DE3703576A1 - Steueranordnung fuer mindestens zwei von mindestens einer pumpe gespeiste hydraulische verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für minde­ stens zwei von mindestens einer Pumpe gespeiste hydrau­ lische Verbraucher mit den im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Bei vorgesteuerten Wegeventilen ist es bekannt (DE-OS 26 51 325) abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem jeweils höchsten Lastdruck den Vorsteuerdruck zu verringern, wenn die Pumpenförder­ menge nicht mehr ausreicht, um die Verbraucher mit den an den Wegeventilen eingestellten Durchflußmengen zu versorgen und dadurch der Pumpendruck absinkt. Über den verringerten Vorsteuerdruck und die Vorsteuerventile wird dann der Hub aller angesteuerten Wegeventile ver­ hältnisgleich verringert, so daß die Verstellgeschwin­ digkeit der Verbraucher entsprechend verringert wird, ohne daß ein Verbraucher stehen bleibt.

Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, die Steuercharakteristik der eingangs ge­ schilderten Art zu verbessern und die Bauweise unter Verwendung von Seriengeräten zu vereinfachen.

Die genannte Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Die verhältnisgleiche Hubverringerung aller angesteuer­ ten Wegeventile erfolgt somit durch den gegensinnig zum eingesteuerten Vorsteuerdruck das Wegeventil beauf­ schlagenden Gegendruck. Auf diese Weise kann der an den Vorsteuerventilen eingestellte Vorsteuerdruck kon­ stant bleibt, der für diese Steuergeräte typische Steuerdruckverlauf und die Verstellgeschwindigkeit der Wegeventile bleibt erhalten. Es können normale Vorsteuer­ ventile Verwendung finden und die Bauweise der Steuer­ anordnung ist vereinfacht. Alle Komponenten der Steuer­ anordnung sind aus einfachen Geräten aufgebaut.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß bei den bekannten Steueranordnungen, bei denen zur verhältnis­ gleichen Hubverringerung der angesteuerten Wegeventile der eingestellte Vorsteuerdruck reduziert wird, be­ sondere Vorsteuerventile verwendet werden müssen, mit denen es möglich ist, die eingangsseitige Absenkung des Vorsteuerdruckes an die Wegeventile weiterzugeben. Bei den üblichen als Vorsteuerventile verwendeten Druck­ reduzierventilen ist dies nicht der Fall, weil bei diesen ein sich ändernder Einlaßdruck kompensiert wird.

Durch Einstellen eines höheren Druckes im Vorsteuer­ kreis 21, 22 als er für die Durchsteuerung der Wege­ ventile 10 benötigt wird, resultiert außerdem eine erhöhte Druckdifferenz über den Vorsteuergeräten 20. Damit sind erhöhte Verstellgeschwindigkeiten für die Wegeventile 10 und somit eine verbesserte Dynamik der angeschlossenen Verbraucher zu erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan der Steuer­ anordnung,

Fig. 2 Kennlinien eines Handsteuergebers,

Fig. 3 ein doppelbeaufschlagtes Wegeventil,

Fig. 4 eine weitere Ausführung für ein Regelventil.

In Fig. 1 sind drei vorgesteuerte Wegeventile 10 in einem Steuerblock zusammengefaßt und jedem Wegeventil ist eine Druckwaage 11 im Zufluß zugeordnet, deren Kolben jeweils vom einlaß- und auslaßseitigen Druck beaufschlagt ist. Der zur Pumpe 12 führende Anschluß des Ventilblocks ist mit P, der zum Tank führende Anschluß mit T, die zum Verbraucher führenden Arbeitsmittelleitungen mit A bzw. B, der den jeweils höchsten Lastdruck führende Anschluß mit LS und ein Anschluß für einen Steuerdruck mit P _St bezeichnet.

Der Lastdruck wird jeweils auslaßseitig am Wegeventil 10 abgenommen und in den Wechselventilen 14 der jeweils höchste Lastdruck ausgewählt, der zum Anschluß LS geführt wird.

Die Pumpe 12 ist eine Verstellpumpe mit einem Förder­ stromregler 15, der abhängig vom Pumpendruck in der Leitung 16 und vom höchsten Lastdruck in der Leitung 17 eingestellt wird.

Die Handsteuergeber zur hydraulischen Betätigung der Wegeventile sind in einem Block 20 zusammengefaßt. Für jedes Wegeventil 10 sind zwei Steuerventile vorgesehen, die gemeinsam betätigbar sind, wobei das eine den Vor­ steuerdruck zur Verstellung des Wegeventils in der einen Richtung und das andere den Vorsteuerdruck für die Gegen­ richtung einstellt. Die Vorsteuerdrücke am Auslaß des Steuergeberblocks 20 sind mit den entsprechenden An­ schlüssen a ₁ bis a ₃ und b ₁ bis b ₃ der Wegeventile ver­ bunden. Zur Druckerzeugung ist eine Pumpe 21 vorgesehen, die mit dem Ventil 22 abgesichert ist.

Jedem Wegeventil 10 ist ein Regelventil 25 zugeordnet, das ein 3/2-Wegeventil ist. Der Druckanschluß jedes Regelventils 25 ist über ein Wechselventil 26 und ein Rückschlagventil 29 mit den jeweiligen Vorsteueran­ schlüssen a und b verbunden, der andere Anschluß ist mit dem Tank T verbunden und der auslaßseitige Anschluß ist über je ein Wechselventil 27 und 28 wahlweise mit den beiden Anschlüssen a und b des zugehörigen Wegeventils verbindbar. Einlaßseitig wird somit das Regelventil 25 über das Wechselventil 26 mit dem Vorsteuerdruck ver­ sorgt, der vom Handsteuergeber im Block 20 in den zu den Anschlüssen a bzw. b führenden Leitungen eingestellt wird, während zum Wegeventil 10 jeweils über die Wech­ selventile 27 und 28 der Vorsteuerdruck oder der am Regelventil 25 eingestellte Steuerdruck geführt wird.

Die Einstellung der Regelventile 25 erfolgt durch den Steuerdruck P _St , der in einem weiteren gemeinsamen Regelventil 30 erzeugt wird, das ebenfalls ein 3/2- Wegeventil ist. Das Regelventil 30 wird einerseits vom Pumpendruck aus der Leitung 16 und andererseits von einer Feder und dem höchsten Lastdruck in der Leitung 17 beaufschlagt. Einlaßseitig ist das Regelventil 30 mit der Pumpe 21 verbunden.

Bild 2 zeigt typische Steuerkennlinien eines Handgebers im Block 20 (Kurven 1 und 2), wobei P _St = Druck der Steuerölversorgung (Steuerdruck), P _k = Druck am Wege­ ventil für 100% Hub, P _ü = Druck am Wegeventil nach Überspringen des Totbereiches. ϕ _ü , ϕ _R und ϕ _max sind die entsprechenden Auslenkungen des Hebels. Typisch sind einerseits der Sprung bei einem Hebelausschlag ϕ _ü auf einen Vorsteuerdruck P _ü und andererseits ein Druck der Steuerölversorgung P _St , der um ein vorwählbares Maß größer ist als der zum Durchsteuern des Wegeventils erforderliche Druck P _k . Die aus diesen beiden Merkmalen folgenden Vorteile sind

• - eine Vergrößerung des Feinsteuerbereiches dadurch, daß der Bediener Tot- oder Überdeckungsbereiche nicht spürt,
• - größere Verstellgeschwindigkeit der Wegeventile durch erhöhte Druckdifferenzen und damit erhöhte Dynamik des Arbeitsgerätes.

Kurve 3 zeigt die resultierende Steuerkennlinie bei einem Eingriff entsprechend DE-OS 26 51 325, wobei der entsprechende Zustand nach Druckabsenkung gemäß DE-OS 26 51 325 mit einem Apostroph ′ bezeichnet ist. Zu er­ kennen sind eine Verkleinerung der Feinsteuerung (ϕ _ü <ϕ _ü ) und eine nur noch minimale Druckdifferenz (P ′ _St -P _{a, b} ), die eine nur noch minimale Verstellge­ schwindigkeit des Wegeventils bedeutet.

Demgegenüber geht die vorliegende Erfindung von unver­ änderten Steuercharakteristiken entsprechend den Kurven 1 und 2 in Bild 1 aus. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf die Kurve 2, sie sind sinngemäß auf den Feinsteuerbereich ϕ _ü bis d _R der Kurve 1 übertrag­ bar. - Um die genannten Vorteile beizubehalten, wird eine Hubverringerung durch Druckbeaufschlagung des Wegeventil-Kolbens mit P ′ _a auf der Gegenseite vorge­ sehen, Bild 3. Als Verstellkraft resultiert dann ein Wert entsprechend der Druckdifferenz (P _a -P ′ _a ).

Die Steueranordnung arbeitet wie folgt: Über die im Block 20 zusammengefaßten Handsteuergeber wird für jedes Wegeventil 10 ein Vorsteuerdruck eingestellt, der über das Wechselventil 27 oder 28 an den zugehörigen Anschluß a ₁ oder b ₁ usw. des betreffenden Wegeventils 10 geführt wird, so daß dessen Hub und damit die Durch­ flußmenge zum Verbraucher entsprechend eingestellt wird. Mit zunehmenden Durchflußmengen wird die Pumpenförder­ menge über den Förderstromregler 15 bis zu einem Maxi­ malwert vergrößert. Reicht auch die maximale Pumpen­ fördermenge nicht aus und sinkt damit der Pumpendruck ab, so wird das Regelventil 30 aus der dargestellten Lage von der Druckdifferenz zwischen dem Lastdruck und dem Pumpendruck in die Regelstellung verschoben, in der entsprechend dieser Druckdifferenz ein Steuerdruck P _St erzeugt wird, der jedem Regelventil 25 zugeführt wird. Der an den Handsteuergebern jeweils eingestellte Vorsteuerdruck bleibt damit konstant.

Durch den Steuerdruck P _St wird jedes Regelventil 25 ent­ gegen der Kraft einer Feder aus der dargestellten Lage in die Regelstellung verschoben, in der der über das Wechselventil 26 jeweils anstehende Vorsteuerdruck aus der Leitung a ₁ oder b ₁ zum Tank hin über zwei Steuer­ blenden entsprechend der Ventilstellung abgebaut wird. Der zwischen den zwei Steuerblenden jedes Regelventils abgegriffene, verringerte Druck ist somit dem an dem zugeordneten Wegeventil herrschenden Vorsteuerdruck proportional und wird als Gegendruck über eines der Wechselventile 27 oder 28 auf den dem Vorsteuerdruck entgegengesetzten Anschluß des Wegeventils 10 geführt.

Ist also beispielsweise an einem Wegeventil 10 der An­ schluß a ₁ mit einem eingestellten Vorsteuerdruck ange­ steuert, so wird über das Wechselventil 28 der vom Regelventil 25 eingeregelte Steuerdruck auf den Anschluß b ₁ gegeben.

Durch die mit Federn entsprechend dem Druck P _ü nach Fig. 2 vorgespannten Rückschlagventile 29 wird er­ reicht, daß der Gegendruck nur so groß werden kann, daß ein resultierender Vorsteuerdruck P _{a, b} <P _ü erhalten bleibt und somit die jeweiligen Verbraucher nicht stehenbleiben können.

Durch diesen Gegendruck wird der Hub des Wegeventils und damit die zum Verbraucher geführte Durchflußmenge vermindert. Diese Hubminderung vollzieht sich bei allen Wegeventilen verhältnisgleich, nämlich abhängig von dem jeweils dem Wegeventil zugeführten Vorsteuerdruck und außerdem abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck, also dem Steuerdruck P _St , der vom Regelventil 30 eingeregelt wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung einer Regelventil­ einrichtung 33. Während die in Bild 1 gezeigte Ausfüh­ rung einfach baut auf Grund der einstufigen Bauweise, hat sie den Nachteil der geringen Volumenstromverstär­ kung. Dieser Nachteil wird bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung mit einer zweistufigen Bauweise vermieden. Zusätzlich zu dem beschriebenen Regelventil 30 dient als Hauptstufe ein Druckreduzierventil 31 mit der typisch hohen Durchflußverstärkung. Andere konstruktive Ausführungsformen mit z.B. Druckbegrenzungsventilen, Stromreglern und Staudrossel o.ä. sind ebenso möglich. Die Auswahl der Ausführungsform hat anlagenspezifisch in Abhängigkeit von geforderten Reaktionszeiten und eventuell auftretenden Stabilitätsproblemen zu erfolgen.

Claims (8)

1. Steueranordnung für mindestens zwei von mindestens einer Pumpe gespeiste hydraulische Verbraucher, bei der jedem Verbraucher ein richtungs- und geschwindigkeits­ steuerndes, hydraulisch mittels eines an einem zugeord­ neten Vorsteuergebers einstellbaren Vorsteuerdruckes betätigtes Wegeventil zugeordnet und zwischen jedem Wegeventil und der Pumpe eine Druckwaage vorgesehen ist, die zur Einstellung eines lastunabhängigen Durch­ flusses von einer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des zugehörigen Wegeventils herrschenden Druckdifferenz beaufschlagt ist, und bei der eine Einrichtung zur Verringerung des Durchflusses durch die angesteuerten Wegeventile bei nicht ausreichender Pumpen­ fördermenge vorgesehen ist, wobei die Einrichtung abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten an einem Verbraucher auftretenden Lastdruck den Hub der angesteuerten Wegeventile verringert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hub­ verringerung der Vorsteuerdruck der angesteuerten Wege­ ventile (10) konstant gehalten wird und abhängig von der Druckdifferenz und abhängig von dem jeweiligen Vorsteuer­ druck ein Steuerdruck erzeugt wird, der als Gegendruck alle angesteuerten Wegeventile gegensinnig zum Vorsteuer­ druck beaufschlagt.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Regelventil (30) vorgesehen ist, das abhängig von der Druckdifferenz einen ersten Steuerdruck erzeugt.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Wegeventil (10) ein Regelventil (25) zugeordnet ist, das abhängig von dem ersten Steuerdruck aus dem jeweiligen Vorsteuer­ druck einen zweiten Steuerdruck als Gegendruck erzeugt.

4. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Vorsteueranschluß bei jedem Wegeventil (10) über je ein Wechselventil (27, 28) mit der den Vorsteuerdruck führenden Leitung und dem Auslaß des Regelventils (25) verbunden ist.

5. Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der druckseitige Einlaß jedes Regelventils (25) über ein Wechselventil (26) mit den den Vorsteuerdruck führenden Leitungen verbunden ist.

6. Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einlaß des Regelventils (25) ein federbelastetes Rückschlagventil (29) geschaltet ist.

7. Steueranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einlaß des Regelventils (25) eine andere druckmindernde Einrich­ tung geschaltet ist.

8. Steueranordnung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelventil (30) ein Druckreduzierventil (31) nachgeschaltet ist.