DE3708492A1 - Regelvorrichtung fuer eine hydraulische anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Anlagen zur Betätigung von Arbeitskolben über hydraulisch angesteuerte Wegeventile sind bekannt (DE-PS 33 40 332).

Bei Arbeitskolben mit einseitiger Kolbenstange kann ins­ besondere bei großen Fördermengen die Stellgeschwindigkeit in beiden Bewegungsrichtungen des Arbeitskolbens sehr un­ terschiedlich sein. Wird nämlich der größere kolbenseitige Raum mit einem bestimmten Förderstrom beaufschlagt und strömt aus dem kleineren stangenseitigen Raum eine ent­ sprechend kleinere Volumenmenge zum Tank hin ab, so ergibt sich eine kleinere Verstellgeschwindigkeit des Arbeitskolbens, als im umgekehrten Fall, wenn der klei­ nere stangenseitige Raum mit der gleichen Förderstrom­ menge beaufschlagt wird und aus dem größeren kolbensei­ tigen Raum eine dann sehr große Fördermenge abströmen muß. Dabei wird sich eine wesentlich größere Verstell­ geschwindigkeit einstellen.

Solche unterschiedlichen Stellgeschwindigkeiten, wobei vorausgesetzt ist, daß eine entsprechend gleiche Ein­ stellung am Wegeventil erfolgt, ist oft unerwünscht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, mit ein­ fachen Mitteln eine Verbesserung dahingehend zu erzielen, daß die Stellgeschwindigkeiten des Arbeitskolbens in beiden Verstellrichtungen angeglichen und vorzugsweise gleichgehalten werden.

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

Wird so im Falle eines Differentialzylinders, also eines Arbeitskolbens mit einseitiger Kolbenstange, der kleinere stangenseitige Raum mit einer bestimmten Fördermenge be­ aufschlagt, so erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem größeren kolbenseitigen Raum verdrängten Arbeitsmittels so stark, daß abhängig von der Strömungs­ geschwindigkeit der Steuerdruck so veränderbar ist, daß die zum stangenseitigen Raum zugeführte Fördermenge ver­ ringert und damit die Stellgeschwindigkeit verkleinert wird. Vorzugsweise wird der Steuerdruck so verändert, daß die Stellgeschwindigkeit bei einer entsprechenden Ein­ stellung des zugehörigen Wegeventils in beiden Bewegungs­ richtungen gleich ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

So ist die Erfindung insbesondere dort vorteilhaft, wo in einer hydraulischen Anlage mehrere Verbraucher von zwei Förderpumpen mit Arbeitsmittel versorgt werden, wobei in bestimmten Fällen die Fördermenge beider Pumpen parallelgeschaltet werden kann, um hohe Verstellgeschwin­ digkeiten eines Verbrauchers zu erzielen. Dann ist es besonders vorteilhaft, die Stellgeschwindigkeiten dieses Verbrauchers in beiden Richtungen anzugleichen, bzw. eine zu hohe Verstellgeschwindigkeit in der einen Rich­ tung zu vermeiden.

Eine besonders einfache Ausführung besteht darin, in der zum kolbenseitigen Raum führenden Arbeitsmittelleitung eine Meßblende vorzusehen und mit deren Druckabfall ein Zwei­ wege-Proportionalventil zu beaufschlagen. Überschreitet der Druckabfall einen bestimmten durch die Feder am Propor­ tionalventil vorgegebenen Wert, der der Maximalmenge entspricht, so öffnet das Proportionalventil zum Tank und der Steuerdruck für die Pumpenverstellung wird reduziert, so daß der Volumenstrom mindestens einer Pumpe verringert wird. Dabei ist eine Blende in der zum Wegeventil vor­ gesehenen Steuerdruckleitung des Steuergebers vorgesehen, die dafür sorgt, daß die Aussteuerung des Wegeventils aufrechterhalten bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher darge­ stellt, in der eine hydraulische Anlage mit einem durchflußbegrenzten Verbraucher schematisch darge­ stellt ist.

Die hydraulische Anlage umfaßt zwei von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine angetriebene Pumpen 1 und 2 mit verstellbarem Fördervolumen und einem doppelseitig beaufschlagbaren Arbeitszylinder 3 als Verbraucher. Der Arbeitszylinder 3 ist ein Differen­ tialzylinder, bei dem der Kolben nur eine Kolben­ stange aufweist, so daß ein stangenseitiger Raum 4 und ein kolbenseitiger Raum 5 gebildet ist. Die Pumpe 2 und der Arbeitszylinder 3 sind in einem offenen Kreis­ lauf über eine Arbeitsdruckleitung 6 und ein Wegeventil 7 verbunden. Das Wegeventil 7 ist in bekannter Bauweise ausgeführt und dient zur Einstellung der Bewegungsrich­ tung und Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers.

Die Verstellung des Wegeventils 7 erfolgt durch einen Steuerdruck, der je nach Stellrichtung des Wegeventils in einer Steuerdruckleitung 8 bzw. 9 herangeführt wird. Der Steuerdruck wird in einem Steuerdruckgeber 10 ein­ gestellt. Der Steuergeber 10 ist im hier gezeigten Fall aus zwei Druckregelventilen 11 und 12 aufgebaut, von denen die Steuerdruckleitun­ gen 8 bzw. 9 mit einer Leitung 15 bzw. einem Tank T verbunden sind. Die Leitung 15 ist an eine Steuerdruck­ pumpe 16 angeschlossen. Der jeweils in der Leitung 8 bzw. 9 herrschende Steuerdruck wird über ein Wechsel­ ventil 18 abgegriffen und ein Rückschlagventil 19 in eine Steuerdruckleitung 20 geführt, die zu einer für beide Pumpen 1 und 2 gemeinsamen Stelleinrichtung 22 führt.

Die Stelleinrichtung 22 weist einen von einer Feder 23 beaufschlagbaren Kolben 24 auf, der über eine Stange 25 mit der Schwenkeinrichtung der beiden Pumpen 1 und 2 ver­ bunden ist. Der Schwenkwinkel der beiden Pumpen 1 und 2 bestimmt deren Förderstrom, so daß bei steigendem Steuerdruck in der Leitung 20 der Kolben 24 der Stelleinrichtung nach links verschoben und damit die Fördermenge der Pumpen 1 und 2 erhöht wird. Bei geringerem Druck in der Leitung 20 wird der Schwenkwinkel der Pumpen 1 und 2 verkleinert und die Fördermengen sinken. Auf diese Weise wird die Fördermenge abhängig von der Höhe des in der Steuerdruckleitung 8 bzw. 9 von dem Steuergeber 10 ein­ gestellten Steuerdrucks verändert. Ein hoher Steuer­ druck führt zu einer größeren Verstellung des Wegeven­ tils 7 und damit zu einer höheren Verstellgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 3, so daß eine entsprechend vergrößerte Fördermenge benötigt wird. Die bisher erläuterte hydrau­ lische Anlage ist bekannt. U.a. ist sie deshalb vorteil­ haft, weil die Fördermengenregelung der Pumpen abhängig vom angeforderten Volumenstrom zum Verbraucher in sehr einfacher Weise einstellbar ist, indem der dem Wegeven­ til zugeführte Steuerdruck verwendet wird. Es handelt sich um eine Drosselsteuerung im offenen Kreislauf mit steuerdruckgeführter Doppelpumpe.

In einer hydraulischen Anlage sind mehrere im einzelnen nicht dargestellte Verbraucher vorgesehen, die von je einem Wegeventil 7 betätigbar sind, wobei die Wegeven­ tile 7 in zwei Steuerblöcken S 1 und S 2 zusammengefaßt sind. Der Steuerblock Sl ist an die Pumpe 1 über eine Arbeitsdruckleitung 26 und der Steuerblock S 2 an die Pumpe 2 über die Arbeitsdruckleitung 6 angeschlossen. Alle Wegeventile 7 sind gleich aufgebaut und hydrau­ lisch angesteuert, so daß für jedes Wegeventil 7 ein Steuergeber 10 vorgesehen ist.

Wahlweise kann der Förderstrom von Pumpe 1 über ein Ventil 27 zum Förderstrom der Pumpe 2 addiert werden, wenn das Ventil 28 z.B. vom Steuerdruck des Wegeventils 7 geöffnet wird. Im vorliegenden Fall kann somit beispielsweise der Arbeitskolben 3 mit einer doppelten Verstellgeschwindigkeit gefahren werden, da zur Fördermenge der Pumpe 2 in der Arbeitsdruckleitung 6 die Fördermenge der Pumpe 1 addiert wird.

Dabei ergeben sich entsprechend dem Unterschied im Volumen des stangenseitigen Raums 4 und des kolbensei­ tigen Raums 5 stark unterschiedliche Stellgeschwindig­ keiten für den Arbeitskolben bei jeweils gleicher Ein­ stellung des Wegeventils 7 in den beiden Verstell­ richtungen. Wird nämlich der kolbenseitige Raum 5 mit der Arbeitsdruckleitung 6 verbunden, so daß der Arbeitskolben 3 ausfährt, so wird aus dem stangen­ seitigen Raum 4 ein kleineres Volumen zum Tank hin ab­ strömen, als dem größeren Raum 5 zugeführt wird.

Bei der umgekehrten Bewegungsrichtung des Arbeitskol­ bens 3, wenn also der stangenseitige Raum 4 mit der Arbeitsdruckleitung 6 verbunden wird und das vom Kolben aus dem Raum 5 verdrängte Volumen zum Tank hin abströmt, erreicht der Arbeitskolben eine sehr hohe Verstellgeschwindigkeit, da bei gleichbleibender Fördermenge der Pumpen 1 und 2 das aus dem Raum 5 zu verdrängende Volumen wesentlich größer ist als im umgekehrten Fall, der vorstehend beschrieben ist.

Es werden sich deshalb sehr unterschiedliche Stellge­ schwindigkeiten des Arbeitskolbens 3 einstellen, je nachdem, ob dieser stangenseitig oder kolbenseitig mit einem bestimmten Fördervolumen der Pumpen beauf­ schlagt wird.

Um die Stellgeschwindigkeiten in beiden Bewegungsrich­ tungen des Verbrauchers 3 anzugleichen, sind folgende Maßnahmen vorgesehen: In die vom Wegenventil 7 zum kol­ benseitigen Raum 5 führende Leitung 30 ist eine Meß­ blende 31 eingebaut, an der ein bestimmter Druckabfall erfolgt. Ein Zweiwege-Proportionalventil 32 ist gegen­ sinnig mit dem stromauf bzw. stromab der Meßblende 31 abgegriffenen Druck beaufschlagt. Das Zweiwegeventil 32 steuert die Verbindung der Steuerdruckleitung 20 zu einem Tank T.

Wenn also der stangenseitige Raum 4 mit dem Arbeits­ mittel beaufschlagt wird, der Arbeitskolben 3 einfährt und das aus dem kolbenseitigen Raum 5 verdrängte Ar­ beitsmittel über die Meßblende 31 abströmt, so stellt sich an dieser ein Druckabfall ein, der das Proportional­ ventil 32 so verstellt, daß die Steuerdruckleitung 20 zum Tank hin geöffnet wird und der an dem Steuergeber 10 für das Wegeventil 7 des Verbrauchers 3 eingestellte Steuerdruck nach der Blende 31 so weit abgesenkt wird, daß über die Ver­ stellung des Kolbens 24 und damit der Stelleinrichtung der Schwenkwinkel für die beiden Pumpen 1 und 2 so verringert wird, daß die Fördermenge der beiden parallel­ geschalteten Pumpen 1 und 2 reduziert wird. Dadurch wird die Verstellgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 3 ver­ ringert.

Im umgekehrten Fall, wenn die Arbeitsleitung 6 über die Leitung 30 den kolbenseitigen Raum 5 mit Druckmittel beaufschlagt, so daß der Arbeitskolben 3 ausfährt, kann der Druck in der Leitung 30 zwischen dem Wegeventil 7 und der Blende 31 nie kleiner sein als zwischen der Blende 31 und dem Raum 5, so daß auch kein Druckabfall an der Meßblende 31 entsteht, der das Ventil öffnet. Somit bleibt der vom Steuergeber 10 in der Steuerdruckleitung 20 eingestellte Steuerdruck erhalten und wird die För­ dermenge der beiden Pumpen nicht verringert. Das Ventil 32 spricht also nur dann an, wenn der stangenseitige Raum 4 kleineren Volumens gefüllt wird und damit das aus dem Raum 5 größeren Volumens verdrängte Arbeitsmittel über die Meßblende 31 strömt. Der Druckabfall an der Meßblende 31 bzw. die Verstellung des Proportionalven­ tils 32 werden vorzugsweise so gewählt, daß die Stell­ geschwindigkeit des Arbeitskolbens bei einer bestimm­ ten Einstellung des Wegeventils 7 in beiden Verstell­ richtungen gleich ist.

Um zu vermeiden, daß bei verringertem Steuerdruck in der Leitung 20 dieser verringerte Druck auf den Steuergeber 10 zurückwirkt und dadurch die Einstellung des Wegeven­ tils 7 verändert wird, ist in der Leitung zwischen dem Wechselventil 18 und dem Rückschlagventil 19 eine Dros­ selstelle 35 vorgesehen. Diese Drosselstelle 35 ist also nur für den Steuergeber 10 erforderlich, mit dem das Wegeventil 7 für die Durchflußbegrenzung des Arbeits­ kolbens 3 angesteuert wird. Für die Steuergeber der Wegeventile für andere Verbraucher ist dies nicht erfor­ derlich.

Werden gleichzeitig mit Wegeventil 7 andere Verbraucher über den Steuerblock S 1 angesteuert, reduziert sich der Förderstrom der Pumpe 1, der über das Ventil 27 in den Steuerblock S 2 fließt, so daß sich der Staudruck an der Meßblende 31 abbaut, wodurch das Proportionalventil 32 schließt und die beiden Pumpen wieder auf maximalen Förderstrom ausschwenken können.

Claims (8)

1. Regelvorrichtung für eine hydraulische Anlage mit mindestens einer Pumpe, deren Fördermenge von einer Stelleinrichtung einstellbar ist, mit mindestens einem Verbraucher, einem Wegeventil zum Steuern der Druckmittelmenge und mit einem Steuergeber, bei dessen willkürlicher Verstellung ein Steuerdruck einstellbar ist, mit dem das Wegeventil und die Stelleinrichtung beaufschlagbar sind, um die Bewegungsrichtung und Verstellgeschwindigkeit des Verbrauchers zu steuern und den Förderstrom der Pumpe proportional einzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Druckmittel­ weg zwischen dem Wegeventil (7) und einem der Ver­ braucher (3) eine Meßblende zur Messung des von dem Verbraucher verdrängten Volumenstroms und ein an die Stelleinrichtung angeschlossenes Ventil (32) vor­ gesehen ist, von dem abhängig von dem Volumenstrom der Steuerdruck zur Verringerung des Pumpenförder­ stroms einstellbar ist, um die Durchflußmenge des Verbrauchers (3) zu begrenzen.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Pumpen vorgesehen sind, deren För­ dermenge parallelgeschaltet werden kann.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verbraucher ein Arbeitszylinder (3) mit einseitiger Kolbenstange ist.

4. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ventil (32) abhängig von dem aus dem kolbenseitigen Zylinderraum (5) ab­ strömenden Arbeitsmittel verstellbar ist.

5. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß in den zum kolbenseitigen Zylinderraum (5) führenden Druckmittelweg (30) eine Meßblende (31) angeordnet ist und der Druck stromauf und stromab der Meßblende gegensinnig auf das Ventil (32) wirkt.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil (32) ein Proportionalventil ist, über das die zur Stelleinrichtung führende Steuerdruckleitung (20) an eine zum Tank führende Leitung angeschlossen ist.

7. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung für beide Pumpen (1, 2) gemeinsam ist.

8. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckleitung (20) über je ein Rückschlagventil (19) an die Steuer­ geber angeschlossen ist und in dem Steuergeber (10) für den durchflußbegrenzten Verbraucher (3) die Steuerdruckleitung über eine Drosselstelle (35) an den Steuergeber angeschlossen ist.