DE3805061A1 - Hydraulische schaltanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltanordnung mit einer im Fördervolumen verstellbaren hydraulischen Pumpe, mit mindestens einem daran angeschlossenen Ver­ braucher hydraulischer Energie mit vorgeschaltetem Wegeventil, sowie mit einem Pumpenstellorgan, das über einen Bedarfsstromregler mit Pumpendruck beaufschlagbar ist, in den eine mit Verbraucherdruck beaufschlagbare Steuerdruckleitung mündet.

Eine derartige Schaltanordnung ist unter der Bezeichnung Load-Sensing-Regelung bzw. Bedarfsstromregelung bekannt. Die Bedarfsstromregelung bewirkt eine Fördervolumenver­ stellung der Pumpe in Abhängigkeit der vom Verbraucher angeforderten hydraulischen Energie. Es wird also nur die tatsächlich benötigte Fördermittelmenge gefördert, wodurch unnötige Umlauf- und Drosselverluste vermieden werden. Wenn kein Verbraucher betätigt wird, weil sich dessen zugeordnetes Wegeventil in Null-Stellung bzw. Sperr-Stellung befindet, fördert die Pumpe lediglich Lecköl, befindet sich also in einer Einstellung mit geringem Fördervolumen, wobei dessen Größe bzw. die Größe des Förderdruckes von einer Reglerfeder bestimmt wird, die auf einen Bedarfsstromregler wirkt. Diese Einrichtung kann als Zweistellungs/Dreiwege-Ventil aus­ gebildet sein und zwei Steuerdruckräume aufweisen. Der eine Steuerdruckraum wird vom Pumpendruck beaufschlagt und der entgegengesetzt wirkende Steuerdruckraum vom Druck des Verbrauchers und von der Reglerfeder, die beispielsweise so ausgebildet ist, daß die von ihr aus­ gehende Federkraft einem Druck von 20 bar entspricht.

Solange also kein Verbraucher betätigt wird und die Steuer­ kolben innerhalb der den Verbrauchern zugeordneten Wege­ ventile sich in Null-Stellung befinden, fördert die Pumpe nur so viel Öl, daß der Pumpendruck, der auf den Bedarfs­ stromregler einwirkt, der in diesem Fall allein wirkenden Feder auf der gegenüberliegenden Seite des Bedarfsstrom­ reglers das Gleichgewicht hält.

Durch Verschieben des Steuerkolbens in einem bestimmten Wegeventil, das einem bestimmten Verbraucher vorgeschaltet ist, wird eine Verbindung von der Pumpe zu diesem Ver­ braucher hergestellt, so daß sich der Pumpendruck bis zum Verbraucher fortsetzt. Die im Wegeventil durch die Steuerkolbenverschiebung freigegebene Öffnung wirkt dabei als Meßdrossel. Gleichzeitig beaufschlagt der Verbraucher­ druck, nämlich der Druck in der Leitung zwischen dem Wegeventil und dem Verbraucher, über eine Steuerdruck­ leitung die Federseite des Bedarfsstromreglers, wodurch die Pumpe ein Signal zur Erhöhung des Fördervolumens erhält und das Fördervolumen und damit der Pumpendruck ansteigen. Daraufhin setzt sich der Verbraucher in Bewegung und in der Meßdrossel wird ein Druckabfall Δ p erzeugt. Ein Gleichgewicht im System stellt sich dann ein, wenn der Druckabfall Δ p im Wegeventil der Federvorspannung des Bedarfsstromreglers entspricht.

Damit paßt sich der Förderstrom der Pumpe automatisch dem Bedarfsstrom an. Das dem Verbraucher zugehörige Wege­ ventil bzw. dessen Steuerkolben wird über einen Handhebel betätigt, dessen Stellweg proportional zur Menge des zum Verbraucher gelangenden Fördermittels ist, wobei der Druck­ abfall Δ p im Wegeventil immer konstant bleibt.

Dieses System funktioniert auch bei mehreren Verbrauchern. So ist in der DE-OS 34 22 165 eine Bedarfsstromregelung beschrieben, bei der die Pumpe mehrere Verbraucher beauf­ schlagt. Jedem Verbraucher ist ein Wegeventil mit einge­ bautem Mengenregler vorgeschaltet. In die Leitungen zwischen der Pumpe und den Wegeventilen ist jeweils ein als Druck­ waage wirkendes Zusatzventil eingebaut, dessen in Schließ­ richtung belastender Steuerdruckraum von dem Druck vor dem Wegeventil beaufschlagt ist und dessen in Richtung Öffnen belastender Steuerdruckraum von dem Druck zwischen Wegeventil und Verbraucherzulauf belastet ist. Ein in Schließrichtung wirkender Zusatzsteuerdruckraum wird von dem Druck des jeweils mit dem höchsten Druck beaufschlagten Verbrauchers belastet und ein in Richtung Öffnen wirkender Zusatzsteuerdruckraum mit dem Druck in der Förderleitung der Pumpe.

Die Wegeventile mit eingebauten Mengenreglern teilen den Pumpenstrom lastunabhängig im Verhältnis zu den Drossel­ öffnungen am Steuerkolben, solange der von der Pumpe ge­ förderte Strom der Summe der von den Verbrauchern aufge­ nommenen Ströme entspricht. Wenn die Summe der Verbraucher­ ströme den maximalen Förderstrom der Pumpe übersteigt, dann wird dieser maximale Förderstrom auf die Verbraucher in dem Verhältnis aufgeteilt, in dem die den jeweiligen Verbrauchern zugeordneten Wegeventile geöffnet sind.

Bei Anwendung dieses Systems auf Bagger wird beispielsweise die von zwei gleichzeitig betätigten Stellzylindern erzeugte Bahnkurve eines Baggergreifers beibehalten und die Geschwin­ digkeit, mit der die Bahnkurve durchfahren wird, lediglich verringert. Es können problemlos relativ viele Verbraucher mit einer beliebigen Menge Fördermittel versorgt werden, wobei sich die Arbeitsgeschwindigkeit beträchtlich erhöht, wenn nicht alle Verbraucher gleichzeitig belastet werden.

Eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ist aber nicht in allen Arbeitsbereichen eines Baggers erwünscht. Besonders bei beengten Platzverhältnissen ist es nötig, die Handhebel, die mit den Wegeventilen der einzelnen Verbraucher ver­ bunden sind, sehr feinfühlig zu betätigen und nicht zu heftig auszulenken. Da aber nur ein begrenzter Stellweg zur Verfügung steht und innerhalb dieses Stellwegs ein sehr großer Leistungs- bzw. Geschwindigkeitszuwachs er­ reicht werden kann, ist eine genaue und feinfühlige Einstellung sehr schwierig und erfordert hohe Konzentration des Baggerfahrers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den geschilderten Nachteil zu vermeiden und mit einfachen Mitteln die Feinsteuerbarkeit der Verbraucher bei voller Funktionsfähigkeit der Bedarfsstromregelung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Steuerdruckleitung ein Stauventil angeordnet ist.

Das Stauventil wirkt als Vorspannventil, das dafür sorgt, daß sich der Druckabfall Δ p in den Wegeventilen um ein bestimmtes Maß verringert, weil in der Steuerdruckleitung zwischen den Wegeventilen und dem Stauventil ein bestimmter Vorspanndruck anliegt. Die Federseite des Bedarfsstromreglers wird daher mit dem um den Vorspanndruck verringerten Ver­ braucherdruck belastet, wodurch sich das Gleichgewicht am Bedarfsstromregler zugunsten der von Pumpendruck beauf­ schlagten Steuerdruckseite verschiebt, da die von der Vorspannfeder auf die gegenüberliegende Steuerdruckseite ausgeübte Kraft unverändert bleibt. Das Fördervolumen der Pumpe ist damit durch die geänderten Gleichgewichts­ verhältnisse am Bedarfsstromregler schaltungstechnisch verringert worden. Damit vermindert sich die abrufbare Fördermittelmenge und Leistung für jeden Verbraucher. Der Stellweg am jeweiligen Handhebel ist jedoch gleich geblieben, so daß die Feinsteuerbarkeit jedes einzelnen Verbrauchers vergrößert ist. Beispielsweise läßt sich bei entsprechender Wahl des Stauventiles die halbe Förder­ mittelmenge über den ganzen Stellweg der Handhebel steuern.

Da Feinarbeiten beim Baggern meist bei niedrigen Drücken und mit kleinen Fördermengen geschieht, macht sich die Verringerung des Druckabfalls Δ p in den Wegeventilen durch die damit verbundene Verminderung der Verlustleistung vorteilhaft bemerkbar. Wenn bei einer synchronen Ansteuerung von mehreren Verbrauchern noch weitere Verbraucher zuge­ schaltet werden, hat dies keine Abnahme der Bewegungsge­ schwindigkeit zur Folge, solange die Pumpenkapazität noch nicht erschöpft ist.

Die bei solchen Schaltungsanordnungen eingebaute Einrichtung zur Leistungsbegrenzung der hydraulischen Pumpe ist im allgemeinen als Momentenbegrenzung ausgeführt. Das maximale Drehmoment bei den üblicherweise zum Einsatz kommenden Dieselmotoren zum Antrieb der Pumpe ist bei niedrigeren Drehzahlen höher als bei der Nenndrehzahl, bei der die maximale Leistung erreicht wird. Da die maximale Leistung im Feinsteuerbereich, das heißt bei eingeschaltetem Stau­ ventil nicht erforderlich ist, und die Momentenbegrenzung dennoch funktioniert, kann die Drehzahl des Motors herab­ gesetzt werden, wodurch sich der Belastungsgrad verringert. Zudem sinken Kraftstoffverbrauch und Geräuschemission.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Stauventil eine mechanische Stellvorrichtung aufweisen, die vom Bagger­ führerhaus aus einstellbar ist, wodurch die Charakteristik des Stauventiles und damit die Feinsteuerbarkeit der Verbraucher den vorherrschenden Arbeitsbedürfnissen ange­ paßt werden kann.

Es ist günstig, wenn eine solche Anpassung auch durch eine elektrische Verstellvorrichtung ermöglicht werden kann, beispielsweise durch einen Regelmagneten und ein Potentiometer.

Das Stauventil kann auch fest eingestellt sein und durch ein parallel geschaltetes, elektrisch zu- und abschaltbares Ventil in Eingriff gebracht werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Umgebungsbedingungen, in denen eine Feinsteuerung erforderlich ist, bekannt sind.

Anhand der in den nachstehenden Figuren schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine hydraulische Schaltanordnung mit Stauventil,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Schaltanordnung mit einer anderen Ausgestaltungsform des Stauventils,

Fig. 3 ein Detail gemäß Fig. 2 in einer weiteren Ausge­ staltungsform des Stauventiles,

Fig. 4 eine zusätzliche Variante des Stauventiles,

Fig. 5 ein Fördermengen-Diagramm.

Eine verstellbare hydraulische Pumpe 1 mit einem Pumpen­ stellorgan 2 beaufschlagt einen hier als doppeltwirkenden Stellzylinder 3 ausgebildeten Verbraucher hydraulischer Energie. Dem Stellzylinder 3 ist ein Wegeventil 4 vorge­ schaltet und mit zwei Zu- bzw. Abfuhr-Leitungen 5 und 6 verbunden. Das Wegeventil 4 befindet sich in der gezeigten Lage in Sperrstellung, so daß eine Bewegung der Stell­ zylinderkolbenstange 7 nicht möglich ist. Von der Pumpe 1 führt eine Pumpendruck führende Leitung 8 zu dem Wege­ ventil 4. Eine Abzweigleitung 9 führt von der Leitung 8 zu einem Steuerdruckraum 10 eines als Zweistellungs/Drei­ wege-Ventils ausgebildeten Bedarfsstromreglers 11. Auf der gegenüberliegenden Seite des Bedarfsstromreglers 11 befindet sich ein entgegengesetzt wirkender Steuerdruck­ raum 12, der von einer Feder 13 beaufschlagt wird und in den eine Steuerdruckleitung 14 mündet, die zum Wege­ ventil 4 führt. Vom Wegeventil 4 geht eine Ablaßleitung 15 aus, die mit einem Fördermittelvorratsbehälter 16 in Verbindung steht.

Die Leitungen 8, 14 und 15 können noch zu weiteren hier nicht gezeigten Verbrauchern führen, beispielsweise weiteren Stellzylindern oder dem Drehwerk eines Baggers oder zu einem Baggergreifer. Diese Leitungen sind deshalb abge­ brochen gezeichnet. Vom Bedarfsstromregler 11 führt eine mit Pumpendruck beaufschlagbare Leitung 17 zu dem Pumpen­ stellorgan 2, wobei die Leitung 17 in einer bestimmten Stellung des Bedarfsstromreglers 11 mit der Abzweig­ leitung 9 in Verbindung steht und in einer anderen Stellung mit einer Ablaßleitung 18 verbunden ist, die in dem Vorrats­ behälter 16 endet. In die Steuerdruckleitung 14 ist dem Bedarfsstromregler 11 ein Stauventil 19 vorgeschaltet. In einer Bypaß-Leitung zu diesem Stauventil 19 liegt ein Rückschlagventil 20. Das Stauventil 19 führt zu den bereits beschriebenen Wirkungen, indem es die Gleichgewichtsver­ hältnisse am Bedarfsstromregler 11 durch Verringerung des Druckabfalls Δ p im Wegeventil 4 verschiebt und damit die Feinsteuerbarkeit des Verbrauchers bei gleichbleibendem Stellweg eines in der Zeichnung nicht gezeigten, zum Wege­ ventil 4 gehörigen Handhebels erhöht.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltungsform des Stauventiles 19, das hier eine mechanische Verstelleinrichtung 21 aufweist, mit der der Vorspanndruck eingestellt werden kann, wobei dies vom Baggerführerhaus erfolgen kann.

In Fig. 3 ist eine elektrische Verstelleinrichtung abge­ bildet, die aus einem an das Stauventil 19 angeschlossenen Regelmagneten 22 und einem diesen beaufschlagenden Potentio­ meter 23 besteht.

Eine weitere Ausgestaltungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Durch ein in einer Bypaßleitung zu dem Stauventil 19 ge­ legenes, elektrisch schaltbares Ventil 24 kann das Stau­ ventil 19 zu- oder abgeschaltet werden, je nach dem ob das Ventil 24 den Durchfluß sperrt oder freigibt.

Das Verhältnis von Stellweg des Handhebels zur Fördermenge der Pumpe 1 ist in einem Diagramm in Fig. 5 abgebildet, wobei auf der Abzisse der Handhebelstellweg und auf der Ordinate die Fördermenge jeweils prozentual aufgetragen sind. Die Kurve a zeigt die Fördermenge der Pumpe 1 bei nicht vorhandenem bzw. nicht eingeschaltetem Stauventil 19. Bei voller Auslenkung des Handhebels, entsprechend 100%, wird auch die maximal mögliche Fördermenge von 100% der Pumpe 1 geliefert, das heißt die Pumpe 1 ist auf ihr größt­ mögliches Fördervolumen eingestellt. Der regelbare Druck­ abfall Δ p beträgt beispielsweise 20 bar und die Vor­ spannung Null bar. Die Kurve b zeigt eine verbesserte Feinsteuerbarkeit der Verbraucher. Bei 100% Handhebel­ stellweg wird hier nur ein Fördervolumen von 50% erreicht. Der Druckabfall Δ p im Ventil 4 betrage hier 5 bar und die Vorspannung 15 bar. Kurve c zeigt eine nochmals ver­ besserte Feinsteuerbarkeit, bei der mit 100% Handhebel­ stellweg ein Fördervolumen von 33% erreicht wird, beispiels­ weise bei einem Druckabfall Δ p im Ventil 4 von 2,25 bar und einer Vorspannung von 17,75 bar am Stauventil 19.

Claims (4)

1. Hydraulische Schaltanordnung mit einer im Fördervolumen verstellbaren hydraulischen Pumpe, mit mindestens einem daran angeschlossenen Verbraucher hydraulischer Energie mit vorgeschaltetem Wegeventil, sowie mit einem Pumpenstellorgan, das über einen Bedarfsstrom­ regler mit Pumpendruck beaufschlagbar ist, in den eine mit Verbraucherdruck beaufschlagbare Steuerdruck­ leitung mündet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerdruckleitung (14) ein Stauventil (19) ange­ ordnet ist.

2. Hydraulische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauventil (19) eine mechanische Verstellvorrichtung (20) aufweist.

3. Hydraulische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauventil (19) eine elek­ trische Verstellvorrichtung aufweist.

4. Hydraulische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauventil (19) als fest ein­ gestelltes, mittels eines elektrisch schaltbaren Ventils (23) zu- und abschaltbares Stauventil ausgebildet ist.