EP2118500B1 - Verfahren zum betreiben eines hydrauliksystems sowie hydrauliksystem - Google Patents

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EP2118500B1
EP2118500B1 EP07818902A EP07818902A EP2118500B1 EP 2118500 B1 EP2118500 B1 EP 2118500B1 EP 07818902 A EP07818902 A EP 07818902A EP 07818902 A EP07818902 A EP 07818902A EP 2118500 B1 EP2118500 B1 EP 2118500B1
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EP
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pressure
synchronous
syn
hydraulic
control
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Winfried RÜB
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Hydac Fluidtechnik GmbH
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    • F15B2211/781—Control of multiple output members one or more output members having priority

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic system with the features of the preamble of claim 1.
  • the spool valves of the directional control valves determine the opening size of the metering orifices for the supply of consumers. Due to the functional principle of the upstream pressure compensators, which copy the pressure of the external loads in front of the orifices and increase by the amount of force of their control spring, the pump presents a series of different high resistances. If the pump delivery rate is insufficient, the pump pressure breaks down and the working fluid flows the path of least resistance. The consumer with the highest load can thereby come to a standstill. Its "saved" volume flow is thus available to all other consumers.
  • the invention has the object to provide a hydraulic system is available, which is characterized by an overburden of the supply device by a comparatively improved performance.
  • each directional control valve changeover valves or a hydraulic logic circuit are assigned, via which the respective end faces of the spool either an encoder pressure or a synchronizing pressure can be fed.
  • the procedure is such that when the pressure difference at at least one metering orifice drops below a nominal value, a correction signal is generated, whose signal value is used to reduce the aperture size of all metering orifices synchronously, the correction signal being maintained until the nominal value of the pressure difference is maintained is reached again.
  • the correction signal is thus generated as a function of the fact that in an excessive demand of the hydraulic pump whose pump flow is no longer sufficient to produce the necessary back pressure on the metering orifice of the highest load, whereby the pressure difference decreases at this aperture below a specified target value.
  • a synchronizing pressure is preferably generated in a synchronous channel. Since the correction signal is thus in the form of a pressure signal, it can advantageously be brought into effect directly in the valve system.
  • the synchronous pressure is generated via a synchronous pressure compensator, which is acted upon on the one hand with the pump pressure and on the other hand with the highest load pressure of the system, plus the force of its control spring, and on the undershoot their control pressure difference, a pressure source is connected to the synchronous channel.
  • the spool for the change of the metering orifices by encoder pressure is hydraulically controlled, the synchronous pressure is supplied to the not controlled by the encoder pressure end face of the spool.
  • the synchronous pressure generated in operating conditions of the undersupply therefore causes the control spool of all directional valves are reset against the respective sensor pressure by an amount dependent on the synchronous pressure and therefore all consumers are supplied for the compensation of the undersupply with a correspondingly reduced flow.
  • the pressure difference at the metering orifices of the directional control valves are regulated by an associated individual pressure compensator and the system pressure by a system pressure compensator.
  • the differential pressure of the synchronous pressure compensator is set to a slightly lower value than the differential pressure of the system pressure compensator. This ensures that during normal operation of the system the differential pressure in the system is clearly determined by the system pressure compensator.
  • the pressure difference of the synchronous pressure compensator is preferably set to the pressure difference of the individual pressure compensators or higher.
  • valve and pump system is dimensioned so that at maximum possible volume flow requirement of the maximum synchronous pressure does not exceed the biasing force of the centering springs of the spool. This ensures that in the event of a shortage of the system, the spools can not be reset to their neutral position by the synchronous pressure.
  • the supply of the correction signal to the respective preferred consumer can be prevented in the manner of a priority circuit.
  • FIG. 1 which shows a prior art hydraulic system for the supply of two consumers (not shown), a pump line 1 upstream system pressure regulator is omitted.
  • FIGS. 2 and 3 show two embodiments of system pressure regulators used in hydraulic systems of the Fig. 1 shown type can be used to keep the pressure difference of pump pressure P pu and maximum load pressure LSmax constant. These are in Fig.
  • Fig. 3 shows the contrast, the use of a variable displacement pump 9, whose controller is formed by a directional control valve 11, which regulates the required flow within the control loop "adjustment mechanism of the pump".
  • the directional control valves 13 are each preceded by an individual pressure compensator 19, which in the conventional pressure balances on the one hand with the pending at the respective metering orifice 17 of the directional valve 13 back pressure p1 'and p2' and on the other hand with the load pressure of the associated consumer LS 1 and LS 2 , plus the force of their control spring 21, are acted upon.
  • system pressure regulator 1 not shown system pressure regulator is supplied.
  • the control valves 13 are hydraulically controlled by a donor pressure X a1 or X a2 or to the opposite end face to one end face of the spool 15 Encoder pressure X b1 or X b2 is supplied.
  • the Fig. 4 illustrates the different state, which results from the inventive method.
  • the directional control valves 13 are opened so far that the pump delivery flow is no longer sufficient to throttle the necessary dynamic pressure in front of the metering orifices 17, then the dynamic pressure decreases according to a quadratic function, see box 25 (first box from below).
  • box 27 the control law of a synchronous pressure balance (33 in Fig. 5 ) that the demanded by the consumer volume flow is taken back to the possible pump delivery by a correction signal in the form of a synchronous pressure X syn , a compensation of the voltage applied to the control valves 15 driving pressures.
  • the compensating synchronous pressure X syn counteracts the triggering pressures X, see box 29, and thus reduces the opening cross-sections of all metering orifices 17. This takes place until the target differential pressure set at the synchronous pressure compensator 33 is reached again, see box 31.
  • the Fig. 5 illustrates the inventive method using a hydraulic system with three-way valves 13 for the supply of three consumers, the supply lines omitted and the directional control valves 13 are shown simplified for clarity.
  • the directional control valves 13 are two an individual pressure compensator 19, in the same arrangement as in Fig. 1 shown, upstream, while the directional control valve 13 is integrated for the consumer N without individual pressure compensator in the system.
  • the system pressure regulation takes place according to the example of Fig. 2 by a three-way pressure compensator 5 connected to the pump line 1 at the outlet of the fixed displacement pump 3.
  • the synchronous pressure compensator 33 serving to produce a synchronous pressure X syn in a synchronous channel 35 is acted upon on the one hand by the pump pressure P pu and on the other hand by the maximum control block load pressure L STB , plus the force of a control spring 37.
  • the selection, which Load pressure as the maximum load pressure L STB is supplied to both the synchronous pressure compensator 33 and the system pressure 5, is done as in the system of Fig. 1 , by shuttle valves 23.
  • the synchronous pressure compensator 33 operates as the pump controller in a control loop in which also the spool 15 all directional control valves 13 participate.
  • the basic principle is a sensor circuit which monitors the level of the current pressure difference at the control block (directional control valve 13). If this pressure difference in the specified range, then the synchronous pressure compensator 33 remains passive, ie it is pressed by the desired pressure difference against their control spring 37 and relieves the synchronous channel 35 to tank 39. In the other case, the synchronous pressure compensator 33 goes into an open position and feeds from a supply line 41 volume flow in the synchronous channel 35 to produce a synchronous pressure X syn .
  • the synchronous channel 35 is connected in parallel with each end of all spool 15, wherein the decision - supply of control pressure / pressure sensor - is made in each case by a shuttle valve 43, on the one hand encoder pressure X ... and on the other hand, the synchronous pressure X syn is supplied.
  • the differential pressure of the synchronous pressure compensator 33 is set slightly lower than the differential pressure of the system pressure regulator, so that the differential pressure in the system is clearly determined by the system pressure regulator in normal, saturated operation.
  • the differential pressure of the individual pressure compensators 19 is ideally set to the value of the pressure difference of the synchronous pressure compensator 33. Then the synchronous pressure compensator 33 detects an incipient undersaturation of the system pressure compensator 5, while the individual pressure compensators 19 are still saturated.
  • a logic circuit on the spool 15 of the directional control valves 13 make a choice about which end side donor pressure or synchronous pressure is supplied.
  • Fig. 7 shows a sectional view of the synchronous pressure compensator 33, the slider 45 is shifted by the load pressure LS and the force of the control spring 37 so far in the figure to the left that a control edge 47 begins to connect the supply line 41 to the synchronous channel 35, while the connection to Tank 39 is stopped.
  • the pressure P pu increases until the desired differential pressure is reached and the spool 45 is reset to the right, the synchronous channel 35 is relieved again to tank 39.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
  • Bei motorisch angetriebenen Anlagen und Geräten mit Hydrauliksystemen, beispielsweise bei lader- und baggerartigen Baumaschinen, ist man aus Kostengründen üblicherweise gezwungen, die Leistung des zum Antrieb der Hydropumpe dienenden Dieselmotors ohne Reserven auszulegen. Ebenfalls aus Kostengründen wird auch die Hydropumpe in vielen Fällen nicht so ausgelegt, dass bei gleichzeitig maximaler Volumenstrom-Anforderung aller Verbraucher eine ausreichende Versorgung aller Verbraucher gewährleistet wäre.
  • Dies führt im Arbeitsbetrieb dazu, dass einerseits der Dieselmotor an seiner Leistungsgrenze betrieben wird und andererseits die Pumpenfördermenge bei parallelem Betrieb von hydraulischen Verbrauchern nicht für die gewünschten maximalen Arbeitsgeschwindigkeiten ausreicht. Man ist daher gezwungen, bei Sicherheitsfunktionen Prioritätsventile einzusetzen, die zunächst die bevorzugten Verbraucher versorgen, bevor die Zuleitung zu den weiteren Verbrauchern freigegeben wird. Alle anderen Verbraucher müssen sich den Reststrom teilen.
  • Bei Arbeitsgeräten wie den erwähnten Baumaschinen ist es Stand der Technik, die Verbraucher über Wegeventile mit vorgeschalteten Druckwaagen zu versorgen, wobei die Steuerschieber der Wegeventile die Öffnungsgröße der Zumessblenden für die Versorgung der Verbraucher bestimmen. Durch das Funktionsprinzip der vorgeschalteten Druckwaagen, die den Druck der äußeren Lasten jeweils vor die Zumessblenden kopieren und noch um den Betrag der Kraft ihrer Regelfeder erhöhen, stellt sich von der Pumpe aus betrachtet eine Reihe unterschiedlich hoher Widerstände dar. Bei unzureichender Pumpenfördermenge bricht der Pumpendruck ein und das Arbeitsmedium fließt den Weg des geringsten Widerstandes. Der Verbraucher mit der höchsten Last kann dadurch zum Stillstand kommen. Sein "eingesparter" Volumenstrom steht damit allen andere Verbrauchern zur Verfügung.
  • Für den Maschinenbediener ist dieses Systemverhalten nicht akzeptabel, denn bei der typischen Maschinensteuerung mit Kreuzhebel werden mehrere Funktionen gleichzeitig gefahren. Bleibt ein Verbraucher ungewollt stehen, dann kommt der Bediener mit der Steuerung in Schwierigkeiten.
  • Der Versuch, diese Probleme zu beheben, indem man Ventile mit der Zumessblende nachgeschalteten Druckwaagen benutzt, führt nicht zum gewünschten Erfolg, obgleich nachgeschaltete Druckwaagen den Lastdruck nicht vor die Zumessblende, sondern den höchsten Lastdruck im System hinter die Zumessblende kopieren, wodurch auch bei Einbruch des Pumpendruckes von der Pumpe aus betrachtet alle Widerstände gleich bleiben. In nachteiliger Weise muss bei derartigen Systemen jedoch eine Mengenabschneidung vor der Zumessblende erfolgen, was nicht ohne weiteres möglich ist. Ein weiterer besonderer Nachteil besteht darin, dass das Lastmeldesystem von Wegeventilen mit nachgeschalteter Druckwaage einen ständigen Ausspeisestrom aus dem geregelten Volumenstrom des lasthöchsten Verbrauchers bedingt, was einen Energieverlust darstellt.
  • Durch die JP 01-269704 A ist ein Hydrauliksystem bekannt, das folgende Merkmale aufweist:
    1. a) mindestens eine Versorgungseinrichtung, insbesondere Hydropumpe, die verschiedene hydraulische Verbraucher versorgt;
    2. b) je eine jedem Verbraucher zugeordnete, einstellbare Zumessblende, um einen von deren Öffnungsgröße abhängigen Volumenstrom an Druckflüssigkeit zuzuführen, und
    3. c) eine Synchroneinrichtung, um bei einem Absinken der Druckdifferenz an zumindest einer Zumessblende unter einen Sollwert ein Korrektursignal in Form eines Synchrondrucks zu erzeugen, von dessen Signalwert abhängig die Öffnungsgröße aller Zumessblenden synchron verringerbar ist, wobei
      • durch die Synchroneinrichtung sichergestellt ist, dass bei einer Unterversorgung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers das Volumenstromdefizit für diesen Verbraucher derart ausgeglichen ist, dass alle Verbraucher das Defizit gleichermaßen kompensieren, wobei
      • für die Steuerung der Versorgung der Verbraucher Proportional-Wegeventile vorgesehen sind, deren Steuerschieber für die Veränderung der Zumessblenden durch Geberdruck hydraulisch ansteuerbar ist, und wobei
      • der Synchrondruck über einen Synchronkanal parallel mit jeder Stirnseite der Steuerschieber aller Wegeventile verbindbar ist.
  • Hydrauliksysteme mit vergleichbar aufgebauten Synchroneinrichtungen sind im übrigen auch durch die US-A-3 987 622 , DE 39 01 349 A1 , DE 199 57 027 A1 und DE 40 41 288 C1 der Fachwelt bekannt geworden. Was das Betriebsverhalten anbelangt, lassen die bekannten Lösungen bei einer Überforderung der Versorgungseinrichtung noch Wünsche offen.
  • Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Hydrauliksystem zur Verfügung zu stellen, das sich bei einer Überforderung der Versorgungseinrichtung durch ein vergleichsweise verbessertes Betriebsverhalten auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Hydrauliksystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
  • Demgemäß besteht die Besonderheit der Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 darin, dass jedem Wegeventil Wechselventile oder eine hydraulische Logikschaltung zugeordnet sind, über die den jeweiligen Stirnseiten der Steuerschieber entweder ein Geberdruck oder ein Synchrondruck zuführbar ist. Hieraus ergibt sich in Verbindung mit den sonstigen Merkmalen des Patentanspruches 1 bei einer Überforderung der Versorgungseinrichtung ein vergleichsweise verbessertes Betriebsverhalten gegenüber dem Stand der Technik.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden bei einer Unterversorgung eines Verbrauchers sämtliche im Hydrauliksystem befindlichen Verbraucher herangezogen, um das Volumenstromdefizit des unterversorgten Verbrauchers zu kompensieren. Während bei einem Teil der im Stand der Technik aufgezeigten Systeme mit vorgeschalteter Druckwaage im Falle einer Unterversorgung ein Stillstand des lasthöchsten Verbrauchers eintreten kann, dessen eingesparter Volumenstrom dann den übrigen Verbrauchern zugute kommt, sieht die erfindungsgemäße Lösung demgegenüber vor, dass im Falle der Unterversorgung von sämtlichen Verbrauchern ein entsprechend verringerter Volumenstrom zur Verfügung gestellt wird. Es besteht daher keine Gefahr, dass ein Maschinenbediener, der gleichzeitig mehrere Verbraucher steuert, um mehrere Funktionen gleichzeitig zu fahren, mit der Situation konfrontiert wird, dass ein Verbraucher zum Stillstand kommt, während die übrigen Verbraucher weiter tätig (in Bewegung) sind.
  • Bei der erfindüngsgemässen Lösung, bei der aus einem Pumpenförderstrom jedem Verbraucher über eine zugeordnete, einstellbare Zumessblende ein von deren Öffnungsgröße abhängiger Volumenstrom an Druckflüssigkeit zugeführt wird, wobei an den Blenden jeweils eine mit deren Öffnungsgröße und dem Pumpenförderstrom in Bezug stehende Druckdifferenz erzeugt wird, kann in vorteilhafter Weise so vorgegangen werden, dass bei einem Absinken der Druckdifferenz an zumindest einer Zumessblende unter einen Sollwert ein Korrektursignal erzeugt wird, von dessen Signalwert abhängig die Öffnungsgröße aller Zumessblenden synchron verringert wird, wobei das Korrektursignal so lange aufrecht erhalten wird, bis der Sollwert der Druckdifferenz wieder erreicht wird. Das Korrektursignal wird also in Abhängigkeit davon erzeugt, dass bei einer Überforderung der Hydropumpe deren Pumpenförderstrom nicht mehr ausreicht, um an der Zumessblende des lasthöchsten Verbrauchers den notwendigen Staudruck zu erzeugen, wodurch die Druckdifferenz an dieser Blende unter einen spezifizierten Sollwert absinkt.
  • Als Korrektursignal wird vorzugsweise ein Synchrondruck in einem Synchronkanal erzeugt. Da das Korrektursignal somit in Form eines Drucksignales vorliegt, kann es in vorteilhafter Weise unmittelbar im Ventilsystem zur Wirkung gebracht werden.
  • Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der Synchrondruck über eine Synchrondruckwaage erzeugt, die einerseits mit dem Pumpendruck und andererseits mit dem höchsten Lastdruck des Systems, zuzüglich der Kraft ihrer Regelfeder, beaufschlagt ist und über die bei Unterschreiten ihrer Regeldruckdifferenz eine Druckquelle mit dem Synchronkanal verbunden wird.
  • Bei der erfindüngsgemässen Lösung, bei der die Steuerung der Versorgung der Verbraucher durch Proportional-Wegeventile erfolgt, deren Steuerschieber für die Veränderung der Zumessblenden durch Geberdruck hydraulisch ansteuerbar ist, wird der Synchrondruck zu der nicht mit dem Geberdruck angesteuerten Stirnseite der Steuerschieber zugeführt. Der bei Betriebszuständen der Unterversorgung erzeugte Synchrondruck bewirkt daher, dass die Steuerschieber sämtlicher Wegeventile entgegen dem jeweiligen Geberdruck um einen vom Synchrondruck abhängigen Betrag zurückgestellt werden und daher sämtliche Verbraucher für die Kompensation der Unterversorgung mit einem entsprechend verringerten Volumenstrom versorgt werden.
  • Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen werden die Druckdifferenz an den Zumessblenden der Wegeventile durch eine zugeordnete Individualdruckwaage und der Systemdruck durch eine Systemdruckwaage geregelt.
  • Vorzugsweise wird hierbei der Differenzdruck der Synchrondruckwaage auf einen etwas geringeren Wert eingestellt als der Differenzdruck der Systemdruckwaage. Damit wird sichergestellt, dass im normalen Betrieb des Systems der Differenzdruck im System eindeutig von der Systemdruckwaage bestimmt wird.
  • Die Druckdifferenz der Synchrondruckwaage wird vorzugsweise auf die Druckdifferenz der Individualdruckwaagen oder höher eingestellt.
  • Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Ventil- und Pumpensystem so dimensioniert, dass bei maximal möglicher Volumenstrom-Anforderung der maximale Synchrondruck die Vorspannkraft der Zentrierfedern der Steuerschieber nicht übersteigt. Dadurch ist sichergestellt, dass im Falle einer Unterversorgung des Systems die Steuerschieber nicht bis zu ihrer Neutralstellung durch den Synchrondruck zurückgestellt werden können.
  • Bei Systemen mit Verbrauchern, die, beispielsweise aus Sicherheitsgründen, besonders bevorzugt sind, kann in der Art einer Prioritätsschaltung die Zufuhr des Korrektursignales zu dem jeweils bevorzugten Verbraucher unterbunden werden.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Hydraulikschaltplan eines dem Stande der Technik entsprechenden Hydrauliksystems zur Versorgung zweier hydraulischer Verbraucher;
    • - Fig. 2 und 3 Hydraulikschaltpläne zweier unterschiedlicher Systemdruckregler für einen Einsatz bei Hydrauliksystemen der in Fig. 1 gezeigten Art;
    • - Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips der Erfindung;
    • - Fig. 5 einen der Fig. 1 ähnlichen Hydraulikschaltplan, jedoch eines erfindungsgemäßen, für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Hydrauliksystems;
    • - Fig. 6 ein Schaltschema eines Wegeventils für das erfindungsgemäße Synchronsteuerungsverfahrens sowie mit einer Logikschaltung für die Ansteuerung mit Synchrondruck und
    • - Fig. 7 eine schematisch vereinfachte Schnittdarstellung einer Synchrondruckwaage.
  • In der Darstellung von Fig. 1, die ein dem Stand der Technik entsprechendes Hydrauliksystem für die Versorgung zweier Verbraucher (nicht dargestellt) zeigt, ist ein der Pumpenleitung 1 vorgeschalteter Systemdruckregler weggelassen. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen von Systemdruckreglern, die bei Hydrauliksystemen der in Fig. 1 gezeigten Art benutzt werden können, um die Druckdifferenz von Pumpendruck Ppu und maximalem Lastdruck LSmax konstant zu halten. Dabei handelt es sich in Fig. 2 um eine Hydropumpe in Form einer Konstantpumpe 3, deren Druckseite mit einer Drei-Wege-Druckwaage 5 verbunden ist, die einerseits mit dem Pumpendruck Ppu und andererseits mit LSmax, zuzüglich der Kraft einer Regelfeder 7, beaufschlagt ist und wie ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil arbeitet, das die Druckdifferenz zwischen Pumpenleitung 1 und LSmax konstant hält. Fig. 3 zeigt demgegenüber die Verwendung einer Verstellpumpe 9, deren Regler durch ein Wegeventil 11 gebildet ist, das innerhalb des Regelkreises "Verstellmechanismus der Pumpe" den geforderten Förderstrom einregelt.
  • Die Versorgung der in Fig. 1 nicht gezeigten Verbraucher über die Versorgungsleitungen A1, B1 und A2, B2 erfolgt über Proportional-Wegeventile 13, deren Steuerschieber 15 mit seinen Steuerkanten die Öffnungsgröße von Zumessblenden 17 definieren. Den Wegeventilen 13 ist jeweils eine Individualdruckwaage 19 vorgeschaltet, die in der bei vorgeschalteten Druckwaagen üblichen Weise einerseits mit dem an der jeweiligen Zumessblende 17 des Wegeventils 13 anstehenden Staudruck p1' bzw. p2' und andererseits mit dem Lastdruck des zugehörigen Verbrauchers LS1 bzw. LS2, zuzüglich der Kraft ihrer Regelfeder 21, beaufschlagt sind. Ein Wechselventil 23, dem die Lastdrücke LS1 und LS2 zugeführt werden, entscheidet, welcher Lastdruck als LSmax dem in Fig. 1 nicht gezeigten Systemdruckregler zugeführt wird. Für die Steuerung der Volumenströme, die den Verbrauchern über die Versorgungsleitungen A1, B1 und A2 und B2 zugeführt werden, sind die Regelventile 13 hydraulisch ansteuerbar, indem zur einen Stirnseite der Steuerschieber 15 ein Geberdruck Xa1 bzw. Xa2 oder zu der gegenüberliegenden Stirnseite ein Geberdruck Xb1 bzw. Xb2 zugeführt wird.
  • Wenn beim Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Systems bei Überforderung der Pumpenleistung der Pumpendruck einbricht, steht an der Individualdruckwaage 19 mit dem höchsten Lastdruck nur noch eine verringerte Druckdifferenz als Drucküberschuß für die Regelung der Druckdifferenz an der betreffenden Zumessblende 17 zur Verfügung. Sinkt dieser Staudruck am höchst belasteten Wegeventil 13 auf den Lastdruck oder darunter, dann bleibt dieser Verbraucher stehen, während die niedrig belasteten sich weiter bewegen.
  • Die Fig. 4 verdeutlicht den hierzu unterschiedlichen Zustand, der sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt. Werden beim Betrieb des Systems die Wegeventile 13 so weit geöffnet, dass der Pumpenförderstrom nicht mehr ausreicht, um den notwendigen Staudruck vor den Zumessblenden 17 anzudrosseln, dann sinkt der Staudruck nach einer quadratischen Funktion, siehe Kasten 25 (erster Kasten von unten). Im nach oben folgenden Kasten 27 sorgt das Regelgesetz einer Synchrondruckwaage (33 in Fig. 5) dafür, dass der von den Verbrauchern angeforderte Volumenstrom wieder bis zur möglichen Pumpenfördermenge zurückgenommen wird, indem ein Korrektursignal in Form eines Synchrondruckes Xsyn, eine Kompensation der an den Steuerschiebern 15 anliegenden Ansteuerdrücke darstellt. Der kompensierende Synchrondruck Xsyn wirkt den Ansteuerdrücken X entgegen, siehe Kasten 29, und vermindert damit die Öffnungsquerschnitte aller Zumessblenden 17. Dies geschieht so lange, bis der an der Synchrondruckwaage 33 eingestellte Soll-Differenzdruck wieder erreicht ist, siehe Kasten 31.
  • Die Fig. 5 verdeutlicht das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Hydrauliksystems mit Drei-Wegeventilen 13 zur Versorgung von drei Verbrauchern, wobei die Versorgungsleitungen weggelassen und auch die Wegeventile 13 der Übersichtlichkeit halber vereinfacht eingezeichnet sind. Von den Wegeventilen 13 sind zweien eine Individualdruckwaage 19, in gleicher Anordnung wie bei Fig. 1 gezeigt, vorgeschaltet, während das Wegeventil 13 für den Verbraucher N ohne Individualdruckwaage in das System integriert ist. Die Systemdruckregelung erfolgt entsprechend dem Beispiel der Fig. 2 durch eine an die Pumpenleitung 1 am Ausgang der Konstantpumpe 3 angeschlossene Drei-Wege-Druckwaage 5.
  • Die zur Erzeugung eines Synchrondruckes Xsyn in einem Synchronkanal 35 dienende Synchrondruckwaage 33 ist einerseits mit dem Pumpendruck Ppu und andererseits mit dem maximalen Steuerblock-Lastdruck LSTB, zuzüglich der Kraft einer Regelfeder 37, beaufschlagt. Die Auswahl, welcher Lastdruck als maximaler Lastdruck LSTB sowohl zur Synchrondruckwaage 33 als auch zur Systemdruckwaage 5 zugeführt wird, geschieht, wie bei dem System von Fig. 1, durch Wechselventile 23.
  • Die Synchrondruckwaage 33 arbeitet wie der Pumpenregler in einem Regelkreis, in dem auch die Steuerschieber 15 sämtlicher Wegeventile 13 teilhaben. Das Grundprinzip ist eine Sensorschaltung, die die Höhe der aktuellen Druckdifferenz am Steuerblock (Wegeventil 13) überwacht. Ist diese Druckdifferenz im spezifizierten Bereich, dann bleibt die Synchrondruckwaage 33 passiv, d. h. sie wird von der gewünschten Druckdifferenz gegen ihre Regelfeder 37 gedrückt und entlastet den Synchronkanal 35 nach Tank 39. Im anderen Fall geht die Synchrondruckwaage 33 in eine Öffnungsstellung und speist aus einer Versorgungsleitung 41 Volumenstrom in den Synchronkanal 35, um einen Synchrondruck Xsyn zu erzeugen. Der Synchronkanal 35 ist parallel mit jeder Stirnseite aller Steuerschieber 15 verbindbar, wobei die Entscheidung - Zufuhr von Steuerdruck/Geberdruck - jeweils durch ein Wechselventil 43 getroffen wird, dem einerseits Geberdruck X... und andererseits der Synchrondruck Xsyn zugeführt wird.
  • Wenn der Synchrondruck Xsyn steigt und sich bis zur Stirnseite eines Steuerschiebers 15 durchsetzt, kann man davon ausgehen, dass es diejenige Seite des Steuerschiebers 15 ist, die der mit Geberdruck angesteuerten Seite entgegengesetzt ist. Wird beispielsweise ein Wegeventil 13 mit 7 bar angesteuert und liefert 50 1/min und steigt nun der Synchrondruck von 0 auf 2 bar, dann wird der mit 7 bar ausgelenkte Schieber 15 durch 2 bar Gegendruck auf eine Schieberstellung entsprechend 5 bar Ansteuerdruck zurückgestellt, wodurch der dem Verbraucher zugeführte Volumenstrom verringert wird. Entsprechendes gilt für die Steuerschieber 15 der Wegeventile 13 der übrigen Verbraucher. Der Synchrondruck wird so lange aufgebaut, d. h. die Synchrondruckwaage 33 bleibt so lange in Öffnungsstellung bis die gewünschte Druckdifferenz am Steuerblock wieder den Sollwert erreicht hat.
  • Der Differenzdruck der Synchrondruckwaage 33 wird etwas niedriger eingestellt als der Differenzdruck des Systemdruckreglers, damit im normalen, gesättigten Betrieb der Differenzdruck im System eindeutig vom Systemdruckregler bestimmt wird. Der Differenzdruck der Individualdruckwaagen 19 wird idealer Weise auf den Wert der Druckdifferenz der Synchrondruckwaage 33 eingestellt. Dann erkennt die Synchrondruckwaage 33 eine beginnende Untersättigung der Systemdruckwaage 5, während die Individualdruckwaagen 19 aber noch gesättigt sind. Dadurch entsteht auch bei beginnender Unterversorgung kein Fehler in der Synchronsteuerung weil, bevor die Individualdruckwaagen 19 wegen beginnender Untersättigung vollständig öffnen würden und dann nicht mehr regeln könnten, die Synchrondruckwaage 33 bereits beginnt, einen kompensierenden Synchrondruck Xsyn zu erzeugen, und damit alle ausgelenkten Steuerschieber 15 zurück zu stellen.
  • Als Alternative zur Benutzung von Wechselventilen 43 kann entsprechend Fig. 6 eine Logikschaltung am Steuerschieber 15 der Wegeventile 13 eine Auswahl darüber treffen, zu welcher Stirnseite Geberdruck oder Synchrondruck zugeführt wird.
  • Fig. 7 zeigt eine Schnittdarstellung der Synchrondruckwaage 33, deren Schieber 45 durch den Lastdruck LS und die Kraft der Regelfeder 37 soweit in der Fig. nach links verschoben ist, dass eine Steuerkante 47 beginnt, die Versorgungsleitung 41 mit dem Synchronkanal 35 zu verbinden, während die Verbindung zum Tank 39 unterbunden ist. Wenn der Druck Ppu ansteigt, bis der gewünschte Differenzdruck erreicht ist und der Schieber 45 nach rechts zurückgestellt wird, wird der Synchronkanal 35 wieder nach Tank 39 entlastet.
  • Sofern im vorliegenden Text von Blenden, wie Zumessblenden gesprochen wird, gelten die dahingehenden Ausführungen auch für Drosseln, wie Zumessdrosseln. Ebenso geltend die dahingehenden Ausführungen für eingesetzte Düsen.

Claims (8)

  1. Hydrauliksystem, das aufweist:
    a) mindestens eine Versorgungseinrichtung, insbesondere Hydropumpe (3, 9), die verschiedene hydraulische Verbraucher versorgt;
    b) je eine jedem Verbraucher zugeordnete, einstellbare Zumessblende (17), um einen von deren Öffnungsgröße abhängigen Volumenstrom an Druckflüssigkeit zuzuführen, und
    c) eine Synchroneinrichtung (33, 35), um bei einem Absinken der Druckdifferenz an zumindest einer Zumessblende (17) unter einen Sollwert ein Korrektursignal in Form eines Synchrondrucks (Xsyn) zu erzeugen, von dessen Signalwert abhängig die Öffnungsgröße aller Zumessblenden (17) synchron verringerbar ist, wobei
    - durch die Synchroneinrichtung (33, 35) sichergestellt ist, dass bei einer Unterversorgung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers das Volumenstromdefizit für diesen Verbraucher derart ausgeglichen ist, dass alle Verbraucher das Defizit gleichermaßen kompensieren, wobei
    - für die Steuerung der Versorgung der Verbraucher Proportional-Wegeventile (13) vorgesehen sind, deren Steuerschieber (15) für die Veränderung der Zumessblenden (17) durch Geberdruck (X...) hydraulisch ansteuerbar ist, und wobei
    - der Synchrondruck (Xsyn) über einen Synchronkanal (35) parallel mit jeder Stirnseite der Steuerschieber (15) aller Wegeventile (13) verbindbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wegeventil (13) Wechselventile (43) oder eine hydraulische Logikschaltung (Fig. 6) zugeordnet sind, über die den jeweiligen Stirnseiten der Steuerschieber (15) entweder ein Geberdruck (X...) oder ein Synchrondruck (Xsyn) zuführbar ist.
  2. Hydrauliksysytem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchrondruck (Xsyn) über eine Synchrondruckwaage (33) erzeugt ist, die einerseits mit dem Pumpendruck (Ppu) und andererseits mit dem höchsten Lastdruck (LSTB) des Systems, zuzüglich der Kraft ihrer Regelfeder (37), beaufschlagt ist und über die bei Unterschreiten ihrer Regeldruckdifferenz eine Druckquelle (Pv) mit dem Synchronkanal (35) verbunden ist.
  3. Hydrauliksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Versorgung der Verbraucher durch die Proportional-Wegeventile (13) erfolgt, deren Steuerschieber (15) für die Veränderung der Zumessblenden (17) durch Geberdruck (X...) hydraulisch ansteuerbar ist, und dass der Synchrondruck (Xsyn) zu der nicht mit dem Geberdruck (X...) angesteuerten Stirnseite der Steuerschieber (15) zugeführt ist.
  4. Hydrauliksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz an den Zumessblenden (17) der Wegeventile (13) durch eine zugeordnete Individualdruckwaage (19) und der Systemdruck durch eine Systemdruckwaage (5) regelbar ist.
  5. Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck der Synchrondruckwaage (33) auf einen etwas geringeren Wert eingestellt ist als der Differenzdruck der Systemdruckwaage (5).
  6. Hydrauliksystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz der Synchrondruckwaage (33) auf die Druckdifferenz der Indivdualdruckwaagen (19) oder höher eingestellt ist.
  7. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil- und Pumpensystem so dimensioniert ist, dass bei maximal möglicher Volumenstrom-Anforderung der maximale Synchrondruck (Xsyn) die Vorspannkraft der Zentrierfedern der Steuerschieber (15) nicht übersteigt.
  8. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Korrektursignales (Xsyn) zu bevorzugten Verbrauchern unterbunden ist.
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