EP2171286B1 - Verfahren und hydraulische steueranordnung zur druckmittelversorgung zumindest eines hydraulischen verbrauchers - Google Patents

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EP2171286B1
EP2171286B1 EP08773546.0A EP08773546A EP2171286B1 EP 2171286 B1 EP2171286 B1 EP 2171286B1 EP 08773546 A EP08773546 A EP 08773546A EP 2171286 B1 EP2171286 B1 EP 2171286B1
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EP
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pressure
pump
valve
control arrangement
consumer
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Matthieu Desbois-Renaudin
Wolfgang Kauss
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F15B2211/7053—Double-acting output members

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a hydraulic consumer according to the preamble of claim 1 and a hydraulic control arrangement for supplying pressure medium to the consumer according to the independent claim 7.
  • a hydraulic control arrangement in which a consumer, for example a differential cylinder via a valve device with two continuously adjustable directional valves with pressure medium is supplied, which is provided by a pump.
  • a continuously adjustable directional control valve In the flow to and in the return from the consumer, each a continuously adjustable directional control valve is arranged.
  • the directional control valves are biased in their neutral position into a blocking position and can be adjusted via pressure reducing valves in each case in one direction, in which the pump with the associated pressure chamber and in another direction, in each of which the associated pressure chamber is connected to the tank.
  • this known control arrangement can be operated by a suitable control of the two-way valves, the consumer with a so-called regeneration circuit.
  • the decreasing annular space is connected via the associated directional control valve to the pressure medium inlet to the enlarging pressure chamber, so that the cylinder is extended in rapid traverse.
  • a disadvantage of the regeneration / differential circuit is that due to the clamping of the load (effective effective area corresponds approximately to the piston rod surface) of the consumer can not be operated with the maximum power.
  • the retrievable tomb performance in the regeneration mode is too low due to the clamping of the consumer.
  • the regeneration mode is accordingly preferably used when lowering the equipment of the mobile implement. To operate the consumer with high performance, such as when digging or lifting a load is then switched to the normal function in which the increasing pressure chamber with the pump and the decreasing pressure chamber is connected to the tank.
  • a lowering brake valve can be provided in the return from the consumer, as for example from the DE 196 08 801 C2 or from the data sheet VPSO-SEC-42; 04.52.12-X-99-Z of the company Oil Control, a subsidiary of the applicant is known.
  • the invention has for its object to optimize the switching from regeneration to normal operation in terms of the energy savings associated with the regeneration and the load available at the consumer.
  • a supply-side and a discharge-side pressure chamber of a hydraulic consumer are connected to a pump or a tank via a valve device which can be activated by means of a control unit in order to actuate the consumer.
  • the valve device is moved into a regeneration mode in which the pressure medium flowing from the return-side pressure chamber is summed to the flow rate of the pump, so that it can be adjusted to a lower flow or the consumer extends at a higher speed.
  • the adjustment of the pressure medium requirement by means of an actuator, such as a joystick. According to the adjustment of the pump takes place after a pressure control.
  • the actual pump delivery flow can be determined, for example, from the swivel angle of the pump designed as a variable displacement pump and the pump speed at a given pump pressure.
  • variable displacement pump is preferably designed with an electro-proportional swivel angle control, wherein preferably a control signal of a pressure control loop is then proportional to the swivel angle of the pump.
  • the actual pump pressure can be detected and compared with a predetermined pump pressure via the actuator.
  • the pressure difference is then fed as input to a controller, such as a PI or a PID controller whose output is a measure of the swing angle and forms the input signal of the pump controller.
  • the control of the consumer is further optimized if the regeneration mode is preset in certain directions of movement of the consumer, for example when lowering an excavator equipment as a starting situation. That as soon as the actuator (joystick) is moved in the direction of lowering, the regeneration mode is automatically set. This is maintained until the operator moves the joystick back to the zero position or moves beyond this zero position. The switch to normal operation then runs in the manner described above.
  • the switching between the regeneration mode and the normal operation is preferably carried out via a ramp, wherein the pressure medium connection between the variable displacement pump and the increasing pressure chamber remains open and the pressure medium connection of the decreasing pressure chamber is opened in accordance with the course of the ramp.
  • variable displacement pump with a suitable design, also allows power control.
  • the device complexity of the control arrangement can be reduced if a continuously adjustable directional control valve with two switching positions and a lowering brake valve are arranged in the flow and in the return of each consumer, so that flow and return are independently controlled.
  • the electrically or electro-hydraulically adjustable directional control valves are preferably open in their neutral position towards the tank.
  • the reliability of the control arrangement is improved when the lowering brake valves are designed with a secondary pressure limiting function.
  • FIG. 1 shows a hydraulic control arrangement 1 for pressure medium supply to two consumers 2, 4 of a mobile implement, such as an excavator, a backhoe loader, a mini and compact excavator or a telehandler.
  • a mobile implement such as an excavator, a backhoe loader, a mini and compact excavator or a telehandler.
  • EFM system electronic flow management
  • the input of the setpoints is carried out via a joystick 8, which is actuated by the operator to control the equipment (for example, boom, bucket) of the implement in terms of speed and position.
  • the two consumers 2, 4 are each designed as a differential cylinder with a bottom-side pressure chamber 10 and 12 and a piston rod side annular space 14 and 16 respectively.
  • These pressure chambers 10, 14; 12, 16 can each be connected via a directional control valve section 18, 20 with a variable displacement pump 22 or a tank 24 to the cylinder on or extend.
  • the variable displacement pump 22 is pressure-controlled via a pump regulator 26, via which, after reaching the predetermined pressure, the delivery flow of the pump is adjusted so that the pressure in the system remains constant independently of the delivery flow. With a pressure medium volume flow change virtually no pressure change should be connected.
  • the pump controller 25 allows via an electro-proportional swivel angle control directly controlled via a pivoting cradle of the variable displacement continuous and reproducible adjustment of the displacement of the pump.
  • Such pump regulators are known, for example, from the data sheet RE 92 708 - see here in particular the variants EP and EK, so that only the features of the pump controller 25 required for understanding the invention are explained here.
  • Such a pump regulator 25 has a pump control valve 26, which is designed with three connections and which is biased via a control spring 27 in the direction of a neutral position in which the three connections of the pump control valve 26 are shut off.
  • the control spring 27 is supported on the actuating piston 28 of an actuating cylinder 29, over which the pivoting cradle of the variable displacement pump 22 is pivotable.
  • the adjusting piston 28 is biased by a spring in a basic position in which the pivot angle of the variable displacement pump 22 is maximum.
  • the actuation of the valve spool of the pump control valve 26 via a proportional solenoid 30 which is energized via a connected to the control unit 6 signal line 51.
  • the channel 32 is connected via a nozzle 33 with a connecting channel 34, in which two pressure-limiting valves 35, 36 connected in series are arranged.
  • the output of in FIG. 2 downstream pressure relief valve 36 is connected via a tank control channel 37 to the tank 24.
  • the two pressure limiting valves 35, 36 are biased in the direction of their illustrated basic position in which the pressure medium connection to the tank control channel 37 is opened.
  • the two pressure relief valves 35, 36 are set to different pressures. Upon reaching the respective pressure, the relevant pressure relief valve 35, 36 adjusted from its illustrated home position, so that a Control oil flow path from the pump line 38 via the control line 31, the pressure limiting line 39, the relevant pressure relief valve 35, 36, the connecting channel 34 and the branch line 40 is opened to the spring chamber of the control spring, so that in this spring chamber as the pump pressure is effective. Accordingly, then the actuator piston 28 against the force of the return spring in the illustration according to FIG. 2 moved to the left and the swing angle is reset to zero, so that the delivery volume is correspondingly minimal or equal to zero.
  • the two pressure relief valves 35, 36 are biased in their basic position shown.
  • a predetermined stand-by pressure of, for example, 20 bar is required, only then can the force of the return spring be overcome.
  • the pivot angle of the variable displacement pump 22 is set to its maximum value.
  • the control piston of the pump control valve 26 in the illustration in accordance FIG. 2 shifted to the left, so that the control line 31 is connected to the channel 32 and a pressure corresponding to the pump pressure in the spring chamber of the control spring 27 is effective.
  • the return piston 28 is then adjusted against the force of its return spring in the direction of minimizing the pivot angle, so that the pump delivery flow goes to zero.
  • the pump control valve 26 Upon further adjustment of the pump control valve 26 to the left, the pressure medium connection between the control line 31 and the channel 32 is controlled and the spring chamber of the control spring 27 via the branch line 40 to the connecting channel 34 and thus connected to the tank control channel 37, so that the control oil from the spring chamber to Can flow out tank 24 and is adjusted according to the actuating piston 28 by the force of the return spring in the direction of increasing the pivot angle. Accordingly, the pump delivery flow increases proportional to the current at the proportional solenoid 30. In the event of a cable break or a loss of control signal, the variable-displacement pump 22 shown returns to its basic position, in which the maximum pivoting angle is set.
  • the pressure in the pump line 38 is detected by a pressure sensor 48 and reported via a signal line 46 to the control unit 6.
  • This corresponding to the actual pump pressure Pressure signal is compared with the target pressure set by means of the joystick 8 and the output signal is applied to an electronic PI or PID controller 47. Its output signal is then taken into account via the control unit 6 by software in the control of the directional control valve sections 18, 20.
  • the output signal is further applied via a signal amplifier 49 and a signal line 51 to the proportional solenoid 30 to adjust the control piston of the pump control valve 26, wherein in the control position of the control piston equilibrium between the force applied by the proportional magnet 30 and the force over the control spring 27th and adjusts the actuator piston 28 in the opposite direction applied force to the control piston.
  • the suction connection of the variable displacement pump 22 is connected to the tank 24 via a suction line 50 and a filter.
  • the pressure medium conveyed by the variable displacement pump 22 flows via the pump line 38 and the two directional control valve sections 18, 20, the structure of which is described below FIG. 2 is explained to the consumers 2, 4.
  • the pressure medium flows from the back of the consumers 2, 4 via the associated directional control valve sections 18, 20 and a tank line 52 to the tank 24, wherein in the end portion of the tank line 52, a further filter is provided over a pressure relief valve is bypassed and that opens when the filter clogging and thus the increase in pressure drop across the filter.
  • the temperature of the pressure medium received in the tank 24 is detected by a temperature sensor 54 and reported to the control unit 6 via a signal line.
  • a purge valve 57 is provided between the tank line 52 and the pump line 38. This purge valve 57 also has a pressure limiting function, so that the pressure in the pump line 38 can be limited to a maximum pressure.
  • the control of the flushing valve 57 is also carried out electrically in response to a signal of the control unit 6.
  • FIG. 3 shows the basic structure of the two-way valve sections 18, 20, wherein for example the directional control valve segment 18 is shown and the variable displacement pump 22 and the tank 24 are shown in simplified form.
  • the directional valve section 18 has two pressure ports P, which are each connected via a feed line 56, 58 to the pump line 38.
  • Two tank connections T of the directional valve section 18 are connected to the tank line 52 via discharge lines 60, 62.
  • Each connection pair P, T of the directional control valve section 18 is associated with a working port A and B, which is connected via a flow line 64 and a return line 66 to the pressure chamber 10 and the annular space 14 of the consumer 2.
  • a continuously adjustable 3-way valve 68, 70 with two switching positions and three terminals and a lowering brake valve 72 and 74 are respectively arranged.
  • Each directional control valve 68,70 is biased via a control spring in its neutral position shown, in which the drain line 60, 62 is in fluid communication with a connecting channel 76, 78, which extends in each case to the adjacent lowering brake valve 72, 74.
  • the two-way valves 68, 70 with their open to the tank 24 neutral position an extremely simple structure, wherein the adjustment - in contrast to the prior art described above - only a pilot valve and a proportional solenoid 80, 82 is required, while in the known Solutions with closed center position each two expensive proportional magnets must be used.
  • the directional control valves 68, 70 can also be controlled directly via proportional solenoids.
  • the two Senkbremsventile 72, 74 have a known structure, such as, for example, from the aforementioned DE 196 08 801 C2 or the publication of the company Oil Control is known.
  • Such lowering brake valves allow the controlled lowering of a load and simultaneously act as a secondary pressure relief valve.
  • the lowering brake valves are biased by an adjustable biasing spring 84, 86 in a locking position.
  • the spring chambers of the two bias springs 84, 86 are vented to the atmosphere. In the opening direction of the respective pressure acts on the associated working port A, B, which is tapped in each case via a pressure limiting control line 88, 90.
  • connection channel 76, 78 acts, which is tapped, as it were, "crosswise" by means of control lines 92, 94.
  • control lines 92, 94 may also be the consumer 2 attacking load are supported leak-free.
  • the pressure medium supply from the directional control valve 68, 70 to the respective pressure chamber of the consumer 2 is in each case via a bypass channel 96, 98 which connects the connecting channel 76, 78 with the respective flow line 64, 66, wherein in each bypass channel 96, 98 in the direction of the consumer 2 opening check valve 100, 102 is arranged.
  • the two pressure chambers of each consumer 2, 4 are connected to the tank 24.
  • the load F acting on the load 2 is supported leak-free by the lowering brake valve 72, 74 designed as a seat valve.
  • the load F can be designed as a pulling or pushing load.
  • About the pressure limiting function of the two lowering brake valves 72, 74 ensures that a maximum pressure in the lines 64, 66 can not be exceeded.
  • the pressure medium is pumped by the pump 22 via the pressure port P, the directional control valve 68, the connecting line 76, the bypass channel 96, the check valve 100 and the supply line 64 in the increasing bottom pressure chamber 10.
  • the pressure medium displaced from the annular space 14 flows via the return line 66 and the counterbalancing valve 74, which is completely opened by the pressure in the connecting channel 76 in the pressure limiting function, the connecting channel 78 and the directional control valve 70 to the inlet line 56 and from there into the pump line 38, so that the pressure from the Consumables running pressure fluid flow is summed to the funded by the pump 22 pressure fluid flow.
  • a pressure should be set in the bottom pressure chamber 10 , which is the difference of the pressure in the annular space 14 minus the load divided by the area ratio of the differential cylinder (for example 2), so that at 250 bar in the annular space 14 and a load of 50 bar, a pressure of about 100 bar results in the pressure chamber 10 ,
  • the directional control valve section 18 When the cylinder and pulling or pushing load, the directional control valve section 18 is in the in FIG. 6 shown switched position in which the directional control valve 68 controls the pressure medium connection to the tank 24 and via the directional control valve 70 pressure medium from the pump 22 is conveyed into the annular space 14. The pressure in the inlet to the annular space 14 then depends on the load, the opening cross section of the directional control valve 70 and the set pump pressure.
  • the pressure medium is conveyed via the bypass channel 98 and the opening check valve 102 and the return line 66 into the annular space 14 and flows from the decreasing pressure chamber 10 via the feed line 64 and the pressure in the inlet (connecting channel 78) open lowering brake valve 72 and the in the direction of its neutral position adjusted directional valve 68 and the drain line 62 to the tank 24 from.
  • the pressure level in the process is limited by the lowering brake valve 72.
  • the pressure level in the inlet is between the maximum pump pressure and 0 bar (pushing load, minimum retraction speed).
  • the regeneration mode is activated as the default for a specific direction of movement of the consumers 2, 4. This may for example be the case when the equipment of an excavator, such as the boom is lowered with a shovel.
  • the pump pressure of the variable displacement pump 22 increases accordingly and limited by the pump controller to a maximum value. Upon reaching this maximum value is - as described above - the swivel angle and thus also the control signal for the swivel angle of the variable 22, so that the pressure fluid flow provided by this no longer corresponds to the pre-set via the joystick 8 pressure medium requirement.
  • variable displacement pump 22 may be designed with a swivel angle sensor.
  • FIG. 7 is a simplified embodiment of the control arrangement 1 according to FIG. 2 shown.
  • the only difference from the above-described embodiment according to FIG. 2 is that in the designated there with return line 66, connected to the consumer 2 line no Senkbremsventil and associated with this directional control valve with two so-called “switching positions" but a single continuously variable directional control valve 104 is biased via a Zentrierfederan onion 105 in a basic position (0) and by operating two pilot valves 108, 83 in the direction of FIG. 7 shown positions (a) and (b) is adjustable.
  • the two pilot valves 83, 108 are - as in the above-described embodiment - designed as pressure reducing valves, which are each controlled by a proportional solenoid 82, 106.
  • the structure of the formed in the flow line 64 valves, with the lowering brake valve 72, the check valve 100 and the biased in an open position directional control valve 68 which is adjustable only in one direction via a single pilot valve 81 and the pressure medium supply correspond to the above-described embodiment, so that respect Explanations are dispensable.
  • the corresponding hydraulic components are provided with the same reference numerals as in the embodiment described above and referred to the relevant description.
  • the pressure medium connection between the drain line 60, the supply line 56 and the return line 66 is shut off.
  • a control pressure can be adjusted via the pressure reducing valve 108, so that the valve spool of the directional control valve 104 is adjusted to the right in the direction of (a) marked positions in which the connection between the return line 66 and the drain line 60 is turned on , The pressure medium connection to the supply line 56 remains blocked.
  • the valve slide of the directional valve 104 is adjusted in the direction (b), so that the pressure medium connection between the supply line 56 and the return line 66 acting as a supply line is correspondingly opened, and the pressure medium connection between the return line 66 and the discharge line 60 is controlled.
  • the directional control valve 104 can also be integrated into the supply line 64, so that then the lowering brake valve 74 and the directional control valve 70 from FIG. 3 are arranged in the return line 66.
  • the directional control valve 104 For retracting the hydraulic cylinder (consumer 2), the directional control valve 104 is adjusted in the direction of its position (b), so that pressure medium of variable displacement pump 22 via the pump line 38, the supply line 56, the directional control valve 104 and then acting as a supply line return line 66 for Annular space 14 of the consumer is promoted. About the directional control valve 104 is then set according to the pressure medium flow rate and the effective pressure in the annular space 14. Due to the pressure in the return line 66, the lowering brake valve 72 is adjusted to its open position, so that, for example cavitations are prevented at a pressing load, since then the consumer 2 remains clamped. In the case of a pulling load, the lowering brake valve 72 is completely or almost completely opened by the preselected pressure via the control line 92, so that the pressure medium can flow to the tank 24 via the lowering brake valve 72 and the corresponding directional control valve 68.
  • the control arrangement can also be operated again in the regeneration mode, in which case the directional control valve 68 is switched over the pilot valve 81 and the directional valve 104 is adjusted via the pilot valve 83 in the direction of its position (b), so that Pressure fluid from the annular space 14 via the directional control valve 104 in the supply line 58 and from there via the directional control valve 68 and the check valve 100, the bypass channel 96 and the flow line 64 to the pressure chamber 10 flows, so that the consumer 2 is extended at great speed.
  • the directional control valve 104 is adjusted in the direction of its positions (a), so that the pressure medium flows from the annular space 14 to the tank 24.
  • a hydraulic control arrangement and a method for controlling a hydraulic consumer which has a flow-side and a return-side pressure chamber, which can be connected via a valve device with a pump or a tank.
  • the control of the valve device by means of a control unit, via which the valve device is adjustable in a regeneration mode, in which both pressure chambers are connected to the pump.
  • the pump is pressure-controlled, wherein in the regeneration mode automatically switching to normal operation, in which the inlet-side pressure chamber with the pump and the return-side pressure chamber is connected to the tank, then takes place when the pump flow drops below the pressure medium requirement.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung des Verbrauchers gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 7.
  • In der US 513 883 A ist eine hydraulische Steueranordnung offenbart, bei der ein Verbraucher, beispielsweise ein Differentialzylinder über eine Ventileinrichtung mit zwei stetig verstellbaren Wegeventilen mit Druckmittel versorgbar ist, das von einer Pumpe bereit gestellt 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 etwa der Kolbenstangenfläche) der Verbraucher nicht mit der maximalen Leistung betrieben werden kann.
  • Wird eine derartige Steueranordnung beispielsweise bei einem mobilen Arbeitsgerät, wie einem Baggerlader, einem Mini- und Kompaktbagger oder einem Telehandler eingesetzt, so ist die abrufbare Grabteistung im Regenerationsmodus aufgrund der Einspannung des Verbrauchers zu gering. Der Regenerationsmodus wird entsprechend bevorzugt beim Absenken der Ausrüstung des mobilen Arbeitsgerätes eingesetzt. Zum Betreiben des Verbrauchers mit hoher Leistung, beispielsweise beim Graben oder einem Anheben einer Last wird dann auf die Normalfunktion umgeschaltet, in der der sich vergrößernde Druckraum mit der Pumpe und der sich verkleinernde Druckraum mit dem Tank verbunden ist.
  • Um bei ziehender Last das Entstehen von Kavitationen im Druckmittelvorlauf zu vermeiden, kann im Rücklauf vom Verbraucher ein Senkbremsventil vorgesehen werden, wie es 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 ist.
  • Die Verstellung der Wegeventile erfolgt über ein von einem Joystick angesteuertes Vorsteuergerät mit Druckreduzierventilen, wobei die Bedienperson selbst entscheidet, wann von Regeneration auf Normalbetrieb umgeschaltet wird. Dabei ist es oftmals schwierig, den richtigen Umschaltzeitpunkt zu ermitteln, so dass der Verbraucher zu lange Zeit im Regenerationsmodus mit verringerter Leistung oder aber bereits vorzeitig auf den Normalmodus umgeschaltet wird, obwohl noch ein Verfahren des Verbrauchers mit hoher Geschwindigkeit vorteilhaft wäre.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Umschalten von Regeneration auf Normalbetrieb im Hinblick auf die mit der Regeneration verbundene Energieeinsparung und die am Verbraucher abrufbare Leistung zu optimieren.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und eine hydraulische Steueranordnung mit der Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 7 gelöst.
  • Erfindungsgemäß werden ein vorlaufseitiger und ein ablaufseitiger Druckraum eines hydraulischen Verbrauchers über eine mittels einer Steuereinheit ansteuerbaren Ventileinrichtung mit einer Pumpe oder einem Tank verbunden, um den Verbraucher zu betätigen. Zum schnellen Verfahren des Verbrauchers wird die Ventileinrichtung in einen Regenerationsmodus verstellt, in dem das vom rücklaufseitigen Druckraum abströmende Druckmittel zum Förderstrom der Pumpe summiert wird, so dass diese auf einen geringeren Förderstrom eingestellt werden kann oder der Verbraucher mit höherer Geschwindigkeit ausfährt. Die Einstellung des Druckmittelbedarfs erfolgt mittels eines Stellglieds, beispielsweise eines Joysticks. Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung der Pumpe nach einer Druckregelung. Dabei wird selbsttätig auf den Normalbetrieb umgeschaltet, wenn der Pumpenförderstrom bei unverändert eingestelltem Druckmittelbedarf (Einstellung des Stellgliedes) über die Pumpenregelung verringert wird, so dass der Verbraucher langsamer wird oder stehen bleibt. Mit anderen Worten gesagt wird der Druck der Verstellpumpe überwacht. Falls diese im Regenerationsmodus ihren Maximaldruck erreicht, da der dem Verbraucher entgegenwirkende Widerstand ansteigt, wird der Schwenkwinkel der Pumpe entsprechend der Kennlinien der Pumpenregelung zurückgestellt, so dass der von der Pumpe geförderte Druckmittelvolumenstrom nicht mehr dem für das Stellglied vorgegebenen Druckmittelbedarf entspricht. Erfindungsgemäß wird aus einem Vergleich des Pumpenförderstroms mit dem über das Stellglied eingestellten Druckmittelbedarf entschieden, wann auf den Normalbetrieb umgeschaltet wird. Der optimale Umschaltzeitpunkt ist somit nicht mehr von der subjektiven Einschätzung der Bedienperson abhängig, so dass der Verbraucher mit höher Betriebssicherheit und verbesserter Effektivität betrieben werden kann.
  • Der tatsächliche Pumpenförderstrom kann beispielsweise aus dem Schwenkwinkel der als Verstellpumpe ausgeführten Pumpe und der Pumpendrehzahl bei vorgegebenen Pumpendruck ermittelt werden.
  • Die Verstellpumpe wird vorzugsweise mit einer elektroproportionalen Schwenkwinkel-Regelung ausgeführt, wobei vorzugsweise ein Stellsignal eines Druckregelkreises dann proportional zum Schwenkwinkel der Pumpe ist.
  • Hierzu kann der Ist-Pumpendruck erfasst werden und mit einem über das Stellglied vorgegebenen Soll-Pumpendruck verglichen werden. Die Druckdifferenz wird dann als Eingangssignal einem Regler, beispielsweise einem PI- oder einem PID-Regler zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Maß für den Schwenkwinkel ist und das Eingangssignal des Pumpenreglers bildet.
  • Die Ansteuerung des Verbrauchers ist weiter optimiert, wenn der Regenerationsmodus bei bestimmten Bewegungsrichtungen des Verbrauchers, beispielsweise beim Absenken einer Baggerausrüstung als Ausgangssituation voreingestellt wird. D.h. sobald das Stellglied (Joystick) in Richtung Absenken verstellt wird, ist automatisch der Regenerationsmodus eingestellt. Dieser bleibt so lange aufrecht erhalten, bis die Bedienperson den Joystick in die Nulllage zurückbewegt oder über diese Nulllage hinaus fährt. Die Umschaltung auf den Normalbetrieb läuft dann in der vorbeschriebenen Weise.
  • Die Umschaltung zwischen dem Regenerationsbetrieb und dem Normalbetrieb erfolgt vorzugsweise über eine Rampe, wobei die Druckmittelverbindung zwischen der Verstellpumpe und dem sich vergrößernden Druckraum geöffnet bleibt und die Druckmittelverbindung des sich verkleinernden Druckraums gemäß dem Verlauf der Rampe aufgesteuert wird.
  • Die Schwenkwinkelregelung der Verstellpumpe erlaubt bei geeigneter Auslegung auch eine Leistungsregelung.
  • Der vorrichtungstechnische Aufwand der Steueranordnung lässt sich verringern, wenn im Vorlauf und im Rücklauf jedes Verbrauchers ein stetig verstellbares Wegeventil mit zwei Schaltstellungen und ein Senkbremsventil angeordnet sind, so dass Vorlauf und Rücklauf unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
  • Die elektrisch oder elektrohydraulisch verstellbaren Wegeventile sind vorzugsweise in ihrer Neutralstellung zum Tank hin offen.
  • Die Betriebssicherheit der Steueranordnung ist verbessert, wenn die Senkbremsventile mit einer Sekundärdruckbegrenzungsfunktion ausgeführt sind.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Steueranordnung zur Ansteuerung zweier Verbraucher;
    • Figur 2 eine vergrößerte Darstellung einer Verstellpumpe der Steueranordnung aus Figur 1;
    • Figur 3 eine Teildarstellung einer Wegeventilsektion der Steueranordnung aus Figur 1;
    • die Figuren 4 bis 6 unterschiedliche Lastfälle im Regenerationsmodus oder im Normalbetrieb der Steueranordnung und
    • Figur 7 eine vereinfachte Ausführung der Wegeventilsektion aus Fig. 3.
  • 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 Verstellung der Verstellpumpe 22 erfolgt mittels eines Pumpenreglers 25, dessen Aufbau anhand der vergrößerten Darstellung in Figur 2 erläutert ist. Der Pumpenregler 25 ermöglicht über eine elektroproportionale Schwenkwinkel-Regelung eine direkt über eine Schwenkwiege der Verstellpumpe gesteuerte stufenlose und reproduzierbare Einstellung des Verdrängungsvolumens der Pumpe. Derartige Pumpenregler sind beispielsweise aus dem Datenblatt RD 92 708 - siehe hier insbesondere die Varianten EP und EK, bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Merkmale des Pumpenreglers 25 erläutert werden.
  • Ein derartiger Pumpenregler 25 hat ein Pumpenregelventil 26, das mit drei Anschlüssen ausgeführt ist und das über eine Regelfeder 27 in Richtung einer Neutralstellung vorgespannt ist, in der die drei Anschlüsse des Pumpenregelventils 26 abgesperrt sind. Die Regelfeder 27 stützt sich am Stellkolben 28 eines Stellzylinders 29 ab, über den die Schwenkwiege der Verstellpumpe 22 verschwenkbar ist. Der Stellkolben 28 ist über eine Feder in eine Grundposition vorgespannt, in der der Schwenkwinkel der Verstellpumpe 22 maximal ist. Die Betätigung des Ventilschiebers des Pumpenregelventils 26 erfolgt über einen Proportionalmagneten 30, der über eine mit der Steuereinheit 6 verbundene Signalleitung 51 bestrombar ist. Über diesen Proportionalmagneten 30 wird die Steuerkraft am Regelkolben des Pumpenregelventils 26 aufgebracht, wobei die Verstellung proportional zur Stromstärke erfolgt. Ein Eingangsanschluss des Pumpenregelventils 26 ist über eine Steuerleitung 31 mit einer an den Druckanschluss der Verstellpumpe 22 angeschlossenen Pumpenleitung 38 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Pumpenregelventils 26 ist über einen Kanal 32 mit einer in Richtung der Neutralposition wirksamen Steuerfläche des Regelkolbens verbunden. Diese Steuerfläche begrenzt einen Federraum der Regelfeder 27. Der Druck im Kanal 32 beaufschlagt auch eine in Verstellrichtung des Pumpenregelventils 26 wirksame Steuerfläche, so dass der Regelkolben beidseitig vom Druck am Ausgang des Pumpenregelventils beaufschlagt ist.
  • Der Kanal 32 ist über eine Düse 33 mit einem Verbindungskanal 34 verbunden, in dem zwei in Reihe geschaltete Druckbegrenzungsventile 35, 36 angeordnet sind. Der Ausgang des in Figur 2 stromabwärts gelegenen Druckbegrenzungsventils 36 ist über einen Tanksteuerkanal 37 mit dem Tank 24 verbunden.
  • Die beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36 sind in Richtung ihrer dargestellten Grundposition vorgespannt, in der die Druckmittelverbindung zum Tanksteuerkanal 37 geöffnet ist.
  • In Umsteuerrichtung wirkt auf die beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36 der Druck in der Steuerleitung 31, der über eine Druckbegrenzungsleitung 39 abgegriffen wird. Diese führt auch zum jeweiligen dritten Anschluss der beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36. Der im Bereich zwischen dem Druckbegrenzungsventil 35 und der Düse 33 gelegene Bereich des Verbindungskanals 34 ist über eine Zweigleitung 40 und ein in Richtung zum Druckbegrenzungsventil 35 öffnendes Rückschlagventil mit dem Federraum der Regelfeder 27 verbunden. Im Druckmittelströmungspfad zwischen der Düse 33 und dem Druckbegrenzungsventil 35 zweigt des Weiteren eine Verbindungsleitung ab, die über zwei weitere Düsen 41, 42 mit dem Tanksteuerkanal 37 verbunden ist. Zwischen den beiden Düsen 41, 42 zweigt ein Winkelkanal 43 ab, der in den Druckmittelströmungspfad zwischen den beiden Druckwaagen 35, 36 einmündet. In Richtung der federvorgespannten Grundposition der Druckbegrenzungsventile 35, 36 wirksame Steuerflächen sind des Weiteren noch über Vorsteuerleitungen 44, 45 mit dem Tanksteuerkanal 37 verbunden.
  • Die beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36 sind auf unterschiedliche Drücke eingestellt. Bei Erreichen des jeweiligen Drucks wird das betreffende Druckbegrenzungsventil 35, 36 aus seiner dargestellten Grundposition verstellt, so dass ein Steuerölströmungspfad von der Pumpenleitung 38 über die Steuerleitung 31, die Druckbegrenzungsleitung 39, das betreffende Druckbegrenzungsventil 35, 36, den Verbindungskanal 34 und die Zweigleitung 40 zu dem Federraum der Regelfeder aufgesteuert wird, so dass in diesem Federraum etwa der Pumpendruck wirksam ist. Dementsprechend wird dann der Stellkolben 28 gegen die Kraft der Rückstellfeder in der Darstellung gemäß Figur 2 nach links bewegt und der Schwenkwinkel auf Null zurückgestellt, so dass das Fördervolumen entsprechend minimal oder gleich Null ist.
  • Im Normalbetrieb der Verstellpumpe sind die beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36 in ihre dargestellte Grundposition vorgespannt. Zum Verstellen des Schwenkwinkels der Pumpe ist ein vorbestimmter Stand-by-Druck von beispielsweise 20 bar erforderlich, erst dann kann die Kraft der Rückstellfeder überwunden werden.
  • In der dargestellten Grundposition ist - wie bereits erwähnt - der Schwenkwinkel der Verstellpumpe 22 auf seinen Maximalwert eingestellt. Bei Bestromung des Proportionalmagneten 30 wird der Regelkolben des Pumpenregelventils 26 in der Darstellung gemäß Figur 2 nach links verschoben, so dass die Steuerleitung 31 mit dem Kanal 32 verbunden wird und ein dem Pumpendruck entsprechender Druck im Federraum der Regelfeder 27 wirksam ist. Durch diesen Druck wird dann der Rückstellkolben 28 gegen die Kraft seiner Rückstellfeder in Richtung einer Minimierung des Schwenkwinkels verstellt, so dass der Pumpenförderstrom gegen Null geht. Beim weiteren Verstellen des Pumpenregelventils 26 nach links wird die Druckmittelverbindung zwischen der Steuerleitung 31 und dem Kanal 32 zugesteuert und der Federraum der Regelfeder 27 über die Zweigleitung 40 mit dem Verbindungskanal 34 und damit mit dem Tanksteuerkanal 37 verbunden, so dass das Steueröl aus dem Federraum zum Tank 24 hin abströmen kann und entsprechend der Stellkolben 28 durch die Kraft der Rückstellfeder in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels verstellt wird. Dementsprechend wächst der Pumpenförderstrom proportional zur Stromstärke am Proportionalmagneten 30 an. Bei einem Kabelbruch oder einem Steuersignalverlust schwenkt die dargestellte Verstellpumpe 22 in ihre Grundposition zurück, in der der maximale Schwenkwinkel eingestellt ist.
  • Hinsichtlich weiterer Einzelheiten des Aufbaus des Pumpenreglers 26 wird auf das oben genannte Datenblatt RD 92 708 verwiesen.
  • Wie des Weiteren der Darstellung gemäß Figur 1 entnehmbar ist, wird der Druck in der Pumpenleitung 38 über einen Drucksensor 48 erfasst und über eine Signalleitung 46 zur Steuereinheit 6 gemeldet. Dieses dem Ist-Pumpendruck entsprechende Drucksignal wird mit dem mittels des Joysticks 8 eingestellten Solldruck verglichen und das Ausgangssignal auf einen elektronischen PI- oder PID-Regler 47 aufgegeben. Dessen Ausgangssignal wird dann über die Steuereinheit 6 softwaremäßig bei der Ansteuerung der Wegeventilsektionen 18, 20 berücksichtigt. Das Ausgangssignal wird des Weiteren über einen Signalverstärker 49 und eine Signalleitung 51 auf den Proportionalmagneten 30 aufgegeben, um den Regelkolben des Pumpenregelventils 26 zu verstellen, wobei sich in der Regelposition des Regelkolbens ein Gleichgewicht zwischen der vom Proportionalmagneten 30 aufgebrachten Kraft und der über die Regelfeder 27 und den Stellkolben 28 in Gegenrichtung aufgebrachten Kraft auf den Regelkolben einstellt.
  • 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 3 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 3 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 verwendet werden müssen. Prinzipiell können die Wegeventile 68, 70 auch direkt über 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 Verbraucher 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 3 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 4 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 4 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. 3) 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 5 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 5) 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. 5) 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 6 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).
  • Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der Regenerationsmodus bei einer bestimmten Bewegungsrichtung der Verbraucher 2, 4 als Voreinstellung angesteuert wird. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Ausrüstung eines Baggers, beispielsweise der Ausleger mit einer Schaufel abgesenkt wird. Wenn nun der Widerstand gegen die Bewegung der Arbeitsausrüstung ansteigt, wird entsprechend der Pumpendruck der Verstellpumpe 22 ansteigen und durch den Pumpenregler auf einen Maximalwert begrenzt. Bei Erreichen dieses Maximalwertes wird - wie eingangs beschrieben - der Schwenkwinkel und damit auch das Stellsignal für den Schwenkwinkel der Verstellpumpe 22 begrenzt, so dass der von dieser bereit gestellte Druckmittelvolumenstrom nicht mehr dem über den Joystick 8 voreingestellten Druckmittelbedarf entspricht. Erfindungsgemäß wird dann ohne Einwirkung der Bedienperson die betreffende Wegventilsektion 18, 20 in den vorbeschriebenen Normalbetrieb umgeschaltet, so dass beispielsweise die maximale Grableistung abrufbar ist. Zur Bestimmung des Schwenkwinkels kann die Verstellpumpe 22 mit einem Schwenkwinkelsensor ausgeführt sein.
  • In Figur 7 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 7 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 3 in der Rücklaufleitung 66 angeordnet sind.
  • 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 großer 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.
  • Offenbart sind eine hydraulische Steueranordnung und ein Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Verbrauchers, der einen vorlaufseitigen und einen rücklaufseitigen Druckraum hat, die über eine Ventileinrichtung mit einer Pumpe oder einem Tank verbindbar sind. Die Ansteuerung der Ventileinrichtung erfolgt mittels einer Steuereinheit, über die die Ventileinrichtung in einen Regenerationsmodus verstellbar ist, in dem beide Druckräume mit der Pumpe verbunden sind. Erfindungsgemäß ist die Pumpe druckgeregelt, wobei im Regenerationsmodus selbsttätig ein Umschalten auf einen Normalbetrieb, in dem der zulaufseitige Druckraum mit der Pumpe und der rücklaufseitige Druckraum mit dem Tank verbunden ist, dann erfolgt, wenn der Pumpenförderstrom unter den Druckmittelbedarf absinkt.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Verbrauchers (2, 4), der einen vorlaufseitigen und einen rücklaufseitigen Druckraum (10, 12) hat, die über eine Ventileinrichtung (18, 20) mit einer Pumpe (22) oder einem Tank (24) verbunden werden können, wobei die Ansteuerung der Ventileinrichtung (18, 20) mittels einer Steuereinheit (6) erfolgt, über die die Ventileinrichtung (18, 20) in einen Regenerationsmodus verstellbar ist, in dem beide Druckräume (10, 12) mit der Verstellpumpe (22) verbunden sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
    - Verstellen der Ventileinrichtung (18, 20) in den Regenerationsmodus;
    - Einstellen eines Druckmittelbedarfs an einem Stellglied, beispielsweise einem Joystick;
    - Regeln des Pumpendrucks in Abhängigkeit vom Druckmittelbedarf;
    - selbsttätiges Umschalten der Ventileinrichtung (18, 20) in einen Normalbetrieb, in dem der zulaufseitige Druckraum mit der Pumpe (22) und der ablaufseitige Druckraum mit dem Tank (24) verbunden ist, wenn der Pumpenförderstrom bei unverändertem Druckmittelbedarf absinkt.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der Pumpenförderstrom aus dem Schwenkwinkel und der Pumpendrehzahl bei gegebenen Pumpendruck ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Ist-Pumpendruck erfasst und mit einem vorgegebenen Soll-Pumpendruck verglichen wird und die Druckdifferenz als Eingangssignal einem Regler (47) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal ein Maß für den Schwenkwinkel ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Verstellpumpe (22) eine elektroproportionale Schwenkwinkel-Regelung zugeordnet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Regenerationsmodus bei einer bestimmten Bewegungsrichtung der Verbraucher (2, 4) als Ausgangssituation voreingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Umschalten vom Regenerationsmodus auf den Normalbetrieb rampenförmig erfolgt.
  7. 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, und mit einer Steuereinheit (6), über die die Ventileinrichtung (18, 20) derart ansteuerbar ist, dass beide Druckräume mit der Pumpe verbunden sind und über die bei Erreichen eines maximalen Pumpendrucks oder bei Absinken des Druckmittelvolumenstroms im Zulauf bei im Wesentlichen unverändertem Druckmittelbedarf selbsttätig auf Normalbetrieb umschaltbar ist, in dem der Vorlauf mit der Pumpe (22) und der Rücklauf mit dem Tank (24) verbunden ist.
  8. Steueranordnung nach Patentanspruch 7, wobei die Pumpe eine Verstellpumpe (22) mit einer elektroproportionalen Schwenkwinkel-Regelung ist.
  9. Steueranordnung nach Patentanspruch 7 oder 8, mit einem Drucksensor (48) zur Erfassung des Ist-Pumpendrucks.
  10. Steueranordnung nach Patentanspruch 9, mit einem Regler (47) zur Erzeugung eines Eingangssignals für einen Pumpenregler (25) in Abhängigkeit vom Vergleich des Ist-Pumpendrucks und eines Soll-Pumpendrucks.
  11. Steueranordnung nach Patentanspruch 10, wobei der Regler (47) ein PI- oder ein PID-Regler ist.
  12. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 7 bis 11, mit einem Schwenkwinkelsensor zur Erfassung eines Schwenkwinkels einer Verstellpumpe (22).
  13. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 7 bis 12, wobei die Schwenkwinkel-Regelung eine Leistungsregelung ermöglicht.
  14. Steueranordnung nach einem der Patentansprüche 7 bis 13, wobei im Vorlauf und im Rücklauf jedes Verbrauchers (2, 4) ein elektrisch oder elektrohydraulisch stetig verstellbares Wegeventil (68, 70) mit zwei Schaltstellungen sowie einer offenen Neutralstellung und ein Senkbremsventil (72, 74) angeordnet ist.
  15. Steueranordnung nach Patentanspruch 14, wobei das Senkbremsventil (72, 74) eine Druckbegrenzungsfunktion hat.
  16. Steueranordnung nach Patentanspruch 14 oder 15, wobei die Wegeventile (68, 70) in der Neutralstellung zum Tank (24) hin offen sind.
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