DE3628370A1 - Hydraulikanlage fuer nutzfahrzeuge, insbesondere strassenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage für Nutzfahrzeuge, insbesondere Straßenfahrzeuge wie Schneeräum- und Streufahr­ zeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beispielsweise bei einem für den Winterdienst geeigneten Schneeräum- und Streufahrzeug für den Straßeneinsatz wird eine umfassende Hydraulikanlage für alle hydraulischen Ver­ braucher benötigt. So müssen über Hydraulikpumpen beispiels­ weise der Frontschneepflug, der Seitenschneepflug, aber auch der Salzstreuer am Ende des Fahrzeuges betrieben werden.

Um beispielsweise den Frontschneepflug zu betreiben, werden für diesen hydraulischen Verbraucher Fördermengen von bei­ spielsweise 10 bis 20 l pro Minute bei Verbraucherdrücken von ca. 150 bar benötigt. Für den Antrieb des Seitenschnee­ pfluges sollten dahingegen die Fördermengen beispielsweise bei ca. 30 bis 40 l pro Minute bei einem Verbraucherdruck von etwa 180 bar vorhanden sein. Demgegenüber müssen die von der Hydraulikanlage bereitgestellten Fördermengen und Förderdrücke für einen Salzstreuer aber noch bei weitem höher liegen. Übliche Salzstreuer benötigen beispielsweise zum Be­ trieb Fördermengen von ca. 40 bis 50 l pro Minute bei einem Druck von 300 bar und mehr.

Obgleich die vorstehend genannten Betriebsdaten nur bei­ spielhaft zu verstehen sind, so werden daraus doch die Prob­ leme für eine derartige Hydraulikanlage deutlich.

So ist bisher versucht worden, die vorstehend genannten Ver­ braucher, nämlich den Front- und den Seitenschnee­ pflug wie vor allem den Salzstreuer über drei von dem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges angetriebene Zahnradpumpen hydraulisch zu versorgen. Abgesehen davon, daß der Aufwand beträchtlich ist, weist diese Anordnung jedoch den schwerwie­ genden Nachteil auf, daß entsprechend der Antriebsdrehzahl die Fördermengen und bereitgestellten Förderdrücke schwan­ ken. Dies erweist sich besonders nachteilhaft beim Salzstreuer, da dieser bei unterschiedlicher Drehzahl des Antriebsmotors und somit auch bei unterschiedlicher Geschwindigkeit des Fahrzeuges eine konstante Antriebsleistung aufweisen soll, was vor allem heißt, daß die Streudichte pro m² und vor allem auch die Streubreite auf den einmal voreingestellten Wert konstant beibehalten werden soll.

Das kann aber mit einer derartigen drehzahlabhängigen Zahn­ radpumpe nicht erreicht werden. Darüber hinaus können mit üblichen Zahnradpumpen Drücke nur bis ca. maximal 250 oder 270 bar erreicht werden. Im Einzelfall kann dies bei­ spielsweise für einen Schneckenstreuer noch ansatzweise aus­ reichend sein. Für einen Bandstreuer aber, der vor allem bei der Inbetriebnahme häufig vereist und festgefroren sein kann, müssen aber Drücke bis über 300 oder sogar 350 bar aufgebracht werden.

Insbesondere um eine gleichmäßige Streubreite und Streudichte zu gewährleisten, ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, bei einer Hydraulikanlage in einem Kraftfahrzeug für den Betrieb des Salzstreuers eine Hydraulikpumpe und für den Betrieb der weiteren hydraulischen Verbraucher, wie beispielsweise Seiten- und Frontschneepflug, jeweils eine weitere antriebsmaschinendrehzahlabhängige Zahnrad­ pumpe für einen separaten Hydraulikkreis zu verwenden. Die Hydraulikpumpe für den Salzstreuer wird dabei mit einem Druck-Förderstromregler betrieben, mittels dessen neben der Funktion des Druckreglers auch über einen Differenzdruck am Verbraucher, beispielsweise eine Blende, der Förderstrom der Pumpe eingestellt werden kann. Der Förderstromregler besteht dabei im wesentlichen aus einem den Schwenkwinkeln der Hydraulikpumpe verstellbaren Verstellkolben, der über einen Steuerschieber angesteuert wird. Wird der Förderstrom kleiner als ein Regelsollwert, so erfolgt durch den vor und nach einer Meßblende in der Hochdruckleitung zum Verbrau­ cher abgegriffene Differenzdruck eine Druckbeaufschlagung des Verstellkolbens derart, daß die Pumpe auf maximale Fördermenge verstellt wird.

Beim Überschreiten des Regelsollwertes wird demgegenüber der Verstellkolben entlastet und die auf die Schwenkscheibe einwirkenden Kräfte, d.h. die Nullrückstellfeder und die Reaktionskräfte, verkleinern den Schwenkwinkel und damit das spezifische Hubvolumen der Pumpe. Mit dieser Anordnung kann also eine von der Drehzahl der Antriebsmaschine unab­ hängig konstante Antriebsleistung für den Betrieb eines Salzstreuers zur Verfügung gestellt werden.

Die anderen hydraulischen Verbraucher aber werden - da aus Kosten- und baulichen Gründen nicht mehrere Hydrostat­ pumpen eingebaut werden können - die bereits herkömm­ licherweise verwandten Zahnradpumpen mit den oben geschil­ derten Nachteilen eingesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und eine zentrale Hydraulikanlage für Nutzfahrzeuge, insbeson­ dere Straßenfahrzeuge zu schaffen, mit der problemlos mehrere Verbraucher mit den verbraucherspezifischen Fördermengen und Förderdrücken praktisch antriebsmaschinendrehzahlun­ abhängig versorgt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merk­ malen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals die Möglich­ keit geschaffen, daß mehrere hydraulische Verbraucher durch eine gemeinsame Hydrostatpumpe versorgt werden können.

Als überraschend ist dabei festzuhalten, daß mit der erfin­ dungsgemäßen Anordnung über eine gemeinsame Hydrostat­ pumpe unterschiedliche Verbraucher bei unterschiedlichen Verbraucherdrücken mit verschiedenen Fördermengen versorgt werden können.

Dabei wird die verbraucherabhängige Verbrauchermenge durch in den einzelnen Förderleitungen eingebaute Blenden mit unterschiedlichem Durchmesser festgelegt.

Erfindungsgemäß sind ferner Druckwagen mit einem jewei­ ligen Druckbegrenzungsventil vorgesehen, durch die die einzelnen Verbraucherdrücke eingestellt werden können. Die Druckwaage ist dabei erfindungsgemäß wichtig, um bei unterschiedlichen Verbraucherdrücken das Teilungsverhältnis der Volumenströme in den gewünschten Bereichen konstant zu halten.

Als besonders günstig hat sich in einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 erwiesen, daß der an jeder Blende abfallende Differenzdruck, der als Regelsollwert zur Verstellung des Schwenkwinkels der Hydrostatpumpe dient, bei allen Verbrauchern gleich gewählt ist.

In einer Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 4 sind dabei in den nach den Blenden abzweigenden Steuerleitun­ gen für die Verstellung des Schwenkwinkels der Hydrostat­ pumpe Rückschlagventile angeordnet, so daß die hinter den Blenden jeweils verbraucherspezifisch abgegriffenen Steuer­ drücke nur in Richtung auf den Fördermengenregler für die Hydrostatpumpe wirken können, wobei nur das größte Druck­ signal anliegt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus dem in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiel.

In der Zeichnung ist ein Prinzipschaltplan für eine Hydrau­ likanlage zur Versorgung mehrerer Verbraucher mit einer einzigen Hydrostatpumpe gezeigt.

Dazu ist eine Hydrostatpumpe 1 über eine Förderleitung 3 mit einem Tank 5 verbunden. Von der Hydrostatpumpe 1 aus führt eine Hochdruckleitung 7 zu den im Ausführungsbeispiel gezeigten drei Verbrauchern A, B und C, wozu sich die Hochdruckleitung 7 an einem Verzweigungspunkt 9 in die drei Druckleitungen 7 a, 7 b und 7 c verzweigt.

In jeder Hochdruckleitung 7 a, 7 b und 7 c zu dem Verbraucher ist eine Druckwaage 11 und nachgeordnet eine Blende 13 vorgesehen, über die das von der Hydrostatpumpe 1 geför­ derte Hydraulikmedium zu dem jeweiligen Verbraucher geför­ dert wird.

Wie in der Zeichnung nur schematisch angedeutet ist, kann zwischen der Blende 13 und jeden Verbraucher A, B und C noch eine Vielzahl von Steuerschiebern und Umschaltventilen 15 einschließlich Sperrventilen zum Ein- und Ausschalten der hydraulischen Verbraucher vorgesehen sein, die in der Regel elektrisch ansteuerbar sind.

Jede Druckwaage 11 besteht aus einer Meßblende mit Regel­ kolben 17.

Hinter jeder Blende 13 zweigt jeweils eine Steuerdruckleitung 23 von der jeweiligen Hochdruckleitung 7 ab und führt zu einem Fördermengenregler 25.

Jede Druckwaage 11 umfaßt eine Nebenleitung 27, über die sie über ein Rückschlagventil 29 mit der Steuerdruckleitung 23 an einem Anschlußpunkt 31 verbunden ist, wobei in dem von der jeweiligen Blende 13 ausgehenden Abschnitt der Steuer­ druckleitung 23 vor dem Anschlußpunkt 31 ebenfalls ein Rück­ schlagventil 33 sitzt.

Die drei Steuerdruckleitungen 23 a, 23 b und 23 c der drei im gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Verbraucher mün­ den jeweils paarweise über weitere Rückschlagventile 35 bzw. 37 in den gemeinsamen Abschnitt 39 der Steuerdruckleitung 23.

Der Förderstromregler 25 umfaßt einen Verstellkolben 41 zur Veränderung des Schwenkwinkels der Schwenkscheibe der Hydrostatpumpe 1.

Der Verstellkolben 41 ist dabei in seinem federbelasteten Kolbenraum über eine weitere Steuerdruckleitung 43 mit der Hochdruckleitung 7 der Hydrostatpumpe 1 verbunden.

Der in entgegengesetzter Richtung beaufschlagbare Kolben­ raum des Verstellkolbens 41 ist über eine über ein Hochdruck­ begrenzungsventil 45 und ein Umschaltventil 47 in der gezeig­ ten Stellung mit dem Tank 5 verbunden.

Das Umschaltventil 47 dient zur Ansteuerung des Verstellkol­ bens 41 zur Veränderung des Verschwenkwinkels der Schwenk­ scheibe der Hydrostatpumpe 1. Dazu ist das Umschaltventil 47 entgegen der Kraft einer Feder 49 ebenfalls über die Steuerdruckleitungen 43 mit der Hochdruckseite der Hydrostat­ pumpe 1 verbunden. An der gegenüberliegenden Seite greift neben dem Federsignal noch das von den Verbrauchern kom­ mende Steuerdrucksignal über die Steuerdruckleitungen 23 bzw. über den letzten Abschnitt 39 an.

Nachfolgend wird auf die Funktionsweise der Hydraulikan­ lage eingegangen.

Es wird zunächst davon ausgegangen, daß während des Be­ triebes der nicht näher gezeigten Antriebsmaschine des Nutz­ fahrzeuges lediglich der Verbraucher A zugeschaltet sei. D.h., daß an den Verbrauchern B und C die Sperrventile 15 ge­ schlossen sind.

Wird beispielsweise die Antriebsmaschinendrehzahl erhöht, so würde darüber auch die zum Verbraucher A strömende Förder­ menge ansteigen.

Eine Erhöhung der durch die Blende 13 a strömenden Fördermen­ ge führt aber zu einem größeren Druckabfall an dieser Blen­ de. Dieses Differenzdrucksignal liegt einmal aber über die Steuerdruckleitung 43 im Fördermengenregler 25, die unmittel­ bar mit der Hochdruckseite der Hydrostatpumpe 1 verbunden ist, an der einen Seite des Umschaltventiles 47 und über die Steuerdruckleitung 23 an der anderen Seite des Umschaltven­ tiles 47 an. Ist der Regelsollwert des Differenzdrucksignals beispielsweise auf 14 bar eingestellt, so wird bei Überschrei­ ten eines Differenzdruckes von mehr als 14 bar das Umschalt­ ventil 47 aus der in der Figur gezeigten Stellung entgegen der Kraft der Feder 49 nach rechts verschwenkt, so daß in diesem Fall die unter Hochdruck stehende Steuerdruckleitung 43 über das Umschaltventil 47 mit dem gegenüberliegenden Kolbenraum mit größerer Kolbenfläche in Verbindung steht, so daß der Verstellkolben 41 in der Zeichnung nach links zu einer Verkleinerung des Schwenkwinkels und damit zur Ver­ ringerung des spezifischen Hubvolumens der Hydrostatpumpe führt.

Beispielsweise durch eine Senkung der Antriebsdrehzahl wird das Hubvolumen so stark verringert, daß das Differenzdruck­ signal an der Blende 7 a unter den Regelsollwert abfällt, so wird das Umschaltventil 47 durch dieses verringerte Differenz­ drucksignal wieder in die in der Figur gezeigte Stellung zurückgeschaltet, in der der Kolbenraum mit größerer Kolben­ fläche des Verstellkolbens 41 wieder über die Leitung 48 mit dem Tank 5 verbunden und somit entlastet ist, so daß der Verstellkolben in der Figur nach rechts im Sinne einer Erhöhung des Fördervolumens der Hydrostatpumpe verschwenkt wird.

Grundsätzlich bleibt noch anzumerken, daß sich bei jedem hydraulischen Verbrauchen der von der Hydrostatpumpe ge­ lieferte Druck lastabhängig einstellt. Beträgt beispielsweise die Last am Verbraucher A für einen Salzstreuer 300 bar, und ist der Regelsollwert für den Druckabfall an der Blende 13 mit 14 bar gewählt, so wird über die Hydrostatpumpe ein Druck vor der Druckwaage von 314 bar bereitgestellt.

Soll nun beispielsweise ein zweiter Verbraucher B zugeschaltet werden, der bei einem ebenfalls lastabhängigen Druck von beispielsweise 180 bar arbeitet, so wird eines der mit dem Be­ zugszeichen 15 zusammengefaßten Steuer- und Sperrventile ge­ öffnet. Dies führt dazu, daß kurzzeitig die zu dem Verbrau­ cher A zuströmende Fördermenge an der Meßblende 13 a ab­ fällt, wodurch sofort über die zugehörige Steuerdruckleitung die verstellbare Hydrostatpumpe in Richtung auf eine größere Fördermenge hochgeregelt wird. Auch beim Verbraucher B stellt sich der dort benötigte Druck lastabhängig ein, und kann beispielsweise im Gegensatz zum Verbraucher A nur bei 180 bar liegen. Durch die dem Verbraucher B zugeordnete Druckwaage wird nun gewährleistet, daß der von der Hydro­ statpumpe gelieferte Hochdruck von beispielsweise 314 bar entsprechend den Lastverhältnissen für den Verbraucher A in der Hochdruckleitung 7 erhalten bleibt, und daß mittels der mit dem Regelkolben versehenen Meßblende 17 der an der Druckwaage 11 anstehende hohe Druck von 314 bar auf 180 bar für den Verbraucher B minimiert wird. Über die Neben­ leitungen 27 ist die nach Art eines Mengenreglers aufgebaute Druckwaage mit der Steuerdruckleitung 23 verbunden.

Da auch in diesem Fall durch die Rückschlagventile an der Steuerdruckleitung 23 nur das lastabhängige um den Diffe­ renzdruck verminderte Drucksignal des Verbrauchers A an­ liegt, erfolgt die drehzahlabhängige Drucksteuerung wie oben beschrieben.

Aus dem geschilderten Sachverhalt wird deutlich, daß an dem Fördermengenregler 25 immer das Differenzdrucksignal des Verbrauchers mit dem höchsten lastabhängigen Druck anliegt.

Ist beispielsweise nur der Verbraucher B zugeschaltet, so wird die Hydrostatpumpe entsprechend diesem lastabhängigen Druck von 180 bar eingeregelt, so daß über die Hydrostatpumpe bei gleichem Regelsollwert für die Blende 11 b ein Druck von 194 bar bereitgestellt wird. Denn trotz aller unterschiedlicher Blendendurchmesser entsprechend den gewünschten Fördermen­ gen sind die Regelsollwerte so gewählt, daß an allen Blen­ den bei der gewünschten Durchfluß-Fördermenge sich eine Druckdifferenz entsprechend dem Regelsollwert einstellt.

Ebenso kann auch noch der Verbraucher C zugeschaltet wer­ den.

Aufgrund des geschilderten Sachverhaltes wird ebenso deut­ lich, daß eine Druckwaage an sich für den Verbraucher nicht notwendig ist, der immer bei einem Lastdruck arbeitet, der höher liegt, als die Lastdrücke bei den anderen Verbrauchern. Die Druckwaage 11 für den Ver­ braucher A ist aber im gezeigten Ausführungsbeispiel für den Fall vorgesehen, daß beispielsweise der Lastdruck am Ver­ braucher B oder C größer ist als am Verbraucher A, so daß dann die Druckwaage für den Verbraucher A, wie vorstehend erläutert, in Funktion tritt, um den von der Hydrostatpumpe entsprechend dem größten lastabhängigen Druck bereitgestell­ ten Hydraulikdruck trotz des demgegenüber geringeren Last­ druckes beim Verbraucher A aufrechtzuerhalten.

Wird von mehreren gleichzeitig zugeschalteten Verbrauchern wieder einer abgeschaltet, so erfolgt der Regelungsvorgang umgekehrt.

Sollten alle Verbraucher abgeschaltet sein, so ist die Funk­ tionsweise der Druckwaagen derart, daß über die Hydrostat­ pumpe letztlich nur ein dem Regelsollwert der Blenden spezi­ fischer Druck von beispielsweise 14 bar bereitgestellt wird, der über die Steuerleitungen 23 abgebaut wird.

Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung ebenfalls ergibt, sind die Druckwaagen 21 notwendig, um bei unterschiedlichen Verbraucherdrücken das Teilungsverhältnis der Volumenströme zu den einzelnen Verbrauchern aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten kann also durch entsprechende Bemessung des Blendenquer­ schnittes die für jeden Verbraucher gewünschte Fördermenge und durch die Druckwaagen der für jeden Verbraucher ge­ wünschte Lastdruck eingestellt bzw. aufrechterhalten werden, wobei hierfür nur eine einzige alle Verbraucher versorgende Hydrostatpumpe benötigt wird. Der Regelsollwert für die Druck­ differenz an den Blenden 13 wird dabei an den Druckwaagen eingestellt und hat für alle Blenden 13 den gleichen Wert.

Sollte der Betriebsdruck an der Hochdruckleitung 7 über einen maximal eingestellten Wert am Hochdruckbegrenzungsventil 45 ansteigen, so wird dieses Hochdruckbegrenzungsventil 45 von der in der Figur gezeigten Lage nach rechts so ver­ schwenkt, daß der an der Steuerdruckleitung 43 anliegende Hochdruck ebenfalls an dem rechten Kolbenraum mit größerer Kolbenfläche des Verstellkolbens anliegt, so daß dieser sofort im Sinne eines Verschwenkens der Schwenkscheibe auf mini­ malen Hub verstellt wird. Über eine Zweigleitung 57 mit einer engen Drossel 59 kann eine Verbindung am Tank 5 bestehen.

Claims (8)

1. Hydraulikanlage für Nutzfahrzeuge, insbesondere Straßen­ fahrzeuge, wie Schneeräum- und Streufahrzeuge mit zumindest einer verstellbaren Hydrostatpumpe (1) zur Versorgung eines Ver­ brauchers mit vorzugsweise einem Druckbegrenzungsventil (45) und einem Förderstromregler (25), der eine in der Hochdrucklei­ tung (7) der Hydrostatpumpe (1) zum Verbraucher angeord­ nete Blende (13) zur Messung eines als Regelsollwert dienen­ den Differenzdruckes umfaßt, wobei die beidseitig der Blende (13) herrschenden Steuerdrücke auf einen Verstellkolben (41) bzw. einen den Verstellkolben (41) ansteuerndes Umschaltven­ til (47) zur Erhöhung oder Verminderung der Fördermenge bei Unterschreiten des blendenabhängigen Regelsollwertes durch Vergrößerung und bei Überschreiten des Regelsollwertes durch Verkleinerung des Schwenkwinkels der Hydrostatpumpe wirken, und weiteren Fördereinrichtungen zur Versorgung weiterer Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß eine ver­ stellbare Hydrostatpumpe (1) zur Versorgung zumindest zweier bei unterschiedlichen Fördermengen und unterschiedlichen Betriebsdrücken arbeitenden Verbrauchern (A, B, C) vorge­ sehen ist, daß in jeder von der Hydrostatpumpe (1) zu einem Verbraucher (A, B, C) führenden Förderleitung (7 a, 7 b, 7 c) eine Blende (13) mit fördermengenabhängigem Quer­ schnitt und bei dem Verbraucher mit niedrigerem Lastdruck eine Druckwaage (11) angeordnet ist, wobei nach den jewei­ ligen Blenden (13) ausgehende Steuerdruckleitungen (23) zu dem Fördermengenregler (25) führen.

2. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (13) unterschiedlicher Durchmesser entspre­ chend dem unterschiedlichen Fördermengenbedarf der Ver­ braucher (A, B, C) aufweisen.

3. Hydraulikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blendendurchmesser so gewählt sind, daß bei Erreichen der verbraucherabhängigen Fördermenge an je­ der Blende (13) die gleiche, als Regelsollwert dienende Druck­ differenz zur Verstellung des Fördermengenreglers (25) an­ liegt.

4. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß in jeder zu einem Verbraucher (A, B, C) führenden Förderleitung (7 a, 7 b, 7 c) eine Druckwaage (11) angeordnet ist.

5. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß in den von der verstellbaren Hydrostatpumpe (1) kommenden Hochdruckleitungen (7 a, 7 b, 7 c) jeweils die Druckwaage (11) vor der nachgeordneten Blende (13) angeordnet ist.

6. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß in den nach den Blenden (13) ab­ zweigenden Steuerdruckleitungen (23) jeweils ein Rückschlag­ ventil (29, 33, 35) angeordnet ist, hinter dem die Steuer­ druckleitung (23) in eine gemeinsame Druckleitung (Ab­ schnitt 39) zur Regelung des Fördermengenreglers (25) mün­ den.

7. Hydraulikanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß am Fördermengenregler (25) immer das höchste last­ abhängige Verbraucher-Drucksignal anliegt.

8. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Meßblende mit Regelkolben (17) einer jeden Druckwaage (11) über ein Rückschlagventil mit der zugehörigen Steuerdruckleitung (23) verbunden ist.