DE3821348C2 - Hydraulisches System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System mit einem ein Drehzahl-Stellorgan auf­ weisenden Motor, der eine Pumpe antreibt, an die mindestens ein Verbraucher hy­ draulischer Energie über ein Wegeventil in einer Förderdruckleitung angeschlossen ist, wobei bei betätigbarem Verbraucher stromab des Wegeventils ein Lastdruck des Ver­ brauchers abgegriffen wird, und einer in Stromrichtung vor dem Wegeventil angeord­ neten ersten Druckwaage, die bei einem geringen Lastdruck des Verbrauchers die Förderdruckleitung mit einer Ablaßleitung verbindet und die eine erste von Federkraft und Lastdruck beaufschlagte Stellfläche und eine zweite förderdruckbeaufschlagte Stellfläche aufweist, sowie einem zwischen der Förderdruckleitung und dem Drehzahl- Stellorgan angeordneten Druckregelventil, welches lastdruckabhängig das Drehzahl- Stellorgan mit der Förderdruckleitung oder einer Ablaßleitung verbindet.

Ein derartiges hydraulisches System ist in der DE-OS 34 43 354 beschrieben. Dieses System kann Verwendung finden beispielsweise für die Arbeitshydraulik eines verbrennungsmotorisch betriebenen Gabelstaplers. Dabei wird die Arbeitshydraulik, also die Hubzylinder, die Neigezylinder des Hubgerüstet und die Seitenschieberzylinder des Gabelträgers und andere während des Arbeitsvorganges benötigte Verbraucher hydraulischer Energie, von einer hydraulischen Konstantpumpe versorgt, deren Fördermenge von der Drehzahl des Antriebsmotors abhängt. Eine weitere Hydraulikpumpe, die meist als Verstellpumpe ausgeführt ist, steht ebenfalls mit dem Antriebsmotor in Verbindung und ist für den hydrostatischen Fahrantrieb des Gabelstaplers zuständig.

Um eine wirtschaftliche Arbeitsweise zu gewährleisten, wird bei nicht betätigten Ver­ brauchern die Drehzahl des Antriebsmotors abgesenkt und damit die Fördermenge der Konstantpumpe verringert bzw. bei Betätigung eines Verbrauchers der umgekehrte Vorgang veranlaßt. Zu diesem Zweck weist der Antriebsmotor ein Drehzahl-Stellorgan auf, das im allgemeinen aus einem Stellkolben in einem Stellzylinder besteht und auf die Einspritzpumpe eines Dieselmotors bzw. dessen Drehzahlregler oder auf die Dros­ selklappe der Gemischbildungsanlage eines Benzinmotors einwirkt.

Das Signal zur Drehzahlerhöhung erfolgt durch ein Druckregelventil, das den Förder­ druck modifiziert, der sich beim Betätigen eines beliebigen Verbrauchers infolge Ver­ schiebens des zugehörigen Wegeventils einstellt. Durch Verschieben des Wegeventils werden nämlich beide Stellflächen einer in der Förderdruckleitung eingebauten Druck­ waage mit dem gleichen Druck beaufschlagt, so daß die Druckwaage durch Federkraft in eine Stellung geschoben wird, die die bei nicht betätigtem Verbraucher vorhandene Verbindung zwischen Förderdruckleitung und Ablaßleitung unterbricht und somit den bis dahin ungehindert in den Tank abließenden Förderstrom aufstaut. Der Förderdruck kann nun über das Druckregelventil auf das Drehzahl-Stellorgan einwirken, wobei der vom Verbraucher erzeugte Druck gleichzeitig auf Pumpe und Antriebsmotor wirkt.

Dies hat den Nachteil, daß der Antriebsmotor bereits bei Leerlauf-Drehzahl ein beträchtliches Drehmoment aufweisen muß, um eine Drehzahlerhöhung zu bewirken. Der Motor läuft unter Last hoch, was entsprechende Zeit benötigt und thermische Belastungen mit sich bringt. Wird gleichzeitig die Lenkhydraulik durch Drehen am Lenkrad und die Fahrhydraulik betätigt, so wird dieser Effekt noch verstärkt. Es ist deshalb oft notwendig, anstelle einer einzelnen Konstantpumpe aufwendige Mehrfachpumpen mit Stromteilern einzusetzen, um ein Hochlaufen des Antriebsmotors auf die der Last angepaßte Drehzahl zu ermöglichen.

Weiterhin ist bei einer Grenzlastregelung eines stufenlos hydrostatischen Getriebes bekannt, in der Förderleitung einer einen Steuerdruck für die Verstelleinrichtung des hydrostatischen Getriebes erzeugenden Pumpe eine Drossel und ein Rückschlagventil anzuordnen, wobei eine Druckwaage in Anhängigkeit der Druckdifferenz an der Drossel die Förderleitung mit einer Ablaßleitung verbindet. Beim Beschleunigen, d. h. einer Drehzahlsollwerterhöhung des Motors, wird hierdurch verhindert, daß die Getriebeübersetzung abrupt verändert wird. Die Drehzahl des Antriebsmotors nimmt bei langsamer Vergrößerung der Drehzahlübersetzung des Getriebes zu. Dadurch kann während der Fahrt und aus dem Stand zügig beschleunigt werden. Die vom Motor zur Verfügung gestellte höhere Leistung wird, da der Motor den Drehzahlsollwert mit einer kurzen Verzögerung erreicht, ausschließlich für die Beschleunigung des Fahrzeugs verwendet. Beim Hochfahren des Motors wird hierbei die Getriebeübersetzung und somit die Last des Motors nahezu konstant gehalten. Der Motor muß zum Hochfahren allerdings ein Drehmoment aufweisen, um eine Drehzahlerhöhung zu bewirken (Konstruktion 28 (1976), Seite 459-464).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches System zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile vermeidet und ein lastfreies Hochlaufen des Antriebsmotors bei Betätigung der Arbeitshydraulik gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß parallel zur ersten Druckwaage eine zweite Druckwaage angeordnet ist und sich in der Förderdruckleitung zwischen der ersten und der zweiten Druckwaage eine Drossel befindet, wobei die zweite Druckwaage eine die Förderdruckleitung und die Ablaßleitung verbindende Schaltstellung aufweist und eine erste Stellfläche der zweiten Druckwaage von dem Förderdruck nach der Drossel und der Kraft einer Feder und eine zweite Stellfläche von dem Förderdruck vor der Drossel beaufschlagt ist.

Wenn bei Betätigung eines Verbrauchers die erste Druckwaage die Verbindung zwischen der Förderdruckleitung und der Ablaßleitung unterbricht, fließt das von der Pumpe geförderte Fluid nach Passieren der Drossel durch die in Offenstellung geschaltete zweite Druckwaage zur Ablaßleitung. Vor der Drossel baut sich ein relativ geringer Druck auf, der über das Druckregelventil zum Drehzahl-Stellorgan der Antriebsmaschine weitergeführt wird und dort ausreicht, um eine Drehzahlerhöhung der Antriebsmaschine und damit eine Erhöhung der Förermenge der Pumpe zu bewirken, ohne daß die Pumpe bereits unter Last arbeitet.

Der Staudruck wirkt auch auf eine zweite Stellfläche der zweiten Druckwaage ein. Auf die gegenüberliegende erste Stellfläche wirkt der Druck nach der Drossel und die Kraft einer Feder ein und somit dem Staudruck entgegen. Wenn der Staudruck vor der Drossel groß genug ist, was einer bestimmten Drehzahl der Antriebsmaschine entspricht, überwiegt die auf die zweite Stellfläche einwirkende Kraft und bringt die zweite Druckwaage in Schließstellung. Damit ist auch die zweite Verbindung zwischen der Förderdruckleitung und der Ablaßleitung unterbrochen und das Fluid kann auf den Verbraucher einwirken, denn der Förderdruck und Förderstrom sind nun ausreichend.

Es wird dadurch ermöglicht, die Pumpe unabhängig vom geringen Leerlauf- Drehmoment der Antriebsmaschine zu dimensionieren, so daß beispielsweise eine einzige Pumpe für alle Arbeitsfunktionen eines Gabelstaplers, sowie für die Lenkkraftunterstützung ausreicht. Ein solches System verhindert bei gleichzeitiger Betätigung von Arbeits- und Fahrhydraulik eine zu starke Drückung der Antriebsmaschine, so daß immer genügend Leistung für die anstehenden Arbeiten zur Verfügung steht, beispielsweise bei an den Staplern angebauter Ladeschaufel. Durch das schnelle lastfreie Hochlaufen der Antriebsmaschine verkürzt sich die Zeit für einen Arbeitszyklus, was größere Wirtschaftlichkeit beim Staplereinsatz ermöglicht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist parallel zur Drossel in der Förderdruckleitung ein federbelastetes Rückschlagventil angeordnet. Dadurch kann bei weiter steigendem Förderstrom der Staudruck an der Drossel begrenzt werden.

Die Erfindung soll anhand eines schematischen Figurenbeispiels näher erläutert werden.

Eine Antriebsmaschine 1, beispielsweise ein Dieselmotor, weist ein Drehzahl- Stellorgan 2 auf, das aus einem Stellzylinder 3 und einem darin gegen die Kraft einer Feder 4 längsbeweglichen Kolben 5 besteht. Das Drehzahl-Stellorgan 2 ist durch ein Gestänge 6 mit dem nicht dargestellten Drehzahlregler der Antriebsmaschine 1, beispielsweise einer Kraftstoff-Einspritzpumpe oder einem Fliehkraftregler, verbunden. Die Antriebsmaschine 1 ist mit einer hydraulischen Konstantpumpe 7 verbunden, die Fluid aus einem Tank 8 ansaugt und in eine Förderdruckleitung 9 zu der Arbeitshydraulik eines Gabelstaplers weiterleitet. Die Antriebsmaschine treibt in diesem Beispiel mindestens noch eine weitere, nicht dargestellte Pumpe an, nämlich eine Verstellpumpe eines hydrostatischen Getriebes eines Gabelstaplers. Von der Förderleitung 9 kann gegebenenfalls in Stromrichtung vor einer Drossel 10 eine Zweigleitung 9a zu weiteren hydraulischen Einheiten führen, z. B. zu einer Lenkkraft- Unterstützungseinrichtung, die in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt ist. Die Förderdruckleitung 9 führt zu einem Wegeventilblock 11, in dem sich willkürlich betätigbare Wegeventile 12, 13, 14 von Verbrauchern, 15a, 15b, 16, 17 hydraulischer Energie befinden. Der Wegeventilblock 11 besteht aus Teilelementen 11a, 11b, 11c, 11d und ist um weitere Teil­ elemente erweiterbar, so daß weitere Verbraucher hydrau­ lischer Energie angeschlossen werden können. Die Wege­ ventile 12, 13, 14 können 5/3-Wegeventile sein. Die einfach wirkenden Verbraucher 15a, 15b, die die beiden Hubzylinder eines Gabelstapler-Hubgerüstes darstellen, sind über eine Versorgungsleitung 18 an das zugehörige Wegeventil 12 angeschlossen. Die doppelt wirkenden Verbraucher 16, 17 sind über Versorgungsleitungen 19a, 19b und 20a, 20b an die zugehörigen Wegeventile 13, 14 angeschlossen. Die Förderleitung 9 ist über Zweigleitungen mit darin ange­ ordneten Rückschlagventilen mit den Wegeventilen 12, 13, 14 verbunden, von denen wiederum jedes einen Anschluß zu einer Ablaßleitung 21 aufweist, und die Ablaßleitung 21 in den Tank 8 mündet. Von den Wegeventilen 12, 13, 14 führen die Leitungen, die den jeweiligen Lastdruck bei betätigtem Wegeventil melden, zu Wechselventilen 23′, 24, 25, die miteinander verbunden und über eine Drossel 26 und ein Druckbegrenzungsventil 27 an die Ablaßleitung 21 angeschlossen sind und damit eine Wechselventilkette bilden.

Zwischen der Förderleitung 9 und der Ablaßleitung 21 ist im Teilelement 11a des Wegeventilblocks 11 eine erste Druck­ waage 28 in einer ersten Bypaßleitung 29 angeordnet, die eine erste Stellfläche 28a aufweist und eine zweite Stell­ fläche 28b. Die erste Stellfläche 28a ist federbelastet und zu ihr führt eine Verbindungsleitung 30, die zwischen der Drossel 26 und dem Druckbegrenzungsventil 27 von der Wechselventilkette abzweigt. Die zweite Stellfläche 28b ist mit der Förderdruckleitung 9 verbunden. In Grund­ stellung, das heißt wenn kein Wegeventil betätigt ist, wird die erste Druckwaage 28 vom in der Förderdruckleitung 9 und damit an der Stellfläche 28b anstehenden Förderdruck entgegen der Federkraft in eine Stellung verschoben, die die Förderdruckleitung 9 mit der Ablaßleitung 21 verbindet.

In Stromrichtung nach der ersten Bypaßleitung 29 ist eine zweite von der Förderdruckleitung 9 ausgehende Bypaßleitung 31 angeordnet, wobei sich zwischen den beiden Abzweigstellen eine Drossel 32 in der Förderdruckleitung 9 befindet. In die zweite Bypaßleitung 31 ist eine zweite Druckwaage 33 angeordnet, die eine erste Stell­ fläche 33a aufweist und eine zweite Stellfläche 33b. Die erste Stellfläche 33a ist federbelastet und mit der Förder­ druckleitung 9 nach der Drossel 32 verbunden. Die zweite Stellfläche 33b ist mit der ersten Bypaßleitung 29 ver­ bunden, was gleichbedeutend ist mit einer Verbindung zur Förderdruckleitung 9 vor der Drossel 32.

In Stromrichtung vor der ersten Bypaßleitung 29 führt eine Leitung 34 von der Förderdruckleitung 9 zu einem Druckregelventil 35, das den Steuerdruck in einer Steuer­ druckleitung 36 bestimmt, die zum Drehzahl-Stellorgan 2 des Antriebsmotors 1 führt. Das Druckregelventil 35 weist eine Verbindung zur Ablaßleitung 21 auf, so daß über­ schüssiges Fluid in den Tank 8 geleitet werden kann. In der Steuerdruckleitung 36 ist ein Wechselventil 37 ange­ ordnet, das mit einer Leitung 38 in Verbindung steht. Die Leitung 38 kann beispielsweise eine Signalleitung des hydrostatischen Getriebes darstellen, durch die ein Steuersignal zur Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors bei gewünschter Fahrbewegung des Gabelstaplers geleitet wird.

Die Wirkungsweise der hydraulischen Schaltanordnung ist wie folgt: In Grundstellung läuft die Antriebsmaschine 1 mit Leerlauf-Drehzahl und keines der Wegeventile 12, 13 14 ist betätigt. Die Pumpe 7 fördert unter geringem Druck Fluid durch die Förderdruckleitung 9 zu der ersten Druckwaage 28, wo infolge Einwirkung auf deren zweite Stellfläche 28b das Fluid durch die geöffnete Druckwaage 28 in die Ablaß­ leitung 21 und damit in den Tank 8 gelangt. Die zweite Druckwaage 33 befindet sich in Offenstellung, da beide Stell­ flächen 33a und 33b mit gleichem geringen Druck belastet sind. Durch die Leitung 34 fließt Fluid zum Druckregel­ ventil 35 und von dort über das Wechselventil 37 zum Dreh­ zahl-Stellorgan 2. Der Druck reicht jedoch nicht aus, um eine Drehzahlerhöhung zu bewirken.

Sobald eines der Wegeventile 12, 13, 14 betätigt wird, entsteht eine Verbindung vom angesprochenen Verbraucher zu der Wechselventilkette und von dort über die Verbindungs­ leitung 30 zur ersten Stellfläche 28a der ersten Druckwaage 28. Daraufhin wird die erste Druckwaage 28 durch Federkraft in eine Stellung gebracht, die die Verbindung von der Förderdruck­ leitung 9 zur Ablaßleitung 21 unterbricht. Das von der Pumpe 1 geförderte Fluid fließt durch die Drossel 32 und die zweite Bypaßleitung 31 zur geöffneten zweiten Druckwaage 33 und von dort zur Ablaßleitung 21. Vor der Drossel 32 baut sich ein gewisser Druck auf, der sich über die Leitung 34 dem Druckregelventil 35 mitteilt und damit dem Drehzahl- Stellorgan 2. Dieser Druck genügt, um den Stellkolben 5 im Stellzylinder 3 entgegen der Kraft der Feder 4 zu ver­ schieben und dadurch eine Drehzahlerhöhung der Antriebs­ maschine 1 zu bewirken.

Auf diese Weise kann die Antriebsmaschine 1 die Drehzahl ohne bzw. mit nur geringer Belastung erhöhen. Wenn der Staudruck von der Drossel 32 einen bestimmten Wert über­ schreitet und damit auch die Drehzahl der Antriebs­ maschine 1 und der Pumpe 7, überwiegt die Druckkraft an der zweiten Stellfläche 33b der zweiten Druckwaage 33 und bringt dieses in Schließstellung, so daß der Verbraucher mit ausreichendem Druck und Förderstrom versorgt werden kann. Damit bei weiter ansteigendem Förderstrom der Stau­ druck vor der Drossel 32 nicht zu stark ansteigt, ist parallel dazu ein federbelastetes Rückschlagventil 39 zwischen der ersten Bypaß­ leitung 29 und der zweiten Bypaßleitung 31 angeordnet, das bei entsprechendem Staudruck öffnet.

Claims (2)

1. Hydraulisches System mit einem ein Drehzahl-Stellorgan (2) aufweisenden Motor (1), der eine Pumpe (7) antreibt, an die mindestens ein Verbraucher (15a, 15b; 16; 17) hydraulischer Energie über ein Wegeventil (12; 13; 14) in einer Förderdruckleitung (9) angeschlossen ist, wobei bei betätigtem Verbraucher stromab des Wegeventils ein Lastdruck des Verbrauchers abgegriffen wird, und einer in Stromrichtung vor dem Wegeventil angeordneten ersten Druckwaage (28), die bei einem geringen Lastdruck des Verbrauchers die Förderdruckleitung (9) mit einer Ablaßleitung (21) verbindet und die eine erste von Federkraft und Lastdruck beaufschlagte Stellfläche (28a) und eine zweite förderdruckbeaufschlagte Stellfläche (28b) aufweist, sowie einem zwischen der Förderdruckleitung (9) und dem Drehzahl-Stellorgan (2) angeordneten Druckregelventil (35), welches lastdruckabhängig das Drehzahl-Stellorgan (2) mit der Förderdruckleitung (9) oder einer Ablaßleitung (21) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur ersten Druckwaage (28) eine zweite Druckwaage (33) angeordnet ist und sich in der Förderdruckleitung (9) zwischen der ersten und der zweiten Druckwaage eine Drossel (32) befindet, wobei die zweite Druckwaage (33) eine die Förderdruckleitung (9) und die Ablaßleitung (21) verbindende Schaltstellung aufweist und eine erste Stellfläche (33a) der zweiten Druckwaage (33) von dem Förderdruck nach der Drossel (32) und der Kraft einer Feder und eine zweite Stellfläche (33b) von dem Förderdruck vor der Drosssel (32) beaufschlagt ist.

2. Hydraulisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Drossel (32) in der Förderdruckleitung (9) ein federbelastetes Rückschlagventil (39) angeordnet ist.