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Hindergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisches System für Arbeitsmaschinen, insbesondere
für landwirtschaftliche
Traktoren, zur Versorgung von Verbrauchern mit Druckmedium, die
innerhalb und/oder außerhalb
der Maschine mit Druckmedium zu versorgen sind. Das System weist
eine Steuerpumpe oder mindestens eine ortsfeste Verdrängerpumpe
auf, deren Druck in Abhängigkeit
von dem Lastdruck der Druckverbraucher gesteuert wird und den Lastdruck durch
ein vorherbestimmtes Steuerdruckdifferential übersteigt. Das System weist
Mittel zum Bereitstellen von zwei Steuerdruckdifferentialen verschiedener Werte
auf.
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Ein
hydraulisches System, wie es oben erwähnt wurde, ist aus der Firmenzeitschrift "Hydraulik in Theorie
und Praxis", Robert
Bosch GmbH, 2. überarbeitete
Ausgabe, Stuttgart 1995, Seite 269, bekannt. Das System dient dazu,
Druckmedium Verbrauchern zuzuführen,
die durch direkte Ventile unter Verwendung einer ortsfest angeordneten
Verdrängerpumpe
gesteuert werden. Das System weist eine Druckskalierung auf, bei
dem der von der Pumpe herangeführte
Druck, der so genannte "Pumpendruck", wie er nachfolgend
bezeichnet wird, konstant auf einem Drucklevel gehalten wird, der
den entsprechenden Lastdruck um ein vorbestimmtes Steuerdifferential übersteigt.
Das System weist weiterhin ein Schaltventil auf, mit dem verschiedene
Steuerdruckdifferentiale einstellbar sind. Das Umschalten von einem Steuerdruckdifferential
zu einem anderen Steuerdruckdifferential wird über das Schaltventil realisiert, welches
vom Lastdruck des betätigten
Verbrauchers entsprechend der Schaltstellung des Schaltventils gesteuert
wird. Das System ist in einer Weise ausgelegt und angeordnet, dass
im Falle eines nicht vorhandenen Lastdrucks bei in die neutrale
Position geschalteten Richtungsventilen das niedrige Steuerdruckdifferential
erreicht wird, während
bei geöffneten
Richtungsventilen und herrschendem Lastdruck sich das höhere Steuerdruckdifferential
einstellt. Auf diese Weise wird ein Druckverlust gemindert, wenn keiner
der Verbraucher betätigt
ist.
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In
der EP-A-0 462 589 und der US-A-5,179,835 werden jeweils hydraulische
Systeme beschrieben, bei denen die Zufuhr eines unter Druck stehenden
Mediums durch eine Pumpe zu Verbrauchern mit einem Level erfolgt,
der höher
als der Lastdruck der Verbraucher liegt und diesen um einen vorher
festgelegten Differenzbetrag übersteigt.
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Bei
Arbeitsmaschinen, beispielsweise bei den oben erwähnten landwirtschaftlichen
Traktoren, versorgt das hydraulische System eine Mehrzahl von Verbrauchern
von Druckmedium. Einige dieser Verbraucher werden als Verbraucher
eines ersten Druckmediums bezeichnet und werden über Druckleitungen versorgt,
die fest im Inneren des Fahrzeugs angeordnet sind und ohne großen Druckverlust
arbeiten. Andere Verbraucher werden als Verbraucher für Hilfsdruckmedium
bezeichnet und sind auf Werkzeugen der verschiedensten Art angeordnet,
die mit dem Fahrzeug mitbewegt werden. Im Bedarfsfalle werden diese
an das hydraulische System über Kupplungen
angeschlossen und dann aus dem hydraulischen System heraus versorgt.
Dabei tritt ein erheblicher Druckverlust im Inneren der hydraulischen
Kupplung und in den Druckleitungen auf, die zu den Verbrauchern
für das
Hilfsdruckmedium führen.
Das Steuerdruckdifferential wird angehoben, um den Druckverlusten
entgegenzuwirken. Das Anheben des Steuerdruckdifferentials führt zu einem
größeren Druckverlust
in den Fällen,
bei denen keine Verbraucher oder ausschließlich Verbraucher mit Primärdruckmedium
versorgt werden müssen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein hydraulisches System der
oben beschriebenen Art bereitzustellen, bei dem Druckverluste minimiert sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein hydraulisches System mit folgenden Merkmalen vorgesehen:
Eine
Pumpe, die ein hydraulisches Medium aus einem Tank ansaugt und so
ausgebildet ist, dass die einen Durchfluss des Mediums in eine Druckleitung
bereitstellt;
ein Druckhalteventil, das mit der Druckleitung
in Verbindung steht;
ein Steuerventil, das wahlweise eine Verbindung
zwischen der Druckleitung und einem Verbraucher für ein erstes
Druckmedium bereitstellt;
ein weiteres Steuerventil, das wahlweise
eine Verbindung zwischen der Druckleitung und einem Verbraucher
für ein
Hilfsdruckmedium bereitstellt;
ein Zweiwegeventil mit Eingangsleitungen,
die mit den beiden Steuerventilen in Verbindung stehen, und mit
einer Ausgangsleitung, die mit der Druckleitung verbunden ist;
wobei
das Druckhalteventil auf der einen Seite von dem Druck in der Druckleitung über eine
Steuerleitung und auf der anderen Seite von der Kraft einer ersten
Feder und einem lastabhängigen
Druck beaufschlagt ist, um wahlweise eine Verbindung zwischen der
Druckleitung und dem Tank bereitzustellen, so dass die erste Feder
ein erstes niedriges Druckdifferential zwischen dem Verbraucher
des ersten Druckmediums und der Druckleitung bestimmt;
dadurch
gekennzeichnet, dass
in der Ausgangsleitung des Zweiwegeventils
zwei Drosseln und zwei Schaltventile angeordnet sind;
wobei
eines der Schaltventile in Schließrichtung auf die Größe des Lastdrucks
des ersten Verbrauchers für
das erste Druckmedium antwortet, und in Öffnungsrichtung auf die Größe des Lastdrucks
des Verbrauchers für
das Hilfsdruckmedium und die Kraft einer zweiten Feder antwortet,
um wahlweise die Verbindung durch das erste Schaltventil bereitzustellen, so
dass die zweite Feder ein zweites höheres Druckdifferential zwischen
den Verbrauchern für
Druckmedium bestimmt, und
das andere Schaltventil in Öffnungsrichtung
auf die Größe des Lastdrucks
des Verbrauchers für
das Hilfsdruckmedium antwortet, und in Schließrichtung auf die Kraft einer
dritten Feder und den Druck in einer Rücklaufleitung antwortet, um
wahlweise die Verbindung durch das andere Schaltventil bereitzustellen.
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Weitere
Details und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen niedergelegt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter
bevorzugter Ausführungsbeispiele
weiter erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
einen Schaltplan eines hydraulischen Systems, bei dem der Pumpendruck
durch Manipulation des Pumpendrucks gesteuert wird, und
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2 zeigt
ein Diagramm eines hydraulischen Systems, bei dem der Pumpendruck
durch Manipulation des Lastdrucks gesteuert wird.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Das
in 1 dargestellte System weist eine fest angeordnete
Verdrängerpumpe 1 auf,
die ein hydraulisches Medium aus einem Tank 2 ansaugt.
Weiterhin ist eine Steuerplatte 3 vorge sehen, die ein Druckhalteventil 4 aufweist,
sowie eine Verbindungsplatte 5 und eine Steuereinrichtung 6 mit
Anschlüssen
A, B für
die Zufuhr von Druckmedium zu einem Verbraucher 7 über ein
Steuerventil 8. Unter "Verbraucher
von Druckmedium" werden
einfach oder doppelt wirkende hydraulische Betätigungseinrichtungen (lineare
Betätigungseinrichtungen
und rotierende Betätigungseinrichtungen)
für den
Antrieb verschiedener Arbeitswerkzeuge verstanden, beispielsweise
der Hebezylinder einer Dreipunktaufhängung für Arbeitsgeräte oder
der Betätigungszylinder,
die Schwinge und die Ladeschaufel eines Frontladers. Die Steuerplatte 3,
die Verbindungsplatte 5 und die Steuereinrichtung 6 sind
miteinander über
Schrauben verbunden.
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Die
Verbindungsplatte 5 weist Anschlüsse LS, T, P für die Versorgung
eines Verbrauchers 9 mit einem Hilfsdruck auf. Druckleitungen
führen
von den Anschlüssen
LS, T und P zu Steuerventilen 12, die an einer externen
Steuereinrichtung 11 vorgesehen sind, die über hydraulische
Kupplungen 10 versorgt werden.
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Das
Druckhalteventil 4 überwacht
den Druck in der Druckleitung 13 von der Pumpe 1 zu
der Steuereinrichtung 6 und in der Druckleitung 14 zu
dem Anschluss P in einer Weise, dass der Druck konstant oberhalb
des höchsten
Lastdrucks der Verbraucher 7, 9 auf einem gewissen
Wert gehalten wird, der als Differenzdruck bezeichnet wird. Überschüssiges hydraulisches
Medium, welches von der Verdrängerpumpe 1 geliefert
wird, wird in den Tank 2 über die Leitung 15,
das Druckhalteventil 4 und die Rücklaufleitung 16 zurückgeführt. Der
Lastdruck des Verbrauchers 7 wird mit der Steuerleitung 17 am
Steuerventil 8 abgegriffen. Der Lastdruck des Verbrauchers 9 wirkt
sich über
die Steuerleitung 18 an dem Anschluss LS der Verbindungsplatte 5 aus.
Die Steuerleitungen 17, 18 führen zu den Eingängen eines Zweiwegeventils 19.
Der Begriff Zweiwegeventil wird in der vorliegenden Erfindung im
Sinne eines Wechselventils benutzt. Von dem Ausgang des Zweiwegeventils 19 führt eine
Steuerleitung 20 zu der Druckleitung 13.
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In
der Steuerleitung 20 sind zwei Drosseln 21, 22 in
Reihe angeordnet, ebenso zwei Schaltventile 23, 24.
Das Schaltventil 23 wird vom Lastdruck in der Steuerleitung 17 über eine
Steuerleitung 25 beaufschlagt. Andererseits unterliegt
es dem Lastdruck in der Steuerleitung 18 über eine
Steuerleitung 26 sowie der Kraft einer Feder 27.
Die Kraft der Feder 27 entspricht dem Differential der
Steuerdruckdifferentiale des externen und des den ersten Druck benötigenden
Verbrauchers 7 und des Verbrauchers 9 mit dem
Hilfsdruck. Das Schaltventil 24 ist mit der Rücklaufleitung 16 über eine
Steuerleitung 28 verbunden, die von der Steuereinrichtung 6 bis zum
Tank 2 zurückgeführt ist.
Diese Seite steht auch unter der Kraft der Feder 30. Auf
der anderen Seite ist das Schaltventil 24 von Lastdruck
in der Steuerleitung 18 über die Steuerleitung 29 beaufschlagt.
Die Kraft der Feder 30 ist so gewählt, dass das Schaltventil 24 in
seine Durchgangsstellung geschaltet wird, wenn der herrschende Lastdruck
des Verbrauchers 9 über
die Steuerleitung 29 einwirkt. Zum Steuern des Pumpendrucks
ist das Druckhalteventil 4 auf seiner einen Seite dem Druck
in der Steuerleitung 31 ausgesetzt, die von der Steuerleitung 20 zwischen
den Drosseln 21 und 22 abzweigt. Auf der anderen
Seite wird das Druckhalteventil von der Kraft der Feder 32 und
dem höchsten
Ladedruck des Verbrauchers 7 bzw. des Verbrauchers 9 über die
Steuerleitung 31 beaufschlagt, die mit der Steuerleitung 20 am
Ausgang des Zweiwegeventils 19 in Verbindung steht. Die
Kraft der Feder 32 ist auf einen Wert eingestellt, der
das Steuerdruckdifferential des ersten Verbrauchers 7 festlegt,
beispielsweise auf 10 bar.
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Die
Funktion des hydraulischen Systems wird anhand der anliegenden Zeichnungen
verdeutlicht.
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Fall
1: Es ist keiner der Verbraucher 7, 9 betätigt.
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In
diesem Falle sind die Steuerleitungen 17, 18, 20, 29 und 33 drucklos.
Das Schaltventil 24 ist infolge der Kraft der Feder 30 in
seine Schließstellung überführt und
blockiert damit die Steuerleitung 20. Das Druckhalteventil 4 wird
von dem herrschenden Druck in der Steuerleitung 20 auf
der Pumpenseite über
die Steuerleitung 31 beaufschlagt. Das Druckhalteventil 4 öffnet vollständig gegen
die Kraft der Feder 32, so dass das gesamte Druckmedium,
welches von der Verdrängerpumpe 1 herangefördert wird,
direkt zurück
in den Tank 2 über
die Leitung 15 gefördert
wird. In der Druckleitung 13 herrscht ein Pumpendruck von
10 bar. Dieser Pumpendruck entspricht einem niedrigen Steuerdruckdifferential
des ersten Verbrauchers 7.
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Fall
2: Es ist mindestens ein Verbraucher 7 betätigt, während kein
Verbraucher 9 für
Hilfsdruck betätigt
ist.
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In
diesem Falle herrscht in den Steuerleitungen 17 und 25 Druck,
während
die Steuerleitungen 18 und 29 drucklos sind. Das
Schaltventil 24 wird in seine Schließstellung durch die Kraft der
Feder 30 überführt, so
dass es die Steuerleitung 20 absperrt und damit kein Druckmedium
in der Steuerleitung 20 von der Druckleitung 13 zu
dem Steuerventil 8 strömen
kann. Somit findet an der Drossel 21 kein Druckverlust
statt.
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Dementsprechend
entspricht der Druck in der Steuerleitung 31 dem Pumpendruck.
Dieser Druck wird zu der einen Seite des Druckhalteventils 4 herangeführt, während der
Lastdruck des Verbrauchers 7 über die Steuerleitung 33 auf
der anderen Seite einwirkt. Dort kommt die Kraft der Feder 32 zu dem
Lastdruck hinzu. Das Druckhalteventil 4 steuert den Pumpendruck
unabhängig
von dem Wert des Lastdrucks derart, dass der Pumpendruck immer höher liegt
als der Lastdruck des unteren Steuerdruckdifferentials des Verbrauchers 7.
Der Wert des Steuerdruckdifferentials wird so niedrig wie möglich gewählt und
gerade ausreichend, um den Verbraucher 7 hinreichend betätigen zu
können,
um einen Druckverlust aus der Rückführung nicht
benötigten
Druckmediums über
das Druckhalteventil zu minimieren.
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Fall
3: Es ist mindestens ein Verbraucher 9 betätigt, während keiner
der Verbraucher 7 betätigt ist.
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In
diesem Fall herrscht der Lastdruck in den Steuerleitungen 18, 20, 33, 26,
während
die Steuerleitungen 17 und 25 drucklos sind. Beide
Schaltventile 23, 24 befinden sich in der Durchgangsstellung. Es
fließt
ein geringes Volumen Steuermedium zu der Steuereinrichtung 11 über die
Drosseln 21, 22 und die Schaltventile 23 und 24,
und zwar entsprechend dem Druckdifferential zwischen der Druckleitung 13 und
der Steuerleitung 20 am Ausgang des Zweiwegeventils 19.
Infolge der Reduzierung des Drucks an der Drossel 21 ergibt
sich ein gegenüber
dem Pumpendruck verringerter Druck, der in der Steuerleitung 31 herrscht
und auf die eine Seite des Druckhalteventils 4 einwirkt,
während
auf der anderen Seite des Druckhalteventils 4 der Lastdruck
des Verbrauchers 9 des Hilfsdruckmediums steht, der außerhalb
des Fahrzeugs angeordnet ist. Außerdem herrscht auf dieser
Seite die Kraft der Feder 32. Demzufolge wird das Druckhalteventil 4 in
die Schließstellung überführt, bis
ein neuer Ausgleich erreicht wird, bei dem der Pumpendruck der Summe
des Lastdrucks und eines Druckmitteldifferentials entspricht, das
entsprechend Fall 2 angestiegen ist und die Erfordernisse des
Verbrauchers 9 mit dem Hilfsdruckmedium erfüllt. Das
Steuerdruckdifferential kann beispielsweise 20 bar betragen.
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Fall
4: Es wird mindestens ein Verbraucher 7 für das erste
Druckmedium und mindestens ein Verbraucher 9 für ein Hilfsdruckmedium
betätigt.
Der höchste
Lastdruck des Verbrauchers 7 für das erste Druckmedium liegt
höher als
die Summe des Lastdrucks des Verbrauchers 9 des Hilfsdruckmediums und
des gewünschten
Steuerdruckdifferentials des Verbrauchers 9 minus des gewünschten
Steuerdruckdifferentials des Verbrauchers 7.
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In
diesem Falle ist das Schaltventil 24 infolge des Lastdrucks
in der Steuerleitung 29 in die Durchgangsstellung geschaltet.
Gleichwohl wird die Steuerleitung 20 abgesperrt, weil das Schaltventil 23 infolge
des Lastdrucks in der Steuerleitung 25 seine Sperrstellung
einnimmt. Die Steuerung des Pumpendrucks und die Einstellung des
Steuerdruckdifferentials auf einem niedrigen Steuerdruckdifferential
wird in der Weise realisiert, wie es im Fall 2 beschrieben wurde.
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Fall
5: Es ist mindestens ein Verbraucher 7 für das erste
Druckmedium und mindestens ein Verbraucher 9 für das Hilfsdruckmedium
betätigt.
Der höchste
Lastdruck des Verbrauchers 7 für das erste Druckmedium ist
geringer als die Summe des Lastdrucks des Verbrauchers 9 des
Hilfsmediums und das gewünschte
Steuerdruckdifferential des Verbrauchers 9 minus dem gewünschten
Steuerdruckdifferential des Verbrauchers 7.
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In
diesem Fall befinden sich beide Schaltventile 23, 24 in
den geöffneten
Stellungen und der Pumpendruck wird in der Weise gesteuert, wie
dies im Fall 3 beschrieben wurde.
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Es
ist allen Fällen,
wie sie in Verbindung mit 1 beschrieben
wurden, gemeinsam, dass der Pumpendruck durch eine Manipulation
des Pumpendrucks gesteuert wird. Gleichwohl ist es möglich, das gewünschte Ergebnis,
d. h. die Realisierung eines vorbestimmten Steuerdruckdifferentials,
auch durch Manipulation des Lastdruckes zu erreichen, wie es in 2 dargestellt
ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
der 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Drosseln 21, 22 stromab
der Schaltventile 23, 24 in der Steuerleitung 20 angeordnet
sind, gesehen in Richtung auf den niedereren Druck. Von der Steuerleitung 20 zweigt
zwischen den Drosseln 21, 22 eine Steuerleitung 35 ab.
Der Druck in dieser Steuerleitung 35 und die Kraft der
Feder 32 wirken auf die eine Seite des Druckhalteventils
ein, während
die andere Seite des Druckhalteventils dem Pumpendruck über die
Steuerleitung 36 ausgesetzt ist.
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Solange
die Steuerleitung 20 abgesperrt ist, wie dies in Verbindung
mit den Fällen 2 und 4 beschrieben
wurde, entspricht der Druck in der Steuerleitung 35 dem
maximalen Lastdruck des Verbrauchers 7 in der Steuerleitung 20.
Bei entsprechender Einstellung der Kraft der Feder 32 übersteigt
der Pumpendruck den momentanen Lastdruck um ein niedriges Steuerdruckdifferential.
Wenn sich die Steuerleitung 20 in Durchgangsstellung befindet,
wie dies in Verbindung mit den Fällen 3 und 5 beschrieben
wurde, baut sich ein höherer
Druck in der Steuerleitung 35 auf, der sich aus dem Pumpendruck
in der Druckleitung 13 minus eines Druckverlusts an der Drossel 22 zusammensetzt.
Das Druckhalteventil 4 stellt ein höheres Steuerdruckdifferential
für den
Verbraucher 9 mit dem Hilfsdruck zur Verfügung.