Steuereinrichtung für hydraulische Arbeitsmaschinen

Abstract

 Die Steuereinrichtung für hydraulische Arbeitsmaschinen weist ein Proportional-Wegeventil (13) für einen Verbraucher (20) auf, sowie ein proportional arbeitendes Steuerventil (27) für eine verstellbare Pumpe (10). Die Ventile werden von einer elektronischen Stelleinrichtung (32) proportional zu einem eingegebenen Sollwert verstellt. Auf diese Weise erhält man eine einfache Verstelleinrichtung, das lange Gestänge und Hydraulikleitungen vermeidet. Durch ein einfaches Zusatzglied ist es möglich, der Pumpenverstellung einen Vorlauf gegenüber dem Verbraucher zu geben. Außerdem ist es möglich, die Drehzahl der Antriebsmaschine in die Steuereinrichtung einzugeben, wodurch die Energieeinsparung besonders groß wird.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung für hydraulische Arbeitsmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die Steuerung derartiger Arbeitsmaschinen erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Wegeventilen, die außer der Neutralstellung und der maximalen Arbeitsstellung einen Feinsteuerbereich haben, in dem nur ein Teil des Pumpenförderstroms zum Verbraucher (Arbeitszylinder, Hydromotor) geleitet wird. Die Pumpe kann dabei als Konstantpumpe oder Verstellpumpe ausgebildet sein. In solchen Hydraulikkreisen entstehen zwangsläufig in der Neutralstellung (Umlaufdruck bei maximalem Förderstrom) und im Feinsteuerbereich (Abströmen nicht genutzter Hydraulikflüssigkeit) Drosselverluste, die die Energiebilanz der Anlage verschlechtem.

[0002] Um solche Verluste zu vermeiden, ist es bekannt, sogenannte load-sensing-Systeme einzusetzen, die jedoch eine besondere Gattung von Regelventilen, Steuerleitungen und speziellen Pumpensteuerungen erfordern. Der Aufwand für die Leistungsbegrenzung ist hoch. Trotzdem sind solche Wegeventile nicht frei von Drosselverlusten, vor allem bei hohem Durchfluß.

Vorteile der Erfindung

[0003] Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie sehr einfach ist und es erlaubt, mit geringsten Verlusten zu arbeiten, d. h., die Pumpe stets so einzustellen, daß sie nur gerade den von den Verbrauchern benötigten Förderstrom erbringt.

[0004] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

[0005] Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren zeigen Steuereinrichtungen für hydraulische Arbeitsmaschinen in schematischer Darstellung.

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

[0006] In Figur 1 ist mit 10 eine verstellbare Pumpe bezeichnet, die Druckmittel aus einem Behälterl ansaugt und dieses in eine Förderleitung 12 verdrängt. Die Förderleitung führt zu einem 4/3-Wegeventil 13 mit Proportionalverhalten, das durch Elektromagnete 14, 15 betätigbar ist. Vom Wegeventil führen zwei Leitungen 16, 17 zu den Druckräumen 18, 19 eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders 20.

[0007] Das Stellglied 22 der verstellbaren Pumpe 10 wird durch zwei druckmittelbeaufschlagte Stellkolben 23, 24 betätigt, von denen derjenige mit dem kleineren Durchmesser 24 über eine an die Förderleitung angeschlossene Leitung 25 mit Druck beaufschlagt wird. Vom flächengrößeren Kolben 23 führt eine Leitung 26 zu einem 3/3-Wegeventil 27 mit proportionalem Verhalten; es wird über einen Elektromagneten 28 entgegen der Kraft einer Regelfeder 21 betätigt, welche sich am Stellkolben 23 abstützt. Vom Wegeventil 27 führt einerseits eine Leitung 30 zur Förderleitung 12, andererseits eine Leitung 31 zum Behälter 11.

[0008] Die Ansteuerung der Wegeventile 13, 27 erfolgt über eine als Sollwertgeber ausgebildete Stelleinrichtung 32 mit Stellhebel 32', dessen Winkelstellung in ein proportionales elektrisches Signal umgeformt wird, z. B. durch einen als Drehpotentiometer ausgebildeten Sollwertgeber 33. Die so gebildeten Sollwertsignale des elektrischen Sollwertgebers führen über zwei Leitungen 35, 36 zu den Elektromagneten 14, 15 des Wegeventils 13, und von einem Summierpunkt 38 und dessen Verstärker 44 führt eine Leitung 39 zum Elektromagneten 28 des Wegeventils 27. Der Stellhebel 32' des Sollwertgebers ist nach beiden Seiten (-a; + ct ) - schwenkbar und erzeugt und schickt entsprechende Sollwertsignale zu den Wegeventilen. In den Leitungen 35, 36 sind Leistungsverstärker 42, 43 angeordnet, die den Magnetstrom liefem. In der Leitung 39 befindet sich ebenfalls ein Leistungsverstärker 45.

[0009] Die Pumpe 10 ist von einer Brennkraftmaschine 48 angetrieben. Mit dem elektrischen Sollwertgeber 33 wird zusätzlich zum Stellungssignal für das Wegeventil 13 auch ein Stellungssignal für das Wegeventil 27 und damit für die Pumpe 10 gewonnen, das in diesem Ausführungsbeispiel so ausgelegt ist, daß die Verstellung der Pumpe proportional zur Verstellung des Wegeventils 13 ist. Über den Stellhebel 32 wird dem elektrischen Sollwertgeber 33 der Sollwert für die Pumpenfördermenge und die Betätigung des Arbeitszylinders 20 vorgegeben.

[0010] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2, das weitgehend demjenigen nach Figur 1 entspricht, ist in der Leitung 39 noch ein zusätzlicher Summierpunkt 50 mit Verstärker 50' vorgesehen, dem ein Signal zugeführt wird, welches bewirkt, daß die Verstellung der Pumpe gegenüber der Verstellung des Wegeventils 13 einen etwa konstanten Vorlauf besitzt, d. h. die Pumpe wird früher verstellt als das Wegeventil 13.

[0011] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine 48 mit in den Steuerkreis einbezogen. In die Leitung 39 ist ein elektronisches Dividierglied 52 eingesetzt, dem über eine Leitung 53 als Divisor die Drehzahl der Brennkraftmaschine eingegeben wird. Außerdem befindet sich in der Leitung 39 hinter dem Dividierglied wieder der Leistungsverstärker 45, der den Magnetstrom liefert. Mit dieser Anordnung erreicht man, daß die Verstellung der Pumpe proportional zur Verstellung der Wegeventile erfolgt, dividiert durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine; d. h. der Förderstrom bleibt unabhängig von der Drehzahl, weil z. B. bei langsam drehender Brennkraftmaschine die Pumpe weiter ausgestellt wird als bei hoher Drehzahl.

[0012] Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 schließt sich an dasjenige nach Figur 1 an, jedoch mit dem Unterschied, daß hier ein zweiter Arbeitszylinder 55 mit zugehörigem 4/3-Wege-Proportionalventil 56 vorgesehen ist, sowie eine zweite Stelleinrichtung 57 mit Stellhebel 57' und elek trischem Sollwertgeber 58. Auf Einzelheiten ist -so weit nicht ohne weiteres verständlich -nur insoweit eingegangen, als von der Stelleinrichtung 57 eine Leitung 59 zu einem zweiten Summierpunkt 60 der Leitung 39 geführt ist, so daß also auch von der Betätigung des zweiten Verbrauchers 55 her ein Signal zum Wegeventil 27 gegeben wird, wodurch der Pumpenförderstrom entsprechend diesem Zusatzbedarf erhöht wird.

[0013] Eine Kombination des zuletztgenannten Ausführungsbeispiels mit demjenigen nach Figur 3 stellt das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 dar, wo also wieder die Brennkraftmaschine 48 in den Steuerkreis einbezogen ist. Deren Lastzustand wird in einem elektronischen Steuergerät mit einem Sollwert für die Maximallast verglichen. Vom Steuergerät 62 führen zwei Leitungen 63, 64 zu elektrischen Begrenzem 65 und 66, die die Sollwertsignale der Stelleinrichtungen 32, 57 verringern können. Beim Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes, z. B. der Leistungsgrenze der Brennkraftmaschine, werden nach einem vorprogrammierten Prioritätsplan die Sollwerte für die Verstellung der Wegeventile reduziert. Die Zurückstellung der Pumpe 10 erfolgt dann wie im Fall der vorherigen Ausführungsbeispiele.

[0014] Die erfindungsgemäße Einrichtung hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß mit herkömmlichen Wegeventilen eine Energieeinsparung erzielt wird, die sonst allenfalls mit load-sensing-Technik erreicht werden kann. Des weiteren bietet die erfindungsgemäße Einrichtung auch Eingriffsmöglichkeiten für übergeordnete Signale, die bisher bekannte Grenzlastregelungen oder Leistungsregelungen weit übertreffen. Die Einrichtung macht sich, wie aus Obigem zu erkennen ist -die Überlegung zunutze, zur Vermeidung langer Gestänge und Hydraulikleitungen die Verstellung der Regelventile elektrisch vorzunehmen; dasselbe gilt auch für die Pumpe.

Ansprüche

1. Steuereinrichtung für hydraulische Arbeitsmaschinen mit einer verstellbaren Pumpe, deren druckbeaufschlagter Stellkolben für ihr Stellglied (22) über ein elektrisch betätigbares Steuerventil angesteuert wird und die Druckmittel über ein elektrisch betätigbares Wegeventil zu wenigstens einem Verbraucher steuert, dadurch gekennzeichnet, daß von mindestens einem von einem Stellhebel (32', 57') betätigbaren elektrischen Sollwertgeber (32, 57) sowohl das Wegeventil (13) wie auch das elektrisch betätigbare Steuerventil (27) ansteuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Wegeventil wie auch das Steuerventil proportional arbeitende Ventile sind.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenförderstrom durch einen zusätzlichen Sollwert am Summierpunkt (50) gegenüber der Ventilauslenkung geringfügig voreilt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auslenkung des elektrischen Sollwertgebers (32) dem der Pumpenauslenkung zugeordneten Steuerventil ein Signal zugeführt wird, das geringfügig größer ist als es der Auslenkung des Ventils (13) entspricht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der die Pumpe antreibenden Antriebsmaschine (48) ein Drehzahlsignal einem elektronischen Dividierglied (52) zugeleitet wird, das in den Betätigungskreis für das Steuerventil (27) eingreift.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Pumpe mehrere Verbraucher versorgt werden, deren jedem ein elektrisch betätigbares Wegeventil zugeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das von der Pumpe - (10) mehrere Verbraucher versorgt werden, deren jedem ein elektrisch betätigbares Wegeventil und elektronische Stelleinrichtungen zugeordnet sind, daß sich in beiden Verbraucherkreisen Begrenzer - (65, 66) befinden, welche mit einem elektronischen Steuergerät (62) in Verbindung stehen, dem das Lastsignal der Antriebsmaschine und ein Sollwert für die Maximallast eingespeist werden.

Zeichnung