EP1701042B1 - Hydraulische Steueranordnung - Google Patents

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EP1701042B1
EP1701042B1 EP20060101027 EP06101027A EP1701042B1 EP 1701042 B1 EP1701042 B1 EP 1701042B1 EP 20060101027 EP20060101027 EP 20060101027 EP 06101027 A EP06101027 A EP 06101027A EP 1701042 B1 EP1701042 B1 EP 1701042B1
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EP
European Patent Office
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pressure
control
drain
accordance
inlet
Prior art date
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EP20060101027
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EP1701042A3 (de
EP1701042A2 (de
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Heinrich Lödige
Christoph Keyl
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Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
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Publication date
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    • Y10T137/87233—Biased exhaust valve
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Definitions

  • the invention relates to a hydraulic control arrangement for controlling a consumer according to the preamble of patent claim 1.
  • a control arrangement in which a hydraulic consumer, for example a double-acting cylinder for moving a load via a continuously adjustable directional control valve with pressure medium can be supplied.
  • a hydraulic consumer for example a double-acting cylinder for moving a load via a continuously adjustable directional control valve with pressure medium
  • each unlockable check valves are provided, wherein the inlet-side check valve is brought by the pressure downstream of the directional control valve in an open position.
  • the drain-side check valve can be moved by pressing a poppet into an open position, which allows the drainage of the pressure fluid from the consumer to the directional control valve.
  • via the drain-side blocking block is a flow control by feedback of the discharge pressure before the flow-determining slide control edge of the continuously adjustable directional control valve on the topping piston of the blocking block.
  • a control arrangement in which a supply control via an upstream of the control valve individual pressure compensator. This is acted upon in the opening direction by the force of a spring and the pressure in the inlet to the consumer.
  • the DE 36 39 174 C2 shows a control arrangement for a single-acting hydraulic consumer, wherein a LS-pressure compensator is connected upstream of a continuously adjustable directional control valve which is acted upon in the closing direction by the force of a spring and by the individual load pressure and in the opening direction by the pressure between the pressure compensator and the directional control valve.
  • the known control arrangement further has a load-compensated unlockable check valve, via which a sequence control can be performed.
  • a hydraulic control arrangement in which upstream of a Zulaufmessblende an LS-pressure compensator is provided, which is acted upon in the opening direction by the force of a spring and the highest pressure downstream of the Zulaufmessbrende and upstream of a drain metering orifice.
  • the LS pressure compensator acts on the pressure upstream of the inlet orifice plate.
  • suction valves can be used. Due to the comparatively low differential pressure between the suction side and the tank pressure during the suction, however, these valves must have a very large cross-section.
  • biasing valves in the pressure fluid outlet.
  • bias valves are associated with a high energy loss, since the inlet pressure, especially at low loads, must be greatly increased.
  • brake valves Another possibility is to use brake valves. However, these also require a comparatively high pressure on the inlet side in order to control the volume flow on the outlet side and thus to avoid an undersupply of the inlet.
  • the invention has for its object to provide a hydraulic control arrangement for controlling a consumer, by which a deficiency can be avoided with little effort and in the pressure medium flow to the consumer and the running of the consumer pressure medium flow rate can be controlled independently of the load.
  • the hydraulic control arrangement according to the invention is designed with an adjustable inlet and an adjustable flow meter, wherein a pressure in the forward flow pressure compensator is acted upon in the opening direction by a constant force and in the closing direction of the lower of the pressures downstream of the inlet orifice and upstream of the drain orifice.
  • a lockable block is provided, which acts as a check valve in the inlet direction and regulates the drainage pressure medium flow rate in the pressure fluid outlet.
  • both the consumer-flowing and the consumer-running pressure medium volume flows can be kept constant independently of the load pressure.
  • the load can be biased by the pressure compensator and the blocking block of the consumer in all operating conditions, so that the above-mentioned undersupply in the pressure medium inlet is safely avoided.
  • the bias of the load can be easily adjusted by adjusting the force acting on the pressure compensator in the opening direction constant force to the system.
  • the solution according to the invention can be realized with very little effort, the additional valve arrangements described above, such as suction valves, Preload valves, lowering brake valves, etc. are not required. Due to the bias of the consumer, air leakage on the suction side can be reliably avoided.
  • a delivery rate of a pump of the hydraulic control assembly is controlled in response to the greater of the pressures downstream of the metering orifice and upstream of the downcomer orifice. This flow rate is regulated so that in the pump line by a certain pressure difference .DELTA.p above the load pressure lying pump pressure is present (LS system).
  • the inlet and outlet orifice plates are preferably formed by a continuously adjustable directional control valve whose working connections are connected to an inlet and a drain line and the pressure connection is connected to a flow line and the tank connection to a return line.
  • the solution according to the invention makes it possible to carry out the feed cross section opened by an inlet control edge greater than the flow cross section opened by a flow control edge or to control the flow cross section later, so that the coordination of the two control edges is simplified due to the lower demands on the inlet control edge.
  • the speed of the consumer is then always determined by the flow cross-section.
  • the force acting on the pressure compensator constant force is applied in a variant of the invention by acting on a control surface of a pressure compensator piston control pressure.
  • the constant force can also be applied to the pressure compensator piston via a spring or the like.
  • the adjustment of the bias voltage of the consumer can then be easily changed by adjusting the constant pressure. This can also be lowered by suitable circuit to zero, so that the pressure medium can flow from the consumer, without the pressure medium is conveyed to the inlet.
  • a double-acting consumer such as a differential cylinder unlockable blocking blocks are preferably provided both in the inlet and in the process, each having an actuatable by a control pressure topping piston.
  • the structure of the control arrangement is particularly simple if this control pressure corresponds to the constant control pressure which acts on the pressure compensator in the opening direction.
  • the smaller pressure downstream of the inlet orifice and upstream of the drain orifice can be tapped via an inverse shuttle valve.
  • This shows a circuit diagram of a hydraulic control arrangement for controlling a double-acting consumer.
  • control arrangements are used in particular for controlling the consumers of a mobile implement, for example in a forklift or a tractor.
  • the consumer is designed as a differential cylinder 2, which is connectable via a valve assembly 4 with a pressure medium supply 6.
  • the pressure medium supply 6 has in the illustrated embodiment, a constant displacement pump 8, is sucked via the pressure medium from a tank T and conveyed into a pump line 10.
  • a pump line 10 From the pump line 10 branches off a bypass line 12, in which an inlet pressure compensator 14 is arranged, which is acted upon in the opening direction by the pressure in the pump line 10 and in the closing direction of the highest load pressure of all consumers and the force of a spring 16.
  • This highest load pressure is tapped in a known manner via a shuttle valve cascade of all consumers of the system and is connected via a load reporting line 18 to the inlet pressure compensator 14.
  • the pump 8 can be designed as a fixed displacement pump with speed-controlled drive or as a variable displacement pump.
  • the flowing back from the cylinder 2 pressure fluid flows depending on the direction of movement of the cylinder 2 via a return line 20 or a return line 22 back to the tank T.
  • the valve assembly which is designed for example as a valve disc of a mobile control block, has a pressure port P, a LS port LS, two return ports R and two working ports A, B, the latter via working lines 24, 26 with a bottom-side cylinder chamber 28 and a piston rod side annulus 30 are connected.
  • the valve arrangement consists essentially of a pressure compensator, referred to below as individual pressure compensator 32, a continuously adjustable directional valve 34 indicated by dot-dash lines and two unlockable blocking blocks 36, 38.
  • the continuously adjustable directional control valve 34 usually has a directional part prescribing the pressure medium flow direction and a speed part, respectively is formed by an inlet and a drain measuring aperture. In the circuit diagram shown four measuring orifices are shown schematically, but depending on the setting of the directional part only two orifices are effective. D.
  • the measuring orifice provided with the reference numeral 40 acts as a metering orifice
  • the drain orifice plate is provided with the reference numeral 42, which is effective at a pressure medium flow from the working port B to the tank T.
  • the measuring orifices which are furthermore illustrated, then become effective as inlet orifice 44 and as drain orifice 46.
  • the two drain orifices 42, 46 are each arranged in a return channel 48 and 50, which are each connected to one of the return ports R.
  • the directional valve has two working ports A 'and B', which are connected via a supply line 52 and a drain line 54 to the working ports A, B.
  • the structure of the blocking blocks 36, 38 is known per se, so that detailed explanations are unnecessary.
  • These blocking blocks 36, 38 can be adjusted by means of a poppet piston 56 or 58 from a spring-biased basic position, in each case they act as a check valve in a flow position, which allows a return flow of the pressure medium from the cylinder 2.
  • the actuation of the poppet 56, 58 via a constant control pressure p x , which is tapped from a suitable control pressure supply.
  • the blocking block 36, 38 works load-compensated and regulates the pressure in the respectively assigned line, which then acts as a discharge channel independent of the load to a constant value.
  • the blocking block which is in each case in the inlet, then works as a check valve.
  • the individual pressure compensator 32 In a connected to the pressure port P of the valve assembly 4 feed channel 64, the individual pressure compensator 32 is arranged, which is acted upon in the opening direction by the constant control pressure p x and in the closing direction by the force of a pressure compensator spring 66 and a pressure in a message channel 68.
  • This pressure is the lesser of the pressures in the inlet channel 52 and the outlet channel 54, ie, the smaller of the pressures downstream of the inlet metering orifice 40 and upstream of the metering orifice 42 (at a pressure medium flow toward the working port A and from the working port B to the tank T).
  • This pressure is tapped from the inlet channel 52 and from the outlet channel 54 via a respective tapping channel 70, 72, each leading to an input of an inverse shuttle valve 74. Its output is connected to the signaling channel 68.
  • the pressure medium is conveyed by the pump 8 via the working port A in the cylinder chamber 28 and displaced back from the annular space 30 via the working port B to the tank T.
  • the metering orifice 40 acts as an inlet metering orifice and the metering orifice 42 as a drainage metering orifice, the metering orifices 44, 46 are closed.
  • the directional control valve 34 is adjusted so that an inlet control edge of the directional control valve 34 opens the cross section of the inlet orifice 40 and accordingly a flow control edge opens the cross section of the drain orifice 42.
  • the directional control valve 34 is designed so that the opening cross-section of the inlet metering orifice 40 is greater than that of the drain metering orifice.
  • the pressure medium then flows via the pressure compensator 32, the function of which will be explained in more detail below, the up-flow meter orifice 40, the inlet channel 52 and the check block 36 acting as a check valve, via the working port A and the working line 24 into the cylinder chamber 28 Pressure medium displaced from the annular space 30 and flows through the working line 26, the working port B and from the constant control pressure p x opened blocking block 38, the drain passage 54, the open-drain orifice 42, the return passage 50, via the return port R and the return line 22 back to the tank.
  • the pressures in the inlet channel 52 and in the outlet channel 54 are compared via the inverse shuttle valve 74 and the shuttle valve 80.
  • the larger of the two pressures is guided via the shuttle valve 80 as a LS signal to the LS shuttle valve 82 and from there (if no other higher load pressure is present) to an effective in the closing direction control surface of the inlet pressure compensator 14.
  • the smaller of the two pressures is reported via the inverse shuttle valve 74 and the message channel 68 to the individual pressure compensator 32 and compared there with the constant control pressure p x .
  • the pressure balance slide of the individual pressure balance 32 restricts the pressure fluid flow more strongly. If the tapped over the inverse shuttle valve 74 smaller pressure is too low, the flow opening of the individual pressure compensator 32 is extended and performed according to more pressure medium to the inlet orifice 40.
  • the pressure in the inlet channel 52 is greater than the pressure in the outlet channel 54.
  • the inlet pressure compensator 14 Apart from the pressure loss via the check block acting as a check valve 36 in the inlet of this larger pressure is passed as LS signal and the inlet pressure compensator 14 so set that the pressure in the pump line 10 by a predetermined pressure difference Ap over this highest load pressure is.
  • the lower pressure on the discharge side is reported to the individual pressure compensator 32 and is about 0 bar when the directional control valve 34 is not actuated.
  • the individual pressure compensator 32 is then fully opened by the constant control pressure p x .
  • the pressure in the discharge passage 54 initially drops, so that the individual pressure compensator 32 opens slightly and the pressure medium volume flow increases via the inlet metering orifice 40 until the pressure in the discharge passage 54 reaches the regulating pressure of the individual pressure compensator again.
  • the pressure medium volume flow on the inlet side is accordingly regulated so that the pressure in front of the drain measuring orifice 42 remains constant at the regulating pressure of the individual pressure compensator 32.
  • the opening cross section of the drain metering orifice 42 thus determines, in conjunction with the control pressure of the individual pressure compensator 32, the pressure medium volume flow.
  • the cylinder 2 is clamped, wherein this clamping force is adaptable by a suitable choice of the control pressure p x .
  • the pressure in the drainage passage 54 is throttled by the load compensated locking block 38 from the load pressure in the annulus 30 or in the working line 26 to a constant level in the drainage passage 54 and kept constant.
  • the moving speed of the cylinder is determined even when pulling load through the opening cross-section of the drain metering orifice 42 in conjunction with the control pressure of the load-compensated blocking block 38.
  • a safety function can be realized, since the two locking blocks 36, 38 act as check valves and the individual pressure compensator 32 is controlled.
  • This safety function can be realized for example by a separate switching valve, via which the constant control pressure p x can be switched off.
  • This safety function can also be made possible by suitable design of the control edge of the directional control valve 34.
  • the constant control pressure p x can be varied in order to adapt the pressure gradient across the control edges of the directional control valve 34 and thus the pressure medium volume flow to different operating conditions for a given orifice.
  • a spring can also be mounted on the left side (view according to the single FIGURE), via which a substantially constant force is applied to the pressure compensator piston of the individual pressure compensator 32 becomes. Other means can be used to keep this force constant.
  • a hydraulic control arrangement for controlling a hydraulic consumer with an adjustable inlet and an adjustable drain metering and arranged in a pressure medium flow pressure compensator.
  • the control arrangement further has a releasable locking block, which acts as a check valve in the inlet direction and in the drain direction by means of a control pressure can be unlocked.
  • the pressure compensator is acted upon in the opening direction by a constant force and in the closing direction by the lower of the pressures downstream of the inlet metering orifice and upstream of the outflow metering orifice.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der DE 100 45 404 C2 ist eine Steueranordnung bekannt, bei der ein hydraulischer Verbraucher, beispielsweise ein doppeltwirkender Zylinder zum Bewegen einer Last über ein stetig verstellbares Wegeventil mit Druckmittel versorgbar ist. Im Druckmittelzulauf zum Zylinder und im Ablauf vom Zylinder sind jeweils entsperrbare Sperrventile vorgesehen, wobei das zulaufseitige Sperrventil durch den Druck stromabwärts des Wegeventils in eine Öffnungsstellung gebracht wird. Das ablaufseitige Sperrventil kann durch Betätigen eines Aufstoßkolbens in eine Öffnungsstellung verschoben werden, die das Ablaufen des Druckmittels vom Verbraucher hin zum Wegeventil ermöglicht. Bei dieser Lösung erfolgt über den ablaufseitigen Sperrblock eine Ablaufregelung durch Rückkopplung des Ablaufdrucks vor der den Ablauf bestimmenden Schiebersteuerkante des stetig verstellbaren Wegeventils auf den Aufstoßkolben des Sperrblocks.
  • In der DE 199 31 142 C2 ist eine Steueranordnung offenbart, bei der eine Zulaufregelung über eine dem Regelventil vorgeschaltete Individualdruckwaage erfolgt. Diese ist in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Feder und vom Druck im Zulauf zum Verbraucher beaufschlagt.
  • Die DE 36 39 174 C2 zeigt eine Steueranordnung für einen einfachwirkenden hydraulischen Verbraucher, wobei einem stetig verstellbaren Wegeventil eine LS-Druckwaage vorgeschaltet ist, die in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und vom individuellen Lastdruck und in Öffnungsrichtung vom Druck zwischen der Druckwaage und dem Wegeventil beaufschlagt ist. Die bekannte Steueranordnung hat des weiteren ein lastkompensiertes entsperrbares Sperrventil, über das eine Ablaufregelung durchgeführt werden kann.
  • In der DE 102 16 958 ist eine hydraulische Steueranordnung gezeigt, bei der stromaufwärts einer Zulaufmessblende eine LS-Druckwaage vorgesehen ist, die in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Feder und dem höchsten Druck stromabwärts der Zulaufmessblende und stromaufwärts einer Ablaufmessblende beaufschlagt ist. In Schließrichtung wirkt auf die LS-Druckwaage der Druck stromaufwärts der Zulaufmessblende.
  • Alle vorbeschiebenen Ausführungsbeispiele haben den Nachteil gemeinsam, dass die den Zulaufquerschnitt und den Ablaufquerschnitt der Messblenden bestimmenden Steuerkanten (Zulaufsteuerkante, Ablaufsteuerkante) äußerst genau aufeinander abgestimmt sein müssen.
  • Nachteilig bei diesen Lösungen ist des Weiteren, dass jeweils nur entweder der zum Verbraucher zulaufende Druckmittelvolumenstrom oder der vom Verbraucher ablaufende Volumenstrom lastunabhängig gesteuert werden kann. Darüber hinaus tritt insbesondere bei der Ansteuerung von doppeltwirkenden Zylindern bei sogenannten ziehenden Lasten - also bei Lasten, bei denen der Druck im Ablauf höher als im Zulauf ist - die Gefahr einer Unterversorgung der zulaufseitigen Zylinderkammer auf. Eine derartige Unterversorgung kann zu Kavitationen führen, durch die der Verbraucher oder die diesem zugeordneten hydraulischen Schaltelemente beschädigt werden. Ein derartiger Betriebszustend kann beispielsweise bei einer Bergabfahrt oder dann auftreten, wenn eine Last zunächst angehoben wird, dann einen Totpunkt überwindet und anschließend ziehend auf den hydraulischen Verbraucher wirkt.
  • Zur Vermeidung derartiger Unterversorgungen des Verbrauchers können beispielsweise Nachsaugventile verwendet werden. Aufgrund des vergleichsweise geringen Differenzdrucks zwischen der Saugseite und dem Tankdruck beim Nachsaugen müssen diese Ventile jedoch einen sehr großen Querschnitt aufweisen.
  • Eine alternative Möglichkeit besteht darin, im Druckmittelablauf Vorspannventile vorzusehen. Derartige Vorspannventile gehen jedoch mit einem hohen Energieverlust einher, da der Zulaufdruck, insbesondere bei kleinen Lasten, stark angehoben werden muss.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Bremsventile zu verwenden. Diese benötigen jedoch ebenfalls einen vergleichsweise hohen Druck auf der Zulaufseite um den Volumenstrom auf der Ablaufseite zu steuern und somit eine Unterversorgung des Zulaufs zu vermeiden.
  • D. h., diese bekannten Möglichkeiten zur Vermeidung einer Unterversorgung (Nachsaugventil, Vorspannventil, Senk-Brems-Ventil) erfordern einen erheblichen schaltungstechnischen Aufwand und sind darüber hinaus noch mit Energieverlusten verbunden.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines Verbrauchers zu schaffen, durch die eine Unterversorgung mit geringem Aufwand vermieden werden kann und bei der der Druckmittelvolumenstrom zum Verbraucher und der vom Verbraucher ablaufende Druckmittelvolumenstrom lastunabhängig gesteuert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße hydraulische Steueranordnung ist mit einer verstellbaren Zulauf- und einer verstellbaren Ablaufmessblende ausgeführt, wobei eine im Druckmittelvorlauf angeordnete Druckwaage in Öffnungsrichtung von einer konstanten Kraft und in Schließrichtung vom niedrigeren der Drücke stromabwärts der Zulaufmessblende und stromaufwärts der Ablaufmessblende beaufschlagt ist. Im Druckmittelablauf ist ein entsperrbarer Sperrblock vorgesehen, der in Zulaufrichtung als Rückschlagventil wirkt und im Druckmittelablauf den Ablaufdruckmittelvolumenstrom regelt.
  • Durch das Zusammenwirken der Druckwaage und des lastkompensierten Sperrblocks können sowohl die dem Verbraucher zulaufenden als auch die vom Verbraucher ablaufenden Druckmittelvolumenströme unabhängig vom Lastdruck konstant gehalten werden. Darüber kann über die Druckwaage und den Sperrblock der Verbraucher in allen Betriebszuständen vorgespannt werden, so dass die eingangs genannte Unterversorgung im Druckmittelzulauf sicher vermieden wird.
  • Die Vorspannung des Verbrauchers kann auf einfache Weise durch Einstellung der auf die Druckwaage in Öffnungsrichtung wirkenden konstanten Kraft an das System angepasst werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich mit sehr geringem Aufwand realisieren, wobei die vorstehend beschriebenen zusätzlichen Ventilanordnungen, wie Nachsaugventile, Vorspannventile, Senk-Brems-Ventile etc. nicht benötigt werden. Aufgrund der Vorspannung des Verbrauchers können Luftausscheidungen auf der Saugseite zuverlässig vermieden werden.
  • Es zeigte sich des Weiteren, dass bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung eine geringere Anhebung des Zulaufdruckes erforderlich ist, so dass gegenüber herkömmlichen Lösungen eine Energieeinsparung ermöglicht ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Fördermenge einer Pumpe der hydraulischen Steueranordnung in Abhängigkeit vom größeren der Drücke stromabwärts der Zulaufmessblende und stromaufwärts der Ablaufmessblende gesteuert. Diese Fördermenge wird dabei so geregelt, dass in der Pumpenleitung ein um eine bestimmte Druckdifferenz Δp über dem Lastdruck liegender Pumpendruck anliegt (LS-System).
  • Die Zulauf- und Ablaufmessblenden sind vorzugsweise durch ein stetig verstellbares Wegeventil ausgebildet, dessen Arbeitsanschlüsse an eine Zulauf- und eine Ablaufleitung angeschlossen sind und dessen Druckanschluss mit einer Vorlaufleitung und dessen Tankanschluss mit einer Rücklaufleitung verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, den von einer Zulaufsteuerkante aufgesteuerten Zulaufquerschnitt größer als den von einer Ablaufsteuerkante aufgesteuerten Ablaufquerschnitt auszuführen oder den Ablaufquerschnitt später aufzusteuern, so dass aufgrund der geringeren Anforderungen an die Zulaufsteuerkante die Abstimmung der beiden Steuerkanten vereinfacht ist. Die Geschwindigkeit des Verbrauchers ist dann stets durch den Ablaufquerschnitt bestimmt.
  • Die auf die Druckwaage wirkende konstante Kraft wird bei einer Variante der Erfindung durch einen auf eine Steuerfläche eines Druckwaagenkolbens wirkenden Steuerdruck aufgebracht. Alternativ kann die konstante Kraft auch über eine Feder oder dergleichen auf den Druckwaagenkolben aufgebracht werden.
  • Die Anpassung der Vorspannung des Verbrauchers kann dann auf einfache Weise durch Einstellung des Konstantdrucks verändert werden. Dieser kann auch durch geeignete Schaltung auf Null abgesenkt werden, so dass das Druckmittel vom Verbraucher abströmen kann, ohne das Druckmittel zum Zulauf hin gefördert wird.
  • Bei Ansteuerung eines doppeltwirkenden Verbrauchers, beispielsweise eines Differentialzylinders werden vorzugsweise sowohl im Zulauf als auch im Ablauf entsperrbare Sperrblöcke vorgesehen, die jeweils einen durch einen Steuerdruck betätigbaren Aufstoßkolben haben. Der Aufbau der Steueranordnung ist besonders einfach, wenn dieser Steuerdruck dem konstanten Steuerdruck entspricht, der die Druckwaage in Öffnungsrichtung beaufschlagt.
  • Der kleinere Druck stromabwärts der Zulaufmessblende und stromaufwärts der Ablaufmessblende kann über ein inverses Wechselventil abgegriffen werden.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einzigen Figur erläutert. Diese zeigt einen Schaltplan einer hydraulischen Steueranordnung zur Ansteuerung eines doppeltwirkenden Verbrauchers.
  • Derartige Steueranordnungen werden insbesondere zur Ansteuerung der Verbraucher eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise bei einem Stapler oder einem Traktor verwendet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbraucher als Differentialzylinder 2 ausgeführt, der über eine Ventilanordnung 4 mit einer Druckmittelversorgung 6 verbindbar ist.
  • Die Druckmittelversorgung 6 hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Konstantpumpe 8, über die Druckmittel aus einem Tank T angesaugt und in eine Pumpenleitung 10 gefördert wird. Von der Pumpenleitung 10 zweigt eine Bypassleitung 12 ab, in der eine Eingangsdruckwaage 14 angeordnet ist, die in Öffnungsrichtung vom Druck in der Pumpenleitung 10 und in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck aller Verbraucher sowie der Kraft einer Feder 16 beaufschlagt ist. Dieser höchste Lastdruck wird in bekannter Weise über eine Wechselventilkaskade von allen Verbrauchern des Systems abgegriffen und liegt über eine Lastmeldeleitung 18 an der Eingangsdruckwaage 14 an. Die Pumpe 8 kann als Konstantpumpe mit drehzahlgeregeltem Antrieb oder als Verstellpumpe ausgeführt sein.
  • Das vom Zylinder 2 zurückströmende Druckmittel strömt je nach Bewegungsrichtung des Zylinders 2 über eine Rücklaufleitung 20 oder eine Rücklaufleitung 22 zurück zum Tank T.
  • Die Ventilanordnung, die beispielsweise als Ventilscheibe eines Mobilsteuerblocks ausgeführt ist, hat einen Druckanschluss P, einen LS-Anschluss LS, zwei Rücklaufanschlüsse R sowie zwei Arbeitsanschlüsse A, B, wobei Letztere über Arbeitsleitungen 24, 26 mit einem bodenseitigen Zylinderraum 28 bzw. einem kolbenstangenseitigem Ringraum 30 verbunden sind.
  • Wie aus der Figur des Weiteren hervorgeht, sind die beiden Rücklaufleitungen 20, 22 mit den beiden Rücklaufanschlüssen R, die Pumpenleitung 10 mit dem Pumpenanschluss P und die Lastmeldeleitung 18 mit dem LS-Anschluss LS verbunden. Die Ventilanordnung besteht im Wesentlichen aus einer Druckwaage, im Folgenden Individualdruckwaage 32 genannt, einem durch strichpunktierte Linien angedeuteten stetig verstellbaren Wegeventil 34 sowie zwei entsperrbaren Sperrblöcken 36, 38. Das stetig verstellbare Wegeventil 34 hat üblicherweise einen die Druckmittelströmungsrichtung vorgebenden Richtungsteil und einen Geschwindigkeitsteil, der jeweils durch eine Zulauf- und eine Ablaufmessblende gebildet ist. In dem dargestellten Schaltplan sind schematisch vier Messblenden dargestellt, wobei jedoch je nach Einstellung des Richtungsteils lediglich zwei Messblenden wirksam sind. D. h., bei einer Druckmittelströmung zum Arbeitsanschluss A wirkt die mit dem Bezugszeichen 40 versehene Messblende als Zumessblende, während die Ablaufmessblende mit dem Bezugszeichen 42 versehen ist, die bei einer Druckmittelströmung vom Arbeitsanschluss B zum Tank T wirksam ist. Bei Umdrehung der Strömungsrichtung werden dann die weiterhin dargestellten Messblenden als Zulaufmessblende 44 und als Ablaufmessblende 46 wirksam. Die beiden Ablaufmessblenden 42, 46 sind jeweils in einem Rücklaufkanal 48 bzw. 50 angeordnet, die jeweils mit einen der Rücklaufanschlüsse R verbunden sind.
  • Das Wegeventil hat zwei Arbeitsanschlüsse A' und B', die über eine Zulaufleitung 52 und eine Ablaufleitung 54 mit den Arbeitsanschlüssen A, B verbunden sind. Der Aufbau der Sperrblöcke 36, 38 ist an sich bekannt, so dass detaillierte Erläuterungen entbehrlich sind. Diese Sperrblöcke 36, 38 lassen sich mittels eines Aufstoßkolbens 56 bzw. 58 aus einer federvorgespannten Grundposition, in der sie jeweils als Rückschlagventil wirken in eine Durchflussstellung bringen, die eine Rückströmung des Druckmittels vom Zylinder 2 ermöglicht. Die Betätigung des Aufstoßkolbens 56, 58 erfolgt über einen konstanten Steuerdruck px, der von einer geeigneten Steuerdruckversorgung abgegriffen wird. In Gegenrichtung wirkt auf eine Ringfläche des Aufstoßkolbens 58 der Druck (in Abströmrichtung gesehen) stromabwärts des jeweiligen Sperrblocks 36, 38, der über einen Kanal 60 bzw. 62 vom Zulaufkanal 52 bzw. vom Ablaufkanal 54 abgegriffen wird. Durch diese Rückkopplung des Lastdrucks im Ablauf arbeitet der Sperrblock 36, 38 lastkompensiert und regelt den Druck in der jeweils zugeordneten Leitung, die dann als Ablaufkanal wirkt lastunabhängig auf einen konstanten Wert ein. Der jeweils im Zulauf gelegene Sperrblock arbeitet dann als Rückschlagventil.
  • In einem an den Druckanschluss P der Ventilanordnung 4 angeschlossenen Vorlaufkanal 64 ist die Individualdruckwaage 32 angeordnet, die in Öffnungsrichtung von dem konstanten Steuerdruck px und in Schließrichtung von der Kraft einer Druckwaagenfeder 66 und von einem Druck in einem Meldekanal 68 beaufschlagt ist. Dieser Druck ist der kleinere der Drücke im Zulaufkanal 52 und im Ablaufkanal 54, d. h., der kleinere der Drücke stromabwärts der Zulaufmessblende 40 und stromaufwärts der Ablaufmessblende 42 (bei einer Druckmittelströmung in Richtung zum Arbeitsanschluss A und vom Arbeitsanschluss B zum Tank T). Dieser Druck wird vom Zulaufkanal 52 und vom Ablaufkanal 54 über jeweils einen Abgreifkanal 70, 72 abgegriffen, die jeweils zu einem Eingang eines inversen Wechselventils 74 führen. Dessen Ausgang ist an den Meldekanal 68 angeschlossen.
  • Von den Abgreifkanälen 70, 72 zweigt jeweils ein LS-Zweigkanal 76, 78 ab, die jeweils mit einem Eingang eines Wechselventils 80 verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Eingang eines weiteren LS-Wechselventils 82 der vorstehend genannten LS-Wechselventilkasskade verbunden ist, über die der höchste Lastdruck aller von der Pumpe 8 versorgten Verbraucher abgegriffen wird. Dieser höchste Lastdruck liegt dann in der Lastmeldeleitung 18 an und wirkt auf den Schieber der Eingangsdruckwaage 14 in Schließrichtung.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr die Funktion der erfindungsgemäßen Steueranordnung anhand des Ausfahrens des Zylinders 2 erläutert, d. h., das Druckmittel wird von der Pumpe 8 über den Arbeitsanschluss A in den Zylinderraum 28 gefördert und aus dem Ringraum 30 über den Arbeitsanschluss B zum Tank T hin zurückverdrängt. Dabei wirkt die Messblende 40 als Zulaufmessblende und die Messblende 42 als Ablaufmessblende, die Messblenden 44, 46 sind geschlossen.
    • Prinzipielle Funktion
  • Zum Ausfahren des Zylinders 2 wird das Wegeventil 34 so verstellt, dass eine Zulaufsteuerkante des Wegeventils 34 den Querschnitt der Zulaufmessblende 40 aufsteuert und entsprechend eine Ablaufsteuerkante den Querschnitt der Ablaufmessblende 42 öffnet. Das Wegeventil 34 ist dabei so ausgelegt, dass der Öffnungsquerschnitt der Zulaufmessblende 40 größer ist als derjenige der Ablaufmessblende. Das Druckmittel strömt dann über die Druckwaage 32, deren Funktion im Folgenden noch näher erläutert wird, die aufgesteuerte Zulaufmessblende 40, den Zulaufkanal 52 und den als Rückschlagventil wirkenden Sperrblock 36, über den Arbeitsanschluss A und die Arbeitsleitung 24 in den Zylinderraum 28. Entsprechend wird das Druckmittel aus dem Ringraum 30 verdrängt und strömt über die Arbeitsleitung 26, den Arbeitsanschluss B und den vom konstanten Steuerdruck px aufgesteuerten Sperrblock 38, den Ablaufkanal 54, die aufgesteuerte Ablaufmessblende 42, den Rücklaufkanal 50, über den Rücklaufanschluss R und die Rücklaufleitung 22 zurück zum Tank. Die Drücke im Zulaufkanal 52 und im Ablaufkanal 54 werden über das inverse Wechselventil 74 sowie das Wechselventil 80 verglichen. Der größere der beiden Drücke wird über das Wechselventil 80 als LS-Signal zum LS-Wechselventil 82 und von dort (falls kein anderer höherer Lastdruck vorhanden ist) zu einer in Schließrichtung wirksamen Steuerfläche der Eingangsdruckwaage 14 geführt. Der kleinere der beiden Drücke wird über das inverse Wechselventil 74 und den Meldekanal 68 an die Individualdruckwaage 32 gemeldet und dort mit dem konstantem Steuerdruck px verglichen. Mittels dieser Anordnung wird der Druckmittelvolumenstrom durch den Zulaufkanal 52 über die Zulaufmessblende 40 so eingestellt, dass vor der die Ablaufmessblende 42 aufsteuernden Ablaufsteuerkante im Ablaufkanal 54 ein konstanter Druck eingehalten wird. Wird der über das inverse Wechselventil abgegriffene kleinere Druck größer als der konstate Druck px (abzüglich der Kraft der Druckwaagenfeder 66), so drosselt der Druckwaagenschieber der Individualdruckwaage 32 den Druckmittelstrom stärker an. Falls der über das inverse Wechselventil 74 abgegriffene kleinere Druck zu gering ist, wird die Durchflussöffnung der Individualdruckwaage 32 erweitert und entsprechend mehr Druckmittel zur Zulaufmessblende 40 geführt.
    • Getriebene Last
  • Bei getriebener Last ist der Druck im Zulaufkanal 52 größer als der Druck im Ablaufkanal 54. Abgesehen vom Druckverlust über den als Rückschlagventil wirkenden Sperrblock 36 im Zulauf wird dieser größere Druck als LS-Signal weitergegeben und die Eingangsdruckwaage 14 so eingestellt, dass der Druck in der Pumpenleitung 10 um eine vorbestimmte Druckdifferenz Δp oberhalb dieses höchsten Lastdrucks liegt. Der niedrigere Druck auf der Ablaufseite wird an die Individualdruckwaage 32 gemeldet und beträgt bei nicht betätigtem Wegeventil 34 etwa 0 bar. Die Individualdruckwaage 32 ist dann durch den konstanten Steuerdruck px ganz geöffnet. Bei betätigtem Wegeventil 34 wird über die Pumpe 8 solange Druckmittel in den Zylinderraum 28 des Zylinders 2 gefördert, bis der Druck auf der Ablaufseite, d.h. in dem Ablaufkanal 54 den Wert des Konstantdruckes px (abzüglich der Kraft der Druckwaagenfeder 66) erreicht. Der Druckwaagenschieber der Individualdruckwaage 32 verringert den Öffnungsquerschnitt der Individualdruckwaage, so dass der Druck vor der Ablaufmessblende 42 konstant gehalten wird.
  • Beim Öffnen der Ablaufmessblende 42 sinkt zunächst der Druck im Ablaufkanal 54 ab, so dass die Individualdruckwaage 32 etwas öffnet und der Druckmittelvolumenstrom über die Zulaufmessblende 40 zunimmt, bis der Druck im Ablaufkanal 54 den Regeldruck der Individualdruckwaage wieder erreicht. Der Druckmittelvolumenstrom auf der Zulaufseite wird demgemäß so geregelt, dass der Druck vor der Ablaufmessblende 42 konstant auf dem Regeldruck der Individualdruckwaage 32 bleibt. Der Öffnungsquerschnitt der Ablaufmessblende 42 bestimmt damit in Verbindung mit dem Regeldruck der Individualdruckwaage 32 den Druckmittelvolumenstrom. Der Zylinder 2 ist dabei eingespannt, wobei diese Einspannkraft durch geeignete Wahl des Steuerdrucks px anpassbar ist.
    • Ziehende Last
  • Bei ziehender Last ist der Druck im Ablaufkanal 54 größer als der Druck im Zulaufkanal 52. Dieser Druck im Ablaufkanal 54 wird über den lastkompensierten Sperrblock 38 konstant gehalten, wobei dieser Wert vergleichsweise gering ist. Dieser Regeldruck des Sperrblocks 38 wird als LS-Signal über die Wechselventile 80, 82 an die Druckmittelversorgung 6 abgegeben - der Druck in der Pumpenleitung 10 wird auf einen vergleichsweise geringen Stand-by-Druck eingestellt.
  • Auf der Zulaufseite, d.h. in dem Zulaufkanal 52 herrscht zunächst bei einer ziehenden Last nur ein sehr geringer oder kein Druck. Dieser geringere Druck wird über das inverse Wechselventil 74 an die Individualdruckwaage 32 gemeldet. Diese ist bei nicht betätigtem Wegeventil 34 vollständig geöffnet. Wird nun das Wegeventil 34 betätigt und die Zulaufmessblende 40 aufgesteuert, so reicht der Pumpendruck aus, den Druck im Zulaufkanal 52 soweit anzuheben, dass die Individualdruckwaage 32 in eine Regelposition bewegt wird. Erreicht der Druck im Zulauf den Regeldruck der Individualdruckwaage 32, so wird diese zugesteuert. Auf diese Weise kann der zulaufseitige Druck auf einem konstantem Wert gehalten werden, der dem Regeldruck der Individualdruckwaage 32 entspricht.
  • Beim Öffnen der Ablaufsteuerkante, d.h. beim Aufsteuern der Ablaufmessblende 42 wird der Druck in dem Ablaufkanal 54 durch den lastkompensierten Sperrblock 38 vom Lastdruck im Ringraum 30 oder in der Arbeitsleitung 26 auf ein konstantes Niveau im Ablaufkanal 54 gedrosselt und konstant gehalten. Damit wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders auch bei ziehender Last durch den Öffnungsquerschnitt der Ablaufmessblende 42 in Verbindung mit dem Regeldruck des lastkompensierten Sperrblocks 38 bestimmt.
  • Wenn der Zylinder 2 schneller bewegt wird, sinkt bei ziehender Last zunächst der Druck im Zulaufkanal 52 ab, entsprechend wird auch der in Schließrichtung auf die Individualdruckwaage 32 wirkende Druck verringert, so dass diese ihren Öffnungsquerschnitt vergrößert, bis der Druck im Zulauf (Zulaufkanal 52) wieder den Regeldruck der Individualdruckwaage 32 erreicht wird. Der Zylinder 2 bleibt somit auch bei ziehender Last mit diesen Regeldruck eingespannt.
  • Durch Abschalten des die beiden Sperrblöcke 36, 38 und die Individualdruckwaage 32 in Öffnungsrichtung beaufschlagenden konstanten Steuerdrucks px kann eine Sicherheitsfunktion realisiert werden, da die beiden Sperrblöcke 36, 38 als Rückschlagvenile wirken und die Individualdruckwaage 32 zugesteuert ist. Diese Sicherheitsfunktion kann beispielsweise durch ein gesondertes Schaltventil realisiert sein, über das der konstante Steuerdruck px abgeschaltet werden kann. Diese Sicherheitsfunktion kann auch durch geeignete Ausbildung der Steuerkante des Wegeventils 34 ermöglicht werden.
  • Falls der konstante Steuerdruck lediglich für die Individualdruckwaage 32 abgeschaltet wird, so ist ein Verfahren des Zylinders 2 möglich, ohne dass Druckmittel in die Zulaufkammer gefördert wird.
  • Der konstante Steuerdruck px kann variiert werden, um das Druckgefälle über den Steuerkanten des Wegeventils 34 und somit den Druckmittelvolumenstrom bei gegebener Messblendenöffnung an unterschiedliche Betriebsbedingungen anzupassen.
  • Anstelle des konstanten Steuerdrucks px und der Druckwaagenfeder 66 kann auch auf der linken Seite (Ansicht nach der einzigen Figur) eine Feder angebracht werden, über die eine im Wesentlichen konstante Kraft auf den Druckwaagenkolben der Individualdruckwaage 32 aufgebracht wird. Es sind auch andere Mittel einsetzbar um diese Kraft konstant zu halten.
  • Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers mit einer verstellbaren Zulauf- und einer verstellbaren Ablaufmessblende sowie einer in einem Druckmittelvorlauf angeordneten Druckwaage. Die Steueranordnung hat desweiteren einen entsperrbaren Sperrblock, der in Zulaufrichtung als Rückschlagventil wirkt und in Ablaufrichtung mittels eines Steuerdrucks entsperrbar ist. Erfindungsgemäß ist die Druckwaage in Öffnungsrichtung von einer konstanten Kraft und in Schließrichtung vom niedrigeren der Drücke stromabwärts der Zulaufmessblende und stromaufwärts der Ablaufmessblende beaufschlagt.
    • Bezugszeichenliste:
    • 2
    Zylinder
    4
    Ventilanordnung
    6
    Druckmittelversorgung
    8
    Konstantpumpe
    10
    Pumpenleitung
    12
    Bypassleitung
    14
    Eingangsdruckwaage
    16
    Feder
    18
    Lastmeldeleitung
    20
    Rücklaufleitung
    22
    Rücklaufleitung
    24
    Arbeitsleitung
    26
    Arbeitsleitung
    28
    Zylinderraum
    30
    Ringraum
    32
    Individualdruckwaage
    34
    Wegeventil
    36
    Sperrblock
    38
    Sperrblock
    40
    Zulaufmessblende
    42
    Ablaufmessblende
    44
    Zulaufmessblende
    46
    Ablaufmessblende
    48
    Rücklaufkanal
    50
    Rücklaufkanal
    52
    Zulaufkanal
    54
    Ablaufkanal
    56
    Aufstoßkolben
    58
    Aufstoßkolben
    60
    Kanal
    62
    Kanal
    64
    Vorlaufkanal
    66
    Druckwaagenfeder
    68
    Meldekanal
    70
    Abgreifkanal
    72
    Abgreifkanal
    74
    inverses Wechselventil
    76
    Zweigkanal
    78
    Zweigkanal
    80
    Wechselventil
    82
    LS-Wechselventil

Claims (10)

  1. Hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers (2), mit einer verstellbaren Zulauf- und einer verstellbaren Ablaufmessblende (40, 42; 44, 46), einer in einem Druckmittelvorlauf angeordneten Druckwaage (32) zum Steuern des Druckmittelvolumenstroms über die Zulaufmessblende (40, 42) und mit zumindest einem entsperrbaren Sperrblock (36, 38) der in Zulaufrichtung als Rückschlagventil wirkt und in Ablaufrichtung mittels eines Steuerdrucks (px) entsperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaage (32) in Öffnungsrichtung von einer konstanten Kraft (px) und in Schließrichtung vom niedrigeren der Drücke stromabwärts der Zulaufmessblende (40, 44) und stromaufwärts der Ablaufmessblende (42, 46) beaufschlagt ist.
  2. Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei eine Fördermenge einer Pumpe (8) in Abhängigkeit vom größeren der beiden Drücke einstellbar ist.
  3. Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Ablauf- und Zulaufmessblende (40, 42; 44, 46) durch ein stetig verstellbares Wegeventil (34) gebildet sind.
  4. Steueranordnung nach Patentanspruch 3, wobei der von einer Zulaufsteuerkante aufgesteuerte Zulaufquerschnitt größer ist als der von einer Ablaufsteuerkante aufgesteuerte Ablaufquerschnitt.
  5. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die konstante Kraft durch einen auf eine Steuerfläche der Druckwaage (32) wirkenden Steuerdruck (px) und/oder durch eine Feder aufgebracht ist.
  6. Steueranordnung nach Patentanspruch 5, erste Alternative, wobei der Konstantdruck (px) veränderbar oder auf Null absenkbar ist.
  7. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei im Zulauf und im Ablauf jeweils ein entsperrbarer Sperrblock (36, 38) angeordnet ist, der einen durch einen Steuerdruck betätigbarem Aufstoßkolben (56) hat.
  8. Steueranordnung nach Patentanspruch 7, wobei der Aufstoßkolben (56) in entgegengesetzter Richtung zum Steuerdruck vom Druck im Ablauf beaufschlagt ist.
  9. Steueranordnung nach Patentanspruch 7 oder 8, wobei der Steuerdruck dem konstantem Steuerdruck (px) entspricht.
  10. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der kleinere Druck über ein inverses Wechselventil (74) abgegriffen ist.
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