimmungsmitteln verbunden ist, und zwar immer dann, wenn der Druck des Versorgungsströmungsmittels den Druck nicht übersteigt, der durch die Arbeitsvorrichtungen angefordert ist, und zwar um eine Größe beträchtlich kleiner als der vorbestimmte Betrag.
3. System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prioritätsbestimmungsmittel (80) ein zweifach pilotbetätigtes (74,84) Zumeßventil aufweisen, welches einen Einlaß (88) und einen Auslaß (90) aufweist, und wobei einer der Pilotanschlüsse federunterstützt (86) ist, und wobei ferner der Einlaß mit der Quelle verbunden ist, während der Auslaß mit dem erwähnten mindestens einen benutzerpositionierten Ventil in Verbindung steht, und wobei schließlich der federunterstützte Pilotanschluß mit jeder der Arbeitsvorrichtungen verbunden ist, während der andere Pilotanschluß (84) mit der Pumpe in Verbindung steht.
4. Ein Paar von Hydrauliksystemen, jeweils nach Anspruch und ferner gekennzeichnet durch Mittel (54) zur selektiven Verbindung der Systeme derart, daß a) die Pumpe jedes Systems in dem Kreis verbunden ist mit mindestens einem der Strömungsventile des anderen Systems, daß b) die Steuermittel (64) jedes Systems auf den höchsten Versorgungsströmungsmitteldruck in dem einen oder anderen System ansprechen und auf den höchsten von der Arbeitsvorrichtung in dem einen oder anderen System angeforderten Druck, und daß c) die Prioritätsbestimmungsmittel (80) auf den Versorgungsströmungsmitteldruck minus den erwähnten vorbestimmten Betrag oberhalb des höchsten Drucks der Arbeitsvorrichtungen ansprechen.

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5. Hydrauliksystempaar nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiven Verbindungsmittel (54) ein Paar von pilotbetätigten Ventilen (120, 122) aufweisen, deren jedes eine erste öffnung (56, 58) verbunden mit der zugehörigen Pumpe aufweist, und zweite Öffnungen (132) verbunden miteinander, wobei die Pilotanschlüsse jedes Kopfventils durch Zumeßöffnungen (140) miteinander in Verbindung stehen und mit den erwähnten zweiten Öffnungen und einem selektiv betätigbaren Abflußventil (176).
6. Hydrauliksystem, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von druck- und stromungskompensierten Pumpen (10, 12), eine Vielzahl von steuerbaren Arbeitsvorrichtungen (20, 50), deren jede normalerweise durch Steuerventile (18,32,36,4o,46,48) mit einer speziellen der Pumpen verbindbar ist, und Mittel (54) zur Verbindung jeder der Arbeitsvorrichtungen mit mindestens einer der Pumpen zusätzlich zu oder unterschiedlich von der speziellen Pumpe einschließlich einer Vielzahl von pilotbetätigten Kopfventilen (120, 122), deren jedes aufweist eine erste Öffnung (56, 58) verbunden mit einer zugehörigen von den erwähnten Pumpen und mit miteinander verbundenen zweiten öffnungen (132), Ablaßventilmitteln (176), die auf die Druckdifferenz zwischen den Pumpen ansprechen, und Zumeßöf fnungsmittel (140) zur Verbindung der Pilotanschlüsse der Kopfventile der zweiten öffnungen und der Ablaßventilmittel.
7. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßmittel eine Vielzahl von Zumeßöffnungen (140) aufweisen, und zwar eine für jedes Kopfventil, und zur Verbindung des Pilotanschlusses und der zweiten öffnung des zugehörigen Kopfventils, und mit einer Leitung zur Verbindung sämtlicher Pilotanschlüsse mit den Ablaßventilmitteln.

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8. Hydraulisches System, gekennzeichnet durch die folgende Kombination:

eine druck- und strömungskompensierte Pumpe (10, 12), eine Quelle (14) für unter Druck stehendes Pilotströmungsmittel,

eine Vielzahl von hydraulischen Kreisen (18,32,36,4o,46,48) , deren jeder eine Arbeitsvorrichtung (2o,5o) aufweist, eine Vielzahl von Steuerungen, eine für jede Schaltung, und zwar jeweils mit einem pilotbetätigten Strömungsventil (16,3o,34,38,42,44) zur Verbindung der zugehörigen Arbeitsvorrichtung mit der Pumpe und mit einem benutzerpositionierten Ventil verbunden mit der erwähnten Quelle zum selektiven Leiten von Pilotströmungsmittel zu dem entsprechenden Strömungsventil,

wobei jede Arbeitsvorrichtung und das entsprechende Strömungsventil parallelgeschaltet sind bezüglich der anderen Strömungsventile und Arbeitsvorrichtungen, ein Versorgungsbetragsabweichungsventil mit auf Druck ansprechenden Oberflächen, die jeweils mit der Pumpe und den Arbeitsvorrichtungen verbunden sind, um ein Steuersignal (bei 60) für die Pumpe zu erzeugen, um diese zu veranlassen, Strömungsmittel mit einem Druck zu liefern, der gleich dem Druck ist, der für die Arbeitsvorrichtung erforderlich ist, plus einen vorbestimmten Abweichungsbetrag, und ein Anforderungs-Abweichungsbetragsventil(80) mit druckempfindlichen Oberflächen, die verbunden sind bei (74, 84) mit der Pumpe bzw. der Arbeitsvorrichtung, um den Druck des Pilotströmungsmittels zu verringern, welches zu einigen, aber nicht allen, benutzerpositionierten Ventilen geleitet wird, und zwar dann, wenn der vorbestimmte Abweichungsbetrag nicht erfüllt ist.
9. Hydraulisches System, gekennzeichnet durch die folgende Kombination: eine druck- und strömungskompensierte Pumpe (10, 12), eine Quelle (14) für unter Druck stehendes Pilotströmungsmittel, eine Vielzahl von hydraulischen Kreisen (18,32,36,4o,46^18) , deren jeder Arbeitsvorrichtungen (2o,5o) aufweist, eine Vielzahl von Steuerungen, und zwar

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eine für jeden Kreis, und jeweils mit einem pilotbetätigten Strömungsventil (16,30,34,38,42,44) zur Verbindung der zugehörigen Arbeitsvorrichtung mit der Pumpe und mit einem benutzerpositionierten Ventil verbunden mit der Quelle zum selektiven Leiten von Pilotströmungsmittel zu dem entsprechenden Strömungsventil,

wobei jede Arbeitsvorrichtung und das entsprechende Strömungsventil parallel bezüglich der anderen Strömungsventile und Arbeitsvorrichtungen geschaltet sind, ein Versorgungs-Abweichungsbetragsventil (64) mit druckempfindlichen Oberflächen, die in entsprechender Weise verbunden sind mit der Pumpe und der Arbeitsvorrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals für die Pumpe, um diese zu veranlassen, daß sie Strömungsmittel mit einem Druck gleich dem von der Arbeitsvorrichtung geforderten Druck plus einen vorbestimmten Abweichungsbetrag liefert, ein erstes Änforderungs-Betragabweichungsventil (80) mit druckempfindlichen Oberflächen, die jeweils verbunden sind mit der Pumpe und den Arbeitsvorrichtungen zur Verringerung des Pilotströmangsmitteldruckes, welches einigen, aber nicht allen, der benutzerpositionierten Ventile zugeführt wird, wenn der vorbestimmte Abweichungsbetrag nicht erfüllt wird, und ein zweites Anforderungsabweichungsbetragsventil (102) mit auf Druck ansprechenden Oberflächen, die jeweils verbunden sind mit der Pumpe und den Arbeitsvorrichtungen zur Verringerung des Pilotströmungsmitteldrucks, der an mindestens eines der anderen benutzerpositionierten Ventile geleitet wird, wenn der vorbestimmte Abweichungsbetrag um mehr als eine vorbestimmte Größe nicht erreicht wird, so daß das erste Anforderungs-Äbv/eichungsbefcragsventil den Pilotdruck zu den erwähnten einigen Ventilen vermindert, bevor das zweite Anforderungsventil den Pilotdruck zu den anderen Ventilen verringert .

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