DE4308004A1 - Hydraulische Steuereinrichtung für mehrere Verbraucher - Google Patents

Hydraulische Steuereinrichtung für mehrere Verbraucher

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Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei diesen bekannten Steuer­ einrichtungen wird der Druckregler der Pumpe auf einen Wert ein­ gestellt, der dem maximalen zulässigen Verbraucherdruck ent­ spricht. Wird beispielsweise der Verbraucher wie Tiltzylinder oder Liftzylinder eines Laders bis zum Anschlag gefahren und in dieser Lage gehalten, schwenkt die Pumpe soweit zurück und ver­ ringert damit ihre Fördermenge soweit, daß gerade der maximale am Druckregler eingestellte Wert des Druckes aufrechterhalten bleibt. Unabhängig davon, ob in diesem Betriebszustand für den Verbraucher ein so hoher Druck erforderlich ist oder nicht.
Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die be­ kannte hydraulische Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend weiterzubilden, daß während des Be­ triebs der Hydraulikeinrichtung jeweils nur der Pumpendruck auf­ tritt, der für die Funktion der Verbraucher zum Zeitpunkt ihres Betriebs erforderlich ist. Dies wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erzielt. Dadurch, daß die Druckein­ stellung des Druckreglers für die Pumpe von der Steuerlage des Steuerventils für den Verbraucher mit der größten Last erfolgt, wird mit der Betätigung der Steuerventile gleichzeitig eine ent­ sprechende Einstellung des Druckreglers vorgenommen, die zur Be­ tätigung der Verbraucher erforderlich ist. Das Steuerventil für die größte Last muß also soweit in Öffnungsrichtung verschoben werden, bis die Druckregeleinrichtung einen der Last entspre­ chenden Druckaufbau durch die Pumpe gewährleistet. Die Geschwin­ digkeit dieses Verbrauchers wird also nicht vom freigegebenen Öffnungsquerschnitt des zugeordneten Steuerventils, sondern durch die Einstellung der von der Einstellung des Öffnungsquer­ schnitts des zugeordneten Steuerventils abhängigen Druckregel­ einrichtung für die Verstellpumpe festgelegt. Befinden sich die Steuerschieber in ihrer Ausgangsstellung erhält auch die Druck­ regeleinrichtung der Pumpe kein Steuersignal zugeführt. Der Druckregler ist in diesem Betriebszustand nur von der geringen Kraft der weitgehend entspannten Regelfeder beaufschlagt. Die Pumpe arbeitet somit bei der sich hierbei einstellenden minima­ len Fördermenge gegen den von der geringen Vorspannung der Re­ gelfeder vorgegebenen Druck. Damit wird ein besonders wirt­ schaftlicher Betrieb der Hydraulikanlage sichergestellt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.
Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die ein Schaltschema einer hydraulischen Steuereinrichtung für einen Lader zeigende Abb. 1 bezeichnet mit 1 eine verstell­ bare Pumpe mit Stellzylinder 2. 4 bezeichnet den Druckregler und 3 den Förderstromregler. Die Druckleitung 5 der Pumpe führt zum Einlaß 6 eines Steuerblocks 7 mit drei Steuerkolben 8, 9, und 10, die mit entsprechenden Ausnehmungen im Steuerblock Wegeven­ tile zum Ansteuern der Arbeitszylinder 11, 12 für die nicht dar­ gestellte Schaufel bzw. Ausleger dienen. Die Steuerkolben 8, 9, und 10 stehen über Steuerleitungen 13, 14, 15, 16 und 17 mit den Anschlüssen 1 bis 5 eines Vorsteuerblocks 18 in Verbindung. Der Vorsteuerblock weist vier von Hand zu betätigende Druckregelven­ tile 20, 21, 22 und 23 auf. Ferner ein Schaltventil 24, das den am Druckregelventil 20 eingestellten Steuerdruck bis zu einer bestimmten Größe über die Steuerleitung 16 an die eine Steuer­ fläche des Steuerkolbens 9 leitet. Bei Überschreiten des an der Feder einzustellenden Schaltdrucks verschiebt sich das Schalt­ ventil 24 in Richtung seiner Schaltstellung a und unterbricht die Verbindung des Druckregelventils 20 zum Steuerkolben 9 über die Steuerleitung 16. Diese wird in dieser Schaltstellung des Schaltventils 24 mit dem Tank verbunden. Bei weiterem Anstieg des am Druckregelventil 20 einzustellenden Steuerdrucks wird über die Steuerleitung 17, die mit der einen Steuerseite des Steuerkolbens 10 in Verbindung steht, diese aus der gezeigten Schließstellung in die Schwimmstellung verschoben, in der die zu den Liftzylindern 12 führenden Arbeitsleitungen 30, 31 miteinan­ der verbunden sind und sich damit die Liftzylinder frei bewegen können. Die Arbeitsbewegungen der Liftzylinder werden mit Hilfe des Steuerkolbens 9 gesteuert, der über die Arbeitsleitungen 32, 33 mit den Arbeitsleitungen 30, 31 verbunden ist und damit zu den betreffenden Zylinderräumen 34, 35 der Liftzylinder Direkt­ verbindung aufweist. Von der Steuerleitung 16 führt ein Steuer­ leitungsabschnitt 16a zu einem Schaltventil 35, das in der Schaltstellung a also bei Druckbeaufschlagung über das Druckre­ gelventil 20 und damit auch bei Druckbeaufschlagung des Steuer­ kolbens 9 in Richtung "Senken" die Druckleitung 37 der Steueröl­ pumpe 38 mit dem Steuerraum 39 eines Vorspannventils 40, das sich in der Tankleitung 41 befindet, mit Steuerdruck beauf­ schlagt. Damit wird sichergestellt, daß beim Senken der Liftzy­ linder die aus den Zylinderräumen 34 austretende Arbeitsflüssig­ keit unter einem entsprechend hohen Druck gehalten wird, der bei in den kolbenstangenseitigen Zylinderräumen 35 sich einstellen­ den Unterdruck ein Nachströmen von Arbeitsflüssigkeit über das Rückschlagventil 43 von der Tankleitung 41 in den mit der Ar­ beitsleitung 32 verbundenen Leitungsabschnitt 32a und von dort zu den kolbenstangenseitigen Zylinderräumen 35 gewährleistet. Die Steuerleitungen 13, 14, 15, 16 sind untereinander über Wech­ selventile 45, 46 und 47 wirkungsmäßig miteinander gekoppelt, derart, daß der in der Ausgangssteuerleitung 48 des Wechselven­ tils 47 wirkende Steuerdruck dem jeweils höchsten Steuerdruck, der an den Druckregelventilen 20, 21, 22 und 23 eingestellt ist, wirksam ist. Dieser Steuerdruck beaufschlagt über die Steuerlei­ tung 48 den Vorspannkolben 50 für die Regelfeder 51 des Druck­ reglers 4 und spannt die Regelfeder 51 entsprechend vor. Der je­ weils höchste Steuerdruck zur Betätigung der Steuerkolben 8, 9 ist somit ein Maß für die Druckeinstellung des Druckreglers 4. Soll also der eine oder andere Arbeitszylinder 11 bzw. 12 bzw. beide gemeinsam eine bestimmte Arbeitsstellung einnehmen, wird an den betreffenden Druckregelventilen ein so hoher Steuerdruck vorgegeben, daß sich in der Pumpenleitung 5 ein solcher Druck aufbauen kann, der eine entsprechende Arbeitsbewegung der Ar­ beitszylinder herbeiführt, wobei sich gleichzeitig die Steuer­ kolben 8 und/oder 9 in entsprechende Steuerlagen verschieben. Der Steuerkolben 10 nimmt an der Druckregelung der Pumpe nicht teil, da dieser lediglich eine Schwimmstellung herbeiführen soll. Diese ersetzt letztlich eine vierte Schaltstellung des Steuerventils 9 für die Liftzylinder 12. Die vom Steuerdruck be­ aufschlagte Steuerfläche des Vorspannkolbens 50 ist größer als die gegenüberliegende vom Regelkolben 4a des Druckreglers 4 ge­ bildete vom Pumpendruck beaufschlagte Steuerfläche. Da die am Regelkolben 4a angreifenden Kräfte sich aus dem Produkt aus wirksamer druckbeaufschlagter Fläche und dem jeweiligen Steuer­ druck ergeben, kann über den Vorspannkolben mit großer druck­ wirksamer Fläche ein verhältnismäßig großer Pumpendruck geregelt werden. Das Verhältnis der vom Pumpendruck beaufschlagten Steu­ erfläche des Regelkolbens des Druckreglers verhält sich zur wirksamen Steuerfläche des Vorspannkolbens 50 beispielsweise in der Größenordnung von 1 zu 8 bis 20. Durch dieses Flächenver­ hältnis läßt sich mit Hilfe des von den Druckregelventilen ein­ zustellenden Steuerdrucks von beispielsweise max. 30 bar eine Druckeinstellung der Pumpe in der Größenordnung bis max. 300 bar erzielen. Je nach Anwendungsfall kann auch ein anderes Flächen­ verhältnis zweckmäßig sein. Falls Hochdruck zur Ansteuerung ge­ wählt wird, kann das Flächenverhältnis auch bei 1:1 liegen.
Das Ausführungsbeispiel nach Abbildung 2 unterscheidet sich ge­ genüber dem Ausführungsbeispiel nach Abbildung 1 lediglich da­ durch, daß der in der Steuerleitung 48 herrschende höchste Steu­ erdruck nicht dem Druckregler 4, sondern einem Druckbegrenzungs­ ventil 60 zu dessen jeweiliger Druckeinstellung für die über die Drossel 61 und die Steuerleitung 62 den Druckregler 4 beauf­ schlagende von der Druckleitung 5 der Pumpe abgezweigte Steuer­ flüssigkeit zugeführt wird. Bei dieser Anordnung kann der seri­ enmäßig verwendete Druckregler der Pumpe beibehalten werden. Es ist lediglich erforderlich, daß das Druckbegrenzungsventil mit einer entsprechenden Druckübersetzung ausgestattet werden.
Durch die Verwendung des serienmäßigen Druckreglers ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine druckabhängige Steuerung mit der erfindungsgemäßen Steuerung zusammenarbeiten kann. Das jeweils höchste Signal der beiden Steuerungen wird über ein Wechselven­ til dem Stromregler zugeführt. In Abbildung 4 ist dies schema­ tisch dargestellt. Die druckabhängige Steuerung ist mit Load- Sensing bezeichnet, der Druckregler der Pumpe 1 mit DFR und das Wechselventil mit 65. Ansonsten entsprechen die Positionszahlen denen der Abbildung 2.
Das Ausführungsbeispiel nach Abbildung 3 entspricht dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Abbildung 2, wobei anstelle hydraulischer Steuermittel elektrische Steuermittel 70, 71 in Form elektri­ scher Signale erzeugende Steuergeber 70 und elektrische Stellma­ gnete für die Steuerventile 8, 9 und dem Druckbegrenzungsventil 60 vorgesehen sind. Es handelt sich also hierbei um eine elek­ trische Lösung.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Abbildung 5 wird der Steuerdruck für den Druckregler durch Ausbildung der miteinander zusammenwirkenden der den Förderflüssigkeitsumlauf steuernden Steuerkanten der zu einem Steuerblock SB vereinigten Steuerven­ tile 8, 9, 10 als mit dem Steuerkolbenhub im Durchflußquer­ schnitt veränderbaren Drosseln. Je größer der Hub umso größer wird die Drosselwirkung der miteinander zusammenwirkenden Steu­ erkanten der Steuerventile und dementsprechend nimmt der Druck - in Durchflußrichtung gesehen - vor den Drosseln zu, wobei der höchste Druck ebenfalls von dem Steuerkolben mit dem größten Hub festgelegt wird. Die Steuerflüssigkeit wird wie bei den Ausfüh­ rungsbeispielen 2 bis 4 über eine Drossel 61 von der Drucklei­ tung 5 der Pumpe entnommen und über den Umlaufkanal 66 dem Tank zurückgeführt. Bei dieser Art der Steuerdruckerzeugung, die keine zusätzliche Ventileinrichtung zur Erzielung des Steuer­ druckes erfordert, begrenzt die Drossel 61 in der Ausgangsstel­ lung der Wegeventile die maximal von der Pumpe zum Tank zurück­ zuführende Fördermenge über den Umlaufkanal 66 im Steuerblock. Der höchste Steuerdruck bestimmt bei dieser Steuerdruckerzeugung ebenfalls der am meisten ausgelenkte Steuerkolben.

Claims (9)

1. Hydraulische Steuereinrichtung zur unabhängigen Betäti­ gung von wenigstens zwei Verbrauchern, wie Tiltzylinder und Liftzylinder von Ladern, wobei die Ansteuerung der Verbraucher von Steuerventilen mit in Steuerlagen einstellbaren Steuerkolben erfolgt und die Druckmittelquelle von einer verstellbaren Pumpe mit zugeordneter Druckregeleinrichtung gebildet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einstellung der Steuerventile (8, 9) und die Einstellung der Druckregeleinrichtung (4) der Verstellpumpe (1) in Abhängigkeit zueinander stehen, wobei die Steuerlage des Steuerkolbens des Steuerventils, das den Verbraucher (11, 12) mit der größten Last steuert, ein Maß für die Einstellung der Druckregeleinrichtung für die Verstellpumpe ist.
2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerung der Steuerkolben der Steuerventile mittels ein­ stellbarem Steuerdruck in die jeweilige Steuerlage erfolgt, da­ durch gekennzeichnet, daß der jeweils höchste Steuerdruck (20, 21, 22, 23), mit dem eines der Steuerventile (8, 9) zu dessen Verstellung beaufschlagt ist, gleichzeitig ein Maß für die Druckeinstellung der Druckregeleinrichtung (3) für die Verstell­ pumpe (1) bildet.
3. Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung von einem Druckregler (4) gebildet wird, der in Richtung kleine­ rer Fördermenge der Pumpe (1) vom Pumpendruck und in Richtung größerer Fördermenge vom jeweils höchsten Steuerdruck (20 bis 23) zum Ansteuern der Steuerventile (8, 9) beaufschlagt ist.
4. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Regelfeder (51) des Druckreglers (4) an einem Vorspannkolben (50) abstützt, der vom jeweils höchsten Steuerdruck zum Ansteuern der Steuerventile beauf­ schlagt ist und die Regelfeder von diesem Vorspannkolben ent­ sprechend vorgespannt wird.
5. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagte Fläche des Vorspann­ kolbens größer oder gleich ist als die vom Pumpendruck beauf­ schlagte Fläche des Regelkolbens (4a) des Druckreglers (4).
6. Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung als Druckregler (4) ausgebildet ist, dessen Druckeinstellung von einem hydraulischen Steuerdruck erfolgt, dessen Größe von einem Druckventil (60) festgelegt ist, dessen Einstellung abhängig ist von der Steuerlage des Steuerkolbens des Steuerventils (8, 9), das den Verbraucher (11, 12) mit der großen Last steuert.
7. Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Druck­ ventils (60) vom höchsten Steuerdruck zum Ansteuern der Steuer­ ventile (8, 9) erfolgt und die Steuerflüssigkeit über eine Dros­ sel (61) von der Druckseite (5) der Pumpe (1) abgenommen wird.
8. Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und wobei die Ansteuerung der Steuerkolben durch elektrische Steuermittel (70, 71) erfolgt, wobei der höchste Steuerstrom gleichzeitig ein Maß für das ebenfalls durch elektrische Steuer­ mittel einstellbare Druckventil (60) bildet.
9. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerventile als 6-Wegeventile mit Umlaufkanal ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung als Druckregler (4) ausgebildet ist, dessen Druckeinstellung vom Druck der Steuerflüssigkeit erfolgt, die über eine Drossel (61) von der Pumpenleitung (5) abgezweigt und über den von den Steu­ erventilen (8, 9, 10) anzudrosselnden Umlaufkanal (66) zurück zum Tank geleitet wird, wobei die Größe des Druckes das dem größten Hub ausgeführte Steuerventil und damit den kleinsten Drosselquerschnitt für die zum Tank zurückströmende Steuerflüs­ sigkeit aufweist, festlegt.
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