DE3609399C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einer Brennkraftmaschine und geht dabei aus von einem druckschriftlich nicht belegbaren, jedoch als allgemein bekannt voraussetzbaren Stand der Technik.

Mobile Arbeitsmaschinen werden oftmals durch Verbrennungs­ kraftmaschinen mit variabler Drehzahl angetrieben. Dabei ist die variable Antriebsdrehzahl im Bereich zwischen Leerlauf und Maximaldrehzahl verstellbar, um den unterschiedlichen Belastungen des Antriebs Rechnung zu tragen. Diese Verstel­ lung erfolgt entweder durch das Bedienungspersonal, also durch manuellen Eingriff direkt an dem Drehzahl-Stellgeber des Motors (Drosselklappe oder Einspritzpumpe), oder durch übergeordnete, die Belastung messende Regelsysteme, die wiederum auf die Drehzahl-Stelleinrichtung einwirken.

Ein derartiges Regelsystem ist verhältnismäßig trägheitsbe­ haftet, was bei zunehmender Belastung in vielen Fällen noch eher in Kauf genommen werden kann als bei der Entlastung, die - in vielen Fällen schon aus Sicherheitsgründen - sehr schnell vonstatten gehen muß. Aus diesem Grunde werden Hydrauliksysteme vor allem durch Ventile gesteuert. Derar­ tige Ventilsteuerungen haben indes den Nachteil, daß sie bei Teillast des hydraulischen Verbrauchers sehr stark verlust­ behaftet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrauliksystem zu schaffen, das alle Vorteile der Ventilsteuerung beinhaltet, gleichzeitig aber die mit der Ventilsteuerung bisher verbun­ dene Verlustleistung sehr wesentlich vermeidet.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei werden Stellventile verwandt, deren hydraulisches Ausgangssignal lediglich von der Soll­ werteingabe, nicht aber von den hydraulischen Parametern des Ölkreislaufs abhängig sind. Derartige Stellventile können in einer vorteilhaften Ausführung mit einem Durchflußmesser verbunden sein, durch welchen der von dem Stellventil gesteuerte Ölstrom gemessen wird. Das Ausgangssignal des Durchflußmessers wird dem Sollwertgeber des Stellventils in dem Sinne aufgegeben, daß der eingestellte Sollwert konstant ausgeregelt wird.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung enthält das Stell­ ventil eine sog. Druckdifferenzwaage, durch welche die an dem Stellventil eingestellte Druckdifferenz unabhängig von der Sollwertvorgabe auf einen konstanten Wert eingestellt ist bzw. einstellbar ist.

Die Erfindung ist vorteilhafterweise anwendbar beim Betrieb mehrerer hydraulischer Verbraucher, die jeweils durch ein derartiges Stellventil und einen eigenen Sollwertgeber gesteuert sind. In diesem Falle erfolgt zunächst eine Gewichtung der Sollwertsignale in einem Gewichtungswandler. In diesem Gewichtungswandler werden die Stellsignale in Abhängigkeit von der Verbrauchscharakteristik des jeweiligen Verbrauchers bzw. des ihm zugeordneten Stellventils umgewan­ delt. Parameter dieser Verbrauchscharakteristik sind insbe­ sondere der maximale Durchfluß, der maximale Verbraucher­ druck, die eingestellte Druckdifferenz. Der Gewichtungs­ wandler ist vorteilhafterweise auf die Verbrauchscharakte­ ristik der einzelnen Verbraucher bzw. der ihnen zugeordneten Stellventile einstellbar, was manuell vor Inbetriebnahme erfolgen kann.

Die Ausgangssignale des Gewichtungswandlers werden einer Summiereinrichtung aufgegeben, die die Ausgangssignale summiert und in ein einheitliches Stellsignal umwandelt. Dieses Stellsignal wird dem Stellgeber der Brennkraftma­ schine zur Anpassung der Drehzahl an die gewichtete Summe der den einzelnen Verbrauchern zugeleiteten Stellsignale aufgegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Schaltplan, die

Fig. 2A und 2B das Ausführungsbeispiel eines Summierwandlers im Schnitt und in der Aufsicht und die

Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele von Stellventilen.

In Fig. 1 sind als hydraulische Verbraucher ein Hydraulik­ motor 1, ein Arbeitszylinder 2, ein Hydraulikmotor 3, ein Arbeitszylinder 4 dargestellt. Die hydraulischen Verbraucher 1 bis 4 werden von der Pumpe 5 aus einen Tank mit Öl versorgt. Die Pumpe 5 ist über Welle 6 durch Brennkraftmaschine 7 angetrieben. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist durch Stellgeber 8 einstellbar. Die Versorgung der Verbraucher geschieht durch die Pumpleitung 9. Die Tankleitung ist mit 10 bezeichnet. Die Pumpleitung 9 verzweigt sich zu den Ventilen 11, 12, 13, 14, die jeweils den Verbrauchern 1, 2, 3, 4 zugeordnet sind. Es handelt sich hierbei um an sich bekannte vorgesteuerte Drosselventile. Einzelheiten werden hierzu später anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben. Die Ventile 11 bis 14 und Verbraucher 1 bis 4 werden durch die Signalgeber 21, 22, 23, 24 vorgesteuert. Bei den Signalge­ bern kann es sich um Drucksteuerventile, aber auch um elek­ trische Geber handeln. Die wesentliche Eigenschaft der Ventile 11 bis 14 und ihrer Signalgeber 21 bis 24 besteht darin, daß das hydraulische Ausgangssignal der Ventile, d. h. der Volumenstrom zum Verbraucher proportional zu dem Steuersignal der Signalgeber 21 bis 24 ist.

Die bis hierher beschriebene Schaltung ist üblich. Es ist allerdings in der Pumpleitung auch noch ein Überdruckventil oder ein Umlaufventil vorhanden, das dafür sorgt, daß bei Stillstand sämtlicher Verbraucher das von der Pumpe geför­ derte Öl in den Tank ablaufen kann. Auch dabei ist aller­ dings unvermeidbar, daß derartige Umlaufventile mit einer entsprechenden Verlustleistung behaftet sind. Derartige Verlustleistungen werden durch die Erfindung weitgehend vermieden.

Erfindungsgemäß werden die Steuersignale der Signalgeber 21 bis 24 nicht nur zur Verstellung der Stellventile 11-14 benutzt, sondern außerdem auf den Gewichtungswandler 25 gegeben. Dieser Gewichtungswandler besteht aus den Einzel­ wandlern 31, 32, 33, 34, die an die Verbrauchscharakteristik der Verbraucher 1, 2, 3, 4 bzw. der ihnen zugeordneten Stellventile 11, 12, 13, 14 angepaßt werden können. Dies kann z. B. durch manuelle Einstellung geschehen. Die Einstel­ lung erfolgt so, daß die Ausgangssignale der Wandlereinhei­ ten 31 bis 34 im selben Verhältnis zueinander proportional sind wie z. B. die maximalen Durchflußmengen der Ventile 11 bis 14 bzw. Verbraucher 1 bis 4. Die Ausgangssignale der Einzelwandler 31-34 werden nun in dieser gewichteten Form einer Summiereinrichtung 26 aufgegeben und hierin zu einem Ausgangssignal 27 summiert. Das Ausgangssignal 27 bildet das Stellsignal für den Stellgeber 8 der Brennkraftmaschine. Der Stellgeber ist so eingerichtet, daß er die Drehzahl der Brennkraftmaschine z. B. durch Verstellung der Drosselklappe oder Verstellung der Einspritzpumpe so verstellt, daß die Drehzahl zwischen der Leerlaufdrehzahl und der Maximaldreh­ zahl proportional zu dem Ausgangssignal 27 der Summierein­ richtung ist.

Ein Ausführungsbeispiel eines Gewichtungswandlers und einer Summiereinrichtung ist in den Fig. 2A und 2B darge­ stellt. Fig. 2A zeigt den Schnitt durch eine solche Einrich­ tung, Fig. 2B die Aufsicht. Der Gewichtungswandler besteht aus mehreren Kolben 35, 36, 37, 38, die in Zylinderbuchsen 39, 40, 41, 42 gleitend geführt werden. Die Zylinder 28 werden durch Leitungen 29 mit jeweils einem der Stellsignale 29.1-29.4 der Signalgeber 21, 22, 23, 24 beaufschlagt. Sofern es sich bei den Signalgebern um Druckgeber handelt, kann der Druck der Signalgeber unmittelbar über Leitungen 29 den Zylinderräumen 28 aufgegeben werden. Sofern die Signal­ geber ein elektrisches Ausgangssignal geben, ist zunächst eine Wandlung des elektrischen Signals in einen Druck erfor­ derlich. In jedem Falle ist der über die Leitung 29 den Zylinderräumen 28 aufgegebene Druck proportional zum Stell­ signal der Signalgeber 21 bis 24.

Die Zylinderbuchsen 39, 40, 41, 42 haben ungleich große Innendurchmesser und dementsprechend die Kolben 35 bis 38 ungleich große Außendurchmesser. Durch Auswahl der Buchsen und Kolben erfolgt eine Anpassung an die Verbrauchscharak­ teristika der zugeordneten Stellventile 11 bis 14 bzw. Ver­ braucher 1 bis 4. Durch die Vorgabe der Durchmesser wird von den Kolben 35 bis 38 eine nach der Verbrauchscharakteristik gewichtete Kraft auf den Teller 26 ausgeübt. Dieser Teller 26 dient als Summiereinrichtung. Der Teller 26 ist in axialer Richtung gleitend geführt. Er wird gegen die Feder 43 von den Kolben 35 bis 38 belastet. Dabei wird der Stößel 44 verschoben. Der Stößel 44 ist Teil eines Potentiometers 45. Das Ausgangssignal 27 wird dem Stellgeber 8 der Brenn­ kraftmaschine aufgegeben. Der Weg des Stößels 44 und damit das Ausgangssignal 27 des Potentiometers 45 sind proportio­ nal der Summe der Kräfte, die die Kolben 35 bis 38 ausüben.

Die Stellventile nach Fig. 3 und 4 sind in den strichpunk­ tierten Kästen angegeben. Sie können jeweils eines der in Fig. 1 dargestellten Stellventile 11 bis 14 repräsentieren. Die übrigen Teile, die in Fig. 3 bzw. 4 dargestellt sind, sind lediglich mit ihren Bezugszeichen bezeichnet. Im übrigen entspricht ihre Beschreibung derjenigen nach Fig. 1.

Das Stellventil nach Fig. 3 besteht zum einen aus dem Dros­ selventil 46. Das Drosselventil ist einstellbar, z. B. durch hydraulische Vorsteuerung 47. Die hydraulische Vorsteuerung wird durch den Signalgeber 21 bis 24 angesteuert. Gleich­ zeitig wird das Ausgangssignal über eine der Leitungen 29.1 bis 29.4 dem Stellgeber 8 der Brennkraftmaschine 7 zuge­ führt. In der Pumpleitung 9 ist eine Druckdifferenzwaage 48 angeordnet. Eine Kolbenseite dieser Druckdifferenzwaage wird über Leitung 49 mit dem Pumpendruck beaufschlagt. Die andere Kolbenseite der Druckdifferenzwaage ist mit Feder 50 und außerdem mit dem Druck hinter dem Drosselventil 49, d. h. dem Verbraucherdruck über Leitung 51 beaufschlagt. Durch derar­ tige bekannte Druckdifferenzwaagen wird gewährleistet, daß der Druckabfall an dem einstellbaren Drosselventil 46 stets konstant ist. Dadurch wird bewirkt, daß der Durchfluß des einstellbaren Drosselventils lediglich von dem durch einen der Signalgeber 21 bis 24 erzeugten Signal und der hierdurch beeinflußten Öffnungsweite des Drosselventils abhängig ist. Dadurch läßt sich eine lastunabhängige Ansteuerung des Verbrauchers 1 bis 4 bewerkstelligen.

Das Stellventil 11 bis 14 nach Fig. 4 umfaßt wiederum mehre­ re Teile, die in dem strichpunktierten Kasten zusammengefaßt sind. Das Stellventil besteht aus einem Bypass-Ventil 52 und einem Durchflußmengenmesser 53. Das Ausgangssignal des Durchflußmessers 53 wird durch ein Potentiometer 54 erzeugt, das die Stellung des Meßkolbens des Strömungsmessers 53 erfaßt. Das Ausgangssignal des Potentiometers 54 wird dem Bypass-Ventil 52 aufgegeben, und zwar in dem Sinne, daß die durch den Sollwert vorgegebene Strömungsmenge konstant bleibt. Die Sollwertvorgabe erfolgt durch einen der Signal­ geber 21 bis 24. Wie bereits mehrfach beschrieben, wird das Stellsignal 29.1 bis 29.4 gleichzeitig auf den Stellgeber der Brennkraftmaschine 7 zurückgeführt und dadurch die Pumpe 5 mit einer Drehzahl angetrieben, die dem augenblicklichen, durch Stellgeber 21 bis 24 vorgegebenen Bedarf des Verbrau­ chers (1 bis 4) angepaßt ist.

Claims (5)

1. Hydrauliksystem
mit einer Brennkraftmaschine, die durch einen ansteuer­ baren Stellgeber drehzahl-steuerbar ist,
mit einer Hydraulikpumpe, die von der Brennkraftmaschine angetrieben ist,
mit einem hydraulischen Verbraucher, der von der Hydraulikpumpe gespeist wird,
mit einem Stellventil zur Steuerung des Ölstroms im Leitungszweig des Verbrauchers und
mit einem Signalgeber, durch dessen Stellsignal das Stellventil angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellsignal des Signalgebers (21-24) außerdem dem Stellgeber (8) der Brennkraftmaschine (7) aufgegeben wird zur Drehzahlsteuerung der Brennkraftmaschine im Sinne einer Anpassung der Drehzahl an den Leistungsbedarf des Verbrauchers (1-4).

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
von der Hydraulikpumpe (5) über mehrere Leitungszweige mit je einem Stellventil (11-14) mehrere Verbraucher (1-4) gespeist werden,
daß jedem Stellventil je ein Signalgeber (21-24) zugeordnet ist,
daß die Stellsignale (Leitungen 29.1-29.4) einem Gewichtungswandler (25) aufgegeben und darin relativ zueinander in Abhängigkeit von der Relation der Verbrauchercharakteristik der Stellventile (11-14) und/oder der durch die Stellventile gesteuerten Verbrau­ cher (1-4) untereinander gewichtet werden,
daß die Ausgangssignale des Gewichtungswandlers einer Summiereinrichtung (26) aufgegeben werden, und
daß die Summiereinrichtung in Abhängigkeit von der Summe der Ausgangssignale des Gewichtungswandlers (25) das Stellsignal zur Verstellung des Drehzahl-Stellgebers (8) der Brennkraftmaschine (7) erzeugt.

3. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stellventil (11-14) Bestandteil eines Regel­ kreises ist, in dem der Sollwert der Durchflußmenge lastunabhängig ausgeregelt wird.

4. Hydrauliksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellventile jeweils aus einem verstellbaren Drosselventil (46) und einer Druckdifferenzwaage (48) bestehen, durch die die am Drosselventil (46) anliegende Druckdifferenz konstant gehalten wird.

5. Hydrauliksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil einen Regelkreis umfaßt, in dem der Sollwert der Durchflußmenge gemessen und ausgeregelt wird.