DE102017004634A1

DE102017004634A1 - Steuervorrichtung zum Versorgen mindestens eines hydraulischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE102017004634A1
Application number: DE102017004634.4A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Peter Huth; Marc Anton
Original assignee: Hydac Systems and Services GmbH
Current assignee: Hydac Systems and Services GmbH
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-11-15
Also published as: CN211448991U; JP7130662B2; JP2020519815A; US20200095987A1; WO2018210550A1; US11168710B2; EP3625457B1; EP3625457A1; EP3625457C0

Abstract

Eine Steuervorrichtung zum Versorgen mindestens eines hydraulischen Verbrauchers mit Fluid mit einer mittels eines Loadsensing-Druckes (LS) ansteuerbaren Verstellpumpe (10), ist dadurch gekennzeichnet, dass für eine fallweise Vergrößerung des Volumenstroms im Zulauf (22) des hydraulischen Verbrauchers der Loadsensing-Druck (LS) über eine Steuerleitung (28) an eine Steuereinrichtung (2) weitergeleitet ist, die durch Zuschalten einer Konstantpumpe (16) die Vergrößerung im Zulauf (22) vornimmt, sobald eine Bedienperson durch Betätigen der Steuereinrichtung (2) die dahingehende Funktion veranlasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Versorgen mindestens eines hydraulischen Verbrauchers mit Fluid mit einer mittels eines Load-Sensing-Drucks ansteuerbaren Verstellpumpe.
Loadsensing-Systeme, die es ermöglichen, den Druck und/oder Volumenstrom einer Hydraulikpumpe an die vom Verbraucher geforderten Bedingungen anzupassen, sind Stand der Technik, s. „Wikipedia, Die freie Enzyklopädie“, Kapitel Load-Sensing. LS-Systeme können bekanntermaßen als sog. Open-Center-System mit Konstantpumpen oder als sog. Closed-Center-System mit Verstellpumpen ausgeführt sein, wie dies bei der oben genannten, den Anmeldungsgegenstand bildenden Steuervorrichtung der Fall ist. Wegen ihrer Energie sparenden Arbeitsweise kommen LS-Systeme mit Vorteil zur Steuerung von Komponenten der Arbeitshydraulik von mobilen Arbeitsgerätschaften zum Einsatz. Solche Gerätschaften, wie landwirtschaftlich genutzte Schlepper oder Geräte zur Bodenbearbeitung, weisen in der Regel mehrere hydraulische Verbraucher auf, wie Fahrantrieb, Hydrolenkung, Hubantriebe und dergleichen. Beim Betrieb solcher Gerätschaften sind während überwiegenden Betriebsphasen nicht sämtliche der vorhandenen Verbraucher gleichzeitig mit vollem Volumenstrom zu versorgen, so dass man, unter anderem aus Kostengründen, davon absehen kann, die üblicherweise als Schwenkpumpe vorgesehene Verstellpumpe für einen im Maximalfall anfallenden Volumenstrom auszulegen. Bei Auftreten besonderer oder extremer Arbeitssituationen, beispielsweise beim Einsatz eines Schleppers zur Feldbearbeitung, kann es möglicherweise bei den Manövern am Feldende, bei denen neben dem Fahrantrieb die Lenkung und Bearbeitungsgeräte mit Hubantrieb gleichzeitig den maximalen Volumenstrom anfordern, möglicherweise zu einer Unterversorgung kommen.
Ausgehend von dieser Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die eine besonders funktionssichere Versorgung hydraulischer Verbraucher ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Steuervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass für eine fallweise Vergrößerung des Volumenstroms im Zulauf des hydraulischen Verbrauchers der Loadsensing-Druck über eine Steuerleitung an eine Steuereinrichtung weitergeleitet ist, die durch Zuschalten einer Konstantpumpe die Vergrößerung im Zulauf vornimmt, sobald eine Bedienperson durch Betätigen der Steuereinrichtung die dahingehende Funktion veranlasst. Dadurch stellt die Erfindung für extreme Arbeitssituationen nicht nur eine Art Boost-Funktion zur Verfügung, sondern stellt gleichzeitig eine Sicherung gegen eine mögliche Gefährdung der Arbeitssicherheit zur Verfügung, wie sie durch eine abrupte Änderung des Betriebsverhaltens bei Zuschalten der Konstantpumpe verursacht werden kann. Dadurch, dass die Vergrößerung des zulaufenden Volumenstroms von der vom Bediener vorzunehmenden Betätigung der Steuereinrichtung abhängig ist, ist die Gefahr vermieden, dass vom Bediener nicht vorhergesehene Leistungsänderungen, wie veränderte Lenkausschläge, beschleunigte Fahr- oder Hubbewegungen, eintreten, weil die Boost-Funktion lediglich seitens der Bedienperson einleitbar ist.
Die Steuereinrichtung kann mit Vorteil ein erstes und ein zweites Steuerventil aufweisen, von denen das erste Steuerventil von dem Loadsensing-Druck in der Steuerleitung und das zweite Steuerventil von der Bedienperson ansteuerbar ist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das erste Ventil ein Proportionalventil, insbesondere ein 2/2-Wege-Proportionalventil, das auf seiner einen Steuerseite neben einer Federvorspannung mit dem Loadsensing-Druck und auf seiner anderen Steuerseite mit dem Zulaufdruck im Zulauf des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers beaufschlagt ist.
Als vom Bediener zu betätigendes zweites Ventil ist vorteilhafterweise ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil, insbesondere ein 2/2-Wege-Schaltventil vorgesehen, das in seiner unbetätigten Stellung einen Fluidweg von der Konstantpumpe zu einem Vorratstank freigibt und in seiner von der Bedienperson ausgelösten betätigten Stellung den dahingehenden Fluidweg sperrt, so dass in diesem betätigten Zustand der Volumenstrom der Konstantpumpe zur Vergrößerung des Zulaufs zur Verfügung steht.
Dabei kann das zweite Ventil einen Bypass zu dem ersten Ventil bilden, indem der Eingang und der Ausgang des ersten Ventils fluidführend an den Eingang bzw. den Ausgang des zweiten Ventils angeschlossen ist.
Der Ausgang der Konstantpumpe kann hierbei über eine Abzweigstelle an den Eingang des ersten und des zweiten Ventils angeschlossen sein.
Für die Einspeisung des Volumenstroms der Konstantpumpe zum Zulauf kann der Zulauf der Konstantpumpe an den Ausgang der Verstellpumpe über eine Verbindungsleitung angeschlossen sein, in die ein Sperrventil geschaltet ist, insbesondere in Form eines federbelasteten Rückschlagventils, das in Richtung der Verstellpumpe öffnet und in Richtung der Konstantpumpe schließt.
In die Verbindung zwischen der Verstellpumpe und dem jeweiligen hydraulischen Verbraucher kann zuerst die Verbindungsleitung mit dem Sperrventil und nachfolgend eine Steuerleitung angeschlossen sein, die das erste Ventil mit dem Zulaufdruck beaufschlagt.
Für den Schutz der Konstantpumpe ist parallel zu dem zweiten Steuerventil in einer Bypassleitung ein Druckbegrenzungsventil geschaltet, bei dessen Ansprechen der Volumenstrom der Konstantpumpe zu dem Vorratstank unter Umgehen des ersten und zweiten Ventils weitergeleitet ist.
Mit besonderem Vorteil kann die Steuervorrichtung als Steuerblock ausgebildet sein, der das erste und das zweite Ventil, das Sperrventil und das Druckbegrenzungsventil beinhaltet und der Anschlüsse aufweist für den fluidführenden Anschluss der als Verstellpumpe dienenden Schwenkwinkelpumpe, der Konstantpumpe, dem jeweiligen Verbraucher, dem Vorratstank und der Loadsensing-Steuerleitung.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:

1 in Symboldarstellung die Schaltung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, wobei der Betriebszustand ohne bedarfsmeldendes LS-Signal und bei nicht betätigter Steuereinrichtung dargestellt ist;
2 eine der 1 entsprechende Darstellung, wobei der Betriebszustand bei bedarfsmeldendem LS-Signal und bei nicht betätigter Steuereinrichtung dargestellt ist;
3 eine den 1 und 2 entsprechende Darstellung, wobei der Betriebszustand ohne bedarfsmeldendes LS-Signal und bei betätigter Steuereinrichtung dargestellt ist; und
4 eine den 1 bis 3 entsprechende Darstellung, wobei der Betriebszustand bei bedarfsmeldendem LS-Signal und bei betätigter Steuereinrichtung dargestellt ist.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung weist eine in den Figuren mit 2 bezeichnete Steuereinrichtung auf, deren Komponenten zu einem Steuerblock 4 zusammengefasst sind. Der Steuerblock 4 weist einen ersten Eingangsanschluss 6 auf, der mit dem Ausgang 8 einer Verstellpumpe in Form einer Schwenkpumpe 10 in Verbindung ist, die eingangsseitig mit einem Vorratstank 12 verbunden ist. Ein zweiter Eingangsanschluss 13 des Steuerblocks 4 ist mit dem Ausgang 14 einer Konstantpumpe 16 in Verbindung, die, wie die Schwenkpumpe 10, motorisch antreibbar und eingangsseitig mit dem Vorratstank 12 verbunden ist. Die Konstantpumpe 16 ist beim vorliegenden Beispiel durch eine Zahnradpumpe gebildet. Einem dritten Eingangsanschluss 18 des Steuerblocks 4 ist ein bedarfsmeldendes LS-Signal zuführbar, genauer gesagt, bei mehreren zu versorgenden Verbrauchern ist über Wechselventile das jeweils höchste auftretende LS-Signal zugeführt. Ein erster Ausgangsanschluss 20 am Steuerblock 4 führt zum Verbraucherzulauf 22, und ein zweiter Ausgangsanschluss 24 führt zum Vorratstank 12.
Die Schwenkpumpe 10 ist Bestandteil eines im Übrigen nicht dargestellten Closed-Center-Systems, so dass der Schwenkwinkel über einen Druckregler DR nach Maßgabe des LS-Signals eingestellt wird. Zur Verdeutlichung des Verlaufs der Ölströme, die sich bei den in den 1 bis 4 dargestellten, unterschiedlichen Betriebszuständen ergeben, sind die den Ölstrom jeweils führenden Leitungen mit größerer Strichstärke kenntlich gemacht. Im Steuerblock 4 ist eine Versorgungsleitung mit 26 bezeichnet, die vom ersten Eingangsanschluss 6 zum ersten Ausgangsanschluss 20 und damit zum Zulauf 22 führt. Eine Steuerleitung, die den LS-Druck vom dritten Eingangsanschluss 18 zur Steuereinrichtung 2 zuführt, ist mit 28 bezeichnet. Als weitere Komponenten enthält der Steuerblock 4 ein erstes Steuerventil 30 und ein zweites Steuerventil 32, von denen das erste Ventil 30 ein 2/2-Wege-Proportionalventil und das zweite Ventil 32 ein 2/2-Wege-Schaltventil ist. Letzteres ist, von einem Bediener ausgelöst, elektromagnetisch betätigbar, wobei es gegen die Kraft einer Rückstellfeder 34 aus einer unbetätigten Schaltstellung, die der Durchflussstellung entspricht, in eine betätigte Schaltstellung bringbar ist, bei der das Ventil 32 gesperrt ist. Das erste Ventil 30 ist einerseits durch eine Druckfeder 36 und mit dem jeweiligen, über die Steuerleitung 28 zugeführten LS-Druck beaufschlagt und andererseits mit dem in der Versorgungsleitung 26 herrschenden Zulaufdruck über eine weitere Steuerleitung 38 beaufschlagt. Über den zweiten Eingangsanschluss 13 und über eine Abzweigstelle 40 ist der Ausgang 14 der Konstantpumpe 16 an den Eingang 42 des ersten Ventils 30 und an den Eingang 44 des zweiten Ventils 32 angeschlossen. Dadurch ist bei der unbetätigten Schaltstellung des zweiten Ventils 32 vom Ausgang 14 der Konstantpumpe 16 her ein Fluidweg zum zweiten Ausgangsanschluss 24 des Steuerblocks 4 und damit zum Vorratstank 12 hin offen. Bei in nicht betätigter Schaltstellung befindlichem zweiten Ventil 32 ist daher der Volumenstrom der Konstantpumpe 16 ungedrosselt zum Tank abgeleitet.
Der Ausgang 14 der Konstantpumpe 16 ist auch über eine Verbindungsleitung 46 mit der von der Schwenkpumpe 10 zum Zulauf 22 führenden Versorgungsleitung 26 verbunden, wobei in die Verbindungsleitung 46 ein Rückschlagventil 48 eingefügt ist, das in Richtung zur Versorgungsleitung 26 öffnet. Diese Verbindungsleitung 46 ist an der Versorgungsleitung 26, in Strömungsrichtung gesehen, vor der Steuerleitung 38 angeschlossen. Das erste Ventil 30 ist, ebenso wie das zweite Ventil 32, ausgangsseitig mit dem zweiten Ausgangsanschluss 24 des Steuerblocks 4 und somit mit dem Vorratstank 12 verbunden. Vervollständigt ist der Steuerblock 4 durch ein Druckbegrenzungsventil 50, das die Konstantpumpe 16 zum Vorratstank 12 hin absichert und als Bypass zum zweiten Ventil 32 zwischen dessen Eingang 44 und dessen mit dem Tank verbundenen Ausgangs 52 eingefügt ist.
Die 1 zeigt einen Betriebszustand, bei dem sich das zweite Ventil 32 in der unbetätigten Schaltstellung, also der Durchlassstellung, befindet. Unabhängig von der Ventilstellung des ersten Ventils 30 ist daher, wie erwähnt, der Volumenstrom der Konstantpumpe 16 von der Abzweigstelle 40 her zum Tank hin abgeleitet. Beim Zustand von 1 ist das erste Ventil 30 über die Leitung 38 auch nicht mit einem bedarfsmeldenden LS-Druck beaufschlagt. Das erste Ventil 30, das zusammen mit der Konstantpumpe 16 die Druckwaage eines Open-Center-Systems bildet, ist daher durch den in der Steuerleitung 38 herrschenden Versorgungsdruck der Schwenkpumpe 10 gegen die Wirkung der Druckfeder 36 aus der Sperrstellung gesteuert, so dass bei diesem Zustand auch über den Ausgang 54 des ersten Ventils 30 ein Fluidweg zum Tank gebildet ist. In 1 ist dieser Ölfluss mit in größerer Dicke gezeichneten Leitungen verdeutlicht.
Die 2 zeigt einen Betriebszustand, bei dem die Konstantpumpe 16 ebenfalls keinen Beitrag zur Erhöhung der Zulaufmenge leistet, weil das zweite Ventil 32 wiederum unbetätigt ist, so dass der Volumenstrom der Konstantpumpe 16 nach Tank abgeleitet ist. Anders als bei 1 ist am ersten Ventil 30 jedoch ein LS-Druck wirksam, der den Bedarf an einer Zusatzversorgung des Zulaufs 22 signalisiert. Zusammen mit der Wirkung der Druckfeder 36 ist daher das erste Ventil 30 in den Sperrzustand gesteuert. Zwar strömt dadurch kein Volumen der Schwenkpumpe 16 über das Ventil 30 ab, da jedoch das zweite Ventil 32 nicht betätigt ist, erfolgt eine Ableitung über dieses Ventil, so dass die Konstantpumpe 16 wiederum keinen Beitrag zur Versorgung leistet.
Beim Betriebszustand von 3 ist das zweite Ventil 32 seitens des Bedieners in den Sperrzustand geschaltet, so dass über dieses Ventil 32 kein Abstrom von Volumen der Konstantpumpe 16 erfolgt. Gleichzeitig wirkt jedoch am ersten Ventil 30 über die Steuerleitung 28 kein LS-Druck, der ausreicht, das erste Ventil 30 gegen den über die Steuerleitung 38 wirkenden Versorgungsdruck in die Sperrstellung zu steuern, so dass das Proportionalventil 30 einen Durchstrom nach dem Tank ermöglicht. Trotz betätigtem zweitem Ventil 32 ist daher keine Boost-Funktion ausgelöst.
Bei dem in 4 gezeigten Zustand ist am ersten Ventil 30 über die Steuerleitung 28 ein LS-Druck wirksam, der eine Zusatzversorgung signalisiert, so dass das erste Ventil 30 in die Sperrstellung gesteuert ist. Gleichzeitig ist die Boost-Funktion seitens des Bedieners durch Betätigen des zweiten Ventils 32 in die Sperrstellung ausgelöst. Bei diesen Ventilstellungen ist der gesamte Volumenstrom der Konstantpumpe 16 über die Abzweigstelle 40, das erste Rückschlagventil 48 und die Verbindungsleitung 46 in die Versorgungsleitung 26 eingespeist und erhöht den Volumenstrom im Zulauf 22. Da die Boost-Funktion auch bei eine Zusatzversorgung anforderndem LS-Druck und dadurch gesperrtem erstem Ventil 30, wie dies in 2 gezeigt ist, nur auslösbar ist, wenn der Bediener, wie in 4 gezeigt, das zweite Ventil 32 betätigt, stellt die Erfindung eine die Sicherheit erhöhende hydraulische Verriegelung der Boost-Funktion zur Verfügung.

Claims

Steuervorrichtung zum Versorgen mindestens eines hydraulischen Verbrauchers mit Fluid mit einer mittels eines Loadsensing-Druckes (LS) ansteuerbaren Verstellpumpe (10), dadurch gekennzeichnet, dass für eine fallweise Vergrößerung des Volumenstroms im Zulauf (22) des hydraulischen Verbrauchers der Loadsensing-Druck (LS) über eine Steuerleitung (28) an eine Steuereinrichtung (2) weitergeleitet ist, die durch Zuschalten einer Konstantpumpe (16) die Vergrößerung im Zulauf (22) vornimmt, sobald eine Bedienperson durch Betätigen der Steuereinrichtung (2) die dahingehende Funktion veranlasst.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) ein erstes (30) und ein zweites Steuerventil (32) aufweist, von denen das erste Steuerventil (30) von dem Loadsensing-Druck (LS) in der Steuerleitung (28) und das zweite Steuerventil (32) von der Bedienperson ansteuerbar ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil ein Proportionalventil, insbesondere ein 2/2-Wege-Proportionalventil (30) ist, das auf seiner einen Steuerseite neben einer Federvorspannung (36) mit dem Loadsensing-Druck (LS) und auf seiner anderen Steuerseite mit dem Zulaufdruck im Zulauf (22) des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers beaufschlagt ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil, insbesondere ein 2/2-Wege-Schaltventil (32) ist, das in seiner unbetätigten Stellung einen Fluidweg von der Konstantpumpe (16) zu einem Vorratstank (12, T) freigibt und in seiner von der Bedienperson ausgelösten betätigten Stellung den dahingehenden Fluidweg sperrt.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (32) im Bypass zu dem ersten Ventil (30) angeordnet ist, indem der Eingang (42) und der Ausgang (54) des ersten Ventils (30) fluidführend an den Eingang (44) bzw. den Ausgang (52) des zweiten Ventiles (32) angeschlossen ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (14) der Konstantpumpe (16) über eine Abzweigstelle (40) an den Eingang (42 bzw. 44) des ersten (30) und des zweiten Ventils (32) angeschlossen ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (14) der Konstantpumpe (16) an den Ausgang (8) der Verstellpumpe (10) über eine Verbindungsleitung (46) angeschlossen ist, in die ein Sperrventil geschaltet ist, insbesondere in Form eines federbelasteten Rückschlagventils (48), das in Richtung der Verstellpumpe (10) öffnet und in Richtung der Konstantpumpe (16) schließt.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung (26) zwischen der Verstellpumpe (10) und dem jeweiligen hydraulischen Verbraucher zuerst die Verbindungsleitung (46) mit dem Sperrventil (48) und nachfolgend eine Steuerleitung (38) angeschlossen sind, die das erste Ventil (30) mit dem Zulaufdruck beaufschlagt.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem zweiten Steuerventil (32) in einer Bypassleitung ein Druckbegrenzungsventil (50) geschaltet ist, bei dessen Ansprechen der Volumenstrom der Konstantpumpe (16) zu dem Vorratstank (12, T) unter Umgehen des ersten (30) und zweiten Ventils (32) weitergeleitet ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Steuerblock (4) ausgebildet ist, der - das erste (30) und das zweite Ventil (32) - des Sperrventil (48), und - das Druckbegrenzungsventil (50) beinhaltet und der Anschlüsse (6, 13, 20, 24, 18) aufweist für den fluidführenden Anschluss der als Verstellpumpe vorgesehenen Schwenkwinkelpumpe (10), der Konstantpumpe (16), den jeweiligen Verbraucher, den Vorratstank (12, T) und der Loadsensing-Steuerleitung (28).