EP4311944A1 - Anordnung zum betreiben eines hydraulischen verbrauchers - Google Patents

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EP4311944A1
EP4311944A1 EP23183852.5A EP23183852A EP4311944A1 EP 4311944 A1 EP4311944 A1 EP 4311944A1 EP 23183852 A EP23183852 A EP 23183852A EP 4311944 A1 EP4311944 A1 EP 4311944A1
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hydraulic
valve
pressure
pressure difference
control unit
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement for operating a hydraulic consumer, comprising a hydraulic control valve with a main slide valve, a pressure compensation valve and a measuring orifice, wherein a hydraulic volume flow in the direction of hydraulic connections provided for operating the hydraulic consumer can be specified by means of the main slide valve, wherein the pressure compensation valve
  • the pressure compensation valve In accordance with a pressure difference falling at the measuring orifice as the volume flow passes through, it is controlled in such a way that it assumes an at least partially closing control position when the hydraulic pressure in the direction of the volume flow in front of the measuring orifice is greater than that behind the measuring orifice, including a restoring spring force of the pressure compensation valve in one fully open position of the prestressing spring element.
  • hydraulic control valves are used in agricultural tractors to operate hydraulic consumers, which are included in an attachment attached to the agricultural tractor and are used to carry out various work functions.
  • the hydraulic consumers are usually hydraulic rotary drives and/or linear actuators.
  • hydraulic control valves which in this context are often referred to as “control devices” or in English as “Selective Control Valves - SCVs", are combined to form a control valve block located in the rear or front area of the agricultural tractor.
  • Each of the hydraulic control valves opens on the connection side into a pair of hydraulic sockets, with a first hydraulic socket forming an inlet and a second hydraulic socket forming a return line for hydraulic fluid.
  • the hydraulic sockets are used to accommodate complementary hydraulic couplers, by means of which a detachable plug-in connection can be created to operate an associated hydraulic consumer.
  • valve position of the main slide valve can be specified by the operator as desired via an operating terminal provided in the agricultural tractor.
  • the pressure compensation valve included in the hydraulic control valve ensures that a constant volume flow is established that corresponds to the valve position of the main slide valve and is independent of supply pressure fluctuations.
  • hydraulic consumers in which, due to principle, no (appreciable) volume flow flows during operation, so that ultimately a hydraulic back pressure occurs, which leads to the system pressure built up by an associated hydraulic source assuming a maximum value, which in the event of an in
  • the hydraulic system provided on an agricultural tractor can typically be up to 190 bar.
  • hydraulic consumers designed as hydraulic linear actuators in which, due to the principle, a volume flow only flows during the adjustment process until an associated end stop is reached.
  • the arrangement for operating a hydraulic consumer comprises a hydraulic control valve with a main slide valve, a pressure compensation valve and a measuring orifice, wherein a hydraulic volume flow in the direction of hydraulic connections provided for operating the hydraulic consumer can be specified by means of the main slide valve, the pressure compensation valve being set in accordance with the requirements a pressure difference falling at the measuring orifice as the volume flow passes through is controlled in such a way that it assumes an at least partially closing control position when the hydraulic pressure in the direction of the volume flow in front of the measuring orifice is greater than that behind the measuring orifice, including a restoring spring force of the pressure compensation valve in a completely Open position of the prestressing spring element.
  • a sensor arrangement detects the pressure difference and transmits a pressure difference variable derived therefrom to a control unit, whereby the control unit concludes by evaluating the pressure difference variable that there is a mismatch in the hydraulic supply on the part of the hydraulic control valve if the pressure difference is smaller than a control value given by the restoring spring force.
  • the restoring spring force generated by the spring element is dimensioned such that the pressure compensation valve is reliably fully opened in the depressurized state takes position.
  • the resulting control value for the differential pressure which must be achieved to switch the pressure compensation valve from its fully open position to its (at least partially closing) control position, is in the order of magnitude of 5 to 15 bar.
  • the arrangement according to the invention is in particular part of a higher-level hydraulic system of an agricultural tractor and is used there, among other things, to operate an attachment that can be attached to the agricultural tractor, more precisely a hydraulic consumer intended to carry out a corresponding work function.
  • the sensor arrangement preferably comprises a first pressure sensor and a second pressure sensor, with at least one of the two pressure sensors being integrated into a common valve housing of the hydraulic control valve to save space.
  • the sensor signals generated by the pressure sensors can be tapped from an electrical plug connector that is accessible from the outside on the valve housing.
  • the main slide valve can be closed by the control unit by controlling an electrical actuating device, regardless of a hydraulic request applied to the hydraulic control valve, in particular resulting from the specification on the operating terminal, until the pressure difference detected by sensors is greater than the control value given by the restoring spring force or the skin slide valve ultimately assumes a completely closing valve position.
  • control unit can test open the main slide valve after a predetermined waiting time by activating the electrical actuating device in accordance with a hydraulic request applied to the hydraulic control valve, in particular resulting from a specification on an operating terminal. If the pressure difference is again smaller than the control value given by the restoring spring force of the spring element of the pressure compensation valve, then the already recognized mismatch in the hydraulic supply is likely to continue, and the main slide valve is closed again by the control unit by activating the electrical actuating device until the The pressure difference detected by sensors is again greater than the control value given by the restoring spring force or the main slide valve ultimately assumes a completely closing valve position.
  • the volume flow is usually generated by means of a load-controlled variable displacement pump, so that it is possible for the control unit to increase the delivery rate by intervening in a pump drive upon sensory detection of a pivot angle of the variable displacement pump that indicates that a maximum displacement volume has been reached and thus an impending undersupply to the hydraulic consumer .
  • the control unit increases the delivery rate by intervening in the pump drive until the pressure difference detected by sensors is greater than the control value given by the restoring spring force of the spring element of the pressure compensation valve.
  • control unit can reduce the delivery rate of the variable pump back to a level intended for normal operation as soon as it detects by sensor that there is a change in the pivot angle indicating a decrease in the displacement volume. This ensures that an increase in the conveying capacity leading to increased energy consumption only occurs for as long as it is actually necessary.
  • the pump drive is, for example, a separate motor that can be drive-connected to the variable pump via an intermediate gearbox, the speed of which can be adjusted to change the delivery rate by means of a control device that communicates with the control unit.
  • Fig. 1 shows a schematically illustrated exemplary embodiment of the arrangement 10 according to the invention for operating an attachment 14 attached to an agricultural tractor 12, more precisely a hydraulic consumer 16 intended to carry out a corresponding work function.
  • the arrangement 10 is part of a higher-level hydraulic system 18 of the agricultural tractor 12 and includes an in Fig. 2 or. Fig. 3 hydraulic control valve 20 shown in detail, which in turn a main slide valve 22, a pressure compensation valve 24 and a measuring orifice 26.
  • the hydraulic system 18 has a supply line 30 fed by a hydraulic high-pressure source 28, a return line 34 opening into a hydraulic reservoir 32 and a load signaling line 36, with the hydraulic high-pressure source 28 designed as a load-controlled variable pump 38 generating a volume flow which varies according to the requirements can be adapted to a pressure feedback present on the load reporting line 36.
  • each of the hydraulic control valves 20 opens into a pair of hydraulic bushings 42 on the connection side, with a first hydraulic bushing 44 forming an inlet and a second hydraulic bushing 46 forming a return line for hydraulic fluid.
  • the hydraulic sockets 44, 46 serve to accommodate complementary hydraulic couplers 48, 50, by means of which a detachable plug-in connection can be established for operating the associated hydraulic consumer 16.
  • valve position of the main slide valve 22 is specified as desired by the operator via an operating terminal 52 provided in the agricultural tractor 12, which in turn communicates with a microprocessor-controlled control unit 54 for electrically actuating the main slide valve 22.
  • the hydraulic control valve 20 in this case has three valve positions: A first and second open valve position 56, 58 corresponding to the two possible flow directions of the volume flow, as well as a closed valve position 60.
  • a further valve position can be present to achieve a so-called floating position, in which the two hydraulic bushings 44, 46 communicate freely with one another .
  • the pressure compensation valve 24 is controlled in accordance with a pressure difference that drops at the measuring orifice 26 as the volume flow passes through in such a way that it assumes an at least partially closing control position when the hydraulic pressure in the direction of the volume flow in front of the measuring orifice 26 is greater than that behind the measuring orifice 26 including one restoring spring force of a spring element 62 biasing the pressure compensation valve 24 into a fully open position.
  • the pressure compensation valve 24 tries to keep the pressure difference across the measuring orifice 26 approximately constant, the pressure difference being largely determined by the preload built up by the spring element 62.
  • the restoring spring force generated by the spring element 62 is dimensioned such that the pressure compensation valve 24 reliably assumes its fully open position in the depressurized state.
  • the resulting control value for the differential pressure which must be achieved in order to switch the pressure compensation valve 24 from its fully open position to its (at least partially closing) control position, is in the order of magnitude of 5 to 15 bar.
  • hydraulic consumers 16 in which, due to principle, no (appreciable) volume flow flows during operation, so that it ultimately becomes a hydraulic Backflow occurs, which causes the system pressure built up by the load-controlled variable pump 38 to assume a maximum value, which in the present case can be up to 190 bar.
  • hydraulic consumers 16 designed as hydraulic linear actuators in which, as a matter of principle, a volume flow only flows during the adjustment process until an associated end stop is reached.
  • a sensor arrangement 64 detects the pressure difference occurring at the measuring orifice 26 in order to transmit a pressure difference variable derived therefrom to the control unit 54.
  • the control unit 54 concludes that there is a mismatch in the hydraulic supply on the part of the hydraulic control valve 20 if the pressure difference is smaller than the control value given by the restoring spring force.
  • the sensor arrangement 64 includes a first pressure sensor 66 and a second pressure sensor 68, the first pressure sensor 66 being provided for detecting the hydraulic pressure in front of the measuring orifice 26 and the second pressure sensor 68 for detecting the hydraulic pressure behind the measuring orifice 26 (in each case based on the direction of the volume flow ).
  • the two pressure sensors 66, 68 are in the case of in Fig. 2 or.
  • Fig. 3 Represented embodiments of the hydraulic control valve 20 are integrated into a common valve housing 70 to save space.
  • the sensor signals generated by the pressure sensors 66, 68 are picked up at an electrical plug connector (not shown) that is accessible from the outside on the valve housing 70 and transmitted to the control unit 54.
  • the two configurations differ with regard to the placement of the second pressure sensor 68. This serves to detect either the pressure conditions present on the pressure compensation valve 24 on the inlet side or the outlet side.
  • each of the hydraulic control valves 20 is equipped with its own sensor arrangement 64 with two pressure sensors 66, 68.
  • the first pressure sensor 66 provided for detecting the hydraulic pressure in front of the measuring orifice 26 is assigned to a common supply line serving for the hydraulic supply, here the supply line 30. This option is in Fig. 1 indicated by dashed lines.
  • the main slide valve 22 is closed by the control unit 54 by controlling an electrical actuating device 72, regardless of a hydraulic request applied to the hydraulic control valve 20, in particular resulting from the specification on the operating terminal 52, until the pressure difference detected by sensors is greater than the control value given by the restoring spring force is or the main slide valve 22 ultimately assumes its completely closing valve position 60.
  • control unit 54 opens the main slide valve 22 as a test after a predetermined waiting time has elapsed by activating the electrical actuating device 72 in accordance with a hydraulic request applied to the hydraulic control valve 20. If the pressure difference is again smaller than the control value given by the restoring spring force of the spring element 62 of the pressure compensation valve 24, then the already recognized mismatch in the hydraulic supply is likely to continue, and the main slide valve 22 is activated again by the control unit 54 by activating an electrical actuating device 72 closed until the pressure difference detected by sensors is again greater than the control value given by the restoring spring force or the main slide valve 22 ultimately assumes its completely closing valve position 60.
  • Fig. 4 shows a modification of the in Fig. 1 shown arrangement 10, in which a pump drive 74 is provided, which is a separate motor 78 which is drive-connected to the variable pump 38 via an intermediate gear 76, the speed of which can be adjusted to change the delivery rate by means of a control device 80 communicating with the control unit 54.
  • a pump drive 74 is provided, which is a separate motor 78 which is drive-connected to the variable pump 38 via an intermediate gear 76, the speed of which can be adjusted to change the delivery rate by means of a control device 80 communicating with the control unit 54.
  • control unit 54 upon sensory detection of a pivot angle ⁇ of the variable pump 38 that indicates that a maximum displacement volume has been reached and thus an impending undersupply of the hydraulic consumer 16, increases the delivery rate by intervening in the pump drive 74.
  • the control unit 54 increases the delivery rate until the pressure difference detected by the two pressure sensors 66, 68 is greater than the control value given by the restoring spring force of the spring element 62 of the pressure compensation valve 24.
  • control unit 54 reduces the delivery capacity of the variable pump 38 back to a level intended for normal operation as soon as it detects by sensor that there is a change in the pivot angle ⁇ , which indicates a decrease in the displacement volume.
  • the sensory detection of the swivel angle ⁇ or the swivel angle change ⁇ is carried out by means of a swivel angle sensor 82 assigned to the variable pump 38, the sensor signals of which are fed to the control unit 54 for evaluation.

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Abstract

Anordnung (10) zum Betreiben eines hydraulischen Verbrauchers (16), umfassend ein hydraulisches Steuerventil (20) mit einem Hauptschieberventil, einem Druckkompensationsventil sowie einer Messblende, wobei mittels des Hauptschieberventils ein hydraulischer Volumenstrom in Richtung von zum Betrieb des hydraulischen Verbrauchers (16) vorgesehenen hydraulischen Anschlüssen (42) vorgebbar ist, wobei das Druckkompensationsventil nach Maßgabe einer an der Messblende beim Hindurchtreten des Volumenstroms abfallenden Druckdifferenz derart angesteuert wird, dass dieses eine zumindest teilweise schließende Regelstellung einnimmt, wenn der Hydraulikdruck in Richtung des Volumenstroms vor der Messblende größer ist als derjenige hinter der Messblende einschließlich einer rückstellenden Federkraft eines das Druckkompensationsventil in eine vollständig geöffnete Stellung vorspannenden Federelements. Hierbei erfasst eine Sensoranordnung (64) die Druckdifferenz und übermittelt eine daraus abgeleitete Druckdifferenzgröße an eine Kontrolleinheit (54), wobei die Kontrolleinheit (54) durch Auswertung der Druckdifferenzgröße auf eine Fehlanpassung der Hydraulikversorgung seitens des hydraulischen Steuerventils (20) schließt, wenn die Druckdifferenz kleiner ist als ein durch die rückstellende Federkraft gegebener Regelwert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben eines hydraulischen Verbrauchers, umfassend ein hydraulisches Steuerventil mit einem Hauptschieberventil, einem Druckkompensationsventil sowie einer Messblende, wobei mittels des Hauptschieberventils ein hydraulischer Volumenstrom in Richtung von zum Betrieb des hydraulischen Verbrauchers vorgesehenen hydraulischen Anschlüssen vorgebbar ist, wobei das Druckkompensationsventil nach Maßgabe einer an der Messblende beim Hindurchtreten des Volumenstroms abfallenden Druckdifferenz derart angesteuert wird, dass dieses eine zumindest teilweise schließende Regelstellung einnimmt, wenn der Hydraulikdruck in Richtung des Volumenstroms vor der Messblende größer ist als derjenige hinter der Messblende einschließlich einer rückstellenden Federkraft eines das Druckkompensationsventil in eine vollständig geöffnete Stellung vorspannenden Federelements.
  • Typischerweise finden derartige hydraulische Steuerventile in landwirtschaftlichen Traktoren zum Betrieb hydraulischer Verbraucher Verwendung, die von einem an dem landwirtschaftlichen Traktor angebrachten Anbaugerät umfasst sind und dort der Ausführung diverser Arbeitsfunktionen dienen. Bei den hydraulischen Verbrauchern handelt es sich in der Regel um hydraulische Rotationsantriebe und/oder Linearstellgeber.
  • Meist sind mehrere hydraulische Steuerventile, die in diesem Zusammenhang häufig auch als "Steuergeräte" oder im englischen Sprachgebrauch als "Selective Control Valves - SCVs" bezeichnet werden, zu einem im Heck- oder Frontbereich des landwirtschaftlichen Traktors befindlichen Steuerventilblock zusammengefasst. Jedes der hydraulischen Steuerventile mündet anschlussseitig in ein Hydraulikbuchsenpaar, wobei eine erste Hydraulikbuchse einen Zulauf und eine zweite Hydraulikbuchse einen Rücklauf für Hydraulikflüssigkeit bildet. Die Hydraulikbuchsen dienen der Aufnahme komplementär ausgebildeter Hydraulikkuppler, mittels derer sich eine lösbare Steckverbindung zum Betrieb eines jeweils zugehörigen hydraulischen Verbrauchers herstellen lässt.
  • Zur Inbetriebnahme des hydraulischen Verbrauchers kann die Ventilstellung des Hauptschieberventils bedienerseitig über ein in dem landwirtschaftlichen Traktor vorgesehenes Bedienterminal wunschgemäß vorgegeben werden. Hierbei stellt das von dem hydraulischen Steuerventil umfasste Druckkompensationsventil sicher, dass sich ein der Ventilstellung des Hauptschieberventils entsprechender, von Versorgungsdruckschwankungen unabhängiger gleichbleibender Volumenstrom einstellt.
  • Beim Betrieb des hydraulischen Verbrauchers können unerwünschte Zustände auftreten. Hierbei lassen sich zwei unterschiedliche Betriebssituationen A und B voneinander abgrenzen:
    • Betriebssituation A
  • Zunächst besteht die Möglichkeit, dass der aufgrund der jeweiligen Ventilstellung des Hauptschieberventils angeforderte Volumenstrom als Folge eines gleichzeitig bestehenden erhöhten Versorgungsbedarfs weiterer Hydraulikverbraucher, die von derselben Hydraulikquelle mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, nicht erreichbar ist. Dies führt zu einer Unterversorgung der Hydraulikverbraucher insgesamt und damit gegebenenfalls zu entsprechenden Einschränkungen bei der Ausführung jeweils zugeordneter Betriebs- bzw. Arbeitsfunktionen.
    • Betriebssituation B
  • Daneben gibt es hydraulische Verbraucher, bei denen während des Betriebs prinzipbedingt kein (nennenswerter) Volumenstrom fließt, sodass es letztlich zu einem hydraulischen Rückstau kommt, der dazu führt, dass der von einer zugehörigen Hydraulikquelle aufgebaute Systemdruck einen maximalen Wert annimmt, der im Falle eines in einem landwirtschaftlichen Traktor vorgesehenen Hydrauliksystems typischerweise bis zu 190 bar betragen kann. Dies trifft insbesondere für als hydraulische Linearstellgeber ausgebildete hydraulische Verbraucher zu, bei denen prinzipbedingt ein Volumenstrom lediglich während des Verstellvorgangs bis zum Erreichen eines zugehörigen Endanschlags fließt.
  • Angesichts dessen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass diese eine Erkennung ineffizienter Betriebszustände einer Hydraulikversorgung eines hydraulischen Verbrauchers ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Betreiben eines hydraulischen Verbrauchers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die Anordnung zum Betreiben eines hydraulischen Verbrauchers umfasst ein hydraulisches Steuerventil mit einem Hauptschieberventil, einem Druckkompensationsventil sowie einer Messblende, wobei mittels des Hauptschieberventils ein hydraulischer Volumenstrom in Richtung von zum Betrieb des hydraulischen Verbrauchers vorgesehenen hydraulischen Anschlüssen vorgebbar ist, wobei das Druckkompensationsventil nach Maßgabe einer an der Messblende beim Hindurchtreten des Volumenstroms abfallenden Druckdifferenz derart angesteuert wird, dass dieses eine zumindest teilweise schließende Regelstellung einnimmt, wenn der Hydraulikdruck in Richtung des Volumenstroms vor der Messblende größer ist als derjenige hinter der Messblende einschließlich einer rückstellenden Federkraft eines das Druckkompensationsventil in eine vollständig geöffnete Stellung vorspannenden Federelements. Hierbei erfasst eine Sensoranordnung die Druckdifferenz und übermittelt eine daraus abgeleitete Druckdifferenzgröße an eine Kontrolleinheit, wobei die Kontrolleinheit durch Auswertung der Druckdifferenzgröße auf eine Fehlanpassung der Hydraulikversorgung seitens des hydraulischen Steuerventils schließt, wenn die Druckdifferenz kleiner ist als ein durch die rückstellende Federkraft gegebener Regelwert.
  • Eine derartiger Zustand ergibt sich, wenn bei geöffnetem Hauptschieberventil entweder kein (nennenswerter) Volumenstrom durch die Messblende in Richtung des hydraulischen Verbrauchers fließt (Betriebssituation A) oder dieser den aufgrund der jeweiligen Ventilstellung zu erwartenden Volumenstrom nicht erreicht (Betriebssituation B). In beiden Fällen wird der Druckabfall über die Messblende und damit die mittels der Sensoranordnung erfasste Druckdifferenz vernachlässigbar klein, sodass diese einen eindeutigen und leicht auszuwertenden Indikator für das Auftreten ineffizienter Betriebszustände der Hydraulikversorgung des betreffenden hydraulischen Verbrauchers bildet.
  • Die mittels der Federelements erzeugte rückstellende Federkraft ist derart bemessen, dass das Druckkompensationsventil in drucklosem Zustand verlässlich seine vollständig geöffnete Stellung einnimmt. Der sich insofern ergebende Regelwert für den Differenzdruck, der zum Umschalten des Druckkompensationsventils aus seiner vollständig geöffneten Stellung in seine (zumindest teilweise schließende) Regelstellung erreicht werden muss, liegt hierbei in der Größenordnung von 5 bis 15 bar.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere Bestandteil eines übergeordneten Hydrauliksystems eines landwirtschaftlichen Traktors und dient dort unter anderem dem Betrieb eines an dem landwirtschaftlichen Traktor anbringbaren Anbaugeräts, genauer gesagt eines von diesem zur Ausführung einer entsprechenden Arbeitsfunktion vorgesehenen hydraulischen Verbrauchers.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Vorzugsweise umfasst die Sensoranordnung einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor, wobei wenigstens einer der beiden Drucksensoren platzsparend in ein gemeinsames Ventilgehäuse des hydraulischen Steuerventils integriert ist. Die von den Drucksensoren erzeugten Sensorsignale können dabei an einem an dem Ventilgehäuse von außen zugänglichen elektrischen Steckverbinder abgegriffen werden.
  • Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, in dem Ventilgehäuse beide Drucksensoren zu integrieren. Für den Fall einer Vielzahl von insbesondere in einem Steuerventilblock zusammengefassten hydraulischen Steuerventilen lässt sich jedoch eine unnötige Redundanz vermeiden, wenn der zur Erfassung des Hydraulikdrucks vor der Messblende vorgesehene Drucksensor einer zur Hydraulikversorgung dienenden gemeinsamen Zuleitung zugeordnet ist.
  • Die Kenntnis der sich infolge der Betriebssituationen A bzw. B ergebenden Fehlanpassung der Hydraulikversorgung kann dazu genutzt werden, um geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Hierzu kann das Hauptschieberventil von der Kontrolleinheit durch Ansteuerung einer elektrischen Betätigungseinrichtung ungeachtet einer an dem hydraulischen Steuerventil anliegenden, sich insbesondere aus der Vorgabe am Bedienterminal ergebenden Hydraulikanforderung soweit geschlossen werden, bis die sensorisch erfasste Druckdifferenz größer dem durch die rückstellende Federkraft gegebenen Regelwert ist oder das Hautschieberventil letztlich eine vollständig schließende Ventilstellung einnimmt.
  • Andererseits kann die Kontrolleinheit das Hauptschieberventil nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit durch Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung entsprechend einer an dem hydraulischen Steuerventil anliegenden, sich insbesondere aus einer Vorgabe an einem Bedienterminal ergebenden Hydraulikanforderung testweise öffnen. Sollte hierbei die Druckdifferenz erneut kleiner sein als der durch die rückstellende Federkraft des Federelements des Druckkompensationsventils gegebene Regelwert, so liegt ein Fortbestehen der bereits erkannten Fehlanpassung der Hydraulikversorgung nahe, und das Hauptschieberventil wird von der Kontrolleinheit erneut durch Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung soweit geschlossen, bis die sensorisch erfasste Druckdifferenz wieder größer dem durch die rückstellende Federkraft gegebenen Regelwert ist oder das Hauptschieberventil letztlich eine vollständig schließende Ventilstellung einnimmt.
  • Üblicherweise erfolgt die Erzeugung des Volumenstroms mittels einer lastgesteuerten Verstellpumpe, sodass die Möglichkeit besteht, dass die Kontrolleinheit bei sensorischer Erkennung eines auf das Erreichen eines Höchstverdrängungsvolumens und damit einer drohenden Unterversorgung des hydraulischen Verbrauchers hinweisenden Schwenkwinkels der Verstellpumpe eine Erhöhung der Förderleistung durch Eingreifen in einen Pumpenantrieb vornimmt. In einem solchen Fall ist es denkbar, dass die Kontrolleinheit die Förderleistung durch Eingreifen in den Pumpenantrieb soweit erhöht, bis die sensorisch erfasste Druckdifferenz größer ist als der durch die rückstellende Federkraft des Federelements des Druckkompensationsventils gegebene Regelwert.
  • Umgekehrt kann die Kontrolleinheit die Förderleistung der Verstellpumpe wieder auf einen für einen Normalbetrieb vorgesehenes Niveau verringern, sobald diese sensorisch erkennt, dass eine auf eine Abnahme des Verdrängungsvolumens hinweisende Schwenkwinkeländerung vorliegt. Dies stellt sicher, dass eine zu einem erhöhten Energieverbrauch führende Erhöhung der Förderleistung nur solange erfolgt, wie es tatsächlich erforderlich ist.
  • Bei dem Pumpenantrieb handelt es sich beispielsweise um einen separaten Motor, der über ein zwischengeschaltetes Getriebe mit der Verstellpumpe antriebsverbunden sein kann, wobei dessen Drehzahl zur Veränderung der Förderleistung mittels eines mit der Kontrolleinheit kommunizierenden Steuergeräts anpassbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zum Betreiben eines hydraulischen Verbrauchers für ein an einem landwirtschaftlichen Traktor angebrachtes Anbaugerät wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei beziehen sich identische Bezugszeichen auf übereinstimmende oder bezüglich ihrer Funktion vergleichbare Komponenten. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zum Betreiben eines hydraulischen Verbrauchers für einen landwirtschaftlichen Traktor,
    Fig. 2
    eine erste Ausgestaltung eines von der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 1 umfassten hydraulischen Steuerventils,
    Fig. 3
    eine zweite Ausgestaltung eines von der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 1 umfassten hydraulischen Steuerventils, und
    Fig. 4
    eine Abwandlung der in Fig. 1 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Fig. 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Betreiben eines an einem landwirtschaftlichen Traktor 12 angebrachten Anbaugeräts 14, genauer gesagt eines von diesem zur Ausführung einer entsprechenden Arbeitsfunktion vorgesehenen hydraulischen Verbrauchers 16.
  • Genauer gesagt ist die Anordnung 10 Bestandteil eines übergeordneten Hydrauliksystems 18 des landwirtschaftlichen Traktors 12 und umfasst ein in Fig. 2 bzw. Fig. 3 im Detail wiedergegebenes hydraulisches Steuerventil 20, das seinerseits ein Hauptschieberventil 22, ein Druckkompensationsventil 24 sowie eine Messblende 26 aufweist.
  • Dem üblichen Aufbau entsprechend weist das Hydrauliksystem 18 eine von einer hydraulischen Hochdruckquelle 28 gespeiste Versorgungsleitung 30, eine in ein Hydraulikreservoir 32 mündende Rücklaufleitung 34 sowie eine Lastmeldeleitung 36 auf, wobei die als lastgesteuerte Verstellpumpe 38 ausgebildete hydraulische Hochdruckquelle 28 einen Volumenstrom erzeugt, der sich nach Maßgabe einer an der Lastmeldeleitung 36 anliegenden Druckrückmeldung anpassen lässt.
  • Beispielsgemäß sind mehrere hydraulische Steuerventile 20 identischer Bauart durch Parallelschaltung zu einem im Heck- oder Frontbereich des landwirtschaftlichen Traktors 12 befindlichen Steuerventilblock 40 zusammengefasst. Jedes der hydraulischen Steuerventile 20 mündet anschlussseitig in ein Hydraulikbuchsenpaar 42, wobei eine erste Hydraulikbuchse 44 einen Zulauf und eine zweite Hydraulikbuchse 46 einen Rücklauf für Hydraulikflüssigkeit bildet. Die Hydraulikbuchsen 44, 46 dienen der Aufnahme komplementär ausgebildeter Hydraulikkuppler 48, 50, mittels derer sich eine lösbare Steckverbindung zum Betrieb des jeweils zugehörigen hydraulischen Verbrauchers 16 herstellen lässt.
  • Zur Inbetriebnahme des hydraulischen Verbrauchers 16 wird die Ventilstellung des Hauptschieberventils 22 bedienerseitig über ein in dem landwirtschaftlichen Traktor 12 vorgesehenes Bedienterminal 52, das seinerseits mit einer mikroprozessorgesteuerten Kontrolleinheit 54 zur elektrischen Betätigung des Hauptschieberventils 22 kommuniziert, wunschgemäß vorgegeben. Hierbei stellt das von dem hydraulischen Steuerventil 20 umfasste Druckkompensationsventil 24 sicher, dass sich ein der Ventilstellung des Hauptschieberventils 22 entsprechender, von Versorgungsdruckschwankungen unabhängiger gleichbleibender Volumenstrom in Richtung des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers 16 einstellt.
  • Wie in Fig. 2 bzw. Fig. 3 zu erkennen ist, weist das hydraulische Steuerventil 20 vorliegend drei Ventilstellungen auf:
    Eine erste und zweite geöffnete Ventilstellung 56, 58 entsprechend den beiden möglichen Flussrichtungen des Volumenstroms, sowie eine geschlossene Ventilstellung 60. Daneben kann eine nicht gezeigte weitere Ventilstellung zur Verwirklichung einer sog. Schwimmstellung vorhanden sein, in der die beiden Hydraulikbuchsen 44, 46 frei miteinander kommunizieren.
  • Das Druckkompensationsventil 24 wird nach Maßgabe einer an der Messblende 26 beim Hindurchtreten des Volumenstroms abfallenden Druckdifferenz derart angesteuert, dass dieses eine zumindest teilweise schließende Regelstellung einnimmt, wenn der Hydraulikdruck in Richtung des Volumenstroms vor der Messblende 26 größer ist als derjenige hinter der Messblende 26 einschließlich einer rückstellenden Federkraft eines das Druckkompensationsventil 24 in eine vollständig geöffnete Stellung vorspannenden Federelements 62.
  • In der Regelstellung versucht das Druckkompensationsventil 24 die Druckdifferenz über die Messblende 26 annähernd konstant zu halten, wobei die Druckdifferenz maßgeblich durch die mittels des Federelements 62 aufgebaute Vorspannung bestimmt wird.
  • Hierbei ist die mittels der Federelements 62 erzeugte rückstellende Federkraft derart bemessen, dass das Druckkompensationsventil 24 in drucklosem Zustand verlässlich seine vollständig geöffnete Stellung einnimmt. Der sich insofern ergebende Regelwert für den Differenzdruck, der zum Umschalten des Druckkompensationsventils 24 aus seiner vollständig geöffneten Stellung in seine (zumindest teilweise schließende) Regelstellung erreicht werden muss, liegt hierbei in der Größenordnung von 5 bis 15 bar.
  • Beim Betrieb des hydraulischen Verbrauchers 16 können unerwünschte Zustände auftreten. Hierbei lassen sich zwei unterschiedliche Betriebssituationen A und B voneinander abgrenzen:
    • Betriebssituation A
  • Zunächst besteht die Möglichkeit, dass der aufgrund der jeweiligen Ventilstellung des Hauptschieberventils 22 angeforderte Volumenstrom als Folge eines gleichzeitig bestehenden erhöhten Versorgungsbedarfs weiterer Hydraulikverbraucher, die ebenfalls von der lastgesteuerten Verstellpumpe 38 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, nicht erreichbar ist. Dies führt zu einer Unterversorgung der Hydraulikverbraucher insgesamt und damit gegebenenfalls zu entsprechenden Einschränkungen bei der Ausführung jeweils zugeordneter Betriebs- bzw. Arbeitsfunktionen.
    • Betriebssituation B
  • Daneben gibt es hydraulische Verbraucher 16, bei denen während des Betriebs prinzipbedingt kein (nennenswerter) Volumenstrom fließt, sodass es letztlich zu einem hydraulischen Rückstau kommt, der dazu führt, dass der von der lastgesteuerten Verstellpumpe 38 aufgebaute Systemdruck einen maximalen Wert annimmt, der vorliegend bis zu 190 bar betragen kann. Dies trifft insbesondere für als hydraulische Linearstellgeber ausgebildete hydraulische Verbraucher 16 zu, bei denen prinzipbedingt ein Volumenstrom lediglich während des Verstellvorgangs bis zum Erreichen eines zugehörigen Endanschlags fließt.
  • Wie weiterhin in Fig. 1 zu erkennen ist, erfasst eine Sensoranordnung 64 die an der Messblende 26 auftretende Druckdifferenz, um eine daraus abgeleitete Druckdifferenzgröße an die Kontrolleinheit 54 zu übermitteln. Hierbei schließt die Kontrolleinheit 54 durch Auswertung der Druckdifferenzgröße auf eine Fehlanpassung der Hydraulikversorgung seitens des hydraulischen Steuerventils 20, wenn die Druckdifferenz kleiner ist als der durch die rückstellende Federkraft gegebene Regelwert.
  • Eine derartiger Zustand ergibt sich, wenn bei geöffnetem Hauptschieberventil 22 entweder kein (nennenswerter) Volumenstrom durch die Messblende 26 in Richtung des hydraulischen Verbrauchers 16 fließt (Betriebssituation A) oder dieser den aufgrund der jeweiligen Ventilstellung zu erwartenden Volumenstrom nicht erreicht (Betriebssituation B). In beiden Fällen wird der Druckabfall über die Messblende 26 und damit die mittels der Sensoranordnung 64 erfasste Druckdifferenz vernachlässigbar klein, sodass diese einen eindeutigen und leicht auszuwertenden Indikator für das Auftreten ineffizienter Betriebszustände der Hydraulikversorgung des betreffenden hydraulischen Verbrauchers 16 bildet.
  • Die Sensoranordnung 64 umfasst einen ersten Drucksensor 66 und einen zweiten Drucksensor 68, wobei der erste Drucksensor 66 zur Erfassung des Hydraulikdrucks vor der Messblende 26 und der zweite Drucksensor 68 zur Erfassung des Hydraulikdrucks hinter der Messblende 26 vorgesehen ist (jeweils bezogen auf die Richtung des Volumenstroms). Die beiden Drucksensoren 66, 68 sind im Falle der in Fig. 2 bzw. Fig. 3 wiedergegebenen Ausgestaltungen des hydraulischen Steuerventils 20 platzsparend in ein gemeinsames Ventilgehäuse 70 integriert. Die von den Drucksensoren 66, 68 erzeugten Sensorsignale werden dabei an einem an dem Ventilgehäuse 70 von außen zugänglichen (nicht gezeigten) elektrischen Steckverbinder abgegriffen und an die Kontrolleinheit 54 übermittelt. Dabei unterscheiden sich die beiden Ausgestaltungen hinsichtlich der Platzierung des zweiten Drucksensors 68. So dient dieser der Erfassung entweder der einlassseitig oder aber der auslassseitig am Druckkompensationsventil 24 anliegenden Druckverhältnisse.
  • Den beiden vorstehenden Ausgestaltungen folgend, ist jedes der hydraulischen Steuerventile 20 mit einer eigenen Sensoranordnung 64 mit zwei Drucksensoren 66, 68 ausgestattet. Für den Fall einer Vielzahl von in einem Steuerventilblock 40 zusammengefassten hydraulischen Steuerventilen 20 lässt sich jedoch eine unnötige Redundanz vermeiden, wenn der zur Erfassung des Hydraulikdrucks vor der Messblende 26 vorgesehene erste Drucksensor 66 einer zur Hydraulikversorgung dienenden gemeinsamen Zuleitung, hier der Versorgungsleitung 30 zugeordnet ist. Diese Option ist in Fig. 1 strichliniert angedeutet.
  • Die Kenntnis der sich infolge der Betriebssituationen A bzw. B ergebenden Fehlanpassung der Hydraulikversorgung wird dazu genutzt, um geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Hierzu wird das Hauptschieberventil 22 von der Kontrolleinheit 54 durch Ansteuerung einer elektrischen Betätigungseinrichtung 72 ungeachtet einer an dem hydraulischen Steuerventil 20 anliegenden, sich insbesondere aus der Vorgabe am Bedienterminal 52 ergebenden Hydraulikanforderung soweit geschlossen, bis die sensorisch erfasste Druckdifferenz größer dem durch die rückstellende Federkraft gegebenen Regelwert ist oder das Hauptschieberventil 22 letztlich seine vollständig schließende Ventilstellung 60 einnimmt.
  • Daneben ist vorgesehen, dass die Kontrolleinheit 54 das Hauptschieberventil 22 nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit durch Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung 72 entsprechend einer an dem hydraulischen Steuerventil 20 anliegenden Hydraulikanforderung testweise öffnet. Sollte hierbei die Druckdifferenz erneut kleiner sein als der durch die rückstellende Federkraft des Federelements 62 des Drucckompensationsventils 24 gegebene Regelwert, so liegt ein Fortbestehen der bereits erkannten Fehlanpassung der Hydraulikversorgung nahe, und das Hauptschieberventil 22 wird von der Kontrolleinheit 54 erneut durch Ansteuerung einer elektrischen Betätigungseinrichtung 72 soweit geschlossen, bis die sensorisch erfasste Druckdifferenz wieder größer dem durch die rückstellende Federkraft gegebenen Regelwert ist oder das Hauptschieberventil 22 letztlich seine vollständig schließende Ventilstellung 60 einnimmt.
  • Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 wiedergegebenen Anordnung 10, bei der ein Pumpenantrieb 74 vorgesehen ist, bei dem es sich um einen über ein zwischengeschaltetes Getriebe 76 mit der Verstellpumpe 38 antriebsverbundenen separaten Motor 78 handelt, dessen Drehzahl zur Veränderung der Förderleistung mittels eines mit der Kontrolleinheit 54 kommunizierenden Steuergeräts 80 anpassbar ist.
  • Hierbei nimmt die Kontrolleinheit 54 bei sensorischer Erkennung eines auf das Erreichen eines Höchstverdrängungsvolumens und damit einer drohenden Unterversorgung des hydraulischen Verbrauchers 16 hinweisenden Schwenkwinkels α der Verstellpumpe 38 eine Erhöhung der Förderleistung durch Eingreifen in den Pumpenantrieb 74 vor. Zu diesem Zweck erhöht die Kontrolleinheit 54 die Förderleistung soweit, bis die mittels der beiden Drucksensoren 66, 68 erfasste Druckdifferenz größer ist als der durch die rückstellende Federkraft des Federelements 62 des Druckkompensationsventils 24 gegebene Regelwert.
  • Umgekehrt verringert die Kontrolleinheit 54 die Förderleistung der Verstellpumpe 38 wieder auf einen für einen Normalbetrieb vorgesehenes Niveau, sobald diese sensorisch erkennt, dass eine auf eine Abnahme des Verdrängungsvolumens hinweisende Schwenkwinkeländerung Δα vorliegt.
  • Die sensorische Erfassung des Schwenkwinkels α bzw. der Schwenkwinkeländerung Δα erfolgt mittels eines der Verstellpumpe 38 zugeordneten Schwenkwinkelsensors 82, dessen Sensorsignale der Kontrolleinheit 54 zur Auswertung zugeführt werden.

Claims (9)

  1. Anordnung zum Betreiben eines hydraulischen Verbrauchers, umfassend ein hydraulisches Steuerventil (20) mit einem Hauptschieberventil (22), einem Druckkompensationsventil (24) sowie einer Messblende (26), wobei mittels des Hauptschieberventils (22) ein hydraulischer Volumenstrom in Richtung von zum Betrieb des hydraulischen Verbrauchers (16) vorgesehenen hydraulischen Anschlüssen (42) vorgebbar ist, wobei das Druckkompensationsventil (24) nach Maßgabe einer an der Messblende (26) beim Hindurchtreten des Volumenstroms abfallenden Druckdifferenz derart angesteuert wird, dass dieses eine zumindest teilweise schließende Regelstellung einnimmt, wenn der Hydraulikdruck in Richtung des Volumenstroms vor der Messblende (26) größer ist als derjenige hinter der Messblende (26) einschließlich einer rückstellenden Federkraft eines das Druckkompensationsventil (24) in eine vollständig geöffnete Stellung vorspannenden Federelements (62), dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoranordnung (64) die Druckdifferenz erfasst und eine daraus abgeleitete Druckdifferenzgröße an eine Kontrolleinheit (54) übermittelt, wobei die Kontrolleinheit (54) durch Auswertung der Druckdifferenzgröße auf eine Fehlanpassung der Hydraulikversorgung seitens des hydraulischen Steuerventils (20) schließt, wenn die Druckdifferenz kleiner ist als ein durch die rückstellende Federkraft gegebener Regelwert.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (64) einen ersten Drucksensor (66) und einen zweiten Drucksensor (68) umfasst, wobei wenigstens einer der beiden Drucksensoren (66, 68) in ein gemeinsames Ventilgehäuse (70) des hydraulischen Steuerventils (20) integriert ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Erfassung des Hydraulikdrucks vor der Messblende (26) vorgesehene Drucksensor (66) einer zur Hydraulikversorgung dienenden gemeinsamen Zuleitung (30) einer Vielzahl von hydraulischen Steuerventilen (20) zugeordnet ist.
  4. Anordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptschieberventil (22) von der Kontrolleinheit (54) durch Ansteuerung einer elektrischen Betätigungseinrichtung (72) ungeachtet einer an dem hydraulischen Steuerventil (20) anliegenden, sich insbesondere aus einer Vorgabe an einem Bedienterminal (52) ergebenden Hydraulikanforderung soweit geschlossen wird, bis die sensorisch erfasste Druckdifferenz größer dem durch die rückstellende Federkraft gegebenen Regelwert ist oder dieses eine vollständig schließende Ventilstellung (60) einnimmt.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (54) das Hauptschieberventil (22) nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit durch Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung (72) entsprechend einer an dem hydraulischen Steuerventil (20) anliegenden, sich insbesondere aus einer Vorgabe an einem Bedienterminal (52) ergebenden Hydraulikanforderung testweise öffnet.
  6. Anordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Volumenstroms mittels einer lastgesteuerten Verstellpumpe (38) erfolgt, wobei die Kontrolleinheit (54) bei sensorischer Erkennung eines auf das Erreichen eines Höchstverdrängungsvolumens hinweisenden Schwenkwinkels der Verstellpumpe (38) eine Erhöhung der Förderleistung durch Eingreifen in einen Pumpenantrieb (74) vornimmt.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (54) die Förderleistung durch Eingreifen in den Pumpenantrieb (74) soweit erhöht, bis die sensorisch erfasste Druckdifferenz größer ist als der durch die rückstellende Federkraft des Federelements (62) des Druckkompensationsventils (24) gegebene Regelwert.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (54) die Förderleistung der Verstellpumpe (38) auf ein für einen Normalbetrieb vorgesehenes Niveau verringert, sobald diese sensorisch erkennt, dass eine auf eine Abnahme des Verdrängungsvolumens hinweisende Schwenkwinkeländerung vorliegt.
  9. Hydrauliksystem für einen landwirtschaftlichen Traktor, umfassend eine Anordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
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