EP2171285B1

EP2171285B1 - Hydraulische steueranordnung

Info

Publication number: EP2171285B1
Application number: EP08759308A
Authority: EP
Inventors: Matthieu Desbois-Renaudin; Wolfgang Kauss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: EP2171285A1; US8671824B2; US20100180761A1; ATE535717T1; JP5340278B2; JP2010531419A; WO2009000471A1; DE102007029355A1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung zumindest eines Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Steueranordnung ist beispielsweise aus der US 5 138 838 A bekannt. Bei dieser Steueranordnung wird ein Verbraucher, beispielsweise ein Differentialzylinder über eine Ventileinrichtung mit Druckmittel versorgt, das von einer Pumpe bereitgestellt wird. Im Vorlauf zum und im Rücklauf vom Verbraucher, ist jeweils ein stetig verstellbares Wegeventil angeordnet. Die Wegeventile sind in Ihrer Neutralposition in eine Sperrstellung vorgespannt und lassen sich über Druckreduzierventile jeweils in eine Richtung verstellen, in der die Pumpe mit dem zugeordneten Druckraum und in eine andere Richtung, in der jeweils der zugeordnete Druckraum mit dem Tank verbunden ist. Bei dieser bekannten Steueranordnung kann durch geeignete Ansteuerung der beiden Wegeventile der Verbraucher mit einer so genannten Regenerationsschaltung betrieben werden. Dabei ist beispielsweise beim Ausfahren eines Zylinders der sich verkleinernde Ringraum über das zugeordnete Wegeventil mit dem Druckmittelzulauf zum sich vergrößernden Druckraum verbunden, so dass der Zylinder im Eilgang ausgefahren wird. Nachteilig bei der Regenerations-/Differentialschaltung ist jedoch, dass aufgrund der Einspannung des Verbrauchers (effektive Wirkfläche entspricht der Kolbenstangenfläche bei gleichen Drücken im Ringraum und im Zylinderraum) der Verbraucher nicht mit der maximalen Leistung betrieben werden kann.
Eine derartige Steueranordnung bedarf auch eines relativ hohen vorrichtungstechnischen Aufwands, da die Wegeventile als 3-Stellungsventile ausgeführt sind und für jede Verstellrichtung jeweils ein Druckreduzierventil vorgesehen sein muss.
Aus der DE 34 22 978 A1 ist schon eine hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung zumindest eines Verbrauchers bekannt, die ein elektrohydraulisch stetig verstellbares Wegeventil aufweist, das drei Schaltstellungen besitzt und über das ein vorlaufseitiger Druckraum eines hydraulischen Verbrauchers mit einer Pumpe und ein rücklaufseitiger Druckraum des Verbrauchers mit einem Tank verbindbar ist. In einer der beiden vom Wegeventil zum Verbraucher führenden Leitungen ist ein Senkbremsventil angeordnet, das vom Druck in der anderen Leitung in Richtung seiner Öffnungsstellung beaufschlagt ist. In einer Mittelstellung des Wegeventils sind dessen beide Verbraucheranschlüsse zum Tank entlastet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung zu schaffen, die mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand in Regenerationsschaltung betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die hydraulische Steueranordnung mit einer stetig verstellbaren Ventileinrichtung ausgeführt, über die ein vorlaufseitiger Druckraum des zumindest einen Verbrauchers mit einer Pumpe und ein rücklaufseitiger Druckraum des Verbrauchers mit einem Tank verbindbar ist. Diese Ventileinrichtung hat im Zulauf und im Rücklauf jeweils ein Senkbremsventil, wobei das im Rücklauf gelegene Senkbremsventil vom jeweiligen Druck im Vorlauf in Richtung seiner Öffnungsstellung beaufschlagt ist. Außerdem besitzt die Ventileinrichtung im Rücklauf und im Vorlauf angeordnete, stetig verstellbare Wegeventile mit lediglich zwei Schaltstellungen, von denen eine eine offene Neutralstellung ist, in der eine Druckmittelverbindung zum Tank offen ist. D.h., zur Betätigung des Wegeventils ist lediglich ein Proportionalmagnet oder ein elektrisch vorgesteuertes Druckreduzierventil erforderlich, da im unbetätigten Zustand der zugeordnete Druckraum mit dem Tank verbunden ist und beim Verschieben des Wegeventils in Richtung der anderen Schaltposition die Druckmittelverbindung zur Pumpe aufgesteuert wird. Durch die Verwendung des Senkbremsventils wird das Entstehen von Kavitationen bei einer ziehenden Last verhindert. Im Fall einer drückenden Last, wird über den Druck im Vorlauf das im Rücklauf gelegene Senkbremsventil aufgesteuert. Falls die Verbraucher keinen Druckmittelbedarf haben, wird die jeweilige Last über das Senkbremsventil leckagefrei abgestützt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist gegenüber dem Stand der Technik zwar zumindest ein Senkbremsventil vorzusehen, dessen Preis jedoch geringer ist als derjenige des eingesparten Proportionalmagnets, so dass die Steueranordnung preisgünstiger als herkömmliche Lösungen realisierbar ist. Das Wegeventil ermöglicht die individuelle Einstellung des Druckmittelvolumenstroms im Vorlauf bzw. Rücklauf.
Senkbremsventile sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 196 08 801 C2 oder aus dem Datenblatt VPSO-SEC-42; 04.52.12-X-99-Z der Firma Oil Control, einer Tochter der Anmelderin, bekannt. Ein Senkbremsventil ist im Prinzip ein Sperrventil, das durch den Druck im Zulauf entriegelbar ist und bei drückender Last ein kontrolliertes Absenken ermöglicht.
Jedes Senkbremsventil kann in Vorlaufrichtung über eine Bypassleitung mit Rückschlagventil umgangen werden.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn das Senkbremsventil mit einer Druckbegrenzungsfunktion ausgeführt ist, so dass dieses als Sekundärdruckbegrenzungsventil wirkt, um den Druck im zugeordneten Druckmittelströmungspfad auf einen am Senkbremsventil eingestellten Maximalwert zu begrenzen. grenzungsventil wirkt, um den Druck im zugeordneten Druckmittelströmungspfad auf einen am Senkbremsventil eingestellten Maximalwert zu begrenzen.
Bei einer bevorzugten Variante des Senkbremsventils ist ein Schieber über eine Feder- in eine Schließposition vorgespannt und der Federraum zur Atmosphäre hin entlastet.
Zur Regeneration können die beiden 3/2-Wegeventile mittels der Steuereinheit in eine Stellung verstellt werden, in der der vorlaufseitige und der rücklaufseitige Druckraum des Verbrauchers beide mit der Pumpe verbunden sind.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es bevorzugt, wenn das Senkbremsventil in Vorlaufrichtung stromabwärts des jeweiligen Wegeventils angeordnet ist.
Die Steuereinrichtung kann besonders kompakt ausgeführt werden, wenn in die Ventileinrichtung am Gehäuse des Verbrauchers angeordnet oder in dieses Gehäuse integriert ist.
Die Pumpe der Steueranordnung wird vorzugsweise elektrisch oder elektrohydraulisch verstellbar ausgeführt, wobei eine Druckregelung vorgesehen ist.
Das Ansteuersignal für einen Pumpenregler ist dabei ein Maß für den Schwenkwinkel. Diese Vorgabe wird beispielsweise durch so genannte EP- oder EK-Pumpenregler mit elektroproportionaler Schwenkwinkel-Regelung erfüllt.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Einzelheiten der Pumpenreglung werden in der parallel hinterlegten Patentanmeldung "Hydraulische Steueranordnung" beschrieben, so dass in der vorliegenden Anmeldung nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Merkmale der Pumpenreglung beschrieben werden. Im Übrigen wird auf die parallel hinterlegte Patentanmeldung der Anmelderin verwiesen. Die Offenbarung dieser parallel hinterlegten Anmeldung gehört vollinhaltlich zur vorliegenden Anmeldung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Steueranordnung zur Druckmittelversorgung mehrerer Verbraucher;
Figur 2, eine Detailansicht einer einem Verbraucher zugeordneten Wegeventilsektion der Steueranordnung in einer Neutralstellung;
Figur 3, die Steueranordnung gemäß Fig. 2 bei ausfahrendem Zylinder, Regeneration und ziehender oder drückender Last;
Figur 4, den Lastfall gemäß Fig. 3 ohne Regeneration;
Figur 5, die Steueranordnung gemäß Figur 2 bei einfahrendem Zylinder und drückender oder ziehender Last und
Figur 6 eine vereinfachte Ausführung der Wegeventilsektion aus Figur 2.

Figur 1 zeigt eine hydraulische Steueranordnung 1 zur Druckmittelversorgung zweier Verbraucher 2, 4 eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Baggers, eines Baggerladers, eines Mini- und Kompaktbaggers oder eines Telehandlers. Es handelt sich dabei um ein so genanntes EFM-System (electronic flow management), bei dem die Ansteuerung der den Druckmittelvolumenstrom und die Druckmittelströmungsrichtung bestimmenden Ventilelemente elektrisch oder elektrohydraulisch in Abhängigkeit von, in einer Steuereinheit 6 abgelegten, Kennlinienfeldern erfolgt. Die Eingabe der Sollwerte erfolgt dabei über einen Joystick 8, der von der Bedienperson betätigt wird, um die Ausrüstung (beispielsweise Ausleger, Schaufel) des Arbeitsgerätes im Hinblick auf die Geschwindigkeit und die Position zu steuern.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Verbraucher 2, 4 jeweils als Differentialzylinder mit einem bodenseitigen Druckraum 10 bzw. 12 und einem kolbenstangenseitigen Ringraum 14 bzw. 16 ausgeführt. Diese Druckräume 10, 14; 12, 16 lassen sich jeweils über eine Wegeventilsektion 18, 20 mit einer Verstellpumpe 22 oder einem Tank 24 verbinden, um den Zylinder ein- oder auszufahren. Die Verstellpumpe 22 ist über einen Pumpenregler 26 druckgeregelt, über den nach Erreichen des vorgegebenen Druckes der Förderstrom der Pumpe so verstellt wird, dass der Druck in der Anlage unabhängig vom Förderstrom konstant bleibt. Mit einer Druckmittelvolumenstromänderung sollte praktisch keine Druckänderung verbunden sein.
Die Verstellpumpe 22 ist durch einen federbeaufschlagten Rückstellzylinder 28 in Richtung des maximalen Druckmittelvolumenstroms (Schwenkwinkel maximal) und in Richtung Verringerung des Druckmittelvolumenstroms durch einen Stellzylinder 30 beaufschlagt. Der in Richtung Verringerung des Druckmittelvolumenstroms wirkende Druckraum des Stellzylinders 30 ist über ein mit drei Anschlüssen ausgeführtes Pumpenregelventil 32 entweder mit dem Pumpendruck oder mit dem Tankdruck beaufschlagbar. Das Pumpenregelventil 32 ist in Richtung einer Verbindung des Druckraums des Stellzylinders 30 mit dem Tank 24 über eine Regelfeder und den Druck stromabwärts einer Düse 34 beaufschlagt, die in einer Steuerleitung 36 angeordnet ist, über die der Druck in einer an den Druckanschluss der Verstellpumpe 22 angeschlossenen Pumpenleitung 38 abgegriffen ist. Dieser Druck wirkt auch in Richtung einer Verbindung des Druckraums des Stellzylinders 30 mit dem Pumpendruck auf das Pumpenregelventil 32. Der stromabwärts der Düse 34 gelegene Bereich der Steuerleitung 36 ist über ein Druckbegrenzungsventil 40 mit dem Tank 24 verbindbar. Dieses Druckbegrenzungsventil 40 ist elektrisch über eine mit der Steuereinheit 6 verbundene Signalleitung bestromt wird. In seiner dargestellten, federvorgespannten Grundposition sperrt das Druckbegrenzungsventil 40 die Steuerölverbindung zum Tank 24 ab.
Der Pumpenregler 26 ist so eingestellt, dass eine Verstellung des Schwenkwinkels erst ab einem Stand-By-Druck von 20 bar möglich ist.
In der federvorgespannten Grundposition des Pumpenregelventils 32 ist der Druckraum des Stellzylinders 30 über zwei weitere Düsen 42, 44 mit einer zum Tank 24 führenden Tanksteuerleitung 46 verbunden. Beim Aufsteuern des Druckbegrenzungsventils 40 wird der stromabwärts der Düse 34 gelegene Teil der Steuert leitung 36 über das Druckbegrenzungsventil 40 mit der Tanksteuerleitung 46 verbunden, so dass das Pumpenregelventil 32 in der Darstellung gemäß Figur 1 durch den Pumpendruck nach rechts verschoben wird und die Druckmittelverbindung des Druckraums des Stellzylinders 30 zur Steuerleitung 36 aufgesteuert wird. Das Steueröl kann dann über das Pumpenregelventil 32 und die Düse 44 zum Stellzylinder 30 strömen, so dass durch den Druckaufbau im Druckraum des Stellzylinders 30 der Schwenkwinkel verringert wird bis sich der über die Steuereinheit 6 vorgegebene Pumpendruck einstellt. Weitere Erläuterungen zur Funktionsweise des Pumpenreglers 26 sind entbehrlich, da der Grundaufbau derartiger Druckregler beispielsweise im Datenblatt RD 92 703 der Bosch Rexroth AG beschrieben ist. Anstelle eines Druckreglers können auch andere Regler, beispielsweise elektroproportionale Schwenkwinkelregler (EP oder EK) verwendet werden. Derartige Regler sind im Datenblatt RD 92 708 der Bosch Rexroth AG beschrieben, so dass im Hinblick auf weitere Details auf diese Ausführungen verwiesen werden kann.
Der Druck in der Pumpenleitung 38 wird über einen Drucksensor 48 erfasst und über eine Signalleitung zur Steuereinheit 6 gemeldet.
Der Sauganschluss der Verstellpumpe 22 ist über eine Saugleitung 50 und einen Filter mit dem Tank 24 verbunden. Das von der Verstellpumpe 22 geförderte Druckmittel strömt über die Pumpenleitung 38 und die beiden Wegeventilsektionen 18, 20, deren Aufbau im Folgenden anhand Figur 2 erläutert wird, zu den Verbrauchern 2, 4. Das Druckmittel strömt rücklaufseitig von den Verbrauchern 2, 4 über die zugeordneten Wegeventilsektionen 18, 20 und eine Tankleitung 52 zum Tank 24 ab, wobei im Endabschnitt der Tankleitung 52 ein weiterer Filter vorgesehen ist, der über ein Druckbegrenzungsventil umgehbar ist und das beim Zusetzen des Filters und somit beim Ansteigen des Druckverlustes über dem Filter öffnet.
Die Temperatur des im Tank 24 aufgenommenen Druckmittels wird über einen Temperatursensor 54 erfasst und über eine Signalleitung zur Steuereinheit 6 gemeldet. Um ein Überhitzen des Druckmittels zu verhindern, ist ein Spülventil 57 zwischen der Tankleitung 52 und der Pumpenleitung 38 vorgesehen. Dieses Spülventil 57 hat auch eine Druckbegrenzungsfunktion, so dass der Druck in der Pumpenleitung 38 auf einen Maximaldruck begrenzbar ist. Bei geöffnetem Spülventil 57 kann das zur Betätigung der Verbraucher, insbesondere bei der Regenerationsschaltung verwendete Druckmittel gegen "frisches" Druckmittel aus dem Tank 24 ausgetauscht werden. Die Ansteuerung des Spülventils 57 erfolgt ebenfalls elektrisch in Abhängigkeit von einem Signal der Steuereinheit 6.
Figur 2 zeigt den Grundaufbau der beiden Wegeventilsektionen 18, 20, wobei beispielhaft das Wegeventilsegment 18 dargestellt ist und die Verstellpumpe 22 sowie der Tank 24 vereinfacht eingezeichnet sind.
Gemäß Figur 2 hat die Wegeventilsektion 18 zwei Druckanschlüsse P, die jeweils über eine Zulaufleitung 56, 58 an die Pumpenleitung 38 angeschlossen sind. Zwei Tankanschlüsse T der Wegeventilsektion 18 sind über Ablaufleitungen 60, 62 mit der Tankleitung 52 verbunden. Jeder Anschlusspaarung P, T der Wegeventilsektion 18 ist ein Arbeitsanschluss A bzw. B zugeordnet, der über eine Vorlaufleitung 64 bzw. eine Rücklaufleitung 66 mit dem Druckraum 10 bzw. dem Ringraum 14 des Verbrauchers 2 verbunden ist. Im Druckmittelströmungspfad zwischen den Anschlüssen P, T und den zugeordneten Arbeitsanschlüssen A, B sind jeweils ein stetig verstellbares 3-Wegeventil 68, 70 mit zwei Schaltstellungen und drei Anschlüssen und ein Senkbremsventil 72 bzw. 74 angeordnet. Jedes Wegeventil 68,70 ist über eine Regelfeder in seine dargestellte Neutralposition vorgespannt, in der die Ablaufleitung 60, 62 in Druckmittelverbindung mit einem Verbindungskanal 76, 78 steht, der sich jeweils hin zum benachbarten Senkbremsventil 72, 74 erstreckt.
Die Verstellung des Wegeventils 68, 70 erfolgt jeweils über ein Vorsteuerventil 81, 83 mit einem Proportionalmagneten 80, 82, der über Signalleitungen von der zentralen Steuereinheit 6 bestrombar ist, um durch Verstellen der Vorsteuerventile 81, 83, beispielsweise von Druckreduzierventilen, die Wegeventile 68, 70 unabhängig voneinander in Richtung ihrer in Figur 3 dargestellten Position zu verschieben, in der die Druckmittelverbindung der Zulaufleitungen 56, 58 zu den Verbindungskanälen 78 bzw. 76 aufgesteuert werden. Demzufolge haben die beiden Wegeventile 68, 70 mit ihrer zum Tank 24 hin offenen Neutralstellung einen äußerst einfachen Aufbau, wobei zur Verstellung - im Gegensatz zum eingangs beschriebenen Stand der Technik - lediglich ein Vorsteuerventil und ein Proportionalmagnet 80, 82 erforderlich ist, während bei den bekannten Lösungen mit geschlossener Mittelposition jeweils zwei teure Proportionalmagneten und zwei Vorsteuerventile verwendet werden müssen. Prinzipiell können die Wegeventile 68, 70 auch direkt über die Proportionalmagnete angesteuert werden.
Die beiden Senkbremsventile 72, 74 haben einen an sich bekannten Aufbau, wie er beispielsweise aus der eingangs genannten DE 196 08 801 C2 oder der Druckschrift der Firma Oil Control bekannt ist. Derartige Senkbremsventile ermöglichen das kontrollierte Absenken einer Last und wirken gleichzeitig als Sekundärdruckbegrenzungsventil. Dazu sind die Senkbremsventile durch eine verstellbare Vorspannfeder 84, 86 in eine Sperrstellung vorgespannt. Wie in Figur 2 angedeutet, sind die Federräume der beiden Vorspannfedern 84, 86 zur Atmosphäre hin belüftet. In Öffnungsrichtung wirkt der jeweilige Druck am zugeordneten Arbeitsanschluss A, B, der jeweils über eine Druckbegrenzungssteuerleitung 88, 90 abgegriffen wird. In Öffnungsrichtung wirkt des Weiteren der Druck im jeweils anderen Verbindungskanal 76, 78, der sozusagen "über Kreuz" mittels Aufsteuerleitungen 92, 94 abgegriffen wird. Über die beiden Senkbremsventile 72, 74 kann darüber hinaus die am Verbrauclier 2 angreifende Last leckagefrei abgestützt werden. Die Druckmittelzufuhr vom Wegeventil 68, 70 zum jeweiligen Druckraum des Verbrauchers 2 erfolgt dabei jeweils über einen Bypasskanal 96, 98, der den Verbindungskanal 76, 78 mit der jeweiligen Vorlaufleitung 64, 66 verbindet, wobei in jedem Bypasskanal 96, 98 ein in Richtung zum Verbraucher 2 öffnendes Rückschlagventil 100, 102 angeordnet ist.
In den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Neutralpositionen der beiden Wegeventile 68, 70 sind die beiden Druckräume jedes Verbrauchers 2, 4 mit dem Tank 24 verbunden. Die am Verbraucher 2 angreifende Last F ist durch das als Sitzventil ausgeführte Senkbremsventil 72, 74 leckagefrei abgestützt. Dabei kann die Last F als ziehende oder drückende Last ausgeführt sein. Über die Druckbegrenzungsfunktion der beiden Senkbremsventile 72, 74 ist gewährleistet, dass ein maximaler Druck in den Leitungen 64, 66 nicht überschritten werden kann.
Zum besseren Verständnis der Erfindung seien einige Lastfälle erläutert.
Es sei zunächst angenommen, dass am Zylinder 2. eine ziehende Last F angreift und dass dieser gemäß der Darstellung in Figur 3 ausgefahren werden soll (Bewegung nach rechts). Dieses Ausfahren soll mit maximaler Geschwindigkeit erfolgen (Eilgang). Hierzu werden die beiden Wegeventile 68, 70 in Richtung der in Figur 3 dargestellten Position verstellt, in der eine Regeneration erfolgt. D.h. der Verbraucher 2 wird über eine Differentialschaltung angesteuert, in der sowohl der Ringraum 14 als auch der bodenseitige Druckraum 10 mit der Pumpe 22 verbunden sind. Dazu werden die Wegeventile über die beiden Proportionalmagneten 80, 82 aus der Neutralposition (Fig. 2) nach links verschoben, so dass beide Druckanschlüsse P der Wegeventilsektion 18 mit den Verbindungskanälen 76, 78 verbunden sind. Das Druckmittel wird von der Pumpe 22 über den Druckanschluss P, das Wegeventil 68, die Verbindungsleitung 76, den Bypasskanal 96, das Rückschlagventil 100 und die Vorlaufleitung 64 in den sich vergrößernden bodenseitigen Druckraum 10 fördert. Das aus dem Ringraum 14 verdrängte Druckmittel strömt über die Rücklaufleitung 66 und das über den Druck im Verbindungskanal 76 in der Druckbegrenzungsfunktion vollständig aufgesteuerte Senkbremsventil 74, den Verbindungskanal 78 und das Wegeventil 70 zur Zulaufleitung 56 und von dort in die Pumpenleitung 38, so dass der vom Verbraucher ablaufende Druckmittelvolumenstrom zu dem von der Pumpe 22 geförderten Druckmittelvolumenstrom summiert wird.
Im bodenseitigen Druckraum 10 liegt dabei ein Druck an, der je nach Schiebereinstellung zwischen dem maximalen Pumpendruck (beispielsweise 250 bar) und 0 bar (Schieber in Neutralposition) beträgt. Nimmt man an, dass der Druck im Ringraum 14 etwa 250 bar beträgt (Schieber des Wegeventils 70 ganz auf, Pumpe auf 250 bar eingestellt) und dass die ziehende Last einem Druck von 50 bar entspricht, so müsste im bodenseitigen Druckraum 10 ein Druck eingestellt werden, der der Differenz aus dem Druck im Ringraum 14 minus der Last geteilt durch das Flächenverhältnis des Differentialzylinders (beispielsweise 2) beträgt, so dass sich bei 250 bar im Ringraum 14 und einer Last von 50 bar ein Druck von etwa 100 bar im Druckraum 10 ergibt.
Bei drückender Last ist die Funktion entsprechend, wobei der Druck in der vorlaufseitigen Vorlaufleitung 64 durch die Druckbegrenzungsfunktion des Senkbremsventils 72 begrenzt ist.
Bei Regeneration wird der Verbraucher mit maximaler Geschwindigkeit verfahren, die vom Verbraucher aufgebrachte Kraft ist jedoch vergleichsweise gering, da die effektive Wirkfläche des Verbrauchers der Kolbenstangenfläche entspricht. Um die maximale Leistung des Verbrauchers 2 abzurufen, wird die Steueranordnung von Regeneration auf den in Figur 4 dargestellten Normalbetrieb umgeschaltet, indem das Wegeventil 70 in Richtung seiner Neutralposition verstellt wird, so dass das Druckmittel aus dem Ringraum 14 über die Rücklaufleitung 66, das aufgesteuerte Senkbremsventil 74, den Verbindungskanal 78 und über das Wegeventil 70 und die Ablaufleitung 60 zum Tank 24 hin abströmt. Bei ziehender Last (Figur 4) werden Kavitationen im Bereich der Vorlaufleitung 64 durch das Senkbremsventil 74 zuverlässig verhindert, da dieses durch das Einspannen des Verbrauchers 2 ein unkontrolliertes, zu schnelles Ausfahren des Verbrauchers 2 aufgrund der ziehenden Last verhindert. Der Maximaldruck in der Rücklaufleitung 66 wird dabei durch die Sekundärdruckbegrenzungsfunktion des Senkbremsventils 74 begrenzt. Der Druck im Druckmittelvorlauf wird wiederum über den vom Schieber des Wegeventils 68 eingestellten Öffnungsquerschnitt bestimmt und liegt somit zwischen 0 bar und dem maximalen Pumpendruck (beispielsweise 250 bar).
Bei drückender Last und bei ausfahrendem Zylinder 2 (Fig. 4) stellt sich in Abhängigkeit von der Schieberstellung des Wegeventils 68 und der Ansteuerung der Verstellpumpe 22 ein Druck im bodenseitigen Druckraum 10 ein, der zwischen dem Lastdruck und dem maximalen Pumpendruck liegt (Verbraucher auf Anschlag). Das im Rücklauf gelegene Senkbremsventil 74 wird durch den Druck im Zulauf (abgegriffen über die Aufsteuerleitung 94) vollständig aufgesteuert, so dass das Druckmittel aus dem Ringraum 14 zum Tank 24 abströmen kann. In diesem Lastfall wird kein Regenerationsbetrieb vorgesehen und Kavitationen sind nicht zu befürchten.
Bei einfahrendem Zylinder und ziehender oder drückender Last wird die Wegeventilsektion 18 in die in Figur 5 dargestellte Position umgeschaltet, in der das Wegeventil 68 die Druckmittelverbindung zum Tank 24 aufsteuert und über das Wegeventil 70 Druckmittel von der Pumpe 22 in den Ringraum 14 gefördert wird. Der Druck im Zulauf zum Ringraum 14 hängt dann von der Last, vom Öffnungsquerschnitt des Wegeventils 70 und vom eingestellten Pumpendruck ab. Das Druckmittel wird über den Bypasskanal 98 und das sich öffnende Rückschlagventil 102 und über die Rücklaufleitung 66 in den Ringraum 14 gefördert und strömt aus dem sich verkleinernden Druckraum 10 über die Vorlaufleitung 64 und das vom Druck im Zulauf (Verbindungskanal 78) geöffnete Senkbremsventil 72 sowie das in Richtung seiner Neutralposition verstellte Wegeventil 68 und die Ablaufleitung 62 zum Tank 24 ab. Das Druckniveau im Ablauf ist dabei durch das Senkbremsventil 72 begrenzt. Das Druckniveau im Zulauf liegt je nach Lastrichtung zwischen dem maximalen Pumpendruck und 0 bar (drückende Last, minimale Einfahrgeschwindigkeit).
In Figur 6 ist ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel der Steueranordnung 1 gemäß Figur 2 dargestellt. Der einzige Unterschied zu dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 besteht darin, dass in der dort mit Rücklaufleitung 66 bezeichneten, mit dem Verbraucher 2 verbundenen Leitung kein Senkbremsventil und ein diesem zugeordnetes Wegeventil mit zwei sogenannten "Schaltstellungen" sondern ein einziges stetig verstellbares Wegeventil 104 vorgesehen ist, das über eine Zentrierfederanordnung 105 in eine Grundposition (0) vorgespannt ist und das durch Betätigung zweier Vorsteuerventile 108, 83 in Richtung der in Figur 6 dargestellten Positionen (a) bzw. (b) verstellbar ist. Die beiden Vorsteuerventile 83, 108 sind - wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - als Druckreduzierventile ausgeführt, die jeweils über einen Proportionalmagneten 82, 106 ansteuerbar sind. Der Aufbau der in der Vorlaufleitung 64 ausgebildeten Ventile, mit dem Senkbremsventil 72, dem Rückschlagventil 100 und dem in eine Öffnungsstellung vorgespannten Wegeventil 68, das lediglich in eine Richtung über ein einziges Vorsteuerventil 81 verstellbar ist sowie die Druckmittelversorgung entsprechen dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass diesbezügliche Erläuterungen entbehrlich sind. Der Einfachheit halber werden die einander entsprechenden hydraulischen Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen wie beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel versehen und auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen.
In der dargestellten Grundposition (0) des stetig verstellbaren Wegeventils 104 ist die Druckmittelverbindung zwischen der Ablaufleitung 60, der Zulaufleitung 56 und der Rücklaufleitung 66 abgesperrt. Durch Bestromen des Proportionalmagneten 106 kann über das Druckreduzierventil 108 ein Steuerdruck eingestellt werden, so dass der Ventilschieber des Wegeventils 104 nach rechts in Richtung der mit (a) gekennzeichneten Positionen verstellt wird, in denen die Verbindung zwischen der Rücklaufleitung 66 und der Ablaufleitung 60 aufgesteuert ist. Die Druckmittelverbindung zur Zulaufleitung 56 bleibt gesperrt. Bei Ansteuerung des Vorsteuerventils 83 wird der Ventilschieber des Wegeventils 104 in Richtung (b) verstellt, so dass entsprechend die Druckmittelverbindung zwischen der Zulaufleitung 56 und der dann als Vorlaufleitung wirkenden Rücklaufleitung 66 aufgesteuert, die Druckmittelverbindung zwischen der Rücklaufleitung 66 und der Ablaufleitung 60 ist zugesteuert.
Die Betätigung des in der Vorlaufleitung 64 angeordneten Senkbremsventils 72 erfolgt - wie beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel - über den Druck in der Rücklaufleitung 66.
Selbstverständlich kann das Wegeventil 104 auch in die Vorlaufleitung 64 integriert werden, so dass dann das Senkbremsventil 74 und das Wegeventil 70 aus Figur 2 in der Rücklaufleitung 66 angeordnet bleiben.
Zum Einfahren des Hydrozylinders (Verbraucher 2) wird das Wegeventil 104 in Richtung seiner Position seiner Positionen (b) verstellt, so dass Druckmittel von Verstellpumpe 22 über die Pumpenleitung 38, die Zulaufleitung 56, das Wegeventil 104 und die dann als Zulaufleitung wirkende Rücklaufleitung 66 zum Ringraum 14 des Verbrauchers gefördert wird. Über das Wegeventil 104 wird dann entsprechend der Druckmittelvolumenstrom und auch der im Ringraum 14 wirksame Druck eingestellt. Durch den Druck in der Rücklaufleitung 66 wird das Senkbremsventil 72 in seine Öffnungsstellung verstellt, so dass beispielsweise bei einer drückenden Last Kavitationen verhindert werden, da dann der Verbraucher 2 eingespannt bleibt. Bei einer ziehenden Last ist das Senkbremsventil 72 durch den über die Aufsteuerleitung 92 abgegriffenen Druck im Vorlauf vollständig oder nahezu vollständig aufgesteuert, so dass das Druckmittel über das Senkbremsventil 72 und das entsprechend eingestellte Wegeventil 68 zum Tank 24 abströmen kann.
Beim Ausfahren des Verbrauchers (Hydrozylinder 2) kann die Steueranordnung auch wieder im Regenerationsmodus betrieben werden, wobei dann über das Vorsteuerventil 81 das Wegeventil 68 umgeschaltet wird und über das Vorsteuerventil 83 das Wegeventil 104 in Richtung seiner Position (b) verstellt wird, so dass das Druckmittel aus dem Ringraum 14 über das Wegeventil 104 in die Zulaufleitung 58 und von dort über das Wegeventil 68 und das Rückschlagventil 100 den Bypasskanal 96 und die Vorlaufleitung 64 zum Druckraum 10 strömt, so dass der Verbraucher 2 mit gro-βer Geschwindigkeit ausgefahren wird. Zum Aufbringen einer großen Kraft wird das Wegeventil 104 in Richtung seiner Positionen (a) verstellt, so dass das Druckmittel vom Ringraum 14 zum Tank 24 abströmt. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten der unterschiedlichen Betriebsmodi sei auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Die Umschaltung von Regeneration auf Normalbetrieb erfolgt vorzugsweise automatisch, wenn die Pumpe im Regenerationsmodus den Maximaldruck erreicht und der Schwenkwinkel zurückgestellt wird. Wie bereits eingangs erwähnt, werden weitere Einzelheiten der Pumpenregelung in der parallel hinterlegten Patentanmeldung erläutert. Zur Bestimmung des Schwenkwinkels kann die Verstellpumpe 22 mit einem Schwenkwinkelsensor ausgeführt sein.
Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung zumindest eines Verbrauchers, wobei im Vorlauf und/oder im Rücklauf des Verbrauchers ein stetig verstellbares Wegeventil mit zwei Schaltstellungen und ein Senkbremsventil angeordnet sind, wobei letzteres vom Druck im Zulauf in eine Öffnungsstellung bringbar ist. Das Wegeventil ist mit einer offenen Neutralstellung ausgeführt und kann elektrisch oder elektrohydraulisch aus dieser Neutralposition in Richtung seiner zweiten Schaltstellung verschoben werden.

Claims

Hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung zumindest eines Verbrauchers (2, 4), mit einer elektrisch oder elektrohydraulisch stetig verstellbaren Ventileinrichtung (18, 20), über die ein vorlaufseitiger Druckraum des Verbrauchers (2, 4) mit einer Pumpe (22) und ein rücklaufseitiger Druckraum des Verbrauchers (2, 4) mit einem Tank (24) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Zulauf und im Rücklauf jeweils ein Senkbremsventil (72, 74) angeordnet ist, wobei das im Rücklauf gelegene Senkbremsventil (72, 74) vom jeweiligen Druck im Vorlauf in Richtung seiner Öffnungsstellung beaufschlagt ist, und wobei die Ventileinrichtung (18, 20) im Rücklauf und im Vorlauf angeordnete, stetig verstellbare Wegeventile (68, 70) mit lediglich zwei Schaltstellungen hat, von denen eine eine offene Neutralstellung ist, in der eine Druckmittelverbindung zum Tank (24) offen ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei das Senkbremsventil (72, 74) mit Druckbegrenzungsfunktion ausgeführt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem das Senkbremsventil (72,74) umgehenden Bypass-Kanal (96), in dem ein zum Verbraucher (2,4) hin öffnendes Rückschlagventil (100,102) angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Ventilkörper des Senkbremsventils (72, 74) über eine Feder (84, 86) in eine Schließposition vorgespannt ist, deren Federraum zur Atmosphäre hin entlastet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche mit einer Steuereinheit (6), über die beide Wegeventile (68, 70) gleichzeitig in eine Stellung verstellbar sind, in der beide Verbraucherdruckräume (10, 14; 12, 16) mit der Pumpe (22) verbunden sind.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Senkbremsventil (72, 74) in Vorlaufrichtung stromabwärts des jeweiligen Wegeventils (68, 70) angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Ventileinrichtung (18, 20) am Gehäuse des Verbrauchers (2, 4) angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Pumpe (22) elektrisch oder elektrohydraulisch verstellbar ausgeführt ist und der Pumpendruck über einen Regelkreis mit einem Pumpenregler regelbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 8, wobei das Ansteuersignal für die Pumpe (22) ein Maß für deren Schwenkwinkel ist.