DE3733679A1 - Steuerschaltung fuer einen mit einer verstellpumpe betriebenen hydraulischen kraftheber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen mit einer Verstellpumpe betriebenen hydraulischen Kraftheber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In einer herkömmlichen derartigen Steuerschaltung ist ein Servoventil vorgesehen, das mit einer Steuerkante ein Sperrventil bzw. einen Sperrblock betätigt, mit einer Steuerkante ein hydraulisches Bauteil betätigt, welches die ein Hydrauliksystem speisende Verstellpumpe in unter­ schiedliche Betriebszustände schaltet, mit einer Steuer­ kante mit variierbarer Öffnungsfläche einen Pumpenförder­ strom zwischen einer Pumpenleitung und einer Verbraucher­ leitung, die zum Kraftheber führt und in der der Sperr­ block sitzt, regelt, und mit einer weiteren Steuerkante mit variierbarer Öffnungsfläche einen Tankstrom zwischen der Verbraucherleitung und einer Tankleitung regelt.

Diese herkömmliche Steuerschaltung war für ein von einer Konstantpumpe gespeistes Hydrauliksystem erforderlich, da in derartigen Hydrauliksystemen in der Neutralstellung des Ser oventils die Konstantpumpe ausgeschaltet und der Sperrblock geschlossen werden mußte, um eine hohe Ver­ lustleistung zu vermeiden. Diese Steuerschaltung wird auch für Hydrauliksysteme verwendet, die, um Verlustleistung herabzusetzen, zunehmend mit Verstellpumpen betrieben werden.

Für die Schalt- und die Volumenstromregelfunktionen des Servoventils ergeben sich aus der zwangsläufigen Ver­ knüpfung von Schaltfunktionen und Volumenstromregelfunk­ tionen insoweit erhebliche Nachteile, als die Dynamik und die Genauigkeit der Steuerschaltung begrenzt ist. Hierdurch bedingt ergibt sich eine verringerte Qualität des Ansprechverhaltens der Steuerschaltung, da beim An­ schluß der zum Verbraucher bzw. zum Kraftheber führenden Verbraucherleitung erst ein allmählicher Druckaufbau in der Verbraucherleitung stattfinden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer­ schaltung für einen mit einer Stellpumpe betriebenen hy­ draulischen Kraftheber zu schaffen, mit der das Ansprech­ verhalten des Krafthebers verbessert wird und die einfa­ cher aufgebaut und herstellbar als die oben beschriebene herkömmliche Steuerschaltung ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Verwendung einer Verstellpumpe in Verbindung mit der er­ findungsgemäßen Ausbildung der Steuereinrichtung erlaubt es, daß die Schaltfunktionen der Steuerschaltung von den Volumenstromregelfunktionen getrennt werden können. Die erfindungsgemäße Steuerschaltung eröffnet daher Möglich­ keiten, auf unterschiedliche, dem Kraftheber abverlangte Betriebsanforderungen unterschiedlich zu reagieren. Werden Genauigkeit und Reaktionsschnelligkeit gefordert, wird die Verstellpumpe im Loadsensing-Betrieb betrieben und der Sperrblock bleibt geöffnet. In Betriebsphasen mit geringe­ ren Anforderungen, beispielsweise beim Fahren eines mit einem hydraulischen Kraftheber ausgerüsteten Fahrzeugs unter Last, läßt sich die Verstellpumpe durch Anschließen der Lastmeldeleitung an einen Tank in den Standby-Betrieb schalten, wobei der Sperrblock automatisch geschlossen und damit die Last gesichert wird. Da die Verstellpumpe immer auf Lastdruck geschaltet ist, bevor der Sperrblock öffnet, kann auch bei einem hohen Lastdruck auf eine Vorsteuerung des Sperrblocks verzichtet werden. D.h., der Sperrblock kann konstruktiv sehr viel weniger aufwendig gestaltet werden, wobei zusätzlich diverse hydraulische Steuerlei­ tungen und -elemente der herkömmlichen Steuerschaltung nicht länger erforderlich sind. Die Kombination des Load­ sensing-Betriebs mit der Betätigung des nicht mit einer Vorsteuerung versehenen Sperrblocks ergibt eine Sicher­ heitsfunktion für gesteuerte und geregelte Hydrauliksy­ steme mit einer Massenlast. Da das Steuerdruckniveau im Vergleich zum Lastdruck niedrig ist, kann das Absenken einer großen Last immer nur aus der Neutralstellung des Servoventils heraus erfolgen. Das plötzliche Herunterfal­ len einer großen Last beim Anlaufen ist somit auch dann ausgeschlossen, wenn das Servoventil aus irgendwelchen Gründen versehentlich in seiner Senkstellung steht bzw. stand.

Bei der Ausgestaltung der Steuerschaltung gemäß Patent­ anspruch 2 ist es möglich, die Volumenstromregelung durch das Servoventil und die Schaltfunktion, durch die die Entsperrung des Sperrventils bzw. des Sperrblocks bewerk­ stelligt wird, mit Hilfe eines einzigen Steuerdrucks durchzuführen, wobei ein Teil des Steuerbereichs des Steu­ erdrucks für die Schaltfunktion reserviert und die Steuer­ fläche des Stellglieds des Sperrventilbetätigungskolbens größer als die des Stellglieds des Servoventils ist.

Bei der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 sind der Steuerkolben des Servoventils sowie der Sperrblockbetäti­ gungskolben in mechanischem Kontakt zueinander, sofern der Steuerdruck unterhalb des Schaltdruckniveaus ist. Der Sperrblock ist geschlossen, während das Servoventil durch seine Feder und diejenige der Stelleinheit in einer Stellung gehalten wird, in der die Lastmeldeleitung und die Verbraucherleitung zum Kraftheber an einen Tank ange­ schlossen sind. Somit ist die Lastmeldeleitung entlastet, so daß die Verstellpumpe im Standby-Betrieb arbeitet. Beim Erhöhen des Ansteuerdrucks auf das Schaltdruckniveau tren­ nen sich der Steuerkolben des Servoventils und der Sperr­ blockbetätigungskolben voneinander. Sobald der Steuerdruck bei der folgenden Erhöhung das Neutralniveau erreicht hat, hält er das Servoventil gegen dessen Feder in dessen Sperrstellung, in der es die Verbindung zwischen der Last­ meldeleitung und dem Tank sperrt, so daß die Verstellpumpe auf Loadsensing-Betrieb umgeschaltet und der Sperrblock geöffnet wird. Zum Absenken des Krafthebers wird der An­ steuerdruck über das Neutralniveau angehoben, so daß das Servoventil mittels seines Stellglieds gegen die Feder aus der Sperrstellung in die Senkstellung gestellt wird, in der die Verbraucherleitung zum Kraftheber an den Tank angeschlossen und damit entspannt ist. Zum Anheben des Krafthebers wird der Steuerdruck unter das Neutralniveau abgesenkt, so daß das Servoventil durch die Feder aus der Sperrstellung in die Hebestellung gestellt wird, in der die Verbraucherleitung zum Kraftheber an die Pumpenleitung angeschlossen und damit druckbeaufschlagt ist. Da das Stellglied des Sperrventilbetätigungskolbens eine größere Wirkfläche als das Stellglied des Servoventils aufweist, wird bei geeigneter Federabstimmung lediglich ein geringer Anteil des Steuerbereichs des Ansteuerdrucks für die Schaltfunktion benötigt. In der Pumpenleitung ist ein Rückschlagventil vorgesehen, welches eine Rückspeisung von Hydraulikfluid aus der Verbraucherleitung zum Kraftheber in die Pumpenleitung bei Massenlast zuverlässig verhin­ dert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsfor­ men unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Ausführungsform einer Steuerschaltung gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform dieser Steuer­ schaltung.

Die in Fig. 1 dargestellte Steuerschaltung dient zur Steu­ erung eines nicht dargestellten hydraulischen Krafthebers, zu dem eine Verbraucherleitung Z führt.

Die Steuerschaltung weist ein 3/3-Servoventil 10 auf, das Anschlüsse an eine Pumpenleitung P, die durch eine nicht dargestellte Verstellpumpe gespeist wird, an eine Tank­ leitung T, die zu einem nicht dargestellten Tank führt, und eine Arbeitsleitung A hat, die über einen Sperrblock 20 zur Verbraucherleitung Z führt.

Zur Arbeitsleitung A führt eine Lastmeldeleitung X _LS , die in der Ausgangsschaltstellung des 3/3-Servoventils 10 über die Steuerkante A-T desselben in den Tank druckentspannt ist und an einen nicht dargestellten Steuerblock für die Verstellpumpe ein Meldesignal gibt, sobald in ihr ein Druckaufbau stattfindet. Die Verstellpumpe wird demgemäß bei vorhandenem Meldesignal, d.h. bei einem einen Schwel­ lenwert übersteigenden Lastmeldedruck, im Loadsensing- Betrieb und bei fehlendem Meldesignal, d.h. bei einem Druck unterhalb des Schwellenwerts, im Standby-Betrieb betrieben.

Das 3/3-Servoventil 10 wird durch eine Feder 11 in seine Ausgangsschaltstellung B vorgespannt und ist durch eine Steuerdruckbeaufschlagung eines gegen die Federkraft ar­ beitenden Stellglieds 12 gegen die Federkraft in andere Stellungen verschiebbar.

Der Sperrblock 20 sitzt zwischen der Arbeitsleitung A und der Verbraucherleitung Z. Er weist ein Ventilelement 21 auf, das mittels einer Feder 22 zur Sperrung der Verbrau­ cherleitung Z gegen die Arbeitsleitung A gegen einen Ven­ tilsitz 23 angedrückt wird.

Zur Entsperrung des Sperrblocks 20 dient eine Stelleinheit 30, die einen Stellstößel 31 aufweist und durch eine Feder 32 so vorgespannt ist, daß der Stellstößel 31 in einer vom Ventilelement 21 entfernten Stellung gehalten ist. Auf der der Feder 32 gegenüberliegenden Seite der Stelleinheit 30 ist diese mit einem Stellglied 33 versehen, durch dessen Steuerdruckbeaufschlagung die Stelleinheit gegen die Kraft der Feder 32 verschiebbar und damit der Stellstößel 31 zur Entsperrung des Sperrblocks 20 bewegbar ist.

Beide Stellglieder 12, 33 sind an eine gemeinsame Steuer­ druckleitung 35 angeschlossen und werden durch denselben Ansteuerdruck X ₂ beaufschlagt. Die Steuerfläche des Stell­ glieds 12 des 3/3-Servoventils 10 ist kleiner als diejenige des Stellglieds 22 der Stelleinheit 30.

In seiner Ausgangsstellung A öffnet das 3/3-Servoventil 10 die Arbeitsleitung A, die von der Verbraucherleitung Z durch den Sperrblock 20 abgesperrt ist, und damit die Lastmeldeleitung X _LS zur Tankleitung T. Die Lastmelde­ leitung X _LS ist entspannt, der Steuerblock der Verstell­ pumpe enthält kein Meldesignal, so daß die Verstellpumpe im Standby-Betrieb arbeitet. Die Ausgangsschaltstellung A des 3/3-Servoventils 10 und die geschlossene Stellung des Sperrblocks 20 werden durch die Federn 11 bzw. 32 aufrecht erhalten, so lange die Steuerdruckleitung 35 druckfrei ist.

Sobald in der Steuerleitung 35 ein Steuerdruck X ₂ aufge­ baut wird, beaufschlagt dieser das Stellglied 33 der Stelleinheit 30 und das Stellglied 12 des 3/3-Servoventils 10. Da die Steuerfläche des Stellglieds 33 der Stellein­ heit 30 größer als die Steuerfläche des Stellglieds 12 des 3/3-Servoventils 10 ist, wird zunächst die Stelleinheit 30 gegen die Kraft der Feder 32 verschoben, so daß der Sperr­ block 20 geöffnet wird.

Der Steuerdruck X ₂ steigt sehr schnell weiter bis auf ein Neutralniveau an, indem das 3/3-Servoventil 10 durch die Beaufschlagung seines Stellglieds 12 durch den Steuerdruck X ₂ gegen die Kraft der Feder 11 in seiner Sperrstellung C gehalten wird. Um zu vermeiden, daß das 3/3-Servoventil 10 nach dem Überschreiten des den Entsperrvorgang des Sperr­ blocks 20 auslösenden Schaltdruckniveaus und vor dem Er­ reichen des Neutralniveaus, in der es seine Sperrstellung C einnimmt, zu lange in der Ausgangsschaltstellung B bleibt, erfolgt der Anstieg des Steuerdrucks X ₂ auf das Neutralniveau mit einer großen Geschwindigkeit. Nachdem der Steuerdruck X ₂ das Neutralniveau erreicht hat, kann das 3/3-Servoventil 10 durch eine Absenkung des Steuer­ drucks X ₂ unter das Neutralniveau, wobei die untere Grenze dieser Absenkung durch das Schaltdruckniveau vorgegeben ist, in seiner Ausgangsschaltstellung B, die bei geöffne­ tem Sperrblock 20 die Senkstellung ist und in die es durch die Feder 11 geschoben wird, zur Volumenstromregelung von der Verbraucherleitung Z zur Tankleitung T in Abhängigkeit vom Steuerdruck X ₂ verwendet werden.

Durch einen Anstieg des Steuerdrucks X ₂ über das Neutral­ niveau hinaus kann das 3/3-Servoventil 10 in seiner Arbeitsstellung D, die der Hebestellung entspricht und in die es durch die Beaufschlagung des Stellglieds 12 durch den die Kraft der Feder 11 überschreitenden Steuerdruck X ₂ geschoben wird, zur Volumenstromregelung von der Pumpen­ leitung P zur Verbraucherleitung Z verwendet werden.

Bei dieser Steuereinrichtung ist für die Betätigung der die Entsperrung des Sperrblocks 20 bewirkenden Stellein­ heit 30 ein Teil des Steuerdruckbereichs reserviert, der demgemäß zur Volumenstromregelung durch das 3/3-Servoven­ til 10 nicht verfügbar ist.

Falls beispielsweise für den Steuerdruck X ₂ ein Steuer­ druckbereich von 0 bis 20 bar zur Verfügung steht, ist es durch eine entsprechende Auslegung der Federn 11 und 32 möglich, das Schaltdruckniveau, bei dem der Sperrblock 20 entsperrt wird, auf 5 bar und das Neutralniveau, in dem das 3/3-Servoventil 10 in seiner Sperrstellung C gehalten wird, auf 12,5 bar festzusetzen, so daß zur Volumenstrom­ regelung in der Senkstellung B des 3/3-Servoventils 10 ein Steuerdruckbereich von 7,5 bar, nämlich zwischen 12,5 bar als oberem und 5 bar als unterem Grenzwert, als auch zur Volumenstromregelung in der Hebestellung D des 3/3-Servo­ ventils 10 ein Steuerdruckbereich von 7,5 bar, nämlich zwischen 20 bar als oberem und 12,5 bar als unterem Grenz­ wert zur Verfügung steht.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Steuer­ schaltung unterscheidet sich von der vorstehend anhand von Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß der nicht dargestellte Steuerkolben des 3/3-Servoventils 10 und der ebenfalls nicht dargestellte Steuerkolben der Stelleinheit 30 in einer gemeinsamen Verschiebeachse F angeordnet sind und zwischen den einander gegenüberliegen­ den Steuerkolbenenden dieser Steuerkolben ein mechanisches Koppelglied 40 angeordnet ist, das in Anlage gegen beide Steuerkolbenenden bringbar ist. Auf dem dem Koppelglied 40 abgekehrten Steuerkolbenende des 3/3-Servoventils 10 ist dessen Steuerkolben durch die Feder 11 beaufschlagt; auf dem dem Koppelglied 40 abgekehrten Steuerkolbenende der Stelleinheit 30 ist deren Steuerkolben durch die Feder 32 beaufschlagt.

In der Ausgangsschaltstellung der Steuereinrichtung befin­ det sich das 3/3-Servoventil 10 aufgrund der Wirkung der Feder 11 und der mittels des mechanischen Koppelglieds 40 auf es übertragenen Wirkung der Feder 32 in seiner Aus­ gangsschalt- bzw. Senkstellung B, d.h., die Feder 32 der Stelleinheit 30 wird auch zur Fixierung des Steuerkolbens des 3/3-Servoventils 10 in dessen Senkstellung B genutzt.

Die beiden Federn 11, 32 sind hierbei so abgestimmt, daß in der Ausgangsschaltstellung der Steuerschaltung, in der der Steuerdruck X ₁ seinen Minimalwert aufweist, die Aus­ gangsschaltstellung des 3/3-Servoventils 10, in der die Arbeitsleitung A mit der Tankleitung T verbunden ist, erreicht wird. Wird nun der Steuerdruck X ₁ erhöht, wird zunächst der Stellkolben der Stelleinheit 30 gegen die Kraft der Feder 32 verschoben und öffnet den Sperrblock 20. Damit wird aber auch gleichzeitig die Kraft der Feder 32, die über das Kopplungsglied 40 in der Ausgangsschalt­ stellung der Steuerschaltung auch auf den Steuerkolben des 3/3-Servoventils 10 wirkt, für letzteres unwirksam, so daß nunmehr die Kraft der Feder 11 des 3/3-Servoventils 10 überwiegt und dessen Steuerkolben in Richtung auf die Sperr- bzw. Mittelstellung C verschiebt. Der Neutralwert des Steuerdrucks X ₁ reicht aus, um der Kraft der Feder 11 des 3/3-Servoventils 10 soweit die Waage zu halten, daß das 3/3-Servoventil 10 seine Sperrstellung C einnimmt, in der sämtliche Anschlüsse abgesperrt sind. Daran an­ schließend wird zur Volumenstromregelung zum Kraftheber, bei der die Verbindung zwischen der Arbeitsleitung A und der Pumpenleitung P herzustellen ist, der Steuerdruck etwas abgesenkt, verbleibt aber oberhalb des den Sperr­ block 20 öffnenden Schaltdruckniveaus. Zur Volumenstromre­ gelung vom Kraftheber in den Tank, bei der die Verbindung zwischen der Arbeitsleitung A und der Tankleitung T her­ zustellen ist, wird der Steuerdruck X ₁ über das Neutral­ niveau angehoben. Beim Abschalten des Steuerdruckes X ₁ verschiebt sich das 3/3-Servoventil 10 zunächst kurzfri­ stig in die vollgeöffnete Hebestellung B, bis es daran anschließend von der Feder 32 der Stelleinheit 30 wieder zurück in die gezeigte Ausgangsschaltstellung B verschoben wird.

Offenbart ist eine Steuerschaltung für einen mit einer Verstellpumpe betriebenen hydraulischen Kraftheber. Diese weist ein Sperrventil auf, das zumindest für Senkbewe­ gungen des Krafthebers entsperrbar ist. Das Sperrventil wird durch eine Steuereinrichtung auf- und zugeschaltet, die zusätzlich den Volumenstrom aus einer Pumpenleitung in eine zum Kraftheber führende Arbeitsleitung bzw. vom Kraftheber in eine zu einem Tank führende Tankleitung regelt. Desweiteren ist eine den Lastdruck führende Last­ meldeleitung vorgesehen. Die Steuereinrichtung weist ein Servoventil mit drei Schaltstellungen und eine Stellein­ heit auf. Durch die Stelleinheit wird das Sperrventil auf- und zugeschaltet. Das Servoventil regelt den Volumenstrom zum bzw. vom Kraftheber. Die Lastmeldeleitung ist an die Arbeitsleitung angeschlossen und in der Ausgangsschalt­ stellung der Steuereinrichtung über das Servoventil mit dem Tank verbunden. An die Ausgangsschaltstellung des Servoventils, in der die Arbeitsleitung mit der Tanklei­ tung verbunden ist, schließt sich zunächst die Mittel- bzw. Sperrstellung und daran eine Schaltstellung an, in der die Arbeitsleitung mit der Pumpenleitung verbunden ist.

Claims (3)

1. Steuerschaltung für einen mit einer Verstellpumpe be­ triebenen hydraulischen Kraftheber, mit einem zumindest für Senkbewegungen des Krafthebers entsperrbaren Sperrven­ til, einer das Sperrventil auf- und zuschaltenden und den Volumenstrom aus einer Pumpenleitung in eine zum Krafthe­ ber führende Arbeitsleitung bzw. vom Kraftheber in eine zu einem Tank führende Tankleitung regelnden Steuereinrich­ tung und einer den Lastdruck führenden Lastmeldeleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Servoventil (10) mit drei Schaltstellungen (B, C, D) und eine Stelleinheit (30) aufweist, die das Sperrventil (20) auf- und zuschaltet, daß das Servoventil (10) den Volumen­ strom zum bzw. vom Kraftheber regelt, daß die Lastmelde­ leitung (X _LS ) an die Arbeitsleitung (A) angeschlossen und in der Ausgangsschaltstellung der Steuereinrichtung über das Servoventil (10) mit dem Tank verbunden ist, wobei sich an die Ausgangsschaltstellung (B) des Servoventils (10), in der die Arbeitsleitung (A) mit der Tankleitung (D) verbunden ist zunächst die Mittel- bzw. Sperrstellung (C) und daran eine Schaltstellung (D) anschließt, in der die Arbeitsleitung (A) mit der Pumpenleitung (P) verbunden ist.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stelleinheit (30) und das Servoventil (10) von demselben Steuerdruck (X ₁) beaufschlagt sind und daß die Stelleinheit (30) eine größere steuerdruckbeaufschlag­ bare Steuerfläche aufweist als das Servoventil (10).

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerkolben des Servoventils (10) und die Stelleinheit (30) in einer gemeinsamen Verschiebeachse (F) angeordnet sind, daß die einander zugekehrten Steuer­ kolbenenden des Servoventils (10) und der Stelleinheit (30) über ein mechanisches Koppelglied (40) kraftschlüssig verbindbar und ihre einander abgekehrten Steuerkolbenenden jeweils von einer Feder (11, 32) beaufschlagt sind, die, sobald der Steuerdruck (X ₁) ein vorgegebenes Grenzniveau unterschreitet, das Servoventil (10) in dessen Ausgangs­ schaltstellung (B) verschieben, wobei die einander zuge­ kehrten Steuerkolbenenden steuerdruckbeaufschlagbare Stellglieder (12, 33) aufweisen, die beide durch denselben Steuerdruck (X ₁) beaufschlagt werden, und wobei die Steu­ erfläche des Stellglieds (12) des Servoventils (10) klei­ ner ist als dieses Stellglied (33) der Stelleinheit (30).