DE69013443T2

DE69013443T2 - Hydraulische Schaltungen für Verbraucher.

Info

Publication number: DE69013443T2
Application number: DE69013443T
Authority: DE
Inventors: Kurt Roland Bloomfield Hills Mi 48013 Lonnemo
Original assignee: Vickers Inc
Current assignee: Vickers Inc
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1990-08-06
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2010-08-07
Also published as: EP0415133B1; DE69013443D1; JPH03103601A; CA2021922A1; US5088384A; EP0415133A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Steuersystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ist insbesondere bei hydraulischen Schaltungen für Betätiger anwendbar, wie sie in Bagger, Hecktieflöffellader und Forstgerät anzutreffen sind, beispielsweise Pundholzgreifer sowie Fäll- und Bündelgerät.
Ein hydraulisches Steuersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der GB-A-2 044 366 bekannt und umfaßt zwei Auslaßbemessungsventile zur Regelung des aus dem Betätiger zum Tank fließenden Stroms in einer Weise, daß das jeweilige Auslaßbemessungsventil, welches seine Bemessungsfläche öffnet. vor dem jeweiligen Zufuhrbemessungsventil anspricht. welches mit der Öffnung seiner Bemessungsfläche nachfolgt. Im Falle von schiebenden Lasten kann daher die Geschwindigkeit der Last durch Anwendung der Auslaßbemessungsventile gereglt werden.
Hydraulische Steuersysteme zur Regelung der Beschleunigung der Geschwindigkeit und der Verlangsamung von schweren Lasten und insbesondere von Schwingantrieben zeigen typischerweise irgendeine Art von Drucksteuerung. Ein vorzüglicnes Beispiel ist die Pumpenregelung des Schwingantriebes. wie in
US-A- 696 836 beschrieben, welche eine wahre Druckregelung sowohi in der treibenden als auch in der bremsenden Betriebsweise beinhaltet. In der neutralen Stellung sorgt die Steuerung für Freilauf, was ein sehr wünschenswertes Verhalten für Baukräne ist.
In anderen Anwendungen, wie Bagger, Tieflöffellader und Forstgerät, wie Rundholzlader sowie Fäll- und Bündel gerät ist der Freilauf nicht akzeptabel; bei der neutralen Hebelstellung muß sich die Bedingung "blockierte" Arbeitsleitung" ergeben.
Bei diesen Anwendungen besteht das am meisten angewendete Verfahren der Verlangsamung oder Abbremsung darin, das Ventil in seine Mittenstellung zu positionieren und Druckbegrenzungsventile entweder an dem Anschluß der Arbeitsleitung oder an einer Arbeitsleitung-Querverbindung zu verwenden. Verbesserungen der obigen Methode sind erreicht worden, indem zwei Ansprechpegel der Druckbegrenzungsventile eingeführt worden sind (eine für Beschleunigung, die andere für Verlangsamung) oder Druckbegrenzungsventile mit Abtastung des Druckanstiegs, um den Betriebsablauf zu glätten. Nichtsdestoweniger besteht bei obigen Systemen ein großer Verhaltensnachteil, darin daß, wenn das Ventil seine Mittenstellung einnimmt, es keine Kontrolle darüber gibt, wo der Schwung anhält. Die Anhaltstellung härigt von der Trägheit der Last ab. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es keine Möglichkeit gibt, die Schwingbewegung gegebenenfalls früher zu stoppen.
Zu den Zielrichtungen der vorliegenden Erfindung gehört ein hydraulisches System bei dem die Schwingbewegung der zu steuernden Vorrichtung über die gesamte Bewegung gesteuert werden kann: bei dem die Beschleunigung und Verlangsamung durch ein Eingangssignal von der gleichen Steuerung bestimmt werden kann: bei dem sowohl Beschleunigung wie Verlangsamung von großen Trägheitslasten, beispielsweise Schwingantrieben, erzielt werden können; bei dem die Steuerung der Beschleunigung uno der Verlangsamung durch gleichzeitige Regelung sowohl des Beschleunigungsdruckes als auch des Verlangsamungsdruckes erzielt wird: worin das System auf der Basis einer Differenz zwischen Beschleunigung oder Antriebsdruck und Verlangsamung oder Bremsdruck beruht und worin der Druck, welcher die Schwingbewegung steuert, die einzige Betätigungsverbindung zum Tank darstellt.
Die Lehre des Anspruches 1 ergibt eine Lösung zum o.a. Problem.
Gemäß der Erfindung weist das hydraulische Steuersystem einen hydraulischen Betätiger mit entgegengesetzten Öffnungen auf, die alternativ als Einlaß oder Auslaß dienen können, wobei ein Element des Betätigers in entgegengesetzten Richtung bewegt wird. Eine Pumpe ist zur Zufuhr von Fluid zu dem Betätiger vorgesehen. Ein Zufuhrbemessungsventil ist der jeweiligen Öffnung individuell zugeordnet, zu welcher Fluid von der Pumpe zugeführt ist und zwei Leitungen erstrecken sich von den jeweiligen Zufuhrbemessungsventllen zu den jeweiligen Öffnungen des Betätigers. Eine Steuerung führt abwechselnd Druck zu den jeweiligen Zufuhrbemessungsventilen, um die Richtung der Bewegung der fast zu steuern. Ein zweites Paar von Leitungen erstreckt sich von dem ersten Paar der Leitungen zum Tank und ein jeweiliges variables Druckbegrenzungsventil ist in der jeweiligen Leitung des Paares angeordnet. Wenn die Steuerung zur Betätigung des einen Zufuhrbemessungsventlls betätigt wird, um Fluid zu der einen Öffnung des Betätigers zu führen, betätigt die Steuerung auch das variabel betätigte Druckbegrenzungsventil, welches der Leitung des ersten Leitungspaares zugeordnet ist, die sich von der anderen Öffnungen des Betätigers erstreckt, um den Strom aus der andereri Öffnung zu regeln. Die Steuerung regelt so gleichzeitig die Fluidströme zu dem Betätiger und von dem Betätiger, wobei die Antriebs- und Bremsfunktionen des Systems gieichzeitig gesteuert werden.

Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines hydraulischen Systems nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Antriebs- und Bremsfunktionen über der Stellung einer Steuerung in einem hydraulischen System gemäß Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 weist das die Erfindung verkörpernde hydraulische System eine Pumpe 10 auf, die Fluid mit Druck durch ein erstes Paar von Leitungen 11, 12 durch Zufuhrbemessungsventile 13, 14 zu Leitungen 15, 16 und selektiv zu Öffnungen A oder B eines Betätigers pumpt, und zwar in Abhängigkeit davon, welches der Zufuhrbemessungsventile 13, 14 betätigt ist, d.h. die Leitung 15 ist die Arbeitsleitung und die Leitung 16 die Rückflußleitung oder umgekehrt.
Eine Steuerung C, die als Handsteuerung gezeigt is, dient zur Zufuhr von Pilotdruck von einer Pilotdruckpumpe P und erzeugt ein variabel großes Pilotsignal über die Leitungen 15, 19 selektiv zu den Zufuhrbemessungsventilen 13, 14.
Wenn die Steuerung C in eine Richtung bewegt wird, dient sie auch dazu, Pilotdruck über die Leitung 18 dem Zufuhrbemessungsventil 13 zuzuführen, und auch Pilotdruck über die Leitung 20 einem variabel Druckbegrenzungsventil 21 in der Leitung 22 zuzuführen, die mit der Leitung 16 verbunden ist, um den Strom aus der Öffnung B zu regeln wobei Fluid durch die Leitung 23 zum Tank strömen kann, wodurch sich die Funktion der Bremsung oder Verlangsamung der Last ergibt. Die Rückkehrleitung umfaßt somit die Abschnitte 16, 22, 23 in der obigen Situation.
In ähnlicher Weise ist die Steuerung C geschaltet, so daß, wenn der Pilotdruck über die Leitung 19 an das Zufuhrbemessungsventil 14 zur Regelung des Stroms des Fluids zur Öffnung B angelegt wird, der Filotdruck auch über die Leitung 24 dem pilotdruckbetätigten variablen Druckbegrcnzungsventil 25 in einer Leitung 26 zugeführt wird, die mit der Leiturig 15 in Verbindung steht. die sich zur Öffnung A des Betätigers 17 erstreckt, um den Strom durch die Leitung 27 zum Tank T zu regeln. In der betrachteten Situation stellt die Leitung 16 die Arbeitsleitung und die Leiturigeri 15, 26, 27 die Rückkehrleitungen dar.
Wenn daher die Steuerung 0 zur Zufuhr von Pilotdruck zu dem einen Zufuhrbemessungsventii verschoben wird, um Fluid von der Pumpe 10 einer der Öffnungen zuzuführen, funktioniert die Steuerung C auch zur Zufuhr von Pilotdruck zu dem Pilotdruck-Druckbegrenzungsventil. welches den Strom aus anderen Öffnungen des Betätigers regelt.
Die Zufuhrbemessungsventile 13, 14 wie beschrieben und gezeigt sind vorzugsweise von der Strombemessungs-Regelart, wie in US-A-4 201 052 oder 4 253 157 beschrieben. In einem solchen System wird der maximale Antriebsdruck durch ein Druckbegrenzungsventil oder durch die druckkompensierte Pumpe, wie in dem Patent gezeigt, bereitgestellt.
Die Zufuhrbemessungsventile 13, 14 können auch von der Bauart der Regelung des Zufuhrbemessungsdruckes sein, wie in US-A-4 407 122 gezeigt und beschrieben.
Die Zufuhrbemessungsventile 13, 14 können auch vom Ein/Ausschalttyp sein und das System wird für gleichzeitige Regelung der Beschleunigung und der Verlangsamung sorgen, wie hier beschrieben.
Die Zufuhrbemessungsventile 13, 14 können Teii eines einzelnen Ventilkörpers sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
Wenn der Hebel im Betrieb in seiner neutralen Stellung ist, sind beide Ventilbetätigungsanschlüsse blockiert und der höchstzulässige Betätigungsdruckpegel wird den Zufuhrbemessungsventilen 13, 14 zugefünrt, die durch die Druckbegrenzungsventile 21, 25 eingestellt.
Wenn der Hebel der Steuerung C in die eine oder andere Richtung bewegt wird, wird der Ansprechdruck eines der variablen Druckbegrenzungsventile 21, 25 zunächst proportional erniedrigt.
Nach einem geeigneten Betrag der Hebelbewegung (Punkt A in Fig. 2) wird die Zufuhrbemessungsfunktion zunehmend wirksam und liefert Strom zur Beschleunigung der Last.
Die Steuerung C. kann ein von Hand betätigtes hydraulisches ventil oder ein elektrisch betätigtes variables Ventil sein, beispielsweise ein Proportionalmagnetventil. Alternativ kann die Steuerung C eine mechanische Vorrichtung umfassen, die zur Steuerung der Bewegung des einen oder anderen Zufuhrbemessungsventils 13, 14 und gleichzeitig zur Regelung des einen oder anderen variablen Druckbegrenzungsventils 21, 25 dient.
Der Antriebsdruckpegel kann entweder durch die ventilmäßige Zufuhrbemessungsfunktion oder durch Begrenzung des maximalen Systemdrucks bestimmt werden.
Bei einem anderen geeigneten Punkt B der Fig. 2 der Hebelbewegung erreicht die Druckeinstellung des variablen Druckbegrenzungsventils seinen minimalen Wert, während der die Last treibende Strom und/oder Druck mit zunehmender Hebelbewegung noch zunimmt. Das Antriersdrehmoment wird so durch die Differenz zwischen den treibenden und bremsenden Druckpegeln bestimmt, von denen einer oder beide durch das Ausmaß der Hebelbewegung (Fig. 2) voll geregelt werden können.
Während des Betriebs mit konstanter Geschwindigkeit wird die Geschwindigkeit durch das Ausmaß der Hebelbewegung über den Punkt A hinaus gewählt.
Für Verlangsamung wird der Hebel in Richtung auf seine neutrale Stellung bewegt, was den umgekehrteri Ablauf von dem oben Beschriebenen mit sich bringt, d.h. abnehmender Antriebsstrom und/oder Druck und zunehmender Bremsdruck. Durch Bewegung des Hebels hat die Bedienungsperson immer volle Kontrolle von entweder Antrieb oder Abbremsung der Last innerhalb der maximalen Auslegungsparameter.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Zufuhrbemessungsventile 13, 14 und die variablen Druckbegrenzungsventile 21, 25 vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet sind, daß, wenn die Stellung der Steuerung geändert wird, die Bremsfunktion initiiert wird, bevor die Antriebsfunktion ihren vollen Wert erreicht. Durch dieses Merkmal bleibt das bewegende Eiement des Betätigers 17 immer unter Kontrolle und kann nicht so etwas wie eine unkontrollierte Bewegung unter Trägheitskräften oder Schwerkräften beginnen. Nach einer ubergangszeit wird der stationäre Zustarid der Antriebsfunktion, wie in Fig. 2 gezeigt, erreicht.
Es ist somit ersichtlich, daß die Bewegung der Steuerung gleichzeitig die Antriebsseite, den Strom und/oder den Druck zur Last regelt, und auf der Auslaß- oder Stromabseite der Last den Druckpegel.
Es ist ersichtlich, daß dies von den zur Zeit verwendeten Druckregelsystemen abweicht, wo entweder der Druck/der Strom auf der Eirilaßseite zur Beschleunigung geregelt wird oder der Druck auf der Auslaßseife für die Verlangsamung.
Es ist somit ersichtlich, daß ein hydraulisches System geschaffen worden ist, bei dem die Schwingbewegung der zu steuernden Vorrichtung über die gewünschte Bewegung geregelt wird; bei dem sowohl die Beschleunigung als auch die Verlangsamung durch ein einziges Eingangssignal von der gleichen Steuerung geregelt werden können; bei der sowohl die Beschleunigung als auch die Verlangsamung von großen Trägheitslasten, beispielsweise Schwingantrieben, erzielt werden können; bei dem die Steuerung der Beschleunigung und Verlangsamung dadurch erzielt wird, daß sowohl der Beschleunigungsdruck als auch gleichzeitig der Verlangsamungsdruck geregelt werden; bei dem das System auf der Basis der Differenz zwischen Beschleunigung oder Antriebsdruck und Verlangsamung oder Bremsdruck funktioniert und bei dem der die Schwingbewegung steuernde Druck die einzige Betätigungsverbindung zum Tank darstellt.

Claims

1. Hydraulisches Steuersystem mit folgenden Merkmalen:

ein hydraulischer Betätiger (17) mit entgegengesetzten Öffnungen (A, B), die abwechselnd als Einlaß und Auslaß dienen, wobei ein Element des Betätigers in entgegengesetzten Richtungen verschoben wird,

eine Pumpe (10) zur Zufuhr von Fluid zu dem Betätiger (17),

Zufuhrbemessungsventile (13, 14), denen Fluid der Pumpe (10) zugeführt wird, wobei sich zwei Arbeitsleitungen (15, 16) von den jeweiligen Zufuhrbemessungsventilen (13, 14) zu den jeweiligen Öffnungen (A, B) des Betätigers (17) erstrecken,

eine Steuereinrichtung (C) zum abwechselnden Betätigen eines jeweiligen Zufuhrbemessungsventils (13, 14) zur Steuerung der Richtung der Bewegung der Last,

dadurch gekennzeichnet,

daß sich ein zweites Leitungspaar (22, 23; 26, 27) von dem ersten Leitungspaar (15, 16) zu dem Tank (T) erstreckt und daß in jeder Leitung (22, 23; 26, 27) des zweiten Leitungspaares sich ein Druckbegrenzungsventil variablen Drucks (21; 25) befindet,

daß die Steuereinrichtung (C) so ausgebildet und angeordnet ist, daß, wenn sie zur Zufuhr von Druck zu einem Zufuhrbemessungsventil (13) betätigt ist, um Fluid zu der einen Öffnung (A) des Betätigers (17) zu liefern, die Steuereinrichtung (C) auch das in der anderen Leitung (22, 23) des zweiten Leitungspaares angeordnete variable Druckbegrenzungsventil (21) betätigt, um den Strom aus der anderen Öffnung (B) zu steuern, so daß die Steuereinrichtung im wesentlichen gleichzeitig den Strom zu dem Betätiger und den Strom aus dem Betätiger regelt und dabei gleichzeitig die Antriebsund Bremsfunktionen des Systems steuert.

2. Hydraulisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Zufuhrbemessungsventil (13, 14) und das zugeordnete pilotbetätigte Druckbegrenzungsventil (21, 25) so ausgebildet und angeordnet sind. daß die Steuerung der Bremsfunktion vor der Steuerung der Antriebsfunktion initiiert wird.

3. Hydraulisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Zufuhrbemessungsventil (13, 14) und das zugeordnete pilotgesteuerte Druckbegrenzungsventil (21, 25) so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Bremsfunktion einen minimalen Wert erreicht, während die Antriebsfunktion weiterhin zunimmt, wenn das Pilotsignal zunimmt.

4. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrbemessungsventile (13, 14) von der Art zur Regelung des hindurchtretenden Stroms sind.

5. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (C) von einer Bauart zur Lieferung von Pilotdruck ist, um die Zufuhrbemessungsventile (13, 14) zu betätigen.

6. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (C) von der Art eines Handreglers ist.

7. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (C) vom elektrohydraulischen Typ ist.

8. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Zufuhrbemessungsventil (13, 14) von einer Bauart zur Steuerung des Drucks ist.

9. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Zufuhrbemessungsventil (13, 14) von einer Bauart zur Regelung des Stroms ist.

10. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Zufuhrbemessungsventil (13, 14) vorri Einschalt-Ausschalt-Typ ist.

11. Hydraulisches System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (C) von mechanischer Art ist und zur direkten Verschiebung des Zufuhrbemessungsventils und zur direkten Betätigung des variablen Druckbegrenzungsventils ausgebildet ist.

12. Verfahren zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit folgenden Schritten:

die Bewegung des einen oder des anderen Zufuhrbemessungsventils (13, 14) wird zur Regelung der Zufuhr von Druckfluid zu einer Öffnung (A) des Betätigers (17) gesteuert und

gleichzeitig wird der Druck des aus dem Betätiger (17) aus der anderen Öffnung (B) herausströmenden Fluids gesteuert, so daß die Antriebsund Bremsfunktionen im wesentlichen gleichzeitig geregelt werden.

13. Verfahren der Steuerung eines hydraulischen Systems nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Steuerung des Drucks des Fluids aus dem Betätiger die Verwendung einer Steuerung zur variablen Regelung des Drucks der Flüssigkeit und gleichzeitig Regeiung der Bewegung der Zufuhrbemessungsventile beinhaltet.

14. Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Systems nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsfunktion vor der Antriebsfunktion eingeleitet wird.

15. Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Systems nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsfunktion einen minimalen Wert erreicht, während die Antriebsfunktion weiterhin ansteigt, im Maße wie die Steuerung bewegt wird.