EP1644643B1 - Steueranordnung und verfahren zur ansteuerung von wenigstens zwei hydraulischen verbrauchern - Google Patents

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EP1644643B1
EP1644643B1 EP04762391A EP04762391A EP1644643B1 EP 1644643 B1 EP1644643 B1 EP 1644643B1 EP 04762391 A EP04762391 A EP 04762391A EP 04762391 A EP04762391 A EP 04762391A EP 1644643 B1 EP1644643 B1 EP 1644643B1
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EP
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pump
pressure
meter
control
orifices
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Horst Hesse
Gerhard Keuper
Heinrich Lödige
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Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a control arrangement for pressure medium supply at least two hydraulic consumers according to the preamble of claim 1 and a method for controlling such consumer according to the preamble of claim.
  • hydraulic systems are often used in which the consumers are supplied via a variable displacement pump with pressure medium. Between the variable and each consumer a metering orifice and a pressure compensator are provided, the latter upstream of the metering orifice (current regulator principle) or downstream (current dividing principle) can be.
  • the pressure compensators downstream of the metering orifices are acted upon in the opening direction by the pressure downstream of the respective metering orifice and in the closing direction by a control pressure prevailing in a rearward control chamber, which usually corresponds to the highest load pressure of all the hydraulic consumers supplied by the same hydraulic pump. If, in a simultaneous operation of several hydraulic consumers, the metering orifices are opened so far that the pressure medium supplied by the stoppered hydraulic pump is less than the total required pressure medium, the individual hydraulic consumers inflowing pressure medium quantities regardless of the respective load pressure of the hydraulic consumer proportions reduced. In this case, therefore, we speak of a controller with load-independent flow distribution (LUDV control) (flow divider principle). Because in such a LUDV control and the highest load pressure is tapped and generated by the pressure medium source to a certain pressure difference above the highest load pressure lying inlet pressure, a LUDV control is practically a special case of a load-sensing control.
  • LUDV control load-independent flow distribution
  • variable displacement pump is controlled in response to the highest load pressure such that in the pump line adjusts a pressure equivalent to the force of a control spring of a pump control valve pressure difference above the highest load pressure (so-called Ap control of variable).
  • the invention has the object, a hydraulic control arrangement for controlling at least two consumers and a method for controlling these consumers in such a way that the energy losses and susceptibility to vibration are reduced.
  • variable displacement pump pump with variable delivery rate
  • each consumer upstream adjustable metering orifices - preferably electrically - proportional actuated the control of the variable displacement pump depending on predetermined for the orifices setpoints occurs. That is, in contrast to the LS systems described above, the variable displacement pump is not adjusted in response to a pressure signal corresponding to the highest load pressure, but in response to setpoints that are given by an operator to move the consumer, for example, at a certain speed. The setting of the variable displacement pump then takes place as a function of these setpoint values so that it can supply all consumers with the preset nominal volume flows. That is, the variable displacement pump must be adjusted to a pivoting angle at which it delivers just this requested consumer sum current.
  • Such a system is in principle a volume flow control in which volumetric flow losses due to volumetric losses of the pump play no role, since the operator, if the flow and thus the speed the consumer is too low, manually readjusted and thus compensates for the volume flow error. Since the control of the variable displacement pump is independent of the highest load pressure as a flow control, the system has a much lower susceptibility to vibration than the known LS control arrangements.
  • Another advantage of the control arrangement according to the invention and of the method according to the invention is that the individual metering of a consumer, the metering orifices outside the Fein Kunststoffes can be completely opened, the volume flow to the consumer of the control of the variable is determined - the throttle losses at the metering orifice are then minimal.
  • the throttle losses can be reduced according to an advantageous embodiment of the invention characterized in that the metering orifice of that consumer to which the highest pressure medium flow rate flows, i. the consumer set to the highest nominal value is fully controlled and the cross sections of the other metering orifices are tracked according to the ratio of the pressure medium volume flows, so that the system losses are minimized compared to conventional solutions.
  • this case does not occur as often as usually a consumer is driven at maximum speed.
  • variable displacement pump and the metering orifices via a central control device, which preferably has a data storage, are stored in the characteristics of the variable displacement pump and the metering orifices.
  • variable displacement pump is preferably provided with a speed sensor, via which the current pump speed can be detected, so that the target volume flow is easily adjustable via the stored characteristics.
  • the control arrangement according to the invention is preferably carried out with suction valves, via which pressure medium can be sucked into a low-pressure side of the consumer during a pulling load.
  • the pump is reset in the inventive solution, so that the system losses compared to conventional solutions are further reduced.
  • the determination of the desired values is preferably carried out by evaluating the setting of a joy stick or detecting the position of the control piston of the metering orifice.
  • the figure shows a circuit diagram of a hydraulic control device 1 according to the invention, which is practically a modified LUDV system.
  • the control arrangement according to the invention has a variable displacement pump 2, via which two or more consumers 4, 6 can be supplied with pressure medium.
  • the control of the consumers 4, 6 by means of a control device, such as a joystick 8, are discharged via the control signals to a control device 10. These signals are practically a command to move the consumers at a certain speed.
  • the output of the variable displacement pump 2 is connected to a pump line 12, which branches into two supply lines 14, 16.
  • a pump line 12 which branches into two supply lines 14, 16.
  • an electrically proportionally adjustable metering orifice 18 and 20 is arranged, each of which a pressure compensator 22 and 24 is connected downstream.
  • the output of the two pressure compensators 22, 24 is connected in each case via a flow line 26, 28 to the consumer.
  • the consumers are 4, 6 hydraulic cylinders whose cylinder chambers are connected to the flow line 26 and 28, respectively.
  • the metering orifices 18, 20 are carried out by electrically or hydraulically proportionally adjustable directional control valves.
  • the pressure compensators 22, 24 are acted upon in the opening direction by the pressure after the respective metering orifice 18, 20 and in the closing direction by a pressure which corresponds to the highest load pressure at the two consumers 4, 6.
  • This highest load pressure is tapped via an LS line 34 and a shuttle valve 36 of those flow line 26, 28, applied to the highest load pressure.
  • the control of the two metering orifices 18, 20 takes place via the control device 10 as a function of the control signal (set value) set on the joystick 8.
  • the pressures behind the two orifices 18, 20 are the same and the size of the volume flows to the consumers 4, 6 behave like the opening cross sections of the two metering orifices (18, 20).
  • About the downstream pressure compensator 22, 24 of the applied after the metering orifices 18, 20 pressure is throttled to the respective applied load pressure.
  • variable displacement pump 2 is designed in the illustrated embodiment with a pressure sensor for detecting the pump pressure, a speed sensor for detecting the pump speed and a swivel angle sensor for detecting the pump swivel angle. Furthermore, the characteristic curves of the variable displacement pump 2 and the two proportionally adjustable metering orifices 18, 20 are stored in the data memory of the control device, so that extremely precise volume flow control via the variable displacement pump 2 is possible with the aid of all or some of the aforementioned sensors and the characteristic curves.
  • the function of the control arrangement according to the invention is as follows:
  • variable displacement pump 2 To actuate the two consumers 4, 6 8 control signals are generated by the operator via one or more joysticks, which are delivered to the control device 10.
  • the variable displacement pump 2 For the corresponding control of the consumers 4, 6, the variable displacement pump 2 must provide a certain pressure medium volume flow which corresponds to the sum of the setpoint volume flows set via the joystick 8. That is, the variable displacement pump 2 must be adjusted depending on the setting of the joystick 8 to a swivel angle at which this total volume flow is delivered.
  • the corresponding adjustment of the variable displacement pump 2 can be carried out in a simple manner as a function of the setpoint value by detecting the current pump pressure, the current pump speed and the set pivoting angle via the pump characteristic curve. That is, according to the invention receives the pump controller no pressure signal, which usually corresponds to the highest load pressure, but the control of the variable only takes place in dependence on the set via the joystick setpoints.
  • volumetric flow errors due to volumetric losses of the variable displacement pump 2 can be compensated because the operator immediately readjusted via the joystick 8, if the consumers 4, 6 are not operated at the desired speed.
  • Another special feature of the invention is that in parallel operation of the consumer 4, 6 via the control device 10 that consumer 4, 6 is determined, which is to be supplied with the largest pressure medium volume flow. This can be done in a simple manner via the set values set on the joystick 8, so that no further sensors are required.
  • the metering orifice 18, 20 of this consumer 4, 6 to be supplied with the highest pressure medium volume flow is then completely opened by means of the control device 10 and the opening cross sections of the other metering orifices 20 and 18 are adjusted accordingly, so that the system losses are minimized compared to conventional solutions.
  • the associated metering orifice 18 or 20 outside the fine-control area can be opened fully in order to minimize system losses.
  • the pressure medium volume flow to the consumer is then controlled solely by means of the variable displacement pump.
  • the cylinder chambers 30, 32 of the consumer 4, 6 are each connected via an evacuation valve to the tank T, so that in the case of a pulling load on this Not shown Nachsaugventile pressure medium in the cylinder chambers 30, 32 (low pressure side) can be sucked.
  • This pressure in the low pressure side is detected and delivered via the control device 10, a control signal to the variable displacement pump 2, so that the pivot angle of the variable displacement pump 2 is moved back and no pressure medium is pumped through the pump.
  • the losses can be further minimized compared to conventional circuits.
  • the setpoint values are predetermined via a joystick 8.
  • the target volume flow can also be determined from the path of the valve spool of the metering orifice 18, 20, ie, in this case, not the set on the joystick 8 signal directly, but the himself due to this signal on the valve spool of the metering orifices 18, 20 adjusting Actual value used.
  • variable displacement pump can be designed as described above so that the geometric displacement volume is adjustable, but it can also be used constant-speed or variable displacement pumps with variable-speed drive.
  • a control arrangement for controlling at least two hydraulic consumers and a method for controlling these consumers. These are supplied via a pump with pressure medium, wherein between the consumers and the pump each have a metering orifice and a downstream pressure compensator are provided. According to the invention, the adjustment of the pump takes place in dependence on the desired values to which the metering orifices are set.

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Abstract

Offenbart sind eine Steueranordnung zur Ansteuerung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern und ein Verfahren zur Ansteuerung dieser Verbraucher. Diese werden über eine Pumpe mit Druckmittel versorgt, wobei zwischen den Verbrauchern und der Pumpe jeweils eine Zumessblende und eine nachgeschaltete Druckwaage vorgesehen sind. Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung der Pumpe in Abhängigkeit von den Sollwerten, auf die die Zumessblenden eingestellt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung wenigstens zweier hydraulischer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung derartiger Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
  • Zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher werden häufig Hydrauliksysteme eingesetzt, bei denen die Verbraucher über eine Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden. Zwischen der Verstellpumpe und jedem Verbraucher sind eine Zumessblende und eine Druckwaage vorgesehen, wobei letztere der Zumessblende vorgeschaltet (Stromreglerprinzip) oder nachgeschaltet (Stromteilerprinzip) sein können.
  • Aus der EP 0 566 449 A1 ist eine nach dem Stromteilerprinzip arbeitende hydraulische Steueranordnung bekannt, die nach dem Load-Sensing (LS) Prinzip arbeitet. Bei derartigen LS-Systemen wird eine Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der betätigten hydraulischen Verbraucher jeweils so eingestellt, dass der Zulaufdruck um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt. Den beiden hydraulischen Verbrauchern fließt das Druckmittel über zwei verstellbare Zumessblenden zu, von denen die erste zwischen einer von der Verstellpumpe abgehenden Pumpenleitung und einem ersten hydraulischen Verbraucher und die zweite zwischen der Pumpenleitung und dem zweiten hydraulischen Verbraucher angeordnet ist. Durch die den Zumessblenden nachgeschalteten Druckwaagen (Stromteilerprinzip) wird erreicht, dass bei ausreichend gelieferter Druckmittelmenge unabhängig von den Lastdrücken der hydraulischen Verbraucher eine bestimmte Druckdifferenz über die Zumessblenden besteht, so dass die einem hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge nur noch vom Öffnungsquerschnitt der jeweiligen Zumessblende abhängt. Wird diese weiter geöffnet, so muss mehr Druckmittelmenge über sie fließen, um die bestimmte Druckdifferenz zu erzeugen. Die Verstellpumpe wird dabei jeweils so verstellt, dass sie die benötigte Druckmittelmenge liefert. Man spricht deshalb auch von einer Bedarfsstromregelung.
  • Die den Zumessblenden nachgeschalteten Druckwaagen werden in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jeweiligen Zumessblende und in Schließrichtung von einem in einem rückwärtigen Steuerraum anstehenden Steuerdruck beaufschlagt, der üblicherweise dem höchsten Lastdruck aller von derselben Hydropumpe versorgten hydraulischen Verbraucher entspricht. Wenn bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher die Zumessblenden so weit aufgemacht werden, dass die von der bis zum Anschlag verstellten Hydropumpe gelieferte Druckmittelmenge kleiner ist als die insgesamt geforderte Druckmittelmenge, werden die den einzelnen hydraulischen Verbraucher zufließenden Druckmittelmengen unabhängig vom jeweiligen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher verhältnisgleich reduziert. Man spricht deshalb in diesem Fall von einer Steuerung mit lastunabhängiger Durchflussverteilung (LUDV-Steuerung) (Stromteilerprinzip). Weil bei einer derartigen LUDV-Steuerung auch der höchste Lastdruck abgegriffen und von der Druckmittelquelle ein um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegender Zulaufdruck erzeugt wird, ist eine LUDV-Steuerung praktisch ein Sonderfall einer Load-Sensing-Steuerung.
  • Für mehrere hydraulische Verbraucher, denen Druckmittel jeweils über eine Zumessblende mit vorgeschalteter Druckwaage zufließt (Stromreglerprinzip), die in Schließrichtung vom Druck vor der Zumessblende und in Öffnungsrichtung vom Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers und von einer Druckfeder beaufschlagt ist, erhält man keine lastunabhängige Durchflussverteilung. Bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher und nicht ausreichend von der Verstellpumpe gelieferter Druckmittelmenge wird dabei nur die dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge reduziert.
  • Bei den vorbeschriebenen LS-Systemen wird die Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck derart angesteuert, dass sich in der Pumpenleitung ein Druck einstellt, der um eine zur Kraft einer Regelfeder eines Pumpen-Regelventils äquivalente Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt (sogenannte Δp-Steuerung der Verstellpumpe).
  • Eine gegenüber der eingangs genannten EP 0 566 449 A1 verbesserte Lösung ist in der DE 199 04 616 A1 beschrieben, jedoch auch bei diesem System wird die vorbeschriebene Δp-Steuerung eingesetzt. Der Nachteil dieser Steuerung besteht darin, dass durch die Notwendigkeit, den von der Pumpe gelieferten Druck jeweils um das vorbeschriebene Δp über den höchsten Lastdruck zu erhöhen, erhebliche Systemverluste auftreten können, da diese Druckdifferenz im Bereich zwischen 20 bis 40 bar liegt. Des weiteren zeigte es sich, daß die Δp-Steuerung eine gewisse Schwingungsanfälligkeit aufweist, die eine kontinuierliche Ansteuerung der Verbraucher erschwert.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung zumindest zweier Verbraucher sowie ein Verfahren zur Ansteuerung dieser Verbraucher derart weiterzubilden, dass die Energieverluste und die Schwingungsanfälligkeit verringert sind.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Steueranordnung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 9 gelöst.
  • Erfindungsgemäß sind eine Verstellpumpe (Pumpe mit veränderbarer Fördermenge) und jedem Verbraucher vorgeschaltete einstellbare Zumessblenden - vorzugsweise elektrisch - proportional ansteuerbar, wobei die Ansteuerung der Verstellpumpe in Abhängigkeit von für die Zumessblenden vorgegebenen Sollwerten erfolgt. D.h., im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen LS-Systemen wird die Verstellpumpe nicht in Abhängigkeit von einem dem höchsten Lastdruck entsprechenden Drucksignal verstellt, sondern in Abhängigkeit von Sollwerten, die von einer Bedienperson vorgegeben werden, um den Verbraucher beispielsweise mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen. Die Einstellung der Verstellpumpe erfolgt dann in Abhängigkeit von diesen Sollwerten so, dass sie sämtliche Verbraucher mit den voreingestellten Sollvolumenströmen versorgen kann. D.h., die Verstellpumpe muss auf einen Schwenkwinkel verstellt werden, bei dem sie gerade diesen angeforderten Verbraucher-Summenstrom liefert.
  • Ein derartiges System stellt im Prinzip eine Volumenstrom-Steuerung dar, bei der Volumenstromfehler durch volumetrische Verluste der Pumpe keine Rolle spielen, da der Bediener, wenn der Volumenstrom und damit die Geschwindigkeit der Verbraucher zu gering ist, manuell nachregelt und die Volumenstromfehler somit ausgleicht. Da die Ansteuerung der Verstellpumpe unabhängig vom höchsten Lastdruck als Volumenstromsteuerung erfolgt, hat das System eine wesentlich geringere Schwingungsanfälligkeit als die bekannten LS-Steueranordnungen.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steueranordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei Einzelbetrieb eines Verbrauchers die Zumessblenden außerhalb des Feinsteuerbereiches vollständig aufgesteuert werden können, wobei der Volumenstrom zum Verbraucher von der Ansteuerung der Verstellpumpe bestimmt ist - die Drosselverluste an der Zumessblende sind dann minimal. Bei der Ansteuerung mehrerer Verbraucher können die Drosselverluste gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch verringert werden, dass die Zumessblende desjenigen Verbrauchers, zu dem der höchste Druckmittelvolumenstrom strömt, d.h. der auf den höchsten Sollwert eingestellte Verbraucher, voll aufgesteuert wird und die Querschnitte der anderen Zumessblenden entsprechend dem Verhältnis der Druckmittelvolumenströme nachgeführt werden, so dass die Systemverluste gegenüber herkömmlichen Lösungen minimiert sind. Dieser Fall tritt allerdings nicht so häufig auf, da in der Regel ein Verbraucher mit maximaler Geschwindigkeit gefahren wird.
  • Die Ansteuerung der Verstellpumpe und der Zumessblenden erfolgt über eine zentrale Steuereinrichtung, die vorzugsweise einen Datenspeicher hat, in dem Kennlinien der Verstellpumpe und der Zumessblenden gespeichert sind.
  • Die Verstellpumpe wird vorzugsweise mit einem Drehzahlsensor versehen, über den die aktuelle Pumpendrehzahl erfassbar ist, so dass der Sollvolumenstrom einfach über die abgespeicherten Kennlinien einstellbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Steueranordnung wird vorzugsweise mit Nachsaugventilen ausgeführt, über die bei einer ziehenden Last Druckmittel in eine Niederdruckseite des Verbrauchers nachgesaugt werden kann. In diesem Fall wird bei der erfindungsgemäßen Lösung die Pumpe zurückgestellt, so dass die Systemverluste gegenüber herkömmlichen Lösungen weiter reduziert sind.
  • Die Erfassung der Sollwerte erfolgt vorzugsweise durch Auswertung der Einstellung eines Joy-Sticks oder Erfassung der Position der Regelkolben der Zumessblende.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schaltschemas erläutert.
  • Die Figur zeigt ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung 1, die praktisch ein abgewandeltes LUDV-System darstellt.
  • Die erfindungsgemäße Steueranordnung hat eine Verstellpumpe 2, über die zwei oder mehrere Verbraucher 4, 6 mit Druckmittel versorgbar sind. Die Ansteuerung der Verbraucher 4, 6 erfolgt mittels eines Steuergerätes, beispielsweise eines Joysticks 8, über den Steuersignale an eine Steuereinrichtung 10 abgegeben werden. Diese Signale stellen praktisch einen Befehl dar, die Verbraucher mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen.
  • Der Ausgang der Verstellpumpe 2 ist an eine Pumpenleitung 12 angeschlossen, die in zwei Zulaufleitungen 14, 16 verzweigt. In jeder Zulaufleitung 14, 16 ist eine elektrisch proportional verstellbare Zumessblende 18 bzw. 20 angeordnet, der jeweils eine Druckwaage 22 bzw. 24 nachgeschaltet ist. Der Ausgang der beiden Druckwaagen 22, 24 ist jeweils über eine Vorlaufleitung 26, 28 mit dem Verbraucher verbunden. Im vorliegenden Fall sind die Verbraucher 4, 6 Hydraulikzylinder, deren Zylinderräume an die Vorlaufleitung 26 bzw. 28 angeschlossen sind. In der Praxis werden die Zumessblenden 18, 20 durch elektrisch oder hydraulisch proportional verstellbare Wegeventile ausgeführt. In dem vorliegenden Hydraulikschaubild sind der Einfachheit halber die die genannten Zylinderräume 30, 32 mit dem Tank T verbindenden Rücklauf- und Ablaufleitungen weggelassen, deren Durchflussquerschnitte vorzugsweise ebenfalls über das jeweils die Zumessblende 18, 20 ausbildende Proportionalventil auf- oder zugesteuert werden.
  • Die Druckwaagen 22, 24 sind in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jeweiligen Zumessblende 18, 20 und in Schließrichtung von einem Druck beaufschlagt, der dem höchsten Lastdruck an den beiden Verbrauchern 4, 6 entspricht. Dieser höchste Lastdruck wird über eine LS-Leitung 34 und ein Wechselventil 36 von derjenigen Vorlaufleitung 26, 28 abgegriffen, an der der höchste Lastdruck anliegt.
  • Die Ansteuerung der beiden Zumessblenden 18, 20 erfolgt über die Steuereinrichtung 10 in Abhängigkeit von dem am Joystick 8 eingestellten Steuersignal (Sollwert).
  • Wie eingangs beschrieben, sind bei einem derartigen System die Drücke hinter den beiden Zumessblenden 18, 20 gleich und die Größe der Volumenströme zu den Verbrauchern 4, 6 verhalten sich wie die Öffnungsquerschnitte der beiden Zumessblenden (18, 20 ). Über die nachgeschaltete Druckwaage 22, 24 wird der nach den Zumessblenden 18, 20 anliegende Druck auf den jeweils anliegenden Lastdruck abgedrosselt.
  • Die Verstellpumpe 2 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Drucksensor zur Erfassung des Pumpendruckes, einem Drehzahlsensor zur Erfassung der Pumpendrehzahl und einem Schwenkwinkelsensor zur Erfassung des Pumpenschwenkwinkels ausgeführt. Im Datenspeicher der Steuereinrichtung sind des weiteren die Kennlinien der Verstellpumpe 2 und der beiden proportional verstellbaren Zumessblenden 18, 20 abgelegt, so dass mit Hilfe aller oder einiger der vorgenannten Sensoren und der Kennlinien eine äußerst exakte Volumenstromsteuerung über die Verstellpumpe 2 möglich ist. Die Funktion der erfindungsgemäßen Steueranordnung ist wie folgt:
  • Zur Betätigung der beiden Verbraucher 4, 6 werden durch den Bediener über einen oder mehrere Joysticks 8 Steuersignale erzeugt, die an die Steuereinrichtung 10 abgegeben werden. Zur entsprechenden Ansteuerung der Verbraucher 4, 6 muss die Verstellpumpe 2 einen bestimmten Druckmittelvolumenstrom bereitstellen, der der Summe der über den Joystick 8 eingestellten Soll-Volumenströme entspricht. D.h., die Verstellpumpe 2 muss in Abhängigkeit von der Einstellung des Joysticks 8 auf einen Schwenkwinkel verstellt werden, bei dem dieser Summenvolumenstrom geliefert wird. Die entsprechende Einstellung der Verstellpumpe 2 kann in Abhängigkeit von dem Sollwert auf einfache Weise durch Erfassung des aktuellen Pumpendruckes, der aktuellen Pumpendrehzahl und des eingestellten Schwenkwinkels über die Pumpenkennlinie erfolgen. D.h. erfindungsgemäß erhält der Pumpenregler kein Drucksignal, das in der Regel dem höchsten Lastdruck entspricht, sondern die Ansteuerung der Verstellpumpe erfolgt allein in Abhängigkeit von den über den Joystick eingestellten Sollwerten.
  • Durch diese Sollwerteinstellung über den Joystick 8 können Volumenstromfehler aufgrund volumetrischer Verluste der Verstellpumpe 2 ausgeglichen werden, da der Bediener sofort über den Joystick 8 nachregelt, falls die Verbraucher 4, 6 nicht mit der gewünschten Geschwindigkeit betätigt werden.
  • Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt darin, dass bei Parallelbetrieb der Verbraucher 4, 6 über die Steuereinrichtung 10 derjenige Verbraucher 4, 6 ermittelt wird, der mit dem größten Druckmittelvolumenstrom zu versorgen ist. Dies kann auf einfache Weise über die am Joystick 8 eingestellten Sollwerte erfolgen, so dass keinerlei weitere Sensoren erforderlich sind. Die Zumessblende 18, 20 dieses mit dem höchsten Druckmittelvolumenstrom zu versorgenden Verbrauchers 4, 6 wird dann mittels der Steuereinrichtung 10 vollständig geöffnet und die Öffnungsquerschnitte der anderen Zumessblenden 20 bzw. 18 entsprechend nachgeführt, so dass die Systemverluste gegenüber herkömmlichen Lösungen minimiert sind. In dem Fall, in dem nur ein Verbraucher 4, 6 angesteuert wird, kann die zugeordnete Zumessblende 18 bzw. 20 außerhalb des Feinsteuerbereiches voll geöffnet werden, um die Systemverluste zu minimieren. Der Druckmittelvolumenstrom zu dem Verbraucher wird dann alleine über die Verstellpumpe gesteuert.
  • Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Zylinderräume 30, 32 der Verbraucher 4, 6 jeweils über ein Nachsaugventil mit dem Tank T verbunden, so dass im Fall einer ziehenden Last über diese nicht dargestellten Nachsaugventile Druckmittel in die Zylinderräume 30, 32 (Niederdruckseite) nachgesaugt werden kann. Dieser Druck in der Niederdruckseite wird erfasst und über die Steuereinrichtung 10 ein Steuersignal an die Verstellpumpe 2 abgegeben, so dass der Schwenkwinkel der Verstellpumpe 2 zurückgefahren wird und kein Druckmittel über die Pumpe gefördert wird. Mit dieser Schaltung können die Verluste im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen weiter minimiert werden.
  • Im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Sollwerte über einen Joystick 8 vorgegeben. Bei Proportionalventilen mit Schieberwegmessung kann der Sollvolumenstrom auch aus dem Weg des Ventilschiebers der Zumessblende 18, 20 ermittelt werden, d.h., in diesem Fall wird nicht das am Joystick 8 eingestellte Signal direkt, sondern der sich aufgrund dieses Signals am Ventilschieber der Zumessblenden 18, 20 einstellende Ist-Wert verwendet.
  • Da bei dem erfindungsgemäßen System eine Volumenstromsteuerung über die Verstellpumpe 2 erfolgt, ist die Schwingungsanfälligkeit wesentlich geringer als bei den bisher bekannten Lösungen. Durch den Wegfall der LS-Meldeleitungen zum Regelventil lässt sich der Schaltungstechnische Aufwand gegenüber den eingangs beschriebenen Δp-Systemen minimieren.
  • Die Verstellpumpe kann wie vorbeschrieben so ausgeführt sein, dass das geometrische Verdrängungsvolumen einstellbar ist, es können jedoch auch Konstant- oder Verstellpumpen mit drehzahlveränderlichem Antrieb eingesetzt werden.
  • Offenbart sind eine Steueranordnung zur Ansteuerung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern und ein Verfahren zur Ansteuerung dieser Verbraucher. Diese werden über eine Pumpe mit Druckmittel versorgt, wobei zwischen den Verbrauchern und der Pumpe jeweils eine Zumessblende und eine nachgeschaltete Druckwaage vorgesehen sind. Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung der Pumpe in Abhängigkeit von den Sollwerten, auf die die Zumessblenden eingestellt sind.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Steueranordnung
    2
    Verstellpumpe
    4
    Verbraucher
    6
    Verbraucher
    8
    Joystick
    10
    Steuereinrichtung
    12
    Pumpenleitung
    14
    Zulaufleitung
    16
    Zulaufleitung
    18
    Zumessblende
    20
    Zumessblende
    22
    Druckwaage
    24
    Druckwaage
    26
    Vorlaufleitung
    28
    Vorlaufleitung
    30
    Zylinderraum
    32
    Zylinderraum
    34
    LS-Leitung
    36
    Wechselventil

Claims (11)

  1. Steueranordnung zur Druckmittelversorgung wenigstens zweier hydraulischer Verbraucher (4, 6), mit einer Pumpe (2), deren Fördermenge veränderbar ist und mit zwei verstellbaren Zumessblenden (18, 20), von denen eine erste zwischen einer von der Pumpe (2) abgehenden Zulaufleitung (14) und einem ersten hydraulischen Verbraucher (4) und die zweite zwischen einer Zulaufleitung (16) und einem zweiten hydraulischen Verbraucher (6) angeordnet ist, und mit zwei Druckwaagen (22, 24), von denen eine erste der ersten Zumessblende (18) und die zweite der zweiten Zumessblende (20) nachgeschaltet ist und deren Regelkolben auf einer Vorderseite vom Druck nach der jeweiligen Zumessblende (18, 20) in Öffnungsrichtung und in Schließrichtung von dem höchsten Lastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck beaufschlagbar ist, wobei die Pumpe (2) und die Zumessblenden (18, 20) - vorzugsweise proportional - verstellbar sind, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (10) zur Abgabe eines Steuersignals an die Pumpe (2) zu deren Volumenstrom-Steuerung in Abhängigkeit von der Summe der für die Zumessblenden (18, 20) vorgegebenen Sollwerten.
  2. Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei der Förderstrom der Pumpe (2) elektrisch mittels Proportionalmagneten verstellbar ist.
  3. Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei mittels der Steuereinrichtung (10) die Zumessblende (18, 20) mit dem höchsten Sollwert voll aufsteuerbar ist und die anderen Zumessblenden (18, 20) entsprechend nachführbar sind.
  4. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) einen Datenspeicher hat, in dem die Kennlinien der Verstellpumpe (2) und der Zumessblenden (18, 20) gespeichert sind.
  5. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) eine Axialkolbenpumpe ist.
  6. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Drehzahlsensor zur Erfassung der Pumpendrehzahl.
  7. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit Nachsaugventilen, über die Druckmittelräume der Verbraucher (4, 6) mit einem Tank verbindbar sind, so dass im Fall einer ziehenden Last Druckmittel in die Druckmittelräume (30, 32) nachsaugbar ist.
  8. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Sollwerte in Abhängigkeit von der Einstellung eines Joy-Sticks (8) oder in Abhängigkeit von der Regelkolbenposition der Zumessblenden (18, 20) erfasst sind.
  9. Verfahren zur Ansteuerung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern, die über eine Pumpe (2) mit veränderlicher Fördermenge mit Druckmittel versorgbar sind, wobei jedem Verbraucher eine Zumessblende (18, 20) zugeordnet ist, die zwischen der Pumpe und dem jeweiligen Verbraucher (4, 6) vorgesehen sind und denen jeweils eine Druckwaage (22, 24) nachgeschaltet ist, deren Regelkolben in Öffnungsrichtung vom Druck nach der vorgeschalteten Zumessblende (18, 20) und in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck oder einem davon abgeleiteten Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) zu deren Volumenstrom-Steuerung in Abhängigkeit von der Summe der für die Zumessblenden (18, 20) vorgegebenen Sollwerten angesteuert wird.
  10. Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei die auf den höchsten Sollwert einzustellende Zumessblende (18, 20) vollständig aufgesteuert und die anderen Zumessblenden entsprechend nachgeführt werden.
  11. Verfahren nach Patentanspruch 9 oder 10, wobei im Fall einer ziehenden Last der Förderstrom der Pumpe zurückgefahren und Druckmittel über Nachsaugventile zur Niederdruckseite der Verbraucher (4, 6) nachgesaugt wird.
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