DE69021212T2 - Lastdruckwiederholungsschaltung. - Google Patents

Lastdruckwiederholungsschaltung.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein druckansprechendes Hydrauliksystem und insbesondere auf eine Lastdruckverdopplungsschaltung davon, die ein verdoppeltes Drucksignal vorsieht zum Steuern von druckansprechenden Komponenten oder Bauteilen des Systems.
    • Stand der Technik
  • Lastabfühlende bzw. Load-Sensing-Hydrauliksysteme verwenden durch einen lasterzeugten Druck, um die Pumpenverdrängung bzw. -fördermenge und einige Druckkompensationsventilfunktionen zu steuern. Das Strömungsmittel, das für diese Steuerfunktionen verwendet wird, wird üblicherweise an den Tank über Steuerzumeßöffnungen oder Druckregelventilen abgelassen oder ausgestoßen. Typischerweise ist der Lastdruck mit einem Lastdrucksignalnetzwerk über einen Signalströmungspfad eines Wegeventils verbunden, wenn das Wegeventil in eine Betriebsposition bewegt ist, um Strömungsmittel von der Pumpe zu einem Hydraulikmotor zu leiten. Die Verwendung von lasterzeugtem Druckströmungsmittel für diese Steuerfunktionen kann unter einigen Betriebsbedingungen eine Lasttrift ergeben. Beispielsweise besitzen viele Industrie- oder Erdbewegungsfahrzeuge zwei oder mehr bewegbare Komponenten oder Bauteile, die von Hydraulikmotoren gesteuert werden. Einige dieser Bauteile sind so angeordnet, daß eine Bewegung eines Bauteils einen lasterzeugten Druck an bzw. in den mit dem anderen Bauteil verbundenen Hydraulikmotor anlegen bzw. induzieren, der größer ist als die Druckkapazität der Pumpe. Wenn das Wegeventil, das mit dem Motor assoziiert ist, der einen solchen lasterzeugten Druck darin aufweist, in eine Betriebsposition bewegt wird, könnte Druckströmungsmittel von dem Motor durch den Lastsignalströmungspfad des Wegeventils fließen und über das Lastsignalablaß- oder Druckbegrenzungsventil verloren gehen.
  • Eine Anordnung zum Lösen dieses Problems ist gezeigt in einem SAE Technical Paper Nr. 891941 vom 11.-13. September 1989 mit dem Titel "The Synchro Control System For Mobile Applications", das ein Paar von Druckkompensationsventilen zeigt, die integral in Bohrungen eines Hauptventilkörpers bzw. -schiebers bzw. -kolbens eines Wegeventils angeordnet ist, wobei jedes der Druckkompensationsventile ein Wechselventil besitzt, das integral darin positioniert ist. Das Wechselventil sieht eine doppelte Funktion vor, und zwar entweder zum Leiten des Lastdrucksignals eines bestimmten Arbeitskreises direkt an das zugehörige druckkompensierte Ventil, wenn dieser Arbeitskreis den höchsten Lastdruck besitzt, oder zum Leiten eines Drucksignals von einem anderen Arbeitskreis zu dem Druckkompensationsventil, wenn der Lastdruck des zugehörigen Arbeitskreises niedriger ist als der Lastdruck des anderen der Arbeitskreise oder -schaltungen. Jedoch ist dieses Ventil sehr komplex bzw. kompliziert und wäre teuer herzustellen, da das System ein Paar von Druckkompensationsventilen und ein Paar von Wechselventilen benötigt, die mit jedem der Wegeventile assoziiert sind. Die Ventilanordnung, die in dem oben genannten SAE- Paper offenbart ist, ist auch in US-A-4,719,753 gezeigt.
  • DE-A-35 15 732 zeigt die Merkmale gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, lehrt aber nicht oder legt nahe, daß das Ende jedes Druckkompensationsventils mit dem Auslaßanschluß des Verdopplungsventils verbunden werden könnte.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Lastdruckverdopplungsschaltung vorgesehen für ein druckansprechendes Hydrauliksystem mit einer Vielzahl von Arbeitskreisen bzw. -schaltungen und einer lastabfühlenden bzw. Load-Sensing-Pumpe mit variabler Verdrängung bzw. Fördermenge, die mit den Arbeitsschaltungen in einer parallelen Strömungsbeziehung verbunden ist und einen Auslaßanschluß sowie eine druckansprechende Verdrängungssteuereinheit besitzt. Jede der Arbeitsschaltungen weist folgendes auf: einen Hydraulikmotor, ein Wegeventil, das mit dem Auslaßanschluß der Pumpe und mit dem Hydraulikmotor verbunden ist und eine variable Zumeßöffnung besitzt, die in der Lage ist, die Strömungsmittelströmung von der Pumpe zu dem Motor zu steuern, und ein Druckkompensationsventil, das in einer Serien- bzw. Reihenströmungsbeziehung mit der Zumeßöffnung angeordnet ist und bewegbar ist zwischen offenen und geschlossenen Positionen und mit einer Feder, die an einem Ende davon angeordnet ist und das Druckkompensationsventil zu der offenen oder zu der geschlossenen Position vorspannt. Die Verdopplungsschaltung umfaßt ein Lastdrucksignalnetzwerk, das betriebsmäßig mit allen Motoren verbunden ist und eine Steuerdruckleitung aufweist, die den höchsten Lastdruck empfängt, der an den Motoren auftritt, sowie ein einziges Druckverdopplungsventil mit einem Einlaßanschluß, der mit dem Auslaßanschluß der Pumpe stromaufwärts von der Zumeßöffnung verbunden ist, einem Auslaßanschluß, der mit der Verdrängungssteuereinheit verbunden ist, einem ersten Ende, das mit der Steuerdruckleitung verbunden ist und einem zweiten Ende, das mit dem Auslaßanschluß verbunden ist und dem Strömungsmitteldruck darin ausgesetzt ist. Die ersten und zweiten Enden besitzen die gleiche effektive Arbeitsfläche. Das Verdopplungsventil ist durch entgegengesetzte Kräfte, die auf die ersten und zweiten Enden davon wirken, in einer Betriebsposition bewegbar, in der das Druckniveau des Strömungsmittels in dem Auslaßanschluß gleich dem Drucknvieau des Lastdrucks in der Steuerdruckleitung ist. Das Ende jedes Druckkompensationsventil ist mit dem Auslaßanschluß des Verdopplungsventils verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung löst das Problem der Lasttrift durch Verwendung eines Lastdruckverdopplungsventils, um den höchsten Lastdruck des Hydrauliksystems zu verdoppeln und durch Verwendung des verdoppelten Signals für alle Steuerfunktionen des Systems, die einen Lastdruck benötigen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
    • Beste Art der Ausführung der Erfindung
  • Mit Bezug auf die Zeichnung umfaßt ein druckansprechendes Hydrauliksystem 10 ein Paar von Arbeitskreisen bzw. -schaltungen 11, 12, einen Tank 13, eine Load-Sensing- Pumpe 14 mit variabler Verdrängung, die mit dem Tank 13 verbunden ist, und eine Ablaßleitung 16, die mit dem Tank 13 und beiden Arbeitskreisen 11,12 verbunden ist. Die Pumpe 14 besitzt einen Auslaßanschluß 17, der mit den Arbeitskreisen 11, 12 in einer parallelen Strömungsbeziehung über eine gemeinsame Versorgungsleitung 18 verbunden ist. Die Pumpe umfaßt eine druckansprechende Verdrängungssteuereinheit 19 zum Steuern der Strömungsmittelströmung durch den Auslaßanschluß 17 und die Versorgungsleitung 18.
  • Die Arbeitskreise 11, 12 sind im wesentlichen identisch und somit wird nur der Arbeitskreis 11 in Einzelheiten beschrieben, wobei die entsprechenden Elemente in dem Arbeitskreis 12 das nächste darauffolgende Bezugszeichen besitzen. Der Arbeitskreis 11 umfaßt einen doppelt wirkenden Hydraulikmotor 21, ein Wegeventil 23 und ein Druckkompensationsventil 25. Das Wegeventil 23 ist mit der Versorgungsleitung 18, der Ablaßleitung 16 und mit dem Hydraulikmotor 21 über ein Paar von Motorleitungen 27, 29 verbunden. Das Wegeventil 23 besitzt ein Paar von unendlich bzw, stufenlos veränderbaren Zumeßöffnungen 31 und einen Lastdrucksignaldurchlaß 35. Das Druckkompensationsventil 25 ist stromabwärts von der Zumeßöffnung 31 des Wegeventils 23 angeordnet und ist damit verbunden über einen Transfer- oder Übertragungsdurchlaß 37, um Strömungsmittel zu empfangen, das durch die Zumeßöffnung 31 des Wegeventils 23 hindurchgeht. Die stromabwärtige Seite des Druckkompensationsventils 25 ist zurückverbunden mit dem Wegeventil 23 über einen Rückführungsdurchlaß 39. Das Druckkompensationsventil besitzt entgegengesetzte Enden 43, 45 und eine Feder 47, die am Ende 45 angeordnet ist. Der Übertragungsdurchlaß 37 ist mit dem Ende 43 verbunden.
  • Eine Lastdruckverdopplungsschaltung 49 umfaßt ein Lastdrucksignalnetzwerk 51 und ein einziges Lastdruckverdoppelungsventil 52. Das Signalnetzwerk 51 ist betriebsmäßig mit beiden Hydraulikmotoren 21, 22 verbindbar und umfaßt ein Paar von Lastdrucksignalleitungen 53, 54, die mit den Signaldurchlässen 35, 36 und mit einem Resolver bzw. Auflöser bzw. Koordinatenwandler 56 verbunden ist, welcher seinerseits mit einer Steuerdruckleitung 57 verbunden ist.
  • Das Signalverdopplungsventil 52 besitzt einen Einlaßanschluß 58, einen Auslaßanschluß 59, einen Ablaßanschluß 61 und entgegengesetzte Enden 62, 63, die die gleiche effektive bzw. wirksame Arbeitsfläche besitzen. Der Einlaßanschluß 58 ist mit der Versorgungsleitung 18 stromaufwärts der Zumeßöffnungen 31, 32 verbunden, während der Ablaßanschluß 61 mit dem Tank 13 verbunden ist. Der Auslaßanschluß 59 ist mit den Enden 45, 46 beider Druckkompensationsventile 25, 26 sowie mit der Verdrängungssteuereinheit 19 der Pumpe 14 über eine gemeinsame Steuersignalleitung 64 verbunden, welche eine Steuerzumeßöffnung 66 darin angeordnet besitzt. Eine Pilot- oder Vorsteuerleitung 67 ist mit der Steuersignalleitung 64 stromaufwärts von der Zumeßöffnung 66 und mit dem Ende 63 des Verdopplungsventils 52 verbunden. Die Steuerdruckleitung 57 ist mit dem Ende 62 des Verdopplungsventils verbunden. Ein Paar von Dämpfungszumeßöffnungen 69, 70 ist in der Steuerdruckleitung 57 bzw. der Pilotleitung 67 angeordnet. Ein Lastsignaldruckbegrenzungsventil 71 ist mit der Steuersignalleitung 64 stromabwärts von der Steuerzumeßöffnung 66 verbunden.
  • Das Druckkompensationsventil 25 ist bewegbar zwischen einer geschlossenen Position, in der der Übertragungsdurchlaß 37 von dem Rückführdurchlaß 39 blockiert ist, und eine offene, unendlich bzw. stufenlos veränderbare Betriebsposition, in der eine Verbindung zwischen dem Übertragungsdurchlaß 37 und dem Rückführdurchlaß 39 steuerbar moduliert wird. Das Druckkompensationsventil 26 ist in ähnlicher Weise in vergleichbare Positionen bewegbar.
  • Die Lastdruckverdopplungsschaltung 49 kann auch in Kombination mit dem herkömmlicheren, druckkompensierten Load-Sensing-Hydrauliksystem verwendet werden, bei dem die Druckkompensationsventile stromaufwärts von den Zumeßöffnungen der Steuerventile in einer Serien- bzw. Reihenströmungsbeziehung angordnet sind.
    • Industrielle Anwendbarkeit
  • Bei der Verwendung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 kann die Bedienungsperson einen oder beide der Hydraulikmotoren 21, 22 betätigen durch Manipulieren oder Betätigen des entsprechenden Wegeventils 23, 24. Wenn die Bedienungsperson beispielsweise wünscht, den Hydraulikmotor 21 auszufahren, wird das Wegeventil 23 nach links bewegt, um Strömungsmittel von der Versorgungsleitung 18 durch die Zumeßöffnung 31 und in den Übertragungsdurchlaß 37 in einer Serien- bzw. Reihenströmungsbeziehung zu leiten. Anfangs wirkt das Druckströmungsmittel in dem Durchlaß 37 auf das Ende 43 des Druckkompensationsventils 25 und bewegt dieses nach rechts in die Betriebsposition, so daß Strömungsmittel dahindurch zu dem Rückführdurchlaß 39 strömen kann, wo es durch das Wegeventil in die Motorleitung 29 und den Motor 21 geht. Die Menge bzw. Quantität oder Strömungsrate des Strömungsmittels, das durch den oben beschriebenen Strömungspfad durchläuft, wird bestimmt durch die Zumeßöffnung 31. Wenn das Wegenventil in der linken Position ist, steht der Lastdrucksignaldurchlaß 35 in Verbindung mit der Motorleitung 29 und leitet somit ein Lastdrucksignal durch die Signalleitung 53 und das Resolverventil 56 und in die Steuerdruckleitung 57. Der Lastdruck in der Steuerdruckleitung 57 wirkt auf das Ende 62 des Verdopplungsventils 52, so daß es augenblicklich die in der Zeichnung gezeigte Position einnimmt, und Strömungsmittel von der Versorgungsleitung 18 strömt dahindurch und in die Steuersignalleitung 64. Der Strömungsmitteldruck in der Steuersignalleitung 64 läuft durch die Pilotleitung 67, wo er eine Kraft auf das Ende 63 des Verdopplungsventils 52 ausübt, die dazu neigt, das Verdopplungsventil nach links zu bewegen. Das Signalverdopplungsventil funktioniert in gewisser Weise wie ein Druckverminderungs- bzw. Druckreduzierventil durch Verringern des Druckniveaus des Ablaßströmungsmittels von der Pumpe 14 auf ein Niveau, das von dem Lastdruck in der Steuerdruckleitung 57 bestimmt wird. Insbesondere wird, wenn die Enden 62 und 63 die gleiche effektive bzw. wirksame Arbeitsfläche besitzen, das Signalverdopplungsventil durch die entgegenwirkenden Kräfte, die auf die Enden davon wirken, in eine dazwischenliegende Betriebsposition bewegt, in der der Strömungsmitteldruck in dem Auslaßanschluß 59 und der Steuersignalleitung 64 gleich ist wie der Lastdruck in der Steuerdruckleitung 57. Der Strömungsmitteldruck in der Steuersignalleitung 64 wird gleichzeitig an die Enden 45, 46 der Druckkompensations- ventile 25, 26 und an die Verdrängungssteuereinheit 19 der Pumpe 14 übertragen. Die Pumpe wird unmittelbar in eine Verdrängungsposition geregelt, in der der Pumpenauslaßdruck in der Versorgungsleitung 18 auf einem vorbestimmten Niveau ist, das größer bzw. höher ist als der Lastdruck in der Motorleitung 29. Diese Druckdifferenz wird üblicherweise der Marginaldruck (margin pressure) genannt. Der Druck, der auf das Ende 45 des Druckkompensationsventils 25 wirkt, wirkt mit der Feder 47 zusammen, um das Druckkompensationsventil 25 in einer Position zu positionieren, in der der Druckabfall über das Druckkompensationsventil hinweg im wesentlichen gleich ist zu dem Wert der Feder 47. Wenn das Steuerventil 23 das einzige Ventil in einer Betriebsposition ist, dann wird die Verdrängungssteuereinheit 19 den Marginaldruck im wesentlichen konstant aufrechterhalten unabhängig von der Last, die auf den Hydraulikmotor 21 ausgeübt wird, und das Druckkompensationsventil besitzt im wesentlichen keine Wirkung auf das Strömungsmittel, das dahindurch läuft.
  • Wenn die Bedienungsperson wünscht, den Motor 22 auszufahren, während der Motor 21 ausfährt, wird das Wegeventil 24 nach links bewegt in eine Betriebsposition, was bewirkt, daß eine Strömung zu der Motorleitung 30 geleitet wird, und zwar in ähnlicher Weise wie oben beschrieben.
  • Es sei nun angenommen, daß die Last, die auf den Motor 22 wirkt, größer ist als die Last auf den Motor 21. Unter dieser Bedingung wird der Lastdruck in dem Signaldurchlaß 36 der höchste Lastdruck sein und wird somit zu der Steuerdruckleitung 57 des Lastsignalnetzwerks 51 übertragen. Das Verdopplungsventil 52 schaltet bzw. verschiebt sich entsprechend, so daß der Druck in der Steuersignalleitung 64 gleich dem höchsten Lastdruck ist. Der höhere, verdoppelte Druck in der Steuersignalleitung 64 wird gleichzeitig auf die Enden 45, 46 der Druckkompensationsventile 25, 26 und zu der Verdrängungssteuereinheit 19 der Pumpe 14 übertragen. Die Druckkompensationsventile funktionieren in der üblichen Weise in Zusammenarbeit mit der Verdrängungssteuereinheit 19, um die gewünschten Druckdifferenzen über die Zumeßöffnungen 31, 32 aufrechtzuerhalten, so daß die gewünschten Strömungsraten dorthindurch erreicht werden. Wenn die kombinierte Strömungsmittelanforderung von den Arbeitskreisen größer ist als die Abgabe bzw. Ausgangsgröße der Pumpe, proportionieren die Druckkompensationsventile die Strömung gemäß der Größe der Zumeßöffnungen 31, 32.
  • Es sei nun angenommen, daß das kombinierte Ausfahren der Hydraulikmotoren 21, 22 einen induzierten Lastdruck im Hydraulikmotor 22 verursacht, der ausreichend ist, daß dieser anhält bzw. "abgewürgt" wird. Unter dieser Bedingung öffnet sich das Druckbegrenzungsventil 71 und wirkt mit der Steuerzumeßöffnung 66 zusammen, um den Steuerdruck in der Steuersignalleitung 64 auf einem Niveau aufrechtzuerhalten, daß es der Pumpe gestatten würde, weiterhin zu arbeiten, so daß der Motor 21 weiterhin Strömungsmittel empfangen würde.
  • In dem oben genannten Zustand ist leicht zu erkennen, daß der tatsächliche Lastdruck in dem Signalnetzwerk 51 von dem Strömungspfad getrennt bzw. isoliert ist, der notwendig ist, zum Aufrechterhalten des Systembetriebs, und somit würde kein Strömungsmittel von dem Motor 22 durch das Signalnetzwerk 51 ablaufen bzw. abgelassen werden.
  • Angesichts des Vorgenannten ist es sogleich deutlich, daß die Struktur der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Lastdruckverdopplungsschaltung vorsieht, die die tatsächlichen Lastdrücke von dem Strömungspfad trennt bzw. isoliert, der üblicherweise für die Systemsteuerung verwendet wird. Darüber hinaus ist das System unkompliziert, indem nur ein einziges Verdopplungsventil für eine Vielzahl von Arbeitskreisen bzw. -schaltungen verwendet wird, wobei jeder Arbeitskreis nur ein einziges Druckkompensationsventil besitzt.

Claims (3)

1. Lastdruckverdopplungsschaltung (49) für ein druckansprechendes Hydrauliksystem (10) mit einer Vielzahl von Arbeitskreisen bzw. -schaltungen (11, 12) und einer lastabfühlenden bzw. Load-Sensing-Pumpe (14) mit variabler Verdrängung, die mit den Arbeitskreisen in einer parallelen Strömungsbeziehung verbunden ist und einen Ablaßanschluß (17) sowie eine druckansprechende Verdrängungssteuereinheit (19) besitzt, wobei jeder der Arbeitskreise einen Hydraulikmotor (21, 22), ein Wegeventil (23, 24), das mit dem Auslaßanschluß (17) und dem Motor verbunden ist und eine variable Zumeßöffnung (31, 32) besitzt, die geeignet ist zum Steuern der Strömungsmittelströmung von der Pumpe zu dem Motor, und ein Druckkompensationsventil (25, 26) besitzt, das in einer Serien- bzw. Reihenströmungsbeziehung mit der Zumeßöffnung (31, 32) angeordnet ist und bewegbar ist zwischen offenen und geschlossenen Positionen und eine Feder (47, 48) besitzt, die an einem Ende (45, 46) davon angeordnet ist und das Druckkompensationsventil (25, 26) zu einer der offenen und geschlossenen Positionen hin vorspannt, wobei die Verdopplungschaltung (29) folgendes aufweist: ein Lastdrucksignalnetzwerk (51), das betriebsmäßig mit allen Motoren (21, 22) verbunden ist und eine Steuerdruckleitung (57) besitzt, die den höchsten Lastdruck empfängt, der an den Motoren auftritt, und ein einziges Druckverdopplungsventil (52) mit einem Einlaßanschluß (58), der mit dem Pumpenauslaßanschluß (17) der Pumpe stromaufwärts von der Zumeßöffnung verbunden ist, einem Auslaßanschluß (59), der mit der Verdrängungssteuereinheit (19) verbunden ist, einem ersten Ende (62), das mit der Steuerdruckleitung (57) verbunden ist, und einem zweiten Ende (63), das mit dem Auslaßanschluß (59) verbunden ist und dem Strömungsmitteldruck darin ausgesetzt ist, wobei die ersten und zweiten Enden (62, 63) die gleiche effektive bzw. wirksame Arbeitsfläche besitzen, wobei das Verdopplungsventil durch die entgegenwirkenden Kräfte, die auf die ersten und zweiten Enden davon wirken, in eine Betriebsposition bewegbar ist, in der das Druckniveau des Strömungsmittels in dem Auslaßanschluß (59) gleich ist wie das Druckniveau des Lastdrucks in der Steuerdruckleitung (57), dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (45, 46) jedes Druckkompensationsventils (25, 26) mit dem Auslaßanschluß (59) des Verdopplungsventils (52) verbunden ist.
2. Verdopplungsschaltung (49) gemäß Anspruch 1, wobei der Lastdruck von den Enden (45, 46) der Druckkompensationsventile (25, 26) und von der Verdrängungssteuereinheit (19) getrennt bzw. isoliert ist.
3. Verdopplungsschaltung (49) gemäß Anspruch 1, wobei die Druckkompensationsventile (25, 26) stromabwärts von den Zumeßöffnungen (31, 32) angeordnet sind, und wobei die Federn (47, 48) die Druckkompensationsventile zu den geschlossenen Positionen hin vorspannen.
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