DE3607138C2 - Hydraulikanlage mit einer Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Hydraulikanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine derartige Hydraulikanlage ist aus der DE 34 20 990 A1 bekannt. Bei einer derartigen Hydraulikanlage bzw. der hierbei verwendeten Steuereinrichtung ist die hydraulische Ver­ stärkung an der Druckwaage des Stromregelventils zu wenig beeinfluß­ bar, was zu Regelkreisinstabilitäten führt. Aus der DE 29 14 196 C2 ist darüber hinaus ein mit einem Vorsteuerventil verbundenes Steuer­ ventil bekannt, bei dem das räumlich vom Steuerventil getrennt angeordnete Vorsteuerventil einen in einem Steurgehäuse axial verschiebbaren Vorsteuerschieber aus zwei durch eine Verbindungsstange verbundenen Vorsteuerkolben aufweist. Dieser Vorsteuerschieber des Vorsteuer­ ventils wird durch einen Proportionalmagneten beaufschlagt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulik­ anlage nach der Gattung des Hauptanspruches so auszubilden, daß Instabilitäten des Regelkreises vermieden werden und daß die hydrau­ lische Verstärkung an der Druckwaage des Stromregelventils besser beeinflußbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß anhand der kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Das hat den Vorteil, daß bei genauso einfachem Aufbau und genauso wirtschaft­ licher Betriebsweise eine bessere Stabilität des Steuer-/Regelkrei­ ses gewährleistet ist, und zwar dadurch, daß die Steuerkante für die Ansteuerung des Druckregelventils von der Druckwaage des Stromregel­ ventils losgelöst und in die Achse des Druckregelventils verlegt ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiter­ bildungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Hydraulikanlage in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen Teil dieser An­ lage - nämlich eine Steuereinrichtung - im Längsschnitt, teilweise etwas vereinfacht dargestellt, Fig. 3 und 4 Abwandlungen eines Teils der Steuereinrichtung nach Fig. 2, Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel, eben­ falls in schematischer Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 eine nicht verstellbare Pumpe be­ zeichnet, die Druckmittel aus einem Behälter 11 ansaugt und in eine Förderleitung 12 verdrängt. Die Pumpe 10 ist von einer Brennkraftmaschine 13 angetrieben - ins­ besondere einem Dieselmotor - deren die Kraftstoffzu­ fuhr bestimmendes Glied 14 - bei einem Dieselmotor also die Einspritzpumpe - mittels eines hydraulisch beauf­ schlagten Stellzylinders 15 eingestellt wird. Dieser ist über eine Leitung 16 mit Druckmittel beaufschlagt, welche zu einem Steuerblock 17 führt. Falls die Hydraulikanlage einen zweiten Steuerblock aufweist, ist vor den Stell­ zylinder 15 ein Wechselventil 18 zu schalten, an das dann eine zweite Leitung 19, die zum zweiten, nicht dargestellten Steuerblock führt, angeschlossen ist. Der jeweils höhere Druck in einer der Leitungen 16, 19 wird dann in den Druckraum 20 des einfach wirkenden Stell­ zylinders 15 übertragen.

Im Steuerblock sind - von oben her gesehen - drei 4/3- Wegeventile 22 bis 24 angeordnet. Den Steuerblock 17 durchdringt eine Rücklaufleitung 25, die zum Behälter 11 führt. An die Rücklaufleitung ist in einer Endplatte 26 eine Steuerleitung 27 angeschlossen, die ebenfalls den gesamten Steuerblock durchläuft. An deren Ende be­ findet sich ein Druckbegrenzungsventil 28, das Anschluß zu einer Leitung 29 hat, die in die Rücklaufleitung 25 mündet. Die Steuerleitung weist drei Abschnitte 27′, 27′′ und 27′′′ entsprechend der Anzahl der Wegeventile 22- 24 auf.

Die Wegeventile 22 bis 24 können für einfach - oder doppelt­ wirkende Verbraucher ausgelegt sein. Gemeinsam ist jedem derselben, daß in der Stellung 0, die eine Sperr- oder Mittelstellung darstellt, von der Rücklaufleitung 25 eine Leitung 31 zum jeweiligen Wegeventil führt und von dort als Steuerleitung 32 zur Steuerleitung 27 verläuft, wobei jeweils an der Mündungsstelle ein Wechselventil 33 angeordnet ist. Die Leitungen 31, 32 und das Wechsel­ ventil 33 sind für alle drei Wegeventile mit derselben Ziffer bezeichnet. Die Wechselventile 33 haben den Zweck, daß bei zugeschalteten Verbrauchern jeweils der höchste Verbraucherdruck am Ende des Abschnitts 27′′′ der Steuer­ leitung 27 herrscht. Von einer Stelle zwischen dem Druck­ begrenzungsventil 28 und dem nächstgelegenen Wechsel­ ventil 33 zweigt von der Steuerleitung 27 eine Leitung 34 ab, die an der einen Stirnseite eines Stromregelven­ tils 35 mündet. An der gegenüberliegenden Seite mündet am Stromregelventil ein Drosselkanal 36, der von der Förderleitung 12 ausgeht. Von den Längsseiten gehen zwei zu steuernde Leitungen 37, 38 aus, von denen die Leitung 37 zur Rücklaufleitung 25 führt, die Leitung 38 zu der Förderleitung 12. Zwischen der Mündungsstelle der Leitung 34 in die Steuerleitung 37 und dem nächst­ gelegenen Wechselventil 33 ist eine Drossel 39 angeord­ net.

Die Leitung 16 mündet an der Längsseite eines Druckre­ gelventils 41, an dessen anderer Längsseite die Leitung 29 mündet und von der eine Leitung 42 ausgeht, die zum Stromregelventil 35 führt. Von der Leitung 37 geht eine Leitung 44 aus, die zu einem Kolbenelement 96-98 führt und dort eine verstellbare Drossel 45 bildet und dann in die Leitung 16 hinter dem Druckregelventil 41 mündet (siehe Fig. 2). Zwischen dieser Mündungsstelle und dem Wechselventil 18 ist in der Leitung 16 eine Drossel 46 angeordnet. Von der Leitung 44 zweigt eine Stichleitung 48 ab, die an die eine Stirnseite des Druckregelventils 41 führt. Beidseits dieser Mündungsstelle befinden sich in der Leitung 44 zwei Drosseln 49, 50. An die entgegenge­ setzte Stirnseite des Druckregelventils 41 führt eine Leitung 51, die von der Leitung 29 ausgeht. Auf diese Stirnseite des Druckregelventils wirkt auch eine Regel­ feder 52 ein. Auf das Stromregelventil 35 wirkt eben­ falls von der Seite der Leitung 34 eine Reglerfeder 53 ein.

Die Fig. 2 zeigt eine konstruktive Ausbildung des Strom­ regelventils 35 und des Druckregelventils 41, wobei hier noch einige Vereinfachungen vorgenommen worden sind. Der Schieber des Stromregelventils - das ist die Druckwaage - ist mit 56 bezeichnet und ist in einer Gehäusebohrung 58 gleitend geführt. Er hat eine läng­ liche Ringnut 59, an die sich Feinsteuerkerben 60 an­ schließen, die zwischen der Förderleitung 12 und der Leitung 37 - hier als Kanal dargestellt - liegen. Im rechtsliegenden Teil des Steuerschiebers 56 ist eine Sackbohrung 61 ausgebildet, die Verbindung zu einem Druckraum 62 als Endteil der Bohrung 58 hat, die dort durch eine Verschlußschraube 63 verschlossen ist. In die Bohrung 61 mündet der Drosselkanal 36. Auf den Steuer­ schieber 56 wirkt von der linken Seite her die Reglerfeder 53 ein. In den linken Teil der Gehäusebohrung 58 mündet ein Kanal 65, in welchen wiederum die Bohrung 27′′′ samt der Drossel 39 einmünden. An den linken Endabschnitt der Bohrung 58 ist das Druckbegrenzungsventil 28 angeschlossen.

Unterhalb des Stromregelventils 35 befindet sich in einem angebauten Gehäuseteil 68 eine parallel zur Gehäusebohrung 58 verlaufende Längsbohrung 70, in deren rechtem Teil das Druckregelventil 41 untergebracht ist. Die Bohrung ist etwa in der Mitte durch ein Expanderelement 71 ver­ schlossen, beidseitig durch Verschlußschrauben 72, 73. Im rechten Teil der Längsbohrung 70 ist der Steuerschie­ ber 74 des Druckregelventils 41 dicht gleitend geführt. In den rechten Teil der Längsbohrung mündet ein Kanal 75, welcher von der Leitung 12 ausgeht. Der Kanal 75 mündet in einen Kanal 76, der parallel zur Längsbohrung 70 ver­ läuft und von dem eine Bohrung 77 ausgeht, die links vom Expanderelement 71 in den linken Teil der Längsbohrung 70 mündet. Der Kanal 76 ist am linken Ende des Gehäuses 68 verschlossen. Weiterhin mündet in die Längsbohrung 70 eine Bohrung 79, an welche die Leitung 16 für den Stell­ zylinder 15 angeschlossen ist.

Am Außenumfang des Steuerschiebers 74 ist eine Ringnut 80 ausgebildet, der ein Bund 81 folgt und diesem wiederum eine schmale Ringnut 82 und dann wieder ein Bund 83. Links vom Bund 83 befindet sich eine Ringnut 84, in die eine den Steuerschieber durchdringende Querbohrung 85 mündet. Die Querbohrung mündet in eine im Steuerschie­ ber 74 verlaufende Längsbohrung 87, die aber an ihren beiden Enden verschlossen ist. Von der Längsbohrung 87 geht im rechten Teil des Steuerschiebers noch eine Quer­ bohrung 88 aus, die bis zu seiner Oberfläche führt. Am linken Teil des Steuerschiebers 74 ist an seiner Ober­ fläche eine Längsnut 90 ausgebildet, die von der Ring­ nut 93 ausgeht und bis zu einer Ringnut 91 am linken Ende des Steuerschiebers reicht. Rechts von der Ringnut 91 ist am Steuerschieber noch eine schmale Ringnut 93 ausgebil­ det. Dort befindet sich ein Druckraum 92.

Im linken Teil der Längsbohrung 70 ist ein Kolbenelement gelagert, das aus drei Kugeln 96 bis 98 besteht, die dort dicht gleitend geführt sind. Von diesem Teil der Bohrung geht eine Querbohrung 99 aus, welche in eine Längsbohrung 100 mündet, von der wiederum eine Querbohrung 101 rechts vom Expander ausgeht und in die Längsbohrung 70 mündet. Im linken Endteil der Bohrung 70 ist ein Federteller 103 angeordnet, auf den eine Druckfeder 104 einwirkt, an den sich auch die Kugel 96 anlegt. In den die Feder 104 auf­ nehmenden Raum 105 mündet eine Bohrung 106, welche mit der Bohrung 34 in Verbindung steht. Die Bohrung 34 ist auch mit dem linken Teil der den Steuerschieber 56 auf­ nehmenden Bohrung 58 verbunden (Druckraum 58′). Oberhalb der Mündungsstelle der Bohrung 99 in die Längsbohrung 70 und etwas nach links versetzt zu dieser mündet eine Boh­ rung 95, die mit der Rücklaufleitung 25 verbunden ist.

Befinden sich die Wegeventile 22 bis 24 in Neutralstellung, so gelangt das in der Förderleitung 12 fließende Druck­ mittel in den Drosselkanal 36 und pflanzt sich in die Druckkammer 62 fort, wodurch der Steuerschieber 56 ent­ gegen der Kraft der Feder 53 verschoben wird. Sämtliches von der Pumpe geförderte Druckmittel gelangt damit in die Leitung 37 und von da in die Rücklaufleitung 25 und zum Behälter (siehe Fig. 1). Dazu ist zu bemerken, daß die Brennkraftmaschine 13 jetzt mit Leerlaufdrehzahl arbeitet, so daß nur ein Mindeststrom von der Pumpe 10 gefördert wird. Wird eines der Wegeventile - z. B. das Wegeventil 24 , in Arbeitsstellung I geschaltet, so gelangt nun Druck­ mittel über eine an die Förderleitung 12 angeschlossene Leitung 76 und über einen Kanal 77 im Steuerschieber des Wegeventils einerseits in die Verbrauchleitung 78, an­ dererseits in einen an den Kanal 77 angeschlossenen Ka­ nal 79 (siehe Fig. 1) und von diesem in die Leitung 32 und weiter zum Wechselventil 33. Sind mehrere Verbraucher durch entsprechende Betätigungen mehrere Wegeventile mit Druckmittel versorgt und würde beispielsweise am Wegeventil 24 der höchste Verbraucherdruck herrschen, so wird das Wechselventil 33 so geschaltet, daß nun Ver­ bindung hergestellt wird vom Wegeventil 24 über die Lei­ tung 32 zum untersten Zweig 27′′′ der Leitung 27. Der dort herrschende Druck pflanzt sich über die Drossel 39 in die Leitung 34 fort und wirkt von hier auf die andere Seite (Druckraum 58′) des Steuerschiebers 56 des Stromregelventils 35. Da von hier auch die Regelfeder 53 auf den Steuerschieber 56 einwirkt, wird dieser nun ent­ gegen dem im Druckraum 74 herrschenden Druck verschoben. Dadurch wird die Verbindung von der Förderleitung 12 zur Rücklaufleitung 25 durch den Steuerschieber angedrosselt, und der Druck steigt auf das Betriebsdruckniveau an. Über die Kanäle 75, 76 und 77 gelangt unter Pumpendruck stehen­ des Druckmittel auch in den linken Teil der Längsbohrung 70 (Druckraum 70′) und wirkt dort auf die Kugeln 96 bis 98. Auf deren andere Seite (Druckraum 105) wirkt der Last­ druck aus der Bohrung 27′′′, welche über den Druckraum 58′ und über den Kanal 34 mit dem Druckraum 105 in Verbindung steht. Da der Druck auf die rechte Seite der Kugeln größer ist als aus dem Druckraum 105 plus der Kraft der Feder 104, sind die Kugeln ganz nach links verschoben. Damit ist die Verbindung der Bohrungen 99 und 95 durch die mittlere Kugel 97 gesperrt, dieser Kolbenteil also momen­ tan außer Funktion. Gleichzeitig wird mit dem steigenden Betriebsdruck durch das Druckregelventil 41 die Bohrung 75 mit der Bohrung 79 verbunden, worauf Druckmittel auch über die Leitung 16 zum Stellzylinder 15 übertragen wird, und zwar solange, bis der Abregeldruck des Druckregel­ ventils 41 - bestimmt durch die Feder 52 - erreicht ist. Damit geht die Motor-(Pumpen-)drehzahl auf einen höheren Festwert (Grunddrehzahlanhebung, Abwürgesicherung). Dieser wird so lange beibehalten, bis mit zunehmendem Förder­ strom zum Verbraucher, z. B. 78, die Steuerkante 60 an der Druckwaage 56 nach und nach schließt (Pumpenförder­ strom aufgebraucht). Damit verbunden ist eine Verringe­ rung der Druckdifferenz zwischen den Räumen 62 und 58′ bzw. 70′ und 105 (Regeldruckgefälle). Dies bewirkt, daß das Kolbenelement 96 bis 98 sich nach rechts be­ wegt und die Verbindung 99 nach 95 etwas öffnet. Dabei wird der Druck im Druckraum 92 abgesenkt. Dies gleicht der Druckregler 41 durch eine Erhöhung des Ausgangs­ druckes an der Bohrung 79 aus, die Pumpendrehzahl und damit der Förderstrom steigen so lange, bis der Pumpen­ förderstrom und das Regeldruckgefälle am Verbraucher in Abhängigkeit von der Stellung des betätigten Wege­ ventilschiebers einen Gleichgewichtszustand finden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt eine Abwand­ lung des Druckregelventils 41 und des Steuerkolbens, der hier nicht aus drei Kugeln besteht, sondern aus einem Kolben 110 mit zwei Steuerbunden 111, 112. Diese Teile sind hier in zwei zueinander versetzten Achsen ange­ ordnet. Dadurch ist eine einfachere Kanalführung mög­ lich. Außerdem erfolgt die Verstellung des Druckre­ gelventils 41 hier nicht durch Entlastung auf der Fe­ dergegenseite (wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2), sondern durch Druckbelastung auf der Federseite mit dem Zwischendruck zweier Drosseln, gebildet durch die zulauf­ seitige variable Drossel 118 und die ablaufseitige Kon­ stantdrossel 119. Der Lastdruck wirkt über die Bohrung 34 auf die linke Seite des Steuerkolbens 110 und steuert eine Verbindung zwischen einem Kanal 117 und einem Kanal schiebers mündet. Ein Bund 115 am Steuerschieber des Druck­ regelventils steuert entsprechend dem Pumpendruck und dem Lastdruck in Verbindung mit der Regelfeder 52 den Druck in einem Kanal 117, der mit der Bohrung 16 für den Stell­ zylinder 15 verbunden ist.

Bei beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen ist ein be­ trieb mit Verstellpumpe in analoger Weise möglich. Hier­ bei ist besonders vorteilhaft, daß die Funktionsachse des Druckregelventils (z. B. 41) in gleicher Weise ver­ wendet werden kann (baugleich). Die Betriebsweise ist dann wie folgt: Bei nicht betätigtem Wegeventil (stand­ by) läuft der Antrieb mit Leerlaufdrehzahl. Wird ein We­ geventil betätigt, erfolgt eine Grunddrehzahlanhebung (kann aber auch entfallen). Diese Drehzahl wird bei stei­ gendem Druckmittelbedarf zunächst konstant gehalten und die Förderstromanpassung durch Ändern des Pumpenschwenk­ winkels (Axialkolbenpumpe) vorgenommen. Erst wenn die Pumpe voll angeschwenkt ist, erfolgt die geregelte Dreh­ zahlerhöhung des Antriebs. Dabei bleibt die Pumpe voll ausgeschwenkt (Ausführungsbeispiel nach Fig. 4).

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt die elektrische Lösung zu einem Drehzahl- und Förderstromregelkreis. Hier wird über einen separaten Kolben - ähnlich wie beim Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 und bezeichnet mit 120 und mit Feder 121 - das Regeldruckgefälle am load-sensing- Wegeventilblock durch einen Wegaufnehmer 122 abgegriffen, einem elektronischen Steuergerät 123 zugeführt, und von dort wird über einen Wegaufnehmer 124 der Drehzahlsteller 125 der Einspritzpumpe 14 angesteuert. Der Lastdruck wird über einen Druckschalter 126 ebenfalls dem elek­ tronischen Steuergerät eingegeben, ebenso wie über einen Wegaufnehmer 127 die Stellung des Fahrpedals 128. Die Elektronik erlaubt eine große Bandbreite für die Stabili­ tätsbeeinflussung des Regelkreises. Eine Grunddrehzahl­ anhebung ist durch den Druckschalter 126 möglich. Sie verhindert das Abwürgen des Antriebsmotors bzw. einen günstigeren Betrieb desselben.

Ein Betrieb mit Verstellpumpe ist in analoger Weise mög­ lich. Hierbei entfällt die Druckwaage, und eventuell kann der Wegaufnehmer 122 direkt an den Stromregler der Ver­ stellpumpe angebaut werden.

Anstelle des Dieselmotors kann bei allen vorgeschlagenen Lösungen jede andere drehzahlgeregelte Antriebsmaschine verwendet werden.

Claims (9)

1. Hydraulikanlage mit einer von einem Motor angetriebenen Pumpe, dessen seine Drehzahl einstellender Regler von einem über eine Leitung (16) druckmittelbeaufschlagten Stellzylinder (15) derart einstellbar ist, daß die Dreh­ zahl des Motors und damit die Fördermenge der Pumpe ge­ rade so groß ist, wie der oder die von der Pumpe über Wegeventile versorgte Verbraucher gerade benötigen, wo­ bei der an einem Verbraucher herrschende Lastdruck über eine Drossel (39) auf ein entgegen dem Förderdruck be­ aufschlagtes Stromregelventil (35) einwirkt und mit einem Druckregelventil (41), das bei zugeschaltetem(n) Ver­ braucher(n) den Druck in der Leitung (16) zum Stellglied (14) verändert, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck­ regelventil von einem räumlich getrennt von ihm ange­ ordneten Steuerkolben (96 bis 98) angesteuert wird, wel­ cher als Sensor für das Regeldruckgefälle vom Pumpen­ förderdruck zum Steuerdruck dient und die Einstellung des Stellzylinders (15) bewirkt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Steuerkolben aus drei Kugeln (96 bis 98) besteht, die einerseits vom Förderdruck beaufschlagt sind, andererseits vom Verbraucherdruck und einer Regel­ feder (104), und daß der Steuerkolben eine Verbindung (99 bis 101) zur druckveränderlichen Seite des Steuer­ schiebers (74) des Druckregelventils steuert, das an­ dererseits von einer Regelfeder (52) belastet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Steuerschieber (74) eine Drosselver­ bindung (90) von einem vom Verbraucherdruck beauf­ schlagten Raum (92) zur Steuerleitung (16) für den Stellzylinder besteht.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Steuerkolben (96 bis 98) von einer Regelfeder (104) beaufschlagt ist, und daß die Federsteifigkeit der Regelfeder (104) sowie die Steuerkantengeometrie des separaten Steuerkolbens (96 bis 98) in Abhängigkeit von den Stabilitätsbedingungen des Regelkreises gewählt sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerkanten für den separaten Kolben durch Querbohrungen (95, 99) gebildet sind, die in die die Kugeln (96 bis 98) aufnehmende Längsbohrung eindringen.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der separate Kolben (Kugeln 96 bis 98) achsgleich in einer den Steuerschieber (74) des Druck­ regelventils (41) aufnehmenden Längsbohrung (70) ange­ ordnet sind und durch ein Expanderelement (71) vom Steuerschieber (74) getrennt sind.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckregelventil (41) und der se­ parate Kolben (110) in achsversetzten Bohrungen zur günstigeren Signalleitungsverknüpfung angeordnet sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (120) als Regeldrucksensor mit einem elek­ trisch proportionalen Wegaufnehmer (122) zusammenwirkt, um über ein elektronisches Steuergerät (123) den Dreh­ zahlsteller (125) zu betätigen, und daß dem elektro­ nischen Steuergerät auch die Stellung des Fahrhebels (128) über einen Wegaufnehmer (127) eingegeben werden kann sowie der Verbraucher- oder Pumpendruck über einen elektrischen Druckschalter (126).

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung einer Verstellpumpe die Position ihres Stromregelventils (35) direkt mit einem elektrisch proportionalen Wegaufnehmer zusammenwirkt.