DE3905654A1

DE3905654A1 - Hydraulische steuervorrichtung

Info

Publication number: DE3905654A1
Application number: DE19893905654
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Koetter; Reiner Dipl Ing Kunz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-02-24
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1990-08-30
Anticipated expiration: 2009-02-25
Also published as: DE3905654C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuervorrichtung der im Anspruch 1 näher angegebenen Gattung.

Um Energie einzusparen, ist man bei derartigen Steuervorrichtungen bestrebt, das Druckgefälle im Druckmittelkreislauf möglichst niedrig zu halten. Dies gilt sowohl für die Verbraucherversorgung als auch für den Neutralumlauf. Aus diesem Grunde wird auch der Steuerdruck für die Vorsteuereinrichtung der unbedingten Betätigungskraft ange paßt. Er wird durch ein Druckminderventil abgesenkt, über das vom Hauptdruckmittelkreislauf das für die Betätigung der Vorsteuerein richtung nötige Druckmittel abgezweigt wird. Um andererseits bei Nullast oder antreibender Last im Druckmittelzulauf den nötigen Steuerdruck bereitzustellen, ist bei einer aus der DE-PS 22 05 508 bekannten Steuereinrichtung zum Versorgen der fernbetätigten Vor steuereinrichtungen der Wegeventile mit einem ausreichend hohen Steuerdruck ein Energiespeicher angeordnet, der aus dem Druckmittel zulauf über einen davon abgezweigten Umlaufkanal mit Druckmittel geladen wird. Bei fallendem Druck im Energiespeicher beeinflußt ein Druckventil ein in den Umlaufkanal geschaltetes Umschaltventil in der Weise, daß dieses in Richtung Schließen verstellt wird, so daß in dem vom Druckmittelzulauf abgezweigten Umlaufkanal der Druck er höht und dadurch der Energiespeicher wieder geladen wird. Die Anord nung eines Energiespeichers bedarf nicht nur eines gewissen Platzbe darfs, sondern sie verteuert auch die Steuervorrichtung erheblich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß bei Neutralumlauf des Druckmittelstroms der Druck im Druckmittelzulauf nur dann angehoben wird, wenn die Vorsteuereinrichtung des Wegeventils tatsächlich an gesteuert wird. Dadurch ist das Druckgefälle des Druckmittelkreis laufs während des Neutralumlaufs bis zum Zeitpunkt der Ansteuerung der Vorsteuereinrichtung des Wegeventils sehr niedrig, so daß der Energieverbrauch der Anlage bei Leerlauf gering ist. Erst wenn ein Wegeventil angesteuert wird, wird der Druck angedrosselt, aber nur bis zu einer Höhe, die dem am Druckminderventil eingestellten Steu erdruck entspricht. Da das 3-Wege-Magnetventil im Steuerdruckmittel kreislauf angeordnet ist, in dem der Druck durch das Druckminderven til niedriger gehalten wird als im Hauptkreislauf, kann ein kosten günstiges Niederduck-Magnetventil verwendet werden.

Eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Erfin dung ergibt sich dadurch, daß das 3-Wege-Magnetventil und das Druck minderventil zu einer Einheit zusammengefaßt sind und ein gemein sames Ventilglied haben.

Vorzugsweise ist bei einem offenen Kreislaufsystem (OC-System), bei dem in der Grundstellung des Wegeventils der Druckmittelzulauf mit dem Druckmittelrücklauf verbunden ist, die Ventileinrichtung als vom gesamten Druckmittelstrom durchflossenes Vorspannventil ausgebildet und dieses stromabwärts zu der Abzweigung zum Steuerdruckmittel-Ver sorgungskanal in den zu dem Wegeventil führenden Druckmittelzulauf geschaltet.

Bei einem lastdruckabhängigen System (LS-System) der Steuervorrich tung, bei dem das Wegeventil in der Grundstellung den Druckmittel zulauf sperrt und der Druckmittelstromlauf bei Nullast über eine Druckwaage fließt, ist die Ventileinrichtung in die Druckwaage inte griert und stromaufwärts von dem dem Verbraucher vorgeschalteten Wegeventil an den Druckmittelzulauf angeschlossen und zum Druckmit telrücklauf entlastet.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 und 2 ein Prinzipschaltbild einer Steuervorrichtung der OC-Bauart und Fig. 3 und 4 ein Prinzipschaltbild einer Steuervorrichtung der LS-Bauart.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen einer Steuervorrichtung sind mehrere Wegeventile, beispielsweise 3, 11, 12, 13 und 21, 22, 23 sowie eine Anschlußplatte 14 und 24 und eine Endplatte 15 und 25 zu einem Ventilblock 10 und 20 zusammengefaßt. Die Wegeventile 11, 12, 13; 21, 22, 23 sowie die Anschlußplatte 14; 24 und die End platte 15; 25 weisen einen gemeinsamen Zulaufkanal 16 und 26 sowie einen gemeinsamen Rücklaufkanal 17 und 27 auf. Außerdem hat jedes Wegeventil zwei Verbraucheranschlüsse 33, 34. Der Zulaufkanal 16; 26 ist mit einer Pumpe 31 und der Rücklaufkanal 17; 27 mit einem Behäl ter 32 verbunden.

Die Wegeventile 11, 12, 13; 21, 22, 23 haben einen federzentrierten Steuerschieber 35, der von elektrisch ferngesteuerten, hydraulischen Vorsteuereinheiten 36, 37 betätigt wird, welche in der DE-OS 37 08 570 näher beschrieben sind. Zur Versorgung der Vorsteuerein heiten 36, 37 mit Steuerdruckmittel sind ein Steuerdruckmittel-Ver sorgungskanal 38 und zur Entlastung ein Steuerdruckmittel-Rücklauf kanal 39 angeordnet, welch letzterer mit dem Rücklaufkanal 17; 27 verbunden ist.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 zeigen eine Steuervor richtung mit offenem Kreislauf oder OC-System, bei der in der An schlußplatte 14 ein Umlaufkanal 41 vom Zulaufkanal 16 abzweigt und über die Wegeventile 11, 12, 13 und in der Endplatte 15 zu dem Rück laufkanal 17 führt.Das System nach Fig. 1 ist durch ein Druckbe grenzungsventil 42 abgesichert, das in der Anschlußplatte 14 vor einem Druckminderventil 43 und einem Vorspannventil 45 angeordnet, mit dem Zulaufkanal 16 verbunden und zum Rücklaufkanal 17 entlastet ist. Das Steuerdruckmittel wird ebenfalls in der Anschlußplatte 14 vom Zulaufkanal 16 über das Druckminderventil 43 abgezweigt und dem Steuerdruck-Versorgungskanal 38 zugeführt. Dieses Druckminderventil 43 entnimmt dem Hauptdruckmittelkreislauf nur so viel Druckmittel wie gerade benötigt wird und senkt den anliegenden Druck auf den er forderlichen, voreingestellten Steuerdruck von beispielsweise 20 bar ab.

Da in der Grund- oder Mittelstellung der Steuerschieber 35 der Wege ventile 11, 12, 13, in der die Verbraucheranschlüsse 33, 34 gesperrt sind, das Druckmittel mit minimalem Druckgefälle durch den Umlauf kanal 41 geführt wird und dabei auch der Druck im Steuerdruckmit tel-Versorgungskanal 38 unterhalb des erforderlichen Steuerdrucks für die Vorsteuereinheiten 36, 37 liegt, ist in den Zulaufkanal 16 in der Anschlußplatte 14 stromaufwärts der Wegeventile 11, 12, 13 und stromabwärts der Abzweigung zum Druckminderventil 43 und dem Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 ein Vorspannventil 45 geschal tet, mit dem der stromaufwärts anliegende Druck angedrosselt werden kann. Das im wesentlichen in Form eines Druckbegrenzungsventils auf gebaute Vorspannventil 45 hat ein Ventilglied oder einen Ventil schieber 46, der in Öffnungsrichtung auf der einen Seite vom Druck im stromaufwärts liegenden Zulaufkanal 16 und in Schließrichtung auf der anderen Seite von einer Druckfeder 47 beaufschlagt ist. Die Kraft der Druckfeder 47 ist so ausgelegt, daß der Ventilschieber 46 auch bei dem relativ niedrigen Umlaufdruck bei Neutralumlauf des Druckmittels in seine maximale Öffnungsstellung bewegt wird, so daß das Druckgefälle über dem Vorspannventil 45 nahezu Null ist. Um bei Anforderung von Steuerdruck für eine der Vorsteuereinheiten 36, 37 den Druck anzuheben, hat das Vorspannventil 45 auf der Seite der Druckfeder 47 zusätzlich einen Druckraum 48, der mit dem Steuer druck-Versorgungskanal 38 verbindbar ist, so daß bei Druckausgleich auf beiden Seiten des Ventilschiebers 46 die Druckfeder 47 diesen in Richtung Schließen bewegt, wobei durch Drosselung der Druck im Zu laufkanal 41 stromaufwärts angedrosselt wird.

Zum Steuern des Druckes in dem Druckraum 48 des Vorspannventiles 45 ist dieser mit einem fernsteuerbaren 3/2-Magnet-Wegeventil 50 ver bunden, das eingangsseitig an den Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 und den Steuerdruckmittel-Rücklaufkanal 39 angeschlossen ist. In der Ruhestellung verbindet das 3/2-Magnet-Wegeventil 50 die Druck kammer 48 des Vorspannventils 45 mit dem Steuerdruckmittel-Rücklauf kanal 39, dagegen in der Arbeits- oder Schaltstellung mit dem Steu erdruckmittel-Versorgungskanal 38. Der das 3/2-Magnet-Wegeventil 50 betätigende Elektromagnet 51 ist mit den Vorsteuereinheiten 36, 37 der Wegeventile 11, 12, 13 so gekoppelt, daß beim elektrischen An steuern mindestens einer der Vorsteuereinheiten 36, 37 auch der Elektromagnet 51 des 3/2-Magnet-Wegeventils 50 anspricht.

Die oben beschriebene Steuervorrichtung nach Fig. 1 wirkt wie folgt:

In Neutralumlaufstellung der Wegeventile 11, 12, 13 fließt das Druckmittel von der Pumpe 31 nur wenig gedrosselt über das in Öff nungsstellung stehende Vorspannventil 45, die Wegeventile 11, 12, 13 und den Rücklaufkanal 17 zurück in den Behälter 32. Dabei ist der Druck im Zulaufkanal 16 und auch im abgezweigten Steuerdruckmit tel-Versorgungskanal 38 niedriger als der erforderliche Steuerdruck, auf den das Druckminderventil 43 eingestellt ist. Wenn nun zum Betä tigen eines oder mehrerer der Wegeventile 11, 12, 13 ein Bedarf an erforderlichem Steuerdruck vorliegt, was durch Versorgen einer der Vorsteuereinheiten 36, 37 mit dem elektrischen Strom geschieht, wird auch der Elektromagnet 51 des 3/2-Magnet-Wegeventils 50 erregt. Da bei wird die Verbindung des Druckraums 48 des Vorspannventils 45 zum drucklosen Steuerdruckmittel-Rücklaufkanal 39 unterbrochen und eine Verbindung mit dem Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 herge stellt. Da im Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 und im Zulauf kanal 16 der gleiche Druck herrscht, wird der hydraulische Druck auf beiden Seiten des Ventilschiebers 46 des Vorspannventils 45 ausge glichen, so daß die Druckfeder 47 den Ventilschieber 46 in Richtung Schließen bewegt, wobei der Druck im stromaufwärtigen Teil des Zu laufkanals 41, in dem der Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 über das Druckminderventil 42 abzweigt, und damit auch im Steuerdruckmit tel-Versorgungskanal 38 ansteigt. Den Vorsteuereinheiten 36, 37 steht nun der erforderliche Steuerdruck rechtzeitig zur Verfügung. Diese Druckanhebung erfolgt in gleicher Weise, wenn wenigstens eines der Wegeventile 11, 12, 13 in Laststellung steht und der Lastdruck kleiner als der erforderliche Steuerdruck ist. Dabei wirkt das Druckminderventil 43 als Vorsteuerventil für das Vorspannventil 45. Ist dagegen der Lastdruck größer als der erforderliche Steuerdruck, so drückt der der Druckfeder 47 und dem Druckraum 48 gegenüber am Ventilschieber 46 anliegende Lastdruck, dessen Druck größer ist als der der Druckfeder 47 und der Druck im Druckraum 48, den Ventil schieber 46 in Öffnungsrichtung, so daß das Vorspannventil 45 seine Maximalöffnung und das Druckgefälle über dem Vorspannventil 45 sei nen Minimalwert erreicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 handelt es sich um eine Steuervorrichtung des Lastfühl- oder LS-Systems, bei der der Ar beitsdruck in Abhängigkeit vom Lastdruck geregelt wird. Dazu ist in der Anschlußplatte 24 mit dem Zulaufkanal 26 ein Druckregelventil in Form einer Druckwaage 60 verbunden und zum Rücklaufkanal 27 entla stet. Der Ventilschieber 61 der Druckwaage 60 ist auf der einen Sei te in Öffnungsrichtung über eine Leitung 62 und eine Drossel 63 mit dem Zulaufkanal 26 und auf der anderen Seite in Schließrichtung mit einer Druckfeder 64 sowie mit dem Lastdruck beaufschlagt, der in einem Lastdruckraum 65 wirkt. Der Lastdruckraum 65 der Druckwaage 60 ist über eine Drossel 68, eine Lastdruckleitung 66 und über Wechsel ventile 67 mit den Wegeventilen 21, 22, 23 verbindbar, so daß über diese der jeweils größte Lastdruck auf die Druckwaage 60 wirken kann und dementsprechend der Arbeitsdruck eingeregelt wird. Ein an die Lastdruckleitung 66 angeschlossenes und zum Rücklaufkanal 27 entla stetes Vorsteuer-Druckbegrenzungsventil 69 begrenzt den Lastdruck und steuert die Druckwaage 60 vor. In der Mittel- oder Grundstellung der Wegeventile 21, 22, 23 ist der Durchgang vom Zulaufkanal 26 zu den Verbraucheranschlüssen 33, 34 gesperrt und die Lastdruckleitung 66 mit der Rücklaufleitung 27 verbunden, so daß die Druckwaage 60 bei entlastetem Lastdruckraum 65 den Durchgang vom Zulaufkanal 26 zum Rücklaufkanal 27 bei dem anstehenden niedrigen Zulaufdruck ent gegen der Kraft der Druckfeder 64 öffnet. Um in dieser Stellung der Druckwaage 60 beim Ansteuern einer oder mehrerer der Vorsteuerein heiten 36, 37 der Wegeventile 21, 22, 23 den Druck im Zulaufkanal 26 auf den erforderlichen Steuerdruck anzuheben, ist in der Endplatte 25 des Ventilblocks 20 ein elektrisch ansteuerbares 3/2-Magnet-Wege ventil 70 angeordnet, das in der stromlosen Stellung den Lastdruck raum 65 der Druckwaage 60 über die Lastdruckleitung 66 und die Wech selventile 67 mit dem Rücklaufkanal 27 verbindet. Der Elektromagnet 71 des 3/2-Magnet-Wegeventils 70 ist mit der elektrischen Steuerein richtung für die Vorsteuereinheiten 36, 37 gekoppelt, so daß bei de ren Ansteuerung auch der Elektromagnet 71 erregt wird, wobei das 3/2-Magnet-Wegeventil 70 den Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 mit der Lastdruckleitung 66 verbindet. Da der Steuerdruck-Versor gungskanal 38 über ein Druckminderventil 53 in der Endplatte 25, das die gleiche Aufgabe hat wie das bei dem oben beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 1, mit dem Zulaufkanal 26 verbunden ist, wirkt der Druck im Zulaufkanal 26 nun auch im Lastdruckraum 65 der Druckwaage 60, so daß bei Druckausgleich an deren Ventilschieber 61 die Druckfeder 64 den Ventilschieber 61 in Richtung Schließen be wegt, bis im Zulaufkanal 26 der Druck wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angedrosselt wird.

Bei den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 bestimmt bei anliegendem Arbeitsdruck das Druckmin derventil 43, 53 den erforderlichen, eingestellten Steuerdruck, und bei Neutralumlauf steuert im Falle, wenn Steuerdruck verlangt wird, das 3/2-Magnet-Wegeventil das Vorspannventil 45 bzw. die Druckwaage 60 in eine Drosselstellung. Diese beiden Funktionen übernimmt bei den beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 4, von denen nur der wesentliche Teil der Steuervorrichtung dargestellt ist, ein an sich bekanntes, elektromagnetisch betätigtes 3-Wege-Druckminder ventil 73, das mit dem Zulaufkanal 16; 26, dem Rücklaufkanal 17; 27 und mit den Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 verbunden ist. Das einerseits vom Druck im Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 bela stete Ventilglied des 3-Wege-Druckminderventils 73 ist andererseits von einem Elektromagnet 74 betätigbar, der zusammen mit den Vorsteu ereinrichtungen 36, 37 der Wegeventile 11, 12, 13; 21, 22, 23 ange steuert wird. Während des Betriebs, wenn Arbeitsdruck anliegt, der höher ist als der erforderliche Steuerdruck, hält das 3-Wege-Druck minderventil 73 den eingestellten Steuerdruck im Steuerdruckmit tel-Versorgungskanal nur bei eingeschaltetem Elektromagnet 74 auf recht. Bei Neutralumlauf oder bei antreibender Last, wenn der an liegende Druck im Zulaufkanal niedriger ist als der erforderliche Steuerdruck, bringt der Elektromagnet 74, wenn Steuerdruck verlangt und er elektrisch angesteuert wird, das Ventilglied des 3-We ge-Druckminderventils 73 in Offen-Stellung, so daß der Druck im Ste uerdruckmittel-Versorgungskanal 38 dem Druck im Zulaufkanal 16, 26 angeglichen wird. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 herrscht da durch auf beiden Seiten des Ventilschiebers 46 des Vorspannventils 45 der gleiche Druck, so daß die Druckfeder 47 den Ventilschieber in Richtung Schließen bewegt, wobei der Druck stromaufwärts des Vor spannventils 45 angedrosselt wird. In gleicher Weise wird beim Aus führungsbeispiel nach Fig. 4, bei dem in der Endplatte 25 außer dem 3-Wege-Druckminderventil 73 auch eine Verbindung 75 der Lastdruck leitung 66 mit dem Steuerdruckmittel-Versorgungskanal 38 angeordnet ist, die Druckwaage 60 beeinflußt, so daß, wie beim Ausführungsbei spiel nach Fig. 2 beschrieben, der Druck im Zulaufkanal 26 angeho ben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Steuerdruck unab hängig vom Lastdruck abgeschaltet werden.

Claims

1. Hydraulische Steuervorrichtung für eine hydraulische Anlage mit mindestens einem Verbraucher und mit einem einen Druckmittelzulauf und -rücklauf aufweisenden Druckmittelkreislauf, mit mindestens einem einem Verbraucher vorgeschalteten Wegeventil, das von einer elektrisch angesteuerten, hydraulischen Vorsteuereinrichtung betä tigt wird, welche mit Druckmittel über ein Druckminderventil und einen Steuerdruckmittel-Versorgungskanal aus dem Druckmittelzulauf versorgt wird, mit einer Ventileinrichtung zum Androsseln des Druckes im Druckmittelzulauf auf den erforderlichen Steuerdruck, welche ein Ventilglied aufweist, das auf der einen Seite in Öff nungsrichtung vom Druck des Druckmittelzulaufs und auf der anderen Seite in Schließrichtung vom Druck in einem Druckraum sowie von einem Federglied beaufschlagt ist, und mit einem Schaltventil zum Steuern des auf das Ventilglied in dem federseitig zugeordneten Druckraum der Ventileinrichtung wirkenden Drucks, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schaltventil als fernsteuerbares 3-Wege-Magnet ventil (50; 70, 73) ausgebildet ist, dessen elektrische Ansteuerung mit der der Vorsteuereinrichtung (36, 37) des Wegeventils (11, 12, 13; 21, 22, 23) gekoppelt ist und das in einer Stellung den Druck raum (48; 65) der Ventileinrichtung (45; 60) mit dem Steuerdruckmit tel-Versorgungskanal (38) verbindet, derart, daß durch Beaufschlagen des Druckraumes (48; 65) mit Steuerdruck aus dem Druckmittel-Ver sorgungskanal (38) das Ventilglied (46; 61) von dem Federglied (47; 64) in Richtung Schließen bewegt wird.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3-Wege-Magnetventil ein 3/2-Magnet-Wegeventil ist (50; 70), das in seiner zweiten Stellung den Druckraum (48; 65) der Ventileinrich tung (45; 60) mit dem drucklosen Rücklauf (39) verbindet.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3-Wege-Magnetventil und das Druckminderventil zu einer Einheit (73) zusammengefaßt sind und ein gemeinsames Ventilglied haben, das in nicht betätigter Stellung den Steuerdruckmittelversorgungskanal (38) zum Rücklaufkanal (27) entlastet.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung eines dem Verbraucher vorgschalte ten Wegeventils (11, 12, 13) mit einer Grundstellung, in der der Druckmittelzulauf (16) mit dem Druckmittelrücklauf (18) verbunden ist, die Ventileinrichtung als vom gesamten Druckmittelstrom durch flossenes Vorspannventil (45) ausgebildet und dieses stromabwärts zu der Abzweigung des Steuerdruckmittel-Versorgungskanals (38) in den zu dem Wegeventil (11, 12, 143) führenden Druckmittelzulauf (41) ge schaltet ist.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung eines dem Verbraucher vorgeschal teten Wegenventils (21, 22, 23) mit einer Grundstellung, in der der Druckmittelzulauf (26) unterbrochen ist, diese Ventileinrichtung als Druckwaage (60) ausgebildet und stromaufwärts von dem dem Verbrau cher vorgeschalteten Wegeventil (21, 22, 23) an dem Druckmittelzu lauf (26) angeschlossen und zum Druckmittelrücklauf (27) entlastet ist.