EP2220383B1

EP2220383B1 - Hydraulische steueranordnung

Info

Publication number: EP2220383B1
Application number: EP08774826A
Authority: EP
Inventors: Edwin Heemskerk; Bernd VÖLKER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: DE102007035972A1; EP2220383A1; ATE500428T1; DE502008002780D1; WO2009015998A1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere zur Druckmittelversorgung hydraulischer Verbraucher mobiler Arbeitsgeräte, wie beispielsweise Baggern, Traktoren, Lader etc. werden häufig LS (Loadsensing) - oder Drosselsysteme eingesetzt. Bei LS-Systemen wird der Pumpendruck in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der Verbraucher eingeregelt. Um den Druckmittelvolumenstrom zu jedem Verbraucher lastdruckunabhängig einstellen zu können, sind bei LS-Steuerblöcken jedem der Verbraucher eine verstellbare Messblende und eine Druckwaage zugeordnet, die den Druckmittelvolumenstrom lastdruckunabhängig konstant halten. Bei so genannten LUDV-Systemen - eine Untergruppe der LS-Systeme - ist die Druckwaage der stetig verstellbaren Messblende nachgeschaltet und in Schließrichtung durch den höchsten Lastdruck aller Verbraucher und in Öffnungsrichtung von dem Druck stromabwärts der Messblende beaufschlagt. Im Fall einer Untersättigung wird bei LUDV-Messsystemen der zur Verfügung stehende Volumenstrom im Verhältnis der geöffneten Messblendenquerschnitte proportional aufgeteilt.
Bei LS-Systemen wird somit der Pumpenförderstrom den jeweiligen Erfordernissen angepasst. Im Gegensatz dazu fördert bei einem lastdruckabhängig arbeitenden Drosselsystem die Pumpe immer die maximal mögliche oder eine konstante Fördermenge. Dabei kann die Pumpe als Konstant- oder Verstellpumpe ausgeführt sein. Bei diesen Drosselsteuerungen werden Open-Center-Steuerblöcke eingesetzt, wie sie beispielsweise im Datenblatt RD 64 122/05.03 der Bosch Rexroth AG beschrieben sind. Diese Steuerblöcke haben eine Vielzahl von Wegeventilelementen, die in ihrer Grundposition den Pumpenvolumenstrom bei geringem Druckverlust über einen Umlaufkanal zurück zum Tank führen. Bei Verstellen des Ventilkolbens eines Ventilelementes wird die Verbindung zum zugeordneten Verbraucher stetig aufgesteuert, während der Druckmittelvolumentstrom im Umlaufkanal angedrosselt wird, so dass der Pumpendruck auf den Lastdruck des Verbrauchers ansteigt. Mit dem weiteren Verstellen des Steuerkolbens wird somit der Pumpenvolumenstrom zunehmend vom Umlaufkanal zum Verbraucherkanal umgesteuert.
Bei der Ansteuerung mehrerer Verbraucher (wie z.B. in US20030221339 ) über einen derartigen Steuerblock wird dann der Volumenstrom zu den einzelnen Verbrauchern in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastdruck aufgeteilt, wobei aufgrund der Lastdruckabhängigkeit das Druckmittel bevorzugt zu dem Verbraucher mit dem geringsten Lastdruck strömt. Bei der Ansteuerung mehrerer Verbraucher stellt sich dabei ein Pumpendruck ein, der etwa dem höchsten Lastdruck der Verbraucher zuzüglich einer vorbestimmten Druckdifferenz entspricht. Dementsprechend muss der Pumpendruck zur Betätigung des lastniedrigsten Verbrauchers entsprechend abgedrosselt werden, so dass erhebliche Verluste entstehen.
Bei LS- und LUDV-Systemen wird der Pumpendruck über die den lastniedrigeren Verbrauchern zugeordneten Individualdruckwaagen abgedrosselt, so dass ebenfalls Verluste entstehen.
Zur Verringerung derartiger Verluste wird in der WO 2006/088399 A1 vorgeschlagen, in den Rücklauf jeden Verbrauchers einen Hydromotor zu schalten, der über das vom Verbraucher ablaufende Druckmittel angetrieben wird und die so in mechanische Energie umgewandelte hydraulische Energie zum Antrieb der Pumpe zu nutzen.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass der vorrichtungstechnische Aufwand aufgrund der Vielzahl von Hydromotoren erheblich ist und somit die Energieeinsparung durch die höheren Investitionskosten aufgezehrt wird.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Energieverlust bei derartigen Steueranordnungen mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand zu minimieren.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß hat die hydraulische Steueranordnung eine Pumpe zur Druckmittelversorgung mehrerer Verbraucher. Die Einstellung der Durchflussrichtung und des Druckmittelvolumenstroms erfolgt über eine Wegeventilanordnung, die als LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung ausgeführt sein kann. Die erfindungsgemäße Steueranordnung kommt mit einem einzigen Hydromotor aus, der mehreren, vorzugsweise allen Verbrauchern zugeordnet ist und über eine Umsteueranordnung nur dem lastniedrigsten oder einem der lastniedrigeren Verbraucher nachgeschaltet ist. Die hydraulische Energie des von diesem Verbraucher abströmenden Druckmittels wird somit zum Antrieb des mehreren Verbrauchern zugeordneten Hydromotors genutzt, so dass praktisch der "Lastdruck" dieses lastniedrigen Verbrauchers durch den zusätzlichen Antrieb des Hydromotors angehoben wird und entsprechend Energie eingespart werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich gegenüber der eingangs bekannten Lösung durch einen erheblich verringerten vorrichtungstechnischen Aufwand aus, wobei die Drosselverluste am lastniedrigen Verbraucher zum Pumpenantrieb genutzt werden können, so dass die Energieeinsparung nahezu in der gleichen Größenordnung wie beim Stand der Technik ist.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, über den Hydromotor eine Pumpe anzutreiben - prinzipiell könnte diese Energie jedoch auch zum Antrieb anderer Verbraucher verwendet werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Verbraucher als Differentialzylinder ausgeführt, deren Ringraum oder - je nach Lastrichtung - deren Zylinderraum jeweils mit dem Rücklauf verbunden ist, wobei der Rücklauf des lastniedrigen Verbrauchers über die Umsteueranordnung zum Hydromotor geführt ist und das Druckmittel vom lasthöheren Verbraucher über die Wegeventilanordnung zum Tank fließt.
Die Umsteueranordnung hat vorteilhafter Weise jeweils einem Verbraucher zugeordnete stetig verstellbare Wegeventile, die in Abhängigkeit vom Lastdruck betätigbar sind.
Bei einer Variante mit zwei Verbrauchern erfolgt die Ansteuerung in Richtung Aufsteuerung der Verbindung zum Hydromotor durch den Lastdruck des jeweiligen Verbrauchers und in Gegenrichtung durch den Lastdruck des anderen Verbrauchers.
Bei einer alternativen Lösung erfolgt die Ansteuerung der Wegeventile elektrisch in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem höchsten Lastdruck (Druck im Zylinderraum des Verbrauchers) und dem Druck im Rücklauf (Druck im Ringraum).
Bei einer Ausführungsform sind die Wegeventile der Umsteueranordnung als stetig verstellbare 3-Wegeventile ausgeführt, wobei Arbeitsanschlüsse der Wegeventile jeweils mit dem sich verkleinernden Druckraum des Verbrauchers, Rücklaufanschlüsse der Wegeventile jeweils mit einem Arbeitsanschluss des zugehörigen Wegeventilelementes und Umsteueranschlüsse der Wegeventile mit dem Eingangsanschluss des Hydromotors verbunden sind.
Bei einer Variante der Erfindung können die stetig verstellbaren Wegeventile beim Aufsteuern der Druckmittelverbindung zum Hydromotor auch einen Drosselquerschnitt zum Rücklaufanschluss und somit zum zugehörigen Wegeventilelement steuern.
Um eine Rückströmung von Druckmittel zum Verbraucher zu verhindern, ist stromabwärts jedes Umsteueranschlusses der stetig verstellbaren Wegeventile jeweils ein in Richtung zum Hydromotor öffnendes Rückschlagventil angeordnet.
Die Pumpe der erfindungsgemäßen Steueranordnung kann als Konstant- oder Verstellpumpe ausgeführt sein.
In dem Fall, in dem die Verbraucher mit einem hohen Druckmittelvolumenstrom versorgt werden sollen, kann die Pumpe als Doppelpumpe mit parallel geschalteten Pumpeinheiten ausgeführt werden.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Steueranordnungen mit zumindest zwei Verbrauchern einsetzbar.
Die Steueranordnung kann als EFM-, LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung ausgeführt sein.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Steuerung mit elektrisch betätigten Wegeventilen einer Umsteueranordnung;
Figur 2 eine Detaildarstellung der Steueranordnung aus Figur 1;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel mit hydraulisch betätigten Wegeventilen und
Figur 4 Diagramme zur Veranschaulichung der Energieeinsparung, die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion möglich ist.

Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer als LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung ausgeführten hydraulischen Steueranordnung, bei der zumindest drei Verbraucher 2, 4, 6 über eine Pumpe 8, einen LS-, LUDV- oder Drosselsteuerblock 10 sowie eine Umsteueranordnung 12 mit Druckmittel versorgbar ist. Die Pumpe 8 wird von einem Motor M angetrieben. Dieser Antrieb kann durch einen Hydromotor 14 unterstützt werden, der ebenfalls verstellbar ausgeführt ist und - wie in Figur 1 angedeutet - auf die gleiche Pumpenwelle wie der Motor wirkt. Die Verstellung des Hydromotors 14 erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 elektronisch über eine Verstelleinrichtung 16, die im Folgenden noch näher erläutert wird.
Die Umsteueranordnung 12 enthält mehrere stetig verstellbare 3-Wegeventile 18, 20, 22, die jeweils einem der Verbraucher 2, 4 bzw. 6 zugeordnet sind. Die Verstellung dieser Wegeventile 18, 20, 22 erfolgt elektrisch in Abhängigkeit vom Signal zweier Drucksensoren 24, 26; 28, 30; 32, 34, die jeweils einem der Verbraucher 2, 4 bzw. 6 zugeordnet sind und über die - wie im Folgenden noch näher erläutert - der lastniedrigste Verbraucher detektierbar ist.
Der Steuerblock 10 besteht im Wesentlichen aus einem Eingangselement, Wegeventilelementen und einem Ausgangselement, wobei jedem der Verbraucher ein Wegeventilelement zugeordnet ist. Ein derartiger Steuerblock ist beispielhaft in den Datenblättern RD 64 122 (Drosselsteuerung), RD 64 282 (LS-Steuerblock) oder RD 64 127 (LUDV-Steuerblock) beschrieben.
Gemäß Figur 1 sind die Verbraucher 2, 4, 6 als Differentialzylinder, beispielsweise Hubzylinder eines mobilen Arbeitsgerätes ausgeführt, wobei jeweils über einen Differentialkolben ein bodenseitiger Zylinderraum 36, 38, 40 von einem kolbenstangenseitigem Ringraum 42, 44, 46 getrennt ist
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Verbrauchers 6 mit dem zugehörigen Wegeventil 22. Demgemäß ist dieses als stetig verstellbares 3-Wegeventil mit einem Arbeitsanschluss A, einem Rücklaufanschluss R und einem Umsteueranschluss U ausgeführt und über eine Feder 48 in eine Grundposition vorgespannt, in der der Arbeitsanschluss A mit dem Rücklaufanschluss R verbunden ist und der Umlaufanschluss U abgesperrt ist. Durch Bestromung eines Proportionalmagneten 50 lässt sich ein Ventilschieber des Wegeventils 22 verschieben, so dass eine Verbindung vom Arbeitsanschluss A zum Umsteueranschluss U geöffnet und die Verbindung zum Rücklaufanschluss R zugesteuert wird. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch in der Endstellung (Ventilschieber des Wegeventils 22 ganz nach links verschoben) ein Drosselquerschnitt zum Rücklaufanschluss R aufgesteuert. Bei einer Variante des Wegeventils 22, die in Figur 2 strichpunktiert mit dem Bezugszeichen 22' dargestellt ist, wird auf diesen Drosselquerschnitt zum Rücklaufanschluss R verzichtet, so dass dieser in der Endposition des Ventilschiebers abgesperrt ist.
Gemäß den Figuren 1 und 2 ist der Arbeitsanschluss A über eine Rücklaufleitung 52 mit dem Ringraum 46 verbunden. Der Rücklaufanschluss R ist über einen Rücklaufkanal 54 mit einem Arbeitsanschluss des zugeordneten Wegeventilelementes verbunden. Der andere Arbeitsanschluss dieses Wegeventilelementes ist über einen Vorlaufkanal 56 mit dem Zylinderraum 40 des Verbrauchers 6 verbunden. Die Drucksensoren 32, 34 sind im Vorlaufkanal 56 bzw. im Rücklaufkanal 52 angeordnet, so dass über diese beiden Drucksensoren jeweils der dem höchsten Lastdruck der Verbraucher entsprechende Druck im Zylinderraum 40 und der sich im Ringraum 46 aufbauende Druck erfasst wird, der sich etwa umgekehrt proportional zum Lastdruck des zugeordneten Verbrauchers verhält. D. h., bei einem lastniedrigeren Verbraucher muss im Ringraum 46 ein höherer Gegendruck als bei einem lasthöheren Verbraucher aufgebracht werden. Dem entsprechend ist von den Drucksensoren 32, 34 und entsprechend von den Drucksensoren 24, 26 und 28, 30 erfasste Druckdifferenz ein Maß für den Lastdruck des jeweiligen Verbrauchers. Nimmt man beispielsweise an, dass das Wirkflächenverhältnis zwischen Zylinderraum 40 und Ringraum 46 2:1 beträgt und dass der Lastdruck des Verbrauchers 2 100 bar, des Verbrauchers 4 70 bar und des Verbrauchers 6 50 bar beträgt, so wird sich bei einer Drosselsteuerung in den Zylinderräumen 36, 38, 40 jeweils ein dem höchsten Lastdruck entsprechender Druck von etwa 100 bar einstellen. Der Druck im Ringraum 42 des lasthöchsten Verbrauchers 2 würde dann etwa dem Tankdruck entsprechen. Die mittels der Drucksensoren 24, 26 erfasste Druckdifferenz entspricht somit beim lasthöchsten Verbraucher in etwa dem Lastdruck (100 bar). Der Druck im Ringraum 44 des etwas lastniedrigeren Verbrauchers 4 (70 bar) würde dann etwa 60bar betragen, so dass die von den Drucksensoren 28, 30 erfasste Druckdifferenz entsprechend 40 bar betragen würde. Beim lastniedrigsten Verbraucher würde sich im Ringraum 46 ein Druck von etwa 100 bar einstellen, so dass die über die Drucksensoren 32, 34 erfasste Druckdifferenz dann etwa gleich Null ist. D. h., der lastniedrigste Verbraucher ist bei einer Drosselsteuerung derjenige, bei dem über die Drucksensoren 32, 34 die geringste Druckdifferenz gemessen wird. Diese Druckdifferenz wird dann über eine Steuereinheit CU verarbeitet, die an die Wegeventile 18, 20, 22 ein Steuersignal abgibt, so dass das dem lastniedrigsten Verbraucher zugeordnete Wegeventil - im vorliegenden Fall das Wegeventil 22 - in Richtung einer Öffnung der Druckmittelverbindung zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Umsteueranschluss U verstellt wird.
Bei LUDV- oder LS-Systemen kann der niedrigste Lastdruck direkt über die Sensoren 26, 28, 32 erfasst werden.
Gemäß Figur 1 und Figur 2 sind sämtliche Umsteueranschlüsse U der Wegeventil 18, 20, 22 mit einem Umlaufkanal 58 verbunden, der zum Druck- oder Eingangsanschluss P des Hydromotors 14 führt. Dessen Tankanschluss T ist über eine Tankleitung 60 mit einem Tank 62 verbunden.
Wie des Weiteren Figur 1 entnehmbar ist, ist stromabwärts jedes Umsteueranschlusses U der Wegeventile 20 jeweils ein in Richtung zum Hydromotor 14 öffnendes Rückschlagventil 64, 66, 68 vorgesehen, über das eine Druckmittelströmung von dem Umlaufkanal 58 in Richtung zum Verbraucher 2, 4, 6 verhindert wird.
Die Anbindung der beiden anderen Verbraucher 2, 4 an den Steuerblock 10 und an die Umsteueranordnung 12 ist entsprechend der Anbindung des dritten Verbrauchers 6 ausgeführt, der anhand Figur 2 ausführlich erläutert ist - es wird der Einfachheit halber verzichtet, die entsprechenden, den Verbrauchern 2, 4 zugeordneten Kanäle und Leitungen mit Bezugszeichen zu versehen.
Das Druckmittel wird von der Pumpe 8 über einen gemeinsamen Zulaufkanal 70 zu den den Verbrauchern 2, 4, 6 zugeordneten Wegeventilelementen des Steuerblocks 10 gefördert. Das von den lasthöheren Verbrauchern 2, 4 zurückströmende Druckmittel wird über diese Wegeventilelemente zum Tank 62 zurückgeführt - dieser Druckmittelströmungspfad ist in Figur 1 der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Die Verstellung des Hydromotors 14 erfolgt ebenfalls elektrisch in Abhängigkeit von den Lastdrücken, die von den Sensoren 24, 26; 28, 30; 32, 34 erfasst werden. Eine derartige elektronische Verstelleinrichtung 16 kann beispielsweise so ausgeführt sein, wie sie in Figur 1 unten rechts dargestellt ist. Eine derartige Verstelleinrichtung 16 hat einen Stellzylinder 72, der in seiner federvorgespannten Grundposition das Schluckvolumen des Hydromotors 14 auf 0 stellt. Zur Erhöhung des Schluckvolumens kann der Stellzylinder 72 über ein Druckminderventil 74 mit einem Steuerdruck beaufschlagt werden, dessen Größe über die Steuereinheit CU vorgegeben ist. Dazu kann das Druckminderventil 74 elektrisch betätigbar oder selbst über einen Steuerdruck verstellbar sein, der von der Steuereinheit CU vorgegeben ist. Derartige Stelleinrichtungen für Hydromotoren 14 sind bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 8' eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Drosselsteueranordnung dargestellt. Demgemäß kann zur kostengünstigen Druckmittelversorgung der Verbraucher 2, 4, 6 die Pumpe 8 aus zwei Pumpeinheiten 82, 84 gebildet sein, die parallel zueinander geschaltet sind und von einem gemeinsamen Motor M und vom Hydromotor 14 angetrieben werden. Auf diese Weise lässt sich mit vergleichsweise kleinen Pumpen ein hoher Druckmittelvolumenstrom gewährleisten.
Werden nunmehr die drei Verbraucher 2, 4, 6 beispielsweise mit den oben genannten Lastdrücken (100 bar, 70 bar, 50 bar) betrieben, so wird bei einer Drosselsteuerung über die beiden Drucksensoren 32, 34 am lastniedrigsten Verbraucher 6 eine Druckdifferenz von etwa 0 bar detektiert und von der Steuereinheit CU ein Stellsignal generiert, über das das stetig verstellbare Wegeventil 22 verstellt wird, so dass die Verbindung vom Arbeitsanschluss A zum Umsteueranschluss U aufgesteuert wird und entsprechend die Druckmittelverbindung vom Rücklaufanschluss R zum Steuerblock 10 angedrosselt und Druckmittel bei Umgehung des Steuerblocks 10 vom Ringraum 46 über das Wegeventil 22 und das sich öffnende Rückschlagventil 68 in den Umlaufkanal 58 fließt. Das über den Umlaufkanal 58 abströmende Druckmittel treibt den Hydromotor 14 an, dessen Schluckvolumen - wie vorstehend erläutert - in Abhängigkeit vom Lastdruck des lastniedrigsten Verbrauchers 6 eingestellt wird. Über den Hydromotor 14 wird somit Druckmittel im Druckmittelströmungspfad zum Ringraum 6 angestaut. Im Umlaufkanal 58 baut sich ein Druck auf, der über die Steuerleitung 49 abgegriffen und in Richtung der Feder 48 auf den Ventilschieber des Wegeventils 22 wirkt, so dass der Ventilschieber durch die Feder 48 und diesen Steuerdruck in der Steuerleitung 49 einerseits und durch die Kraft des Proportionalmagneten 50 andererseits beaufschlagt ist. Dieser Steuerdruck wirkt auch auf die beiden anderen Wegeventile 18, 20 in Schließrichtung, so dass diese in ihren dargestellten Grundpositionen gehalten werden.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Steuereinheit CU zu Beginn der Ansteuerung der Verbraucher 2, 4, 6 aus der Auswertung der Drucksignale entscheidet, welcher der lastniedrigere Verbraucher ist und dann das entsprechende Wegeventil 18, 20, 22 verstellt - eine nachfolgende Lastdruckänderung wird dann nicht berücksichtigt.
Bei der vorbeschriebenen Steuerung ist die Umsteueranordnung 12 mit elektrisch betätigbaren Wegeventilen 18, 20, 22 ausgeführt. Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steueranordnung 12 mit hydraulisch betätigten Wegeventilen 18, 20 ausgebildet ist. Bei dieser Lösung wird über Steuerkanäle 76, 78 der jeweilige Lastdruck im bodenseitigen Zylinderraum 36, 38 abgegriffen und zu der in Richtung der Feder 48 wirksamen Steuerfläche des zugeordneten Wegeventils 18, 20 und zu der in Gegenrichtung, d.h. in Richtung Aufsteuern der Druckmittelverbindung zum Hydromotor 14 wirksamen Steuerfläche des jeweils anderen Wegeventils 20, 18 geführt. D.h. bei dieser Variante sind die Wegeventile 18, 20 durch die Lastdruckdifferenz beaufschlagt, wobei in Umschaltrichtung (Öffnung der Druckmittelverbindung zum Hydromotor 14) jeweils der Lastdruck des anderen Verbrauchers wirkt.
Die Verstellung des Schluckvolumens des Hydromotors 14 erfolgt über eine Regeleinheit 86, die im Wesentlichen aus dem Stellzylinder 72 und einem Regelventil 88 besteht. Dieses ist als stetig verstellbares 3-Wege-Ventil ausgeführt, dessen Eingangsanschluss P über einen Druckkanal 90 mit dem Zulaufkanal 70 verbunden ist. Der Stellzylinder 72 ist über eine Stellleitung 92 mit dem Ausgangsanschluss A verbunden. Das Regelventil 88 hat des Weiteren einen mit dem Tank T verbundenen Tankanschluss S. Die Einstellung des Regelventils 88 erfolgt in Abhängigkeit von der Lastdruckdifferenz der beiden Verbraucher 2, 4. Es sei angenommen, dass der Lastdruck des Verbrauchers 2 der Druck p₁ im Druckraum 36 und der Lastdruck des weiteren Verbrauchers 4 der Druck p₂ im Zylinderraum 38 des Verbrauchers 4 ist. Gemäß der Darstellung in Figur 3 ist das Regelventil 88 in Richtung einer Verbindung des Ausgangsanschlusses A mit dem Tankanschluss S über eine Feder 94 und über den größeren der Lastdrücke p₁, p₂ beaufschlagt, der von den Steuerkanälen 76, 78 über ein Wechselventil 96 abgegriffen wird. In Gegenrichtung, d.h. in Richtung einer Verbindung des Druckanschlusses P mit dem Ausgangsanschluss A wirkt der kleinere der beiden Lastdrücke p₁, p₂, der über ein inverses Wechselventil 98 von den Steuerkanälen 76, 78 abgegriffen ist.
Es sei nun angenommen, dass der Verbraucher 2 der lastdruckhöhere Verbraucher ist. Entsprechend wirkt dieser höhere Lastdruck gemeinsam mit der Feder 48 auf das Wegeventil 18, so dass dieses in seiner dargestellten Position verbleibt und das Druckmittel über den Steuerblock vom Ringraum 42 abströmt. Das dem lastniedrigeren Verbraucher 4 zugeordnete Wegeventil 20 ist vom höheren Lastdruck des Verbrauchers 2 in Umsteuerrichtung beaufschlagt. In Gegenrichtung wirkt die Feder 48 und der niedrige Lastdruck im Zylinderraum 38. Durch den höheren Lastdruck des Verbrauchers 2 wird die Druckmittelverbindung zum Umlaufkanal 58 aufgesteuert, so dass der Hydromotor 14 mit Druckmittel versorgt wird. Wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wird dann über den Hydromotor 14 die Pumpe 8 mit angetrieben, so dass der Antrieb M entlastet wird. Die Einstellung des Schwenkwinkels des Hydromotors 14 erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit von den beiden vorgenannten Lastdrücken. In dem Fall, in dem der Lastdruck p₁ am Verbraucher 2 höher als der Lastdruck p₂ des anderen Verbrauchers 4 ist, wird dieser höhere Lastdruck über das Wechselventil 96 an die in Richtung der Feder 94 wirksame Steuerfläche des Regelventils 88 geführt, während der kleinere Lastdruck p₂ über das inverse Wechselventil 98 auf die in Gegenrichtung wirksame Steuerfläche des Regelventils 88 wirkt. Durch diese Lastdruckdifferenz und die Kraft der Feder 94 wird der Ausgangsanschluss A mit dem Tankanschluss S verbunden, so dass Druckmittel vom Stellzylinder 72 zum Tank T abströmen kann und der Schwenkwinkel zurück genommen wird und somit entsprechend der Druck im Umlaufkanal 58 ansteigt, bis der kleinere Lastdruck p₂ nur noch um das Druckäquivalent der Feder 94 kleiner ist als der Lastdruck p₁.
Bei der Variante gemäß Figur 3 sind jeweils zwei Verbraucher 2, 4 einem Hydromotor 14 zugeordnet. Sollten mehrere Verbraucher in der dargestellten Weise angesteuert werden, könnten immer jeweils zwei weiteren Verbrauchern ein Hydromotor 14 zugeordnet werden.
Die mit der erfindungsgemäßen Steuerung mögliche Energieeinsparung ist anhand der schematischen Darstellung in Figur 4 erläutert. In Figur 4 oben sind dabei die Verhältnisse bei einer herkömmlichen Steuerung gemäß den vorgenannten Datenblättern dargestellt, das in Figur 4 unten dargestellte Diagramm zeigt die Verhältnisse bei einer erfindungsgemäßen Steuerung, wobei jeweils die Lastdrücke P über dem Druckmittelvolumenstrom Q dargestellt sind. Nimmt man - wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen an, dass der Verbraucher 2 der lasthöchste und der Verbraucher 6 der lastniedrigste Verbraucher ist, so wären, wie in Figur 4 oben dargestellt, die Drosselverluste am Verbraucher 2 etwa gleich Null, da hier der Lastdruck etwa dem sich einstellenden Pumpendruck entspricht. Beim zweiten Verbraucher 4 sind Drosselverluste vorhanden, da der Pumpendruck abgedrosselt werden muss. Diese Verluste sind beim lastniedrigsten Verbraucher (50 bar) am höchsten, da hier eine Abdrosselung entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem Lastdruck erforderlich ist. Diese Verluste an den Druckwaagen der LS-/LUDV-Systeme oder durch die Drosselung im Rücklauf von den Verbrauchern 4, 6 bei einer Drosselsteuerung sind in Figur 4 oben schraffiert dargestellt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind die Drosselverluste am lastniedrigsten Verbraucher 6 demgegenüber vernachlässigbar, da die hydraulische Energie des vom Verbraucher 6 abströmenden Druckmittels zum Antrieb des Motors verwendet wird - die Drosselverluste über die gesamte Anlage entsprechen dann etwa den Drosselverlusten am Verbraucher 4.
Offenbart ist eine hydraulische Steueranordnung mit einer Pumpe, über die mehrere Verbraucher, vorzugsweise drei oder mehr Verbraucher mit Druckmittel versorgbar sind. Die Druckmittelversorgung erfolgt über eine Wegeventilanordnung, die als LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung ausgeführt sein kann. Erfindungsgemäß ist einem lastniedrigen Verbraucher ein Hydromotor nachgeschaltet, der von dem von diesem Verbraucher abströmenden Druckmittel angetrieben wird.

Claims

Hydraulische Steueranordnung mit einer Pumpe (8), über die mehrere Verbraucher (2, 4, 6) mit Druckmittel versorgbar sind, wobei jeder Verbraucher eine Wegeventilanordnung (10) zur Einstellung des Druckmittelvolumenstroms und der Durchflussrichtung zugeordnet ist, und mit einem im Rücklauf eines Verbrauchers (2, 4, 6) angeordneten Hydromotor (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (14) mehreren Verbrauchern (2, 4, 6) zugeordnet ist und über eine in einem Rücklauf (52) von den Verbrauchern (2, 4, 6) gelegene Umsteueranordnung (12) dem lastniedrigsten oder einem der lastniedrigeren Verbraucher (2, 4, 6) nachgeschaltet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei der Hydromotor (14) die Pumpe (8) antreibt.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Verbraucher Differentialzylinder (2, 4, 6) sind, deren Ringraum (42, 44, 46) oder Zylinderraum (38, 40) jeweils mit dem Rücklauf (52) verbunden ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Umsteueranordnung (12) jeweils einem Verbraucher (2, 4, 6) zugeordnete stetig verstellbare Wegeventile (18, 20) hat, die in Abhängigkeit vom Lastdruck betätigbar sind.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 4, wobei zwei Verbrauchern (2, 4) jeweils ein Wegeventil (18, 20) zugeordnet ist, das in Richtung Zusteuern der Verbindung zum Hydromotor (14) durch den jeweiligen Lastdruck und in Gegenrichtung durch den Lastdruck des anderen Verbrauchers (2, 4) beaufschlagt ist.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 3 und 4, wobei die Wegeventile (18, 20, 22) elektrisch in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Ringraum (42, 44, 46) oder einem sich verkleinernden Druckraum des Verbrauchers (2, 4, 6) und dem höchsten Lastdruck oder dem Druck im Zylinderraum (36, 38, 40) bzw. dem sich vergrößernden Druckraum betätigbar sind.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 3 und einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei Arbeitsanschlüsse (A) der Wegeventile (18, 20, 22) mit dem Ringraum (42, 44, 46) oder einem sich verkleinernden Druckraum des Verbrauchers (2, 4, 6), Rücklaufanschlüsse (R) jeweils mit einem Arbeitsanschluss des zugehörigen Wegeventilelementes der Wegeventilanordnung (10) und Umsteueranschlüsse (U) mit dem Eingangsanschluss (P) des Hydromotors (14) verbunden sind.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 7, wobei das Wegeventil (18, 20, 22) in seiner Umsteuerposition eine gedrosselte Verbindung zum Rücklaufanschluss (R) offen lässt.
Hydraulische Steueranordnung nach Patentanspruch 7, 8, wobei stromabwärts jedes Umsteueranschlusses (U) jeweils ein in Richtung zum Hydromotor (14) hin öffnendes Rückschlagventil (68) angeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Pumpe (8) eine Verstellpumpe ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwei Pumpeneinheiten (82, 84) parallel geschaltet sind.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hydromotor (14) zumindest zwei Verbrauchern (2, 4, 6) zugeordnet ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hydromotor (14) in Abhängigkeit vom niedrigsten Lastdruck oder von einer Lastdruckdifferenz zweier Verbraucher (2, 4) verstellbar ist.
Hydraulische Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Wegeventilanordnung (10) eine LS-, LUDV- oder Drosselsteuerung ausbildet.