EP2636908A2 - Steueranordnung - Google Patents

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EP2636908A2
EP2636908A2 EP13154142.7A EP13154142A EP2636908A2 EP 2636908 A2 EP2636908 A2 EP 2636908A2 EP 13154142 A EP13154142 A EP 13154142A EP 2636908 A2 EP2636908 A2 EP 2636908A2
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EP
European Patent Office
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pressure
valve
inlet
consumer
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13154142.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2636908A3 (de
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Martin Gustmann
Boris Buchtala
Steffen Rose
Christian Schmidt
Bojan Ferhadbegovic
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2636908A2 publication Critical patent/EP2636908A2/de
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    • F15B2211/6054Load sensing circuits having valve means between output member and the load sensing circuit using shuttle valves

Definitions

  • the invention relates to a control arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • a primary energy converter such as a diesel engine
  • the pump driven by the diesel engine delivers a pressure fluid flow to a valve block that distributes the oil to the hydraulic consumers.
  • a control arrangement for supplying pressure medium to the consumer is known from EP 2 171 285 B1 known.
  • this control arrangement several consumers are supplied via a control block with pressure medium, wherein in the inlet and in the flow of each consumer, a continuously adjustable orifice, referred to below metering orifice, is arranged. Between the metering orifice and the consumer port, a lowering brake valve is provided in each case, wherein the lowering brake valve located in the inlet releases the pressure medium connection to the consumer and the lowering brake valve located in the drain is acted upon by the pressure in the inlet in the direction of its open position, so that, for example, in pulling load of the pressure medium volume flow in the process can be throttled.
  • the two metering orifices associated with the consumer can be controlled independently of one another, wherein a platform concept can be realized on account of the simple valve designs.
  • load-sensing controls in which the highest load pressure the consumer is reported to a variable displacement pump and this is controlled so that in a pump line is applied to a lying by a predetermined pressure difference across the load pressure pump pressure.
  • the metering orifices of a load-sensing control can be assigned individual pressure compensators, which also maintain a constant pressure difference across the metering orifices of the respective load-pressure-lower hydraulic consumers, so that a load-pressure-independent activation of the respective consumer is made possible.
  • the individual pressure compensators are arranged upstream of the respective metering orifices and throttle the pressure medium volume flow between the pump line and the metering orifices such that the pressure before the metering orifices is independent of the pump pressure only by a specific pressure difference above the individual load pressure lies.
  • the individual pressure compensators are arranged downstream of the metering orifices and throttle between the metering and the consumer the fluid flow so strong that the pressure after all Zumessblenden same, preferably equal to the highest load pressure or slightly above this ,
  • the pump pressure is applied in the same way, so that the pressure difference changes in the same way at all metering orifices, if the pump pressure decreases in the case of an undersupply and the current distribution between the metering orifices is maintained - accordingly, the speed of all consumers is reduced proportionally.
  • Such a circuit is for example in the US 5,878,647 disclosed.
  • each direction of movement of the consumer are respectively assigned to two metering orifices with downstream individual pressure compensator, wherein a metering orifice with assigned individual pressure compensator at a pressure fluid flow to the respective consumer port and the other metering orifice with associated individual pressure compensator from the respective consumer connection flowing pressure medium flow is effective, so that both the inlet volume flow and the drainage volume flow can be adjusted load compensated.
  • Disadvantage of this solution is a considerable device complexity, since each consumer four orifices and four individual pressure compensators are assigned.
  • the present invention seeks to provide a control arrangement that allows the pressure medium supply of multiple consumers with low device complexity.
  • each of a plurality of consumers on the inlet side and the outlet side each associated with a continuously adjustable inlet orifice and a lowering brake valve, the latter allows bypassing the inlet orifice an outflow of pressure fluid from the consumer to a tank.
  • the opening cross section of the lowering brake valve is essentially dependent on the pressure in the inlet, so that when the load is pulled, the pressure medium volume flow in the respective outlet is throttled.
  • at least one individual pressure compensator is assigned to the two metering orifices associated with a load for load-pressure-independent activation of the consumers. In the sense of a LS or LUDV control, the pressure drop across the inlet orifice in the inlet can be controlled via this be kept constant, so that a substantially load pressure independent pressure medium supply of the consumer is ensured.
  • control arrangement is designed as a LS system, wherein the individual pressure compensator is acted upon in the sense of reducing its opening cross-section of the pressure upstream of the associated inlet orifice plate and in the sense of increasing the opening cross section of the load pressure of the respective consumer.
  • control arrangement can also be designed as LUDV system, wherein the individual pressure compensator is then arranged downstream of the associated inlet orifice plate and is acted upon in the opening direction by the pressure downstream of the inlet orifice and in the closing direction of the highest load pressure of the consumer.
  • a check valve is provided which blocks an outflow of the pressure medium from the consumer in the direction of the pressure compensator.
  • An exemplary embodiment of the control arrangement provides for associating an individual pressure compensator with each of two inlet metering orifices assigned to a consumer.
  • the lowering brake valves and also the inlet metering orifice are designed in the manner of a seat valve, wherein both valve types have a blocking position, which lock leakage of pressure medium from the consumer without leaks.
  • a float position valve is provided for setting a floating position, via which an effective in the opening direction control chamber of the respective lowering brake valve with a control pressure, preferably the pump pressure can be acted upon.
  • the lowering brake valves can each be designed with an additive offset so that it only opens when a pressure corresponding to the offset in the sequence is exceeded. In this way, a drain-side clamping of the consumer is guaranteed.
  • a shuttle valve may be provided, the inputs on the one hand in control oil connection with a line leading the inlet pressure and a control chamber of the downstream lowering brake valve and on the other hand in control oil connection with a drain pressure line and a control chamber of standing in the inlet lowering brake valve and whose output is connected to a line carrying the load pressure.
  • the control arrangement according to the invention is preferably designed as a load-sensing control, wherein a pump pressure of a pump is controlled so that it is above the highest load pressure of the consumer by a predetermined pressure difference.
  • This pump can be designed as a variable displacement pump or a constant displacement pump with a bypass valve.
  • control arrangement is designed as a valve block, wherein each consumer is associated with a valve disc with inlet orifices, lowering brake valves and individual pressure compensator.
  • control arrangements explained below are intended to supply hydraulic consumers with a pressure medium volumetric flow which can be switched over and controlled in both directions of consumption.
  • the supply of pressure medium into the inlet of the consumer takes place load-compensated and is thus largely dependent only on the opening cross-section of an inlet orifice plate which will be explained in more detail below.
  • in the embodiments described below in the valve-side return channels of consumers from the inlet pressure unlockable and controllable check valves are provided. Both the inlet valves and the unlocked by the inlet pressure check valves in the return are preferably designed as pilot operated and pressure balanced poppet valves.
  • the control of the inlet and return valves in engagement takes place independently of each other (resolved control edges).
  • This resolved design makes it possible, without the use of additional pressure sensors required in the prior art, to make the return flow rate at pulling loads dependent on the build-up of pressure in the inlet channel.
  • the sink rate can largely be predetermined by the inflow volume flow.
  • the inventive Solution allows the realization of a platform concept in which the essential elements, such as the proportionally controllable inlet valve in seat valve design, the proportionally adjustable shut-off valve in the return channel in seat valve design, various shuttle valves can be used both in control arrangements in LS technology as well as control arrangements in LUDV technology.
  • FIG. 1 shows a highly simplified circuit diagram of a control arrangement according to the invention for supplying pressure to several consumers of a mobile implement, such as an excavator, a backhoe, a mini and compact excavator, a telehandler or the like.
  • the pressure medium supply of the consumer 2 shown here by way of example a differential cylinder, via a control block 4, which has a plurality of valve disks (directional valve sections 4), each of which is associated with one of the consumer 2.
  • Each of the directional control valve sections 4 has two working connections A, B, which can be connected via the valve arrangement described below to connections P, T, T 'and LS of the control block 4.
  • the control arrangement has a pump, in the present case a variable displacement pump 6 whose pressure connection is connected via a pump line 8 to the pressure port P of the control block 4.
  • a variable displacement pump instead of a variable displacement pump, a constant displacement pump with a bypass valve can also be used.
  • the variable displacement pump 6 is designed for example as an axial piston pump whose pivot angle is adjustable via a control cylinder 10.
  • the actuation of the actuating cylinder 10 via a pump control valve 12.
  • the pivot angle is acted upon by a return device 14 in the direction of the maximum pivot angle, while the actuating cylinder 10 can be adjusted to reduce the pivot angle against the force of the return device 14.
  • the pump control valve 12 is by the force of a control spring sixteenth and biased the control pressure in a LS line 18 in the direction of a relief of the actuating cylinder 10, wherein a control oil connection is opened up between an opening in the control room of the actuating cylinder 10 control line 20 to a tank T.
  • LS line 18 is the highest load pressure of the driven consumers, which is tapped at the LS port of the valve block 4.
  • the tank connection T of the valve block 4 is connected via a tank line 22 to the tank T.
  • the pump pressure which is tapped at the pump line 8.
  • This pump pressure is also applied to a pressure port P of the pump control valve 12.
  • the pump volume flow and thus the pump pressure in the pump line 18 increases until at the end faces of the pump control valve 12, an equilibrium of forces from the pressure force of the pump pressure on the one hand and on the other hand from the load pressure of the load pressure diaryen consumer and the force of the control spring 16 sets.
  • the pump pressure is then higher by the given by the spring force pressure difference than the highest load pressure.
  • the basic function of such a pump control is known from the prior art, for example from the aforementioned EP 2 171 285 B1 known, so that further explanations are unnecessary.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a directional control valve section 24 of a valve block 4 according to FIG. 1 ,
  • This directional valve section 24 is designed with consumer connections A, B, a pressure connection P, a tank connection T, an LS connection LS and a further tank connection T ', the latter connections P, T, LS, T' being in pressure medium connection with the adjacent directional control valve sections can.
  • each consumer connection A, B is assigned a metering orifice 26, 28 as well as a respective lowering brake valve 30, 32.
  • at least one individual pressure compensator 34 is provided, via which the pressure drop across the respective inlet orifice 26, 28 can be kept constant.
  • the solution shown is the Directional control valve section 24 designed as LS system, wherein a single individual pressure compensator 34 is associated with the two inlet orifices 26, 28.
  • An input terminal of the spring-biased individual pressure compensator 34 is connected via a pressure channel 36 to the pressure port P of the directional valve section 24.
  • An output of the individual pressure compensator 34 is connected via a branching inlet channel 38 to a respective pressure port P of the two metering orifices 26, 28.
  • the individual pressure compensator 34 is - as explained above - acted upon in the closing direction by the pressure upstream of the inlet orifices 26, 28 and in the opening direction of the individual load pressure of the connected load, which is tapped via an LS channel 40.
  • the output of the shuttle valve 42 is connected to the LS port, so that the respective highest load pressure to the above-described pump control valve or to another connected directional valve section is reported.
  • the two identical feed orifices 26, 28 are each designed as electrically controllable, proportionally adjustable seat valves whose working ports A, B are connected via channels to the working ports A, B.
  • the consumer port A is in the inlet and the consumer port B is in progress.
  • the channel leading to the consumer port A is referred to as the flow channel 44 and the channel leading to the consumer port B is referred to as the return channel 46.
  • the end faces of the two inlet orifices 26, 28 are pressure balanced.
  • the metering orifices 26, 28 can be adjusted from the illustrated blocking position in which an outflow from the consumer in the direction of the pressure compensator 34 is leak-free shut in an opening direction, wherein the opening cross section of the energization of the proportional magnet 48, 50th depends.
  • the pressure downstream of the respective inlet orifice 26, 28 is tapped off at an LS connection of the inlet orifices 26, 28. This pressure is applied to the inputs of another shuttle valve 52 whose output is connected to the aforementioned LS channel 40.
  • the load pressure at the LS connection of the inlet metering orifice 26 is also signaled via a load tap channel 54 to the signal pressure chamber of the lowering brake valve 32 located in the outlet B and thus in the outlet.
  • the load pressure at the connection LS of the other metering orifice 28 is connected via a load tap channel 56 to the signal pressure chamber of the inlet-side lowering brake valve 30.
  • the two signal pressure chambers of the lowering brake valves 30, 32 are separated from each other via the further shuttle valve 52.
  • the two Lastabgriffskanäle 54, 56 are connected via a respective aperture 64, 66 in connection with the tank connection T '.
  • orifices 64, 66 thus serve to relieve pressure in order to avoid an uncontrolled pressure build-up due to leaks in the case of non-actuated valves and thus uncontrolled slide movements of the individual pressure compensator 34 or the lowering brake valves 30, 32 and a resulting uncontrolled operating behavior.
  • the two lowering brake valves 30, 32 are designed as hydraulically pilot-operated seat valves.
  • An input port P of the two lowering brake valves is connected in each case via a channel 58 or 60 to the associated flow channel 44 or the return channel 46.
  • An outlet connection T of the lowering brake valves is in each case via a tank channel 62, 64 in pressure medium connection with the tank connection T of the directional valve section 24.
  • the pressure in the flow channel 44 and in the return channel 46 is limited by designed in the valve seat design pressure relief valves 68, 70.
  • a maximum pressure set to this open a pressure fluid connection to a connected to the tank port T relief channel 67th
  • the load pressure downstream of the inlet orifice 26 is tapped via the Lastabgriffskanal 54 and reported to the signal pressure chamber located in the drain lowering brake valve 32 so that it is controlled in proportion to the inlet pressure and releases a flow cross section.
  • the check valve 32 opens completely under a pressing load.
  • the lowering brake valve 32 is moved to a control position, wherein the flow restricting the cross section established in such a way that the returning volume flow is only so large to adjust on the inlet side a pressure can be approximately the pressure equivalent of the spring force Return spring 74, 76 of the downstream lowering brake valve 32 corresponds. In this way cavitation can be reliably prevented.
  • LS systems are widely used for tractor applications. For some functions, there is a requirement for a floating position in which both sides of the consumer are connected to each other or to the return line. Such a floating position is required, for example, for attachments that are pulled behind the tractor or when leaving rotary consumers.
  • FIG. 3 is a variant of the embodiment according to FIG. 2 represented, wherein a floating position is realized.
  • an electrically switchable float valve 78 is provided, which is designed as a 3/2-way valve, wherein a terminal C is connected via a branching control line 80 to the inputs of two further shuttle valves 82, 84.
  • the float position valve 78 is biased by a spring into a basic position in which the port C is connected to a tank port T, which opens into a tank control line 86.
  • the above-described aperture 66 is arranged.
  • a pressure port P of the float valve 78 is connected via a connecting channel 88 to the pressure channel 36.
  • the two other inputs of the shuttle valves 82, 84 are connected to the load tap channel 54 and 56, respectively.
  • the output of the shuttle valves 82, 84 is then in fluid communication with the two Signal pressure chambers of the lowering brake valves 32 (shuttle valve 82) and 30 (shuttle valve 84).
  • the pressure channel 86 is connected to the inputs of the two shuttle valves 82, 84, so that they are adjusted to a position in which this pump pressure is reported in the signal pressure chambers of the lowering brake valves 30, 32 so that they are completely opened and release an opening cross-section in the valve-internal discharge channel 67 for both consumer sides.
  • the pump pressure is sufficient even with non-actuation of the inlet orifices 26, 28 to open the lowering brake valves 30, 32, as a result of system even when not operating the inlet orifices 26, 28 at least the pressure from the spring preload of the control spring 16 of the pump control valve 12 resulting pressure difference.
  • FIG. 4 shows a directional valve section 24, which is designed as LUDV system.
  • the directional valve section 24 has two inlet orifices 26, 28, which are also again designed as proportionally adjustable, pressure balanced poppet valves and from a spring-biased locking position shown by energization of proportional magnets 48, 50 are adjustable in the direction of an open position.
  • Each inlet orifice 26, 28 is associated with an individual pressure compensator 34 and 90, respectively. Furthermore, two lowering brake valves 30, 32 are provided which can be opened by the pressure in the respective inlet in order to connect the flow channel 44 and the return channel 46 to the tank T. In their basic position are the Lowering brake valves 30, 32 biased into a position in which an outflow from the consumer to the tank T is locked leak-free. The maximum pressure in the channels 44, 46 is again limited by pressure relief valves 68, 70. These are like the inlet orifices 26, 28 and the lowering brake valves 30, 32 formed as seat valves.
  • the inlet of the two pressure compensators 34, 90 is connected in each case via a connecting channel 92 or 94 to the outlet connection A of the inlet measuring orifice 26 or to the outlet connection B of the inlet measuring orifice 28.
  • Their input ports P are connected via the pressure channel 36 to the pressure port P of the directional valve section 24 as in the embodiment described above.
  • the pressure downstream of the respective inlet orifice 26, 28 is applied to the LS connections of the feed orifices 26, 28.
  • This load pressure is reported in an LS reporting line 96 in which a check valve 98 is provided. This opens when the load pressure is greater than the pressure which acts on the LS port of the directional valve section 24.
  • D. h. The greater of these pressures is reported in a branching pressure compensator 100, via which the spring-loaded end faces of the two individual pressure compensators 34, 90 are acted upon by this load pressure.
  • the individual pressure compensators 34, 90 are acted upon in the direction of its closed position by the force of the weak pressure balance spring and the highest load pressure of the consumer.
  • the pressure acts downstream of the respective inlet orifice 26, 28, which is tapped off at the connection channels 92, 94 via a control line 102, 103.
  • the output of the two individual pressure compensators 34, 90 is connected to the flow channel 44 and the return channel 46.
  • a check valve 104, 106 is arranged in each case. These prevent the consumer loads acting directly on the end faces of the lowering brake valves 30, 32.
  • the pressure drop across the inlet-side inlet orifices 26, 28 is kept constant via the individual pressure compensators 34, 90 acted upon in the closing direction by the highest load pressure, the consumer rate of all consumers being proportionally reduced in the event of an undersupply of the consumer.
  • the other functionality corresponds to that of the above-described embodiments.
  • the LS systems open the lowering brake valves 30, 32 at pushing loads completely.
  • When pulling loads adjusts an opening cross-section at the drain-side lowering brake valve 30, 32, so that on the inlet side, a pressure is adjusted, the height of which essentially depends on the biasing force of the return springs 74, 76.
  • FIG. 5 shows a variant of the embodiment according to FIG. 4 , wherein the functionality of the two individual pressure compensators 34, 90 is combined in a pressure compensator unit 112.
  • the basis FIG. 4 explained pressure balance line 100 is connected in this embodiment to an input port LS of the pressure compensator unit 112. This connection is also blocked in the basic position shown.
  • connection channels 92, 94 branch off the two control lines 102, 103, wherein the control line 102 to an effective in adjustment (a) end face and the control line 103 to an effective in the adjustment direction (b) face of the pressure compensator unit 114 leads.
  • a check valve 116, 118 is arranged in each case.
  • the pressure compensator unit 112 further has two control terminals X, Y.
  • the aforementioned end faces of the pressure compensator slide are acted upon by signal lines 120, 122 with the signal pressures at the terminals X, Y.
  • In an adjustment of the pressure compensator slide in the direction (a) or (b) of the LS port of the pressure compensator unit 112 is connected in a corresponding manner with the control port Y or X, so that the respective end face of the pressure compensator slide by the higher of the pressures in the connecting channel 92, 94 or the LS port of the directional valve section 24 is acted upon.
  • current flows through the inlet orifice plate 26 it accordingly releases an opening cross section between the pressure channel 36 and the connection channel 92.
  • connection channel 92 The increasing pressure in the connection channel 92 is then applied to the in FIG. 5 reported left end face of the pressure compensator unit 112 and are, even before the actual pressure compensator shutter comes in control position, a cross section free. About this pre-opened cross section of the pressure from the pressure balance line 100 of the entire system to the opposite end face (right in FIG. 5 ), so that the pressure compensator unit 112 can go to its control position.
  • the lowering brake valve 32 located in the outlet is then in turn completely opened when the load is pressed, so that the pressure medium can flow away from the consumer.
  • the pulling load function corresponds to that of the above-described embodiment.
  • FIG. 6 shows a concrete embodiment of a lowering brake valve, as it is usable in the embodiments described above. It is assumed that it is the lowering brake valve 32 from the previously described embodiments.
  • the other lowering brake valve 30 has a corresponding structure.
  • the illustrated embodiment is designed in cartridge construction, wherein in a valve bore 124, the actual lowering brake valve 32 is inserted.
  • This valve bore 124 is formed in the control block 4 and has two radial ports, into which the load pressure-carrying channel 60 and connected to the tank T relief channel 67 open. In the axial direction, a control port is formed, on which the respective inlet pressure acts, the example in the embodiment according to FIG. 2 tapped by the load pick-off channel 54.
  • the actual lowering brake valve has a main stage with a main piston 130 which is biased by the force of the return spring 76 against a valve seat 132, so that a pressure medium connection from the channel 60 to the discharge channel 67 is shut off. In the opposite direction, the main stage acts as a check valve.
  • the lowering brake valve 32 further has a pilot stage with a pilot piston 134, which is also biased by the return spring 76 against a pilot valve seat 136.
  • the return spring 76 acts on a spring plate 138 on an axial projection of the pilot piston 134 and thus biases both the main piston 130 and the pilot piston 134 in the direction of its closed position.
  • An end face 114 of the axial projection of the pilot piston 134 bears against the control piston 128.
  • the rear of the main piston 130 remote from the valve seat 132 defines a control chamber 142 which is connected via a connecting channel 144 to a space 146, which in turn forms via a shutter forming control notches 148, which in the FIG. 6 designated region are connected to a rear space 150 which is adjacent to the valve seat 136.
  • the in FIG. 6 Located to the left of the pilot valve seat 136 area of a receiving bore for the pilot piston 134 is in fluid communication with the discharge channel 67.
  • the in FIG. 6 right end face of the pilot piston 134 is relieved of pressure to the discharge channel 67.
  • the connection channel 144 is connected to the channel 60 via a nozzle 152.
  • the inlet pressure in the channel 60 acts via the nozzle 152 in the control chamber 142, so that the main piston is tensioned against the force of the return spring 76 against its valve seat 32.
  • About the pressure in the inlet of the control piston 128 is moved to the right and takes the pilot piston 134 against the force of the return spring 76 so that the Pilot piston 134 lifts from the pilot valve seat 136.
  • the diaphragm cross section formed by the fine control notches 148 is opened so that a connection between the connecting channel 144 and the relief channel 67 is established after a predetermined path (additive offset).
  • each consumer port is associated with a metering orifice and a lowering brake valve.
  • At least one inflow-side metering orifice is in operative connection with an individual pressure compensator.
  • each metering orifice is associated with an individual pressure compensator, these can be integrated into a single pressure compensator unit.

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Abstract

Offenbart ist eine Steueranordnung für mehrere Verbraucher, wobei jedem Verbraucheranschluss eine Zumessblende (26,28) und ein Senkbremsventil (30,32) zugeordnet ist. Zumindest eine zulaufseitige Zumessblende steht in Wirkverbindung mit einer Individualdruckwaage (34,90). In dem Fall, in dem jeder Zumessblende eine Individualdruckwaage zugeordnet ist, können diese in eine einzige Druckwaageneinheit integriert sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In mobilen Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Hydraulikbaggern oder Traktoren, erfolgt die Übertragung der von einem Primärenergiewandler, beispielsweise einem Dieselmotor, umgewandelten Leistung zu den einzelnen hydraulischen linearen oder rotatorischen Verbrauchern der Arbeitsausrüstungen durch hydraulische Antriebs- und Steuereinheiten. Die vom Dieselmotor angetriebene Pumpe fördert einen Druckmittelvolumenstrom zu einem Ventilblock, der das Öl an die hydraulischen Verbraucher verteilt.
  • Eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung der Verbraucher ist aus der EP 2 171 285 B1 bekannt. Bei dieser Steueranordnung werden mehrere Verbraucher über einen Steuerblock mit Druckmittel versorgt, wobei im Zulauf und im Ablauf jedes Verbrauchers eine stetig verstellbare Messblende, im Folgenden Zumessblende genannt, angeordnet ist. Zwischen der Zumessblende und dem Verbraucheranschluss ist jeweils ein Senkbremsventil vorgesehen, wobei das im Zulauf gelegene Senkbremsventil die Druckmittelverbindung zum Verbraucher freigibt und das im Ablauf gelegene Senkbremsventil vom Druck im Zulauf in Richtung seiner Öffnungsstellung beaufschlagt ist, so dass beispielsweise bei ziehender Last der Druckmittelvolumenstrom im Ablauf drosselbar ist. Durch diese aufgelöste Bauweise können die beiden dem Verbraucher zugeordneten Zumessblenden unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei aufgrund der einfachen Ventilkonstruktionen ein Plattformkonzept realisierbar ist.
  • Problematisch bei der bekannten Lösung ist jedoch, dass keine lastdruckunabhängige Ansteuerung des Verbrauchers ermöglicht wird.
  • Insbesondere bei der Druckmittelversorgung mobiler Arbeitsmaschinen werden sogenannte Load-Sensing-Steuerungen eingesetzt, bei denen der höchste Lastdruck der Verbraucher an eine Verstellpumpe gemeldet wird und diese so geregelt ist, dass in einer Pumpenleitung ein um eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem Lastdruck liegender Pumpendruck anliegt.
  • Dabei können den Zumessblenden einer Load-Sensing-Steuerung Individualdruckwaagen zugeordnet sein, die auch über den Zumessblenden der jeweils lastdruckniedrigeren hydraulischen Verbraucher eine konstante Druckdifferenz aufrechterhalten, so dass eine lastdruckunabhängige Ansteuerung des jeweiligen Verbrauchers ermöglicht ist.
  • Bei einer üblicher Weise mit LS-Steuerung bezeichneten Steueranordnung sind die Individualdruckwaagen stromaufwärts der jeweiligen Zumessblenden angeordnet und drosseln zwischen der Pumpenleitung und den Zumessblenden den Druckmittelvolumenstrom so an, dass der Druck vor den Zumessblenden unabhängig vom Pumpendruck nur noch um eine bestimmte Druckdifferenz über dem individuellen Lastdruck liegt. Hier wird bei einer Unterversorgung der Iastdruckhöchste Verbraucher langsamer, weil der vor dessen Zumessblende anstehende Pumpdruck abfällt und damit die Druckdifferenz über dieser Zumessblende kleiner wird.
  • Bei einer sogenannten LUDV-Steuerung (Iastdruckunabhängige Durchflussverteilung) sind die Individualdruckwaagen stromabwärts der Zumessblenden angeordnet und drosseln zwischen den Zumessblenden und dem Verbraucher den Fluidstrom so stark an, dass der Druck nach allen Zumessblenden gleich, vorzugsweise gleich dem höchsten Lastdruck ist oder leicht über diesem liegt. Hier ändert sich bei Unterversorgung an dem Druck stromabwärts der Zumessblende nichts. Vor allen Zumessblenden steht in gleicher Weise der Pumpendruck an, so dass sich an allen Zumessblenden die Druckdifferenz in gleicher Weise ändert, wenn bei einer Unterversorgung der Pumpendruck kleiner wird und die Stromaufteilung zwischen den Zumessblenden erhalten bleibt - dementsprechend wird die Geschwindigkeit aller Verbraucher verhältnisgleich reduziert.
  • Eine derartige Schaltung ist beispielsweise in der US 5,878,647 offenbart. Bei dieser LUDV-Steueranordnung sind jeder Bewegungsrichtung des Verbrauchers jeweils zwei Zumessblenden mit nachgeschalteter Individualdruckwaage zugeordnet, wobei eine Zumessblende mit zugeordneter Individualdruckwaage bei einer Druckmittelströmung zum jeweiligen Verbraucheranschluss und die andere Zumessblende mit zugeordneter Individualdruckwaage vom jeweiligen Verbraucheranschluss abströmenden Druckmittelvolumenstrom wirksam ist, so dass sowohl der Zulaufvolumenstrom als auch der Ablaufvolumenstrom lastkompensiert eingestellt werden kann. Nachteil dieser Lösung ist ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand, da jedem Verbraucher vier Messblenden und vier Individualdruckwaagen zugeordnet sind.
  • Die US 7 905 088 B2 offenbart eine Steueranordnung zur Anwendung bei mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Hydraulikbaggern in aufgelöster Bauweise, die ähnliche Nachteile wie die vorbeschriebene Lösung zeigt.
  • Gegenüber dem vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung zu schaffen, die die Druckmittelversorgung von mehreren Verbrauchern mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung sind jedem einer Vielzahl von Verbrauchern zulaufseitig und ablaufseitig jeweils eine stetig verstellbare Zulaufmessblende und ein Senkbremsventil zugeordnet, wobei letzteres bei Umgehung der Zulaufmessblende ein Abströmen von Druckmittel vom Verbraucher zu einem Tank ermöglicht. Der Öffnungsquerschnitt des Senkbremsventils ist im Wesentlichen abhängig vom Druck im Zulauf, so dass bei einer ziehenden Last der Druckmittelvolumenstrom im jeweiligen Ablauf gedrosselt wird. Erfindungsgemäß ist zur lastdruckunabhängigen Ansteuerung der Verbraucher den beiden einem Verbraucher zugeordneten Zulaufmessblenden zumindest eine Individualdruckwaage zugeordnet. Über diese kann im Sinne einer LS- oder LUDV-Steuerung der Druckabfall über der im Zulauf gelegenen Zulaufmessblende konstant gehalten werden, so dass eine im Wesentlichen lastdruckunabhängige Druckmittelversorgung des Verbrauchers gewährleistet ist.
  • Bei einer Variante ist die Steueranordnung als LS-System ausgeführt, wobei die Individualdruckwaage im Sinne einer Verringerung ihres Öffnungsquerschnitts vom Druck stromaufwärts der zugeordneten Zulaufmessblende und im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts vom Lastdruck des jeweiligen Verbrauchers beaufschlagt ist.
  • Alternativ kann die Steueranordnung auch als LUDV-System ausgeführt werden, wobei die Individualdruckwaage dann stromabwärts der zugeordneten Zulaufmessblende angeordnet ist und in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der Zulaufmessblende und in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck der Verbraucher beaufschlagt ist.
  • Bei einer derartigen Variante wird es bevorzugt, wenn zwischen dem Verbraucher und der stromabwärts der zugeordneten Zulaufmessblende angeordneten Individualdruckwaage ein Rückschlagventil vorgesehen ist, das ein Abströmen des Druckmittels vom Verbraucher in Richtung zur Druckwaage sperrt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Steueranordnung sieht vor, beiden einem Verbraucher zugeordneten Zulaufmessblenden jeweils eine Individualdruckwaage zuzuordnen.
  • Der vorrichtungstechnische Aufwand bei einer derartigen Lösung kann verringert werden, wenn die Funktionalität dieser beiden Druckwaagen in einer Druckwaageneinheit zusammengefasst ist.
  • Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Senkbremsventile und auch die Zulaufmessblende in Sitzventilbauweise ausgeführt sind, wobei beide Ventiltypen eine Sperrstellung aufweisen, die ein Abströmen von Druckmittel vom Verbraucher leckagefrei sperren.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zum Einstellen einer Schwimmstellung ein Schwimmstellungsventil vorgesehen, über das eine in Öffnungsrichtung wirksame Steuerkammer des jeweiligen Senkbremsventils mit einem Steuerdruck, vorzugsweise dem Pumpendruck beaufschlagbar ist.
  • Die Senkbremsventile können jeweils mit einem additiven Offset ausgeführt sein, so dass es erst bei Überschreiten eines dem Offset entsprechenden Drucks im Ablauf öffnet. Auf diese Weise ist eine ablaufseitige Einspannung des Verbrauchers gewährleistet.
  • Um eine Fehlbetätigung des im Zulauf gelegenen Senkbremsventils zu vermeiden, kann ein Wechselventil vorgesehen werden, dessen Eingänge einerseits in Steuerölverbindung mit einer den Zulaufdruck führenden Leitung und einer Steuerkammer des im Ablauf gelegenen Senkbremsventils und andererseits in Steuerölverbindung mit einer den Ablaufdruck führenden Leitung und einer Steuerkammer des im Zulauf gelegenen Senkbremsventils stehen und dessen Ausgang mit einer den Lastdruck führenden Leitung verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Steueranordnung wird vorzugsweise als Load-Sensing-Steuerung ausgeführt, wobei ein Pumpendruck einer Pumpe so geregelt ist, dass er um eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb des höchsten Lastdrucks der Verbraucher liegt.
  • Diese Pumpe kann als Verstellpumpe oder eine Konstantpumpe mit Bypassventil ausgeführt sein.
  • Insbesondere für Anwendungen in der Mobiltechnik wird es bevorzugt, wenn die Steueranordnung als Ventilblock ausgeführt ist, wobei jedem Verbraucher eine Ventilscheibe mit Zulaufmessblenden, Senkbremsventilen und Individualdruckwaage zugeordnet ist.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 ein stark vereinfachtes Schaltschema einer erfindungsgemäßen Steueranordnung mit Ventilblock;
    • Figur 2 eine Ventilscheibe eines derartigen Ventilblocks als LS-System;
    • Figur 3 das LS-System aus Figur 2 mit einer Freigangschaltung;
    • Figur 4 eine als LUDV-System ausgeführte Ventilscheibe eines Ventilblocks gemäß Figur 1;
    • Figur 5 eine Variante des LUDV-Systems gemäß Figur 3 und
    • Figur 6 eine konkrete Ausgestaltung eines Senkbremsventils für eine Steueranordnung gemäß den Figuren 1 bis 5.
  • Durch die im Folgenden erläuterten Steueranordnungen sollen hydraulische Verbraucher mit einem in beiden Verbraucherrichtungen umschalt- und steuerbarem Druckmittelvolumenstrom versorgt werden. Die Versorgung mit Druckmittel in den Zulauf der Verbraucher erfolgt dabei lastkompensiert und ist somit zum größten Teil nur mit von dem Öffnungsquerschnitt einer im Folgenden noch näher erläuterten Zulaufmessblende abhängig. Um die Abhängigkeit der sich einstellenden Verbrauchergeschwindigkeit nur vom Zulaufvolumenstrom zu realisieren, sind bei dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen in den ventilseitigen Rücklaufkanälen der Verbraucher vom Zulaufdruck entsperr- und regelbare Sperrventile vorgesehen. Sowohl die Zulaufventile als auch die vom Zulaufdruck entsperrten Sperrventile im Rücklauf sind vorzugsweise als vorgesteuerte und druckausgeglichene Sitzventile ausgeführt. Die Ansteuerung der sich im Eingriff befindenden Zulauf- und Rücklaufventile erfolgt unabhängig voneinander (aufgelöste Steuerkanten). Diese aufgelöste Bauweise ermöglicht es, ohne den Einsatz von beim Stand der Technik erforderlichen zusätzlichen Drucksensoren den Rücklaufvolumenstrom bei ziehenden Lasten vom Druckaufbau im Zulaufkanal abhängig zu machen. So kann im Betrieb weitestgehend die Senkengeschwindigkeit durch den Zulaufvolumenstrom vorgegeben werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Realisierung eines Plattformkonzepts bei dem die wesentlichen Elemente, wie das proportional ansteuerbare Zulaufventil in Sitzventilausführung, das proportional verstellbare Sperrventil im Rücklaufkanal in Sitzventilausführung, diverse Wechselventile sowohl bei Steueranordnungen in LS-Technik als auch bei Steueranordnungen in LUDV-Technik eingesetzt werden können. Ein derartiges Plattformkonzept ist bei Ventilen, bei denen ein Hauptsteuerschieber alle Öffnungsquerschnitte abbildet nicht zu realisieren. Grund ist die zum Teil sehr aufwendige Inbetriebnahme und Anpassung der Zu- und Ablaufmessblendenquerschnitte, vor allem bei LUDV-Ventilen mit der Hauptanwendung in Hydraulikbaggern. Die im Folgenden beschriebenen Sitzventile gewährleisten eine Leckagefreiheit, so dass bei der LS-Version keine zusätzlichen Maßnahmen, wie Rückschlagventile erforderlich sind.
  • Figur 1 zeigt einen stark vereinfachten Schaltplan einer erfindungsgemäßen Steueranordnung zur Druckmittelversorgung mehrerer Verbraucher eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Baggers, eines Baggerladers, eines Mini- und Kompaktbaggers, eines Telehandlers oder dergleichen. Die Druckmittelversorgung der Verbraucher 2, hier beispielhaft ein Differentialzylinder dargestellt, erfolgt über einen Steuerblock 4, der eine Vielzahl von Ventilscheiben (Wegeventilsektionen 4) hat, von denen jede einem der Verbraucher 2 zugeordnet ist. Jede der Wegeventilsektionen 4 hat zwei Arbeitsanschlüsse A, B, die über die im Folgenden beschriebene Ventilanordnung mit Anschlüssen P, T, T' und LS des Steuerblocks 4 verbindbar sind.
  • Die Steueranordnung hat eine Pumpe, im vorliegenden Fall eine Verstellpumpe 6 deren Druckanschluss über eine Pumpenleitung 8 mit dem Druckanschluss P des Steuerblocks 4 verbunden ist. Wie eingangs erwähnt, kann anstelle einer Verstellpumpe auch eine Konstantpumpe mit Bypassventil verwendet werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verstellpumpe 6 beispielsweise als Axialkolbenpumpe ausgeführt, deren Schwenkwinkel über einen Stellzylinder 10 verstellbar ist. Die Ansteuerung des Stellzylinders 10 erfolgt über ein Pumpenregelventil 12. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schwenkwinkel über eine Rückstelleinrichtung 14 in Richtung des maximalen Schwenkwinkels beaufschlagt, während der Stellzylinder 10 zur Verringerung des Schwenkwinkels gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung 14 verstellt werden kann. Das Pumpenregelventil 12 ist durch die Kraft einer Regelfeder 16 und den Steuerdruck in einer LS-Leitung 18 in Richtung einer Entlastung des Stellzylinders 10 vorgespannt, wobei eine Steuerölverbindung zwischen einer im Stellraum des Stellzylinders 10 mündenden Stellleitung 20 zu einem Tank T aufgesteuert wird. In der LS-Leitung 18 liegt der höchste Lastdruck der angesteuerten Verbraucher an, der am LS-Anschluss des Ventilblocks 4 abgegriffen wird. Der Tankanschluss T des Ventilblocks 4 ist über eine Tankleitung 22 mit dem Tank T verbunden.
  • Entgegen der Kraft der Regelfeder 16 und dem höchsten Lastdruck wirkt auf den Ventilschieber des Pumpenregelventils 12 der Pumpendruck, der an der Pumpenleitung 8 abgegriffen wird. Dieser Pumpendruck liegt auch an einem Druckanschluss P des Pumpenregelventils 12 an. Bei Ansteuerung der Verstellpumpe 14 steigt der Pumpenvolumenstrom und damit der Pumpendruck in der Pumpenleitung 18 solange an, bis sich an den Stirnflächen des Pumpenregelventils 12 ein Kräftegleichgewicht aus der Druckkraft des Pumpendrucks zum Einen und zum Anderen aus dem Lastdruck des lastdruckhöchsten Verbrauchers und der Kraft der Regelfeder 16 einstellt. Der Pumpendruck ist dann um die aus der Federkraft vorgegebene Druckdifferenz höher als der höchste Lastdruck. Die Grundfunktion einer derartigen Pumpenregelung ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der eingangs genannten EP 2 171 285 B1 bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
  • Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wegeventilsektion 24 eines Ventilblocks 4 gemäß Figur 1. Ausgeführt ist diese Wegeventilsektion 24 mit Verbraucheranschlüssen A, B, einem Druckanschluss P, einem Tankanschluss T, einem LS-Anschluss LS und einem weiteren Tankanschluss T', wobei die letztgenannten Anschlüsse P, T, LS, T' in Druckmittelverbindung mit den benachbarten Wegeventilsektionen stehen können.
  • Bei den im Folgenden beschriebenen Wegeventilsektionen 24 ist jedem Verbraucheranschluss A, B eine Zumessblende 26, 28 sowie jeweils ein Senkbremsventil 30, 32 zugeordnet. Zur Lastkompensierung ist zumindest eine Individualdruckwaage 34 vorgesehen, über die der Druckabfall über der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28 konstant gehalten werden kann. Bei der in Figur 2 dargestellten Lösung ist die Wegeventilsektion 24 als LS-System ausgeführt, wobei eine einzige Individualdruckwaage 34 den beiden Zulaufmessblenden 26, 28 zugeordnet ist.
  • Ein Eingangsanschluss der federvorgespannten Individualdruckwaage 34 ist über einen Druckkanal 36 an den Druckanschluss P der Wegeventilsektion 24 angeschlossen. Ein Ausgang der Individualdruckwaage 34 ist über einen sich verzweigenden Zulaufkanal 38 mit jeweils einem Druckanschluss P der beiden Zumessblenden 26, 28 verbunden. Die Individualdruckwaage 34 ist - wie eingangs erläutert - in Schließrichtung vom Druck stromaufwärts der Zulaufmessblenden 26, 28 und in Öffnungsrichtung vom individuellen Lastdruck des angeschlossenen Verbrauchers beaufschlagt, der über einen LS-Kanal 40 abgegriffen wird. Dieser führt zu einem Eingang eines Wechselventils 42, an dessen anderem Eingang der höchste Lastdruck der anderen Verbraucher anliegt, der über eine nicht dargestellte Wechselventilkaskade abgegriffen wird. Der Ausgang des Wechselventils 42 ist an den LS-Anschluss angeschlossen, so dass der jeweils höchste Lastdruck zum eingangs beschriebenen Pumpenregelventil oder an eine andere angeschlossene Wegeventilsektion gemeldet wird.
  • Die beiden baugleichen Zulaufmessblenden 26, 28 sind jeweils als elektrisch ansteuerbare, proportional verstellbare Sitzventile ausgeführt, deren Arbeitsanschlüsse A, B über Kanäle mit den Arbeitsanschlüssen A, B verbunden sind. Bei der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der Verbraucheranschluss A im Zulauf und der Verbraucheranschluss B im Ablauf liegt. Entsprechend dieser Annahme wird der zum Verbraucheranschluss A führende Kanal als Vorlaufkanal 44 und der zum Verbraucheranschluss B führende Kanal als Rücklaufkanal 46 bezeichnet. Die Stirnflächen der beiden Zulaufmessblenden 26, 28 sind druckausgeglichen.
  • Durch Bestromung eines Proportional magneten 48, 50 können die Zumessblenden 26, 28 aus der dargestellten Sperrposition, in der ein Abströmen vom Verbraucher in Richtung zur Druckwaage 34 leckagefrei abgesperrt ist in eine Öffnungsrichtung verstellt werden, wobei der Öffnungsquerschnitt von der Bestromung des Proportionalmagneten 48, 50 abhängt. Der Druck stromabwärts der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28 wird an einem LS-Anschluss der Zulaufmessblenden 26, 28 abgegriffen. Dieser Druck liegt an den Eingängen eines weiteren Wechselventils 52 an, dessen Ausgang mit dem vorgenannten LS-Kanal 40 verbunden ist. Der Lastdruck am LS-Anschluss der Zulaufmessblende 26 wird auch über einen Lastabgriffskanal 54 zur Signaldruckkammer des dem Anschluss B und somit im Ablauf gelegenen Senkbremsventils 32 gemeldet. In entsprechender Weise wird der Lastdruck am Anschluss LS der anderen Zumessblende 28 über einen Lastabgriffskanal 56 mit der Signaldruckkammer des zulaufseitigen Senkbremsventils 30 verbunden. Dem entsprechend werden über das weitere Wechselventil 52 auch die beiden Signaldruckkammern der Senkbremsventile 30, 32 voneinander getrennt. Die beiden Lastabgriffskanäle 54, 56 stehen über jeweils eine Blende 64, 66 in Verbindung mit dem Tankanschluss T'. Diese Blenden 64, 66 dienen somit der Druckentlastung, um einen unkontrollierten Druckaufbau durch Leckagen bei nicht betätigten Ventilen und somit unkontrollierte Schieberbewegungen der Individualdruckwaage 34 bzw. der Senkbremsventile 30, 32 und ein daraus resultierendes unkontrolliertes Betriebsverhalten zu vermeiden.
  • Die beiden Senkbremsventile 30, 32 sind als hydraulisch vorgesteuerte Sitzventile ausgebildet. Ein Eingangsanschluss P der beiden Senkbremsventile ist jeweils über einen Kanal 58 bzw. 60 mit dem zugeordneten Vorlaufkanal 44 bzw. dem Rücklaufkanal 46 verbunden. Ein Ausgangsanschluss T der Senkbremsventile steht jeweils über einen Tankkanal 62, 64 in Druckmittelverbindung mit dem Tankanschluss T der Wegeventilsektion 24.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Druck im Vorlaufkanal 44 und im Rücklaufkanal 46 über in Sitzventilbauweise ausgeführte Druckbegrenzungsventile 68, 70 begrenzt. Bei Überschreiten eines an diesen eingestellten Maximaldrucks öffnen diese eine Druckmittelverbindung zu einem mit dem Tankanschluss T verbundenen Entlastungskanal 67.
  • Bei Bestromung des Proportionalmagneten 48 wird, wie vorstehend ausgeführt, ein Öffnungsquerschnitt der Zulaufmessblende 26 aufgesteuert, wobei der Lastdruck über den LS-Anschluss der Zulaufmessblende 26 abgegriffen und über das Wechselventil 52 in den in Öffnungsrichtung der Individualdruckwaage 34 wirksamen Steuerraum gemeldet. In Gegenrichtung wirkt der Druck im Zulaufkanal 38. In einer Regelposition der Individualdruckwaage 34 ist der Druck im Zulaufkanal 38 um die aus der Federkraft der Individualdruckwaage 34 resultierende Druckdifferenz größer als der gemeldete individuelle Lastdruck, so dass der Druckabfall über der Zulaufmessblende 26 lastdruckunabhängig konstant bleibt. Der Lastdruck stromabwärts der Zulaufmessblende 26 wird über den Lastabgriffskanal 54 abgegriffen und zur Signaldruckkammer des im Ablauf gelegenen Senkbremsventil 32 gemeldet, so dass dieses proportional zum Zulaufdruck aufgesteuert wird und einen Abströmquerschnitt freigibt. Dabei öffnet sich das Sperrventil 32 bei einer drückenden Last vollständig. Bei einer ziehenden Last wird das Senkbremsventil 32 in eine Regelposition verstellt, wobei sich der den Ablauf bestimmende Blendenquerschnitt derart einstellt, dass der rücklaufende Volumenstrom nur so groß ist, um auf der Zulaufseite einen Druck einstellen zu können, der in etwa dem Druckäquivalent der Federkraft der Rückstellfeder 74, 76 des im Ablauf gelegenen Senkbremsventils 32 entspricht. Auf diese Weise kann eine Kavitation zuverlässig verhindert werden.
  • LS-Systeme werden in großem Umfang für Anwendungen bei Traktoren eingesetzt. Dabei gibt es für einige Funktionen die Anforderung einer Schwimmstellung, bei der beide Verbraucherseiten miteinander oder mit dem Rücklauf verbunden sind. Eine derartige Schwimmstellung wird beispielsweise für Anbaugeräte gefordert, die hinter dem Traktor hergezogen werden oder beim Auslaufen von rotatorischen Verbrauchern.
  • In Figur 3 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 dargestellt, wobei eine Schwimmstellung realisiert ist. Hierzu ist ein elektrisch umschaltbares Schwimmstellungsventil 78 vorgesehen, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, wobei ein Anschluss C über eine sich verzweigende Steuerleitung 80 an die Eingänge zweier weiterer Wechselventile 82, 84 angeschlossen ist. Das Schwimmstellungsventil 78 ist über eine Feder in eine Grundstellung vorgespannt, in der der Anschluss C mit einem Tankanschluss T verbunden ist, der in einer Tanksteuerleitung 86 mündet. In dieser ist die vorbeschriebenen Blende 66 angeordnet.
  • Ein Druckanschluss P des Schwimmstellungsventils 78 ist über einen Verbindungskanal 88 mit dem Druckkanal 36 verbunden. Die beiden anderen Eingänge der Wechselventile 82, 84 sind an den Lastabgriffskanal 54 bzw. 56 angeschlossen. Der Ausgang der Wechselventile 82, 84 steht dann in Druckmittelverbindung mit den beiden Signaldruckkammern der Senkbremsventile 32 (Wechselventil 82) bzw. 30 (Wechselventil 84).
  • In der dargestellten federvorgespannten Grundposition des Schwimmstellungsventils 78 entspricht die Funktion der Schaltung gemäß Figur 3 derjenigen aus Figur 2, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
  • Durch Umschalten des Schwimmstellungsventils 78 in seine Schaltposition (b) wird der Druckkanal 86 mit den Eingängen der beiden Wechselventile 82, 84 verbunden, so dass diese in eine Position verstellt werden, in der dieser Pumpendruck in die Signaldruckkammern der Senkbremsventile 30, 32 gemeldet wird, so dass diese vollständig aufgesteuert werden und für beide Verbraucherseiten einen Öffnungsquerschnitt in den ventilinternen Entlastungskanal 67 freigeben.
  • Der Pumpendruck reicht auch bei Nichtbetätigung der Zulaufmessblenden 26, 28 aus, um die Senkbremsventile 30, 32 zu öffnen, da sich systembedingt auch bei Nichtbetätigung der Zulaufmessblenden 26, 28 immer mindestens die aus der Federvorspannung der Regelfeder 16 des Pumpenregelventils 12 resultierende Druckdifferenz einstellt.
  • Figur 4 zeigt eine Wegeventilsektion 24, die als LUDV-System ausgeführt ist. Bei der folgenden Beschreibung werden für Bauelemente, die denjenigen der Schaltung gemäß Figur 2 entsprechen, der Einfachheit halber die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dem entsprechend hat die Wegeventilsektion 24 zwei Zulaufmessblenden 26, 28, die ebenfalls wieder als proportional verstellbare, druckausgeglichene Sitzventile ausgeführt sind und aus einer dargestellten federvorgespannten Sperrposition durch Bestromung von Proportionalmagneten 48, 50 in Richtung einer Öffnungsposition verstellbar sind.
  • Jeder Zulaufmessblende 26, 28 ist eine Individualdruckwaage 34 bzw. 90 zugeordnet. Des Weiteren vorgesehen sind auch zwei Senkbremsventile 30, 32, die vom Druck im jeweiligen Zulauf aufgesteuert werden können, um den Vorlaufkanal 44 bzw. den Rücklaufkanal 46 mit dem Tank T zu verbinden. In ihrer Grundposition sind die Senkbremsventile 30, 32 in eine Position vorgespannt, in der ein Abströmen vom Verbraucher zum Tank T leckagefrei gesperrt ist. Der maximale Druck in den Kanälen 44, 46 wird wiederum über Druckbegrenzungsventile 68, 70 begrenzt. Auch diese sind wie die Zulaufmessblenden 26, 28 und die Senkbremsventile 30, 32 als Sitzventile ausgebildet.
  • Der Eingang der beiden Druckwaagen 34, 90, ist jeweils über einen Verbindungskanal 92 bzw. 94 mit dem Ausgangsanschluss A der Zulaufmessblende 26 bzw. dem Ausgangsanschluss B der Zulaufmessblende 28 verbunden. Deren Eingangsanschlüsse P sind wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel über den Druckkanal 36 mit dem Druckanschluss P der Wegeventilsektion 24 verbunden.
  • Ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt an den LS-Anschlüssen der Zulaufmessblenden 26, 28 der Druck stromabwärts der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28 an. Dieser Lastdruck wird in eine LS-Meldeleitung 96 gemeldet, in der ein Rückschlagventil 98 vorgesehen ist. Dieses öffnet, wenn der Lastdruck größer ist als derjenige Druck, der am LS-Anschluss der Wegeventilssektion 24 wirkt. D. h., der größere dieser Drücke wird in eine sich verzweigende Druckwaagenleitung 100 gemeldet, über die die federkraftbelasteten Stirnflächen der beiden Individualdruckwaagen 34, 90 mit diesem Lastdruck beaufschlagt sind. D. h., die Individualdruckwaagen 34, 90 sind in Richtung ihrer Schließposition durch die Kraft der schwachen Druckwaagenfeder und den höchsten Lastdruck der Verbraucher beaufschlagt. In Öffnungsrichtung wirkt der Druck stromabwärts der jeweiligen Zulaufmessblende 26, 28, der an den Verbindungskanälen 92, 94 über eine Steuerleitung 102, 103 abgegriffen wird. Der Ausgang der beiden Individualdruckwaagen 34, 90 ist an den Vorlaufkanal 44 bzw. den Rücklaufkanal 46 angeschlossen. In diesen beiden Kanälen 44, 46 ist jeweils ein Rückschlagventil 104, 106 angeordnet. Diese verhindern, dass die Verbraucherlasten direkt auf die Stirnflächen der Senkbremsventile 30, 32 wirken. Im Bereich zwischen diesen Rückschlagventilen 104, 106 und der jeweiligen Druckwaage 34, 90 zweigen von den Kanälen 44, 46 Abgriffskanäle 108, 110 ab, über die der Lastdruck stromabwärts der jeweiligen Individualdruckwaagen 34, 90 in die Signaldruckkammern des zugeordneten Senkbremsventils 32 bzw. 30 gemeldet wird, so dass das Senkbremsventil 32 durch den Druck stromabwärts der Druckwaage 34 und das Senkbremsventil 30 durch den Druck stromabwärts der Druckwaage 90 aufgesteuert werden kann.
  • Die in Figur 4 dargestellten und nicht näher bezeichneten Blenden haben die gleiche Funktion wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel - sie dienen zur Druckentlastung der Signalleitungen, um einen unkontrollierten Druckaufbau durch Leckage bei nicht betätigten Ventilen zu verhindern.
  • Wie eingangs erläutert, wird über die in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck beaufschlagten Individualdruckwaagen 34, 90 der Druckabfall über den zulaufseitigen Zulaufmessblenden 26, 28 konstant gehalten, wobei bei einer Unterversorgung der Verbraucher die Verbrauchergeschwindigkeit sämtlicher Verbraucher verhältnisgleich reduziert wird.
  • Die sonstige Funktionalität entspricht derjenigen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele. Wie auch bei den LS-Systemen öffnen die Senkbremsventile 30, 32 bei drückenden Lasten vollständig. Bei ziehenden Lasten stellt sich am ablaufseitigen Senkbremsventil 30, 32 ein Öffnungsquerschnitt ein, so dass auf der Zulaufseite ein Druck eingeregelt wird, dessen Höhe im Wesentlichen von der Vorspannkraft der Rückstellfedern 74, 76 abhängt.
  • Figur 5 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4, wobei die Funktionalität der beiden Individualdruckwaagen 34, 90 in einer Druckwaageneinheit 112 zusammengefasst ist. Diese bildet praktisch eine in zwei Richtungen verstellbare Individualdruckwaage aus, wobei sie über eine Druckwaagenfederanordnung 114 in eine Sperrstellung vorgespannt ist, in der die Druckmittelverbindung zwischen den Verbindungskanälen 92, 94 zum Vorlaufkanal 44 bzw. zum Rücklaufkanal 46 abgesperrt ist. Die anhand Figur 4 erläuterte Druckwaagenleitung 100 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an einen Eingangsanschluss LS der Druckwaageneinheit 112 angeschlossen. Auch dieser Anschluss ist in der dargestellten Grundposition abgesperrt. Von den beiden Verbindungskanälen 92, 94 zweigen die beiden Steuerleitungen 102, 103 ab, wobei die Steuerleitung 102 zu einer in Verstellrichtung (a) wirksamen Stirnfläche und die Steuerleitung 103 zu einer in Verstellrichtung (b) wirksamen Stirnfläche der Druckwaageneinheit 114 führt. In der Steuerleitung 102, 103 ist jeweils ein Rückschlagventil 116, 118 angeordnet.
  • Die Druckwaageneinheit 112 hat des Weiteren zwei Steueranschlüsse X, Y. Wobei die vorgenannten Stirnflächen des Druckwaagenschiebers über Signalleitungen 120, 122 mit den Signaldrücken an den Anschlüssen X, Y beaufschlagt sind. Bei einer Verstellung des Druckwaagenschiebers in Richtung (a) oder (b) wird der LS-Anschluss der Druckwaageneinheit 112 in entsprechender Weise mit dem Steueranschluss Y bzw. X verbunden, so dass die jeweilige Stirnfläche des Druckwaagenschiebers durch den höheren der Drücke im Verbindungskanal 92, 94 oder am LS-Anschluss der Wegeventilsektion 24 beaufschlagt ist. Bei Bestromung der Zulaufmessblende 26 gibt diese entsprechend einen Öffnungsquerschnitt zwischen dem Druckkanal 36 und dem Verbindungskanal 92 frei. Der steigende Druck im Verbindungskanal 92 wird dann an die in Figur 5 linke Stirnfläche der Druckwaageneinheit 112 gemeldet und gibt, noch bevor die eigentliche Druckwaagenblende in Regelposition kommt, einen Querschnitt frei. Über diesen vorgeöffneten Querschnitt wird der Druck aus der Druckwaagenleitung 100 des Gesamtsystems an die gegenüber liegende Stirnfläche (rechts in Figur 5) gemeldet, so dass die Druckwaageneinheit 112 in ihre Regelposition gehen kann. Das im Ablauf gelegene Senkbremsventil 32 wird dann bei drückender Last wiederum vollständig aufgesteuert, so dass das Druckmittel vom Verbraucher abströmen kann. Die Funktion bei ziehender Last entspricht derjenigen des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels.
  • Figur 6 zeigt eine konkrete Ausgestaltung eines Senkbremsventils, wie es bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendbar ist. Es sei angenommen, dass es sich um das Senkbremsventil 32 aus den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt. Das andere Senkbremsventil 30 hat einen entsprechenden Aufbau. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist in Patronenbauweise ausgeführt, wobei in eine Ventilbohrung 124 das eigentliche Senkbremsventil 32 eingesetzt ist. Diese Ventilbohrung 124 ist im Steuerblock 4 ausgebildet und hat zwei radiale Anschlüsse, in die der den Lastdruck führende Kanal 60 und der mit dem Tank T verbundene Entlastungskanal 67 einmünden. In Axialrichtung ist ein Steueranschluss ausgebildet, an dem der jeweilige Zulaufdruck wirkt, der beispielsweise beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 durch den Lastabgriffskanal 54 abgegriffen ist. Dieser Druck wird in die vorgenannte Signaldruckkammer 126 gemeldet, die von einem Steuerkolben 128 begrenzt ist. Das eigentliche Senkbremsventil hat eine Hauptstufe mit einem Hauptkolben 130, der durch die Kraft der Rückstellfeder 76 gegen einen Ventilsitz 132 vorgespannt ist, so dass eine Druckmittelverbindung vom Kanal 60 zum Entlastungskanal 67 abgesperrt ist. In Gegenrichtung wirkt die Hauptstufe als Rückschlagventil. Das Senkbremsventil 32 hat des Weiteren eine Pilotstufe mit einem Pilotkolben 134, der ebenfalls über die Rückstellfeder 76 gegen einen Pilotventilsitz 136 vorgespannt ist. Die Rückstellfeder 76 greift dabei über einen Federteller 138 an einem Axialvorsprung des Pilotkolbens 134 an und spannt somit sowohl den Hauptkolben 130 als auch den Pilotkolben 134 in Richtung ihrer Schließposition vor. Eine Stirnfläche 114 des Axialvorsprungs des Pilotkolbens 134 liegt am Steuerkolben 128 an. Die vom Ventilsitz 132 entfernte Rückseite des Hauptkolbens 130 begrenzt einen Steuerraum 142, der über einen Verbindungskanal 144 mit einem Raum 146 verbunden ist, der seinerseits über eine Blende ausbildende Feinsteuerkerben 148, die in dem in Figur 6 gekennzeichneten Bereich vorgesehen sind mit einem Rückraum 150 verbunden ist, der an den Ventilsitz 136 angrenzt. Der in Figur 6 links vom Pilotventilsitz 136 gelegene Bereich einer Aufnahmebohrung für den Pilotkolben 134 steht in Druckmittelverbindung mit dem Entlastungskanal 67. Die in Figur 6 rechte Stirnfläche des Pilotkolbens 134 ist zum Entlastungskanal 67 hin druckentlastet. Der Verbindungskanal 144 ist über eine Düse152 mit dem Kanal 60 verbunden.
  • Da der Grundaufbau des Senkbremsventils 32 im Prinzip beispielsweise aus der EHR23-Ventilserie der Anmelderin bekannt ist, kann auf eine weitere Erläuterung der konstruktiven Besonderheiten verzichtet werden. Der einzige wesentliche Unterschied zwischen den bekannten Senkbremsventilen und der hier vorgestellten Lösung besteht darin, dass bei den bekannten Lösungen die Pilotstufe mittels eines Proportionalmagneten verstellt wird, während bei der vorgestellten Lösung eine hydraulische Verstellung durch den Zulaufdruck erfolgt.
  • Der Zulaufdruck im Kanal 60 wirkt über die Düse 152 im Steuerraum 142, so dass der Hauptkolben gegen die Kraft der Rückstellfeder 76 gegen seinen Ventilsitz 32 gespannt ist. Über den Druck im Zulauf wird der Steuerkolben 128 nach rechts bewegt und nimmt den Pilotkolben 134 gegen die Kraft der Rückstellfeder 76 mit, so dass der Pilotkolben 134 vom Pilotventilsitz 136 abhebt. Durch diese Öffnungsbewegung wird der durch die Feinsteuerkerben 148 gebildete Blendenquerschnitt aufgesteuert, so dass sich nach einem vorbestimmten Weg (additiver Offset) eine Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 144 und dem Entlastungskanal 67 einstellt. Dadurch wird der Druck im Steuerraum 142 abgesenkt und der Hauptkolben 130 beginnt sich durch den in Öffnungsrichtung wirksamen Lastdruck und eine in Öffnungsrichtung wirksame Flächendifferenz zu Öffnen, wobei der durch die Feinsteuerkerben gebildete Blendenquerschnitt wieder verringert wird, bis sich im Steuerraum 10 ein einem Gleichgewicht entsprechender Zwischendruck einstellt - die Hauptstufe folgt somit der Pilotstufe.
  • Im Falle einer ziehenden Last (Lastdruck im Kanal 60 größer als der einzuregelnde Zulaufdruck im Lastabgriffskanal 54) stellt sich im Zulauf ein Zulaufdruck ein, welcher in etwa dem Druckäquivalent der Kraft der Rückstellfeder 76 entspricht, wobei Strömungskräfte nicht berücksichtigt sind. Dabei stellt sich ein Öffnungsquerschnitt der Hauptstufe ein, der den Rücklaufvolumenstrom und somit eine Senkengeschwindigkeit des Verbrauchers bestimmt, so dass das Entstehen von Kavitationen auf der Zulaufseite unterbunden wird.
  • Offenbart ist eine Steueranordnung für mehrere Verbraucher, wobei jedem Verbraucheranschluss eine Zumessblende und ein Senkbremsventil zugeordnet ist. Zumindest eine zulaufseitige Zumessblende steht in Wirkverbindung mit einer Individualdruckwaage. In dem Fall, in dem jeder Zumessblende eine Individualdruckwaage zugeordnet ist, können diese in eine einzige Druckwaageneinheit integriert sein.
  • Bezugszeichenliste:
  • 1
    Steueranordnung
    2
    Verbraucher
    4
    Steuerblock
    6
    Verstellpumpe
    8
    Pumpenleitung
    10
    Stellzylinder
    12
    Pumpenregelventil
    14
    Rückstelleinrichtung
    16
    Regelfeder
    18
    LS-Leitung
    20
    Stellleitung
    22
    Tankleitung
    24
    Wegeventilsektion
    26
    Zumessblende
    28
    Zumessblende
    30
    Senkbremsventil
    32
    Senkbremsventil
    34
    Individualdruckwaage
    36
    Druckkanal
    38
    Zulaufkanal
    40
    LS-Kanal
    42
    Wechselventil
    44
    Vorlaufkanal
    46
    Rücklaufkanal
    48
    Proportionalmagnet
    50
    Proportionalmagnet
    52
    Wechselventil
    54
    Lastabgriffskanal
    56
    Lastabgriffskanal
    58
    Kanal
    60
    Kanal
    62
    Tankkanal
    64
    Blende
    66
    Blende
    67
    Entlastungskanal
    68
    Druckbegrenzungsventil
    70
    Druckbegrenzungsventil
    72
    Entlastungskanal
    74
    Rückstellfeder
    76
    Rückstellfeder
    78
    Schwimmstellungsventil
    80
    Steuerleitung
    82
    Wechselventil
    84
    Wechselventil
    86
    Steuerleitung
    88
    Verbindungskanal
    90
    Individualdruckwaage
    92
    Verbindungskanal
    94
    Verbindungskanal
    96
    LS-Meldeleitung
    98
    Rückschlagventil
    100
    Druckwaagenleitung
    102
    Steuerleitung
    103
    Steuerleitung
    104
    Rückschlagventil
    106
    Rückschlagventil
    108
    Abgriffskanal
    110
    Abgriffskanal
    112
    Druckwaageneinheit
    114
    Druckwaagenfederanordnung
    116
    Rückschlagventil
    118
    Rückschlagventil
    120
    Signalleitung
    122
    Signalleitung
    124
    Ventilbohrung
    126
    Signaldruckkammer
    128
    Steuerkolben
    130
    Hauptkolben
    132
    Ventilsitz
    134
    Pilotkolben
    136
    Pilotventilsitz
    138
    Federteller
    140
    Stirnfläche
    142
    Steuerraum
    144
    Verbindungskanal
    146
    Raum
    148
    Feinsteuerkerben
    150
    Rückraum
    152
    Düse

Claims (13)

  1. Steueranordnung zur Ansteuerung von mehreren hydraulischen Verbrauchern, wobei jedem Verbraucher zulaufseitig und ablaufseitig eine Zulaufmessblende (26, 28) und ein Senkbremsventil (30, 32) zugeordnet ist, dessen Öffnungsquerschnitt im Wesentlichen abhängig vom Zulaufdruck ist, so dass bei ziehender Last der Druckmittelvolumenstrom im Rücklauf drosselbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zulaufseitigen Zumessblende (26, 28) eine Individualdruckwaage (34, 90) zugeordnet ist und dass das Senkbremsventil (30, 32) bei Umgehung der Zulaufmessblende (26, 28) ein Abströmen von Druckmittel vom Verbraucher zum Tank (T) ermöglicht.
  2. Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Individualdruckwaage (34) im Sinne einer Verringerung ihres Öffnungsquerschnitts vom Druck stromaufwärts der zugeordneten Zulaufmessblende (26, 28) und im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts vom Lastdruck des jeweiligen Verbrauchers beaufschlagt ist.
  3. Steueranordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Individualdruckwaage (34, 90) in Öffnungsrichtung vom Druck stromabwärts der zugeordneten Zulaufmessblende (26, 28) und in Schließrichtung vom höchsten Lastdruck der Verbraucher beaufschlagt ist.
  4. Steueranordnung nach Patentanspruch 3, wobei die Individualdruckwaage (34, 90) in Zulaufrichtung gesehen stromabwärts der Zumessblende (26, 28) angeordnet ist und zwischen dem Verbraucher und der Individualdruckwaage ein Rückschlagventil (104, 106) angeordnet ist.
  5. Steueranordnung nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei jeder Zumessblende (26, 28) eines Verbrauchers eine Individualdruckwaage (34, 90) nachgeschaltet ist.
  6. Steueranordnung nach Patentanspruch 5, wobei die Funktion der zulaufseitigen und der ablaufseitigen Individualdruckwaagen (34, 90) in eine Druckwaageneinheit (112) integriert ist, die ausgehend von einer Grundstellung in zwei Richtungen verstellbar ausgeführt ist.
  7. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Senkbremsventile (30, 32) und die Zulaufmessblenden (26, 28) in Sitzventilbauweise mit einer Sperrstellung ausgeführt sind.
  8. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Schwimmstellungsventil (78), über das in Öffnungsrichtung wirksame Signaldruckkammern der Senkbremsventile (30, 32) zum Einstellen einer Schwimmstellung mit einem Steuerdruck, vorzugsweise dem Pumpendruck beaufschlagbar sind.
  9. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Senkbremsventile (30, 32) mit einem additiven Offset ausgeführt sind, so dass sie erst bei Überschreiten eines dem Offset entsprechenden Drucks öffnen.
  10. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Wechselventil (52), dessen Eingänge einerseits in Steuerölverbindung mit einer den Zulaufdruck führenden Leitung und einer Signaldruckkammer des im Ablauf gelegenen Senkbremsventils (30, 32) und andererseits mit einer den Ablaufdruck führenden Leitung und einer Signaldruckkammer des im Zulauf gelegenen Senkbremsventils (32, 30) steht und dessen Ausgang mit einer den individuellen Lastdruck führenden Leitung verbunden ist.
  11. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Pumpe (6), deren Pumpendruck so geregelt ist, dass er um eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb des höchsten Lastdrucks der Verbraucher liegt.
  12. Steueranordnung nach Patentanspruch 11, wobei die Pumpe (6) eine Verstellpumpe oder eine Konstantpumpe mit Bypassventil ist.
  13. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei diese als Steuerblock (4) ausgeführt ist und jedem Verbraucher eine Ventilscheibe mit Zulaufmessblenden (26, 28), Senkbremsventilen (30, 32) und zumindest einer Druckwaage (34, 90) zugeordnet ist.
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