Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht von einer hydraulischen Steuereinrichtung gemäß der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
[0002] Aus der DE 36 29 471 A1 ist eine hydraulische Steuereinrichtung mit einem ersten
Arbeitskreis aus lastdruckfühlenden Wegeventilen und einem zweiten Steuerkreis mit
Neutralumlauf bekannt, bei der die Aufteilung der Ströme von einer Pumpe zu beiden
Arbeitskreisen von einem als Druckwaage arbeitenden Drosselventil gesteuert wird.
Das Drosselventil liegt in einer Verbindung zwischen einem Pumpenanschluß bzw. einer
Druckmittelquelle zu einem Weiterlaufanschluß, an den hintereinander der zweite Arbeitskreis
bzw. der Sekundärarbeitskreis angeschlossen ist. Der Durchflußwiderstand in Neutralstellung
der beiden Arbeitskreise bzw. Steuerkreise hält das Drosselventil offen. Ein vorrangig
versorgter Arbeitskreis, genannt Primärarbeitskreis, der mit lastdruckfühlenden Wegeventilen
in einer Bauart für einen geschlossenen Kreislauf ausgebildet ist, läßt sich derart
mit dem nachrangig versorgten Arbeitskreis bzw. Sekundärarbeitskreis kombinieren,
daß Energieverluste niedrig gehalten werden und vielseitige Anpassungen möglich sind.
[0003] Das Drosselventil ist in einer Anschlußplatte des Primärarbeitskreises untergebracht,
wobei die Anschlußplatte einen mit der Druckmittelquelle verbundenen Zulaufanschluß
aufweist, von dem ein Zulaufkanal unter Umgehung des eigentlichen Drosselventils zu
einer Öffnung in einer Flanschfläche der Anschlußplatte führt. Das Drosselventil bzw.
dessen Druckwaagenschieber ist mit zwei Steuerkanten versehen und ist als ein 3/3-Wegeventil
ausgebildet.
[0004] In einer ersten Stellung des Druckwaagenschiebers ist die Verbindung von der Druckmittelquelle
zu dem Sekundärarbeitskreis sowie eine Verbindung zwischen der Druckmittelquelle und
einer Rücklaufleitung geschlossen. Wird der Druckwaagenschieber in axialer Richtung
verstellt, wird ab einem bestimmten Verstellweg die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle
und dem Sekundärarbeitskreis durch eine erste Steuerkante freigegeben, was einer zweiten
Schaltposition des Drosselventils entspricht. Mit zunehmendem Verstellweg des Druckwaagenschiebers
in Richtung einer dritten Schaltposition des Drosselventiles wird von der zweiten
Steuerkante eine Verbindung zwischen der Druckmittelquelle und einer Rücklaufleitung
zu einem Tank freigegeben. Das Drosselventil befindet sich in dieser letztgenannten
Stellung des Druckwaagenschiebers in seiner Arbeitsposition.
[0005] Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei einem Einsatz eines Sekundärarbeitskreises bzw.
eines Wegeventilblockes dieser nur mit einem maximal zulässigen Druckmittelstrom beaufschlagt
werden kann. Bei einer Überschreitung dieses maximalen Druckmittelstromes können Fehlfunktionen
bei der Ansteuerung eines an dem Sekundärarbeitskreis angeschlossenen Verbrauchers
auftreten. Derartige Fehlfunktionen treten insbesondere dann auf, wenn der dem Sekundärarbeitskreis
zugeführte Druckmittelstrom im Neutralumlauf zu groß wird. Dies führt zu einem zu
starken Druckabfall innerhalb des Wegeventilblocks, der unerwünschte Bewegungsgeschwindigkeiten
eines über den Sekundärarbeitskreis versorgten Verbrauchers zur Folge hat.
Vorteile der Erfindung
[0006] Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung der eingangs beschriebenen Art
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, bei der die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle
und dem Sekundärarbeitskreis eine Einrichtung zum Regeln einer dem Sekundärarbeitskreis
zugeführten Druckmittelmenge aufweist, hat den Vorteil, daß bei geöffneter Verbindung
zwischen der Druckmittelquelle und dem Sekundärarbeitskreis eine Stromregelung für
den Weiterlauf bzw. eine dem Sekundärarbeitskreis zugeführte Druckmittelmenge geregelt
einstellbar bzw. begrenzbar ist.
[0007] Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß ein in dem Sekundärarbeitskreis vorherrschender
Druck innerhalb bestimmter Druckabfallbereiche gehalten wird, womit gleichzeitig Bewegungsgeschwindigkeiten
von über den Sekundärarbeitskreis versorgten Verbrauchern auf einfache Art und Weise
innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden können.
[0008] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung zum Regeln
der dem Sekundärarbeitskreis zugeführten Druckmittelmenge eine Meßblende auf, über
die der dem Sekundärarbeitskreis zugeführte Druckmittelstrom geregelt eingestellt
und begrenzt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß die Druckmittelmenge ab einem bestimmten
voreingestellten Wert begrenzt bzw. abgeschnitten wird und die Zuführung eines unzulässig
großen Druckmittelstromes zu dem Sekundärarbeitskreis vermieden wird. Besonders vorteilhaft
ist dabei, daß die Ausgestaltung der Erfindung ohne aufwendige konstruktive Maßnahmen
in bereits entwickelten Systemen Anwendung finden kann.
[0009] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung
sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
[0010] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuereinrichtung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der hydraulischen Steuereinrichtung in einer stark
vereinfacht dargestellten Schaltungsausführung, und
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Anschlußplatte der hydraulischen Steuereinrichtung
nach Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0011] Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine hydraulische Steuereinrichtung
1 mit zwei von einer Druckmittelquelle 2, welche als Konstantpumpe ausgebildet ist,
beaufschlagbaren Arbeitskreisen 3, 4, wobei ein Primärarbeitskreis 3 direkt mit der
Druckmittelquelle 2 verbunden ist und ein Sekundärarbeitskreis 4 bzw. eine Zufuhr
von Druckmittel zu dem Sekundärarbeitskreis 4 über ein als 3/3-Wegeventil ausgebildetes
Drosselventil 5 gesteuert wird.
[0012] In dem Primärarbeitskreis 3 wird ein variabler Lastdruck in Verbraucheranschlüssen
6A bis 6E abgetastet und in einer Regelung weiterverarbeitet, so daß der Primärarbeitskreis
3 als ein lastfühlendes System bzw. als ein sogenanntes "load sensing"-System ausgebildet
ist. Der Sekundärarbeitskreis 4 weist einen Neutralumlauf in einer sogenannten "open
center" Ausführung dergestalt auf, daß in einer bestimmten Schaltstellung eines Wegeventiles
6 ein dem Sekundärarbeitskreis 4 über eine Weiterleitung 7 zugeführter Druckmittelstrom
über eine Rücklaufleitung 8 einem Druckmittelbehälter bzw. Tank 9 zugeleitet wird.
[0013] Das Drosselventil 5 ist in einem Wegeventilblock 10 des Primärarbeitskreises 3 angeordnet
und über eine Pumpenzuleitung 11 und eine davon abzweigende Leitung 12 mit der Druckmittelquelle
2 verbunden.
[0014] In der Figur 2 ist ein Teil einer konstruktiven Ausgestaltung des Wegeventilblockes
10 des Primärarbeitskreises 3 in einem Längsschnitt dargestellt, wobei das Drosselventil
5 mit einem Druckwaagenschieber 13 und einem ersten Druckraum 14 und einem zweiten
Druckraum 15 ausgeführt ist. Der erste Druckraum 14 und der zweite Druckraum 15 sind
von dem Wegeventilblock 10 bzw. der Anschlußplatte des Primärarbeitskreises 3 und
den Enden des Druckwaagenschiebers begrenzt, wobei die beiden Druckräume 14, 15 jeweils
über eine erste Steuerleitung 16 und eine zweite Steuerleitung 17 zur Einstellung
eines Druckgefälles an dem Druckwaagenschieber 13 verbunden sind.
[0015] Die erste Steuerleitung 16 zweigt von der Pumpenzuleitung 11 ab, womit in dem ersten
Druckraum 14 der Pumpenzulaufdruck vorliegt. Die zweite Steuerleitung 17 zweigt von
einer Druckabgriffsleitung 18 ab und ist mit einer Drossel 19 versehen. Die Drossel
19 ist zur Einstellung eines Druckgefälles zwischen der Druckabgriffsleitung 18 und
dem zweiten Druckraum 15 vorgesehen. Damit soll sichergestellt werden, daß im Falle
eines unerwünscht hohen Druckes, bei welchem ein zwischen dem zweiten Druckraum 15
und einer weiteren Rücklaufleitung 21 angeordnetes Druckbegrenzungsventil 20 öffnet,
ein Druckmittelstrom bzw. eine Druckmittelmenge nur in begrenztem Maße in die weitere
Rücklaufleitung 21 fließt.
[0016] Darüber hinaus wird über die Anordnung der Drossel 19 in der zweiten Steuerleitung
17 eine dynamische Stabilisierung des Druckwaagenschiebers 13 erreicht, die insbesondere
bei Druckschwankungen eine Dämpfung des Ansprechverhaltens des Druckwaagenschiebers
13 bewirkt. Die Dämpfung stellt sich ein, da sich das Druckmittelvolumen des zweiten
Druckraumes 15, der eine auf den Druckwaagenschieber 13 einwirkende Rückstellfeder
22 aufnimmt, durch die Drosselung der Drossel 19 nur in einer begrenzten Geschwindigkeit
austauschen kann.
[0017] Zwischen der zweiten Steuerleitung 17 und der Druckabgriffsleitung 18 ist ein Wechselventil
23 vorgesehen, das ein ankommendes Drucksignal bewertet und das jeweils höchste anliegende
Drucksignal zu dem zweiten Druckraum 15 weiterleitet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wirken auf das Wechselventil 23 jeweils ein Drucksignal der Druckabgriffsleitung 18
und einer zusätzlichen Steuerleitung 24 ein, welche mit einem weiteren Wechselventil
25 des Primärarbeitskreises 3 in Verbindung steht. Das bedeutet, daß das Wechselventil
23 auf ein eingehendes Drucksignal reagiert und das größere Drucksignal über einen
sogenannten Mittenabgriff zu dem als Regelelement ausgebildeten Druckwaagenschieber
13 bzw. in den zweiten federbelasteten Druckraum 15 führt.
[0018] Eine Priorisierung der Druckmittelversorgung zwischen dem Primärarbeitskreis 3 und
dem Sekundärarbeitskreis 4 wird über das als Druckwaage arbeitende Drosselventil 5
gesteuert, wobei in eine Verbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und dem Sekundärarbeitskreis
4 eine Einrichtung 26 zum Regeln der dem Sekundärarbeitskreis 4 zugeführten Druckmittelmenge
geschaltet ist. Die Einrichtung 26 ist mit einer Meßblende und zwei Regelsteuerkanten
27, 31 ausgebildet, wobei die Meßblende eine erste Steuerkante 27 des Druckwaagenschiebers
13 aufweist, über die auch die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und dem
Sekundärarbeitskreis 4 sperrbar ist. Die Regel- bzw. Meßblende stellt eine Kombination
aus der ersten Steuerkante 27, einer Ringnut 28 mit einem korrespondierenden Absatz
29 an dem Druckwaagenschieber 13 und einer variablen axialen Positionierung des Druckwaagenschiebers
13 in dem Wegeventilblock 10 dar.
[0019] An den Absatz 29 des Druckwaagenschiebers 13 schließt sich ein Ringraum 30 der Weiterleitung
7 an, von dem die Druckabgriffsleitung 18 zu dem Wechselventil 23 abzweigt, so daß
ein Lastdruck in der Verbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und dem Sekundärarbeitskreis
4 in der Weiterleitung 7 stromab der Meßblende der Einrichtung 26 dem Wechselventil
23 zugeführt werden kann.
[0020] Weiter weist der Druckwaagenschieber 13 eine zweite Steuerkante 31 zum Steuern eines
Druckmittelstromes von der Druckmittelquelle 2 in die weitere Rücklaufleitung 21 auf.
Die erste Steuerkante 27 und die zweite Steuerkante 31 sind derart in axialer Richtung
des Druckwaagenschiebers 13 an diesem vorgesehen, daß bei einer axialen Verstellung
des Druckwaagenschiebers 13 aufgrund eines an diesem anliegenden Druckgefälles zuerst
die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und dem Sekundärarbeitskreis 4 und
bei einer zunehmenden Verstellung des Druckwaagenschiebers 13 auch die Verbindung
zwischen der Druckmittelquelle 2 und der weiteren Rücklaufleitung 21 geöffnet wird.
[0021] Mit dieser Abstimmung des Abstandes der Steuerkanten 27, 31 zueinander bzw. der mit
den beiden Steuerkanten 27, 31 korrespondierenden Gehäusekanten in Verbindung mit
der Meßblende bzw. Ringnut 28 und dem damit korrespondierenden Absatz 29 wird die
Stromregelung der Druckmittelmenge von der Druckmittelquelle 2 zu dem Sekundärarbeitskreis
4 vorgenommen und ein maximaler Druckmittelstrom eingestellt. Damit wird die dem Sekundärarbeitskreis
4 zugeführte Druckmittelmenge auf einen zulässigen oberen Wert begrenzt. Der darüber
hinausgehende Druckmittelmengenstrom wird dem Tank 9 oder den in der Figur 1 dargestellten
Wegeventilen 32A bis 32C, auch bei paralleler Betätigung dieser Wegeventile 32A bis
32C, über die gemeinsame Pumpenzuleitung 11 zugeführt.
[0022] Die Regelung des Druckmittelstromes von der Druckmittelquelle 2 zu dem Sekundärarbeitskreis
4 erfolgt aus einem Zusammenspiel zwischen der Stellung des Druckwaagenschiebers 13
und einem ganz bestimmten, definierten Druckgefälle, das an der Meßblende bzw. der
Ringnut 28 und dem damit korrespondierenden Absatz 29 des Druckwaagenschiebers 13
stattfindet. Dieses Druckgefälle wirkt als Differenzdruck auf die beiden Stirnseiten
des Druckwaagenschiebers 13 und führt dazu, daß im Falle eines zu großen Druckmittelmengenstromes
das Druckgefälle ansteigt. Daraus resultieren wiederum unterschiedliche Drücke an
den beiden Stirnseiten des Druckwaagenschiebers 13, und der Druckwaagenschieber 13
wird gegen die Rückstellfeder 22 verschoben. Diese Bewegungsrichtung des Druckwaagenschiebers
13 führt dazu, daß der Druckmittelmengenstrom, der in Richtung der Meßblende strömt,
verringert wird, da die zweite Steuerkante 31 die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle
2 und der weiteren Rücklaufleitung 21 freigibt.
[0023] Die Druckmittelmenge, welche von der Druckmittelquelle 2 zu dem Sekundärarbeitskreis
4 geführt wird, wird über die Steuerkanten 27, 31 bzw. über die Einstellung der Breite
des Spaltes zwischen den Steuerkanten 27, 31 und den damit korrespondierenden Gehäusekanten
gesteuert. Die Regelung des Druckmittelmengenstromes von der Druckmittelquelle 2 zu
dem Sekundärarbeitskreis erfolgt über die Meßblende, d.h. über die Beweglichkeit bzw.
axiale Positionierung des Druckwaagenschiebers 13, der ersten Steuerkante 27, der
sich stromab anschließenden Ringnut 28 und deren Absatz 29.
[0024] Die geometrische Ausgestaltung der Einrichtung 26 bzw. deren Meßblende kann in Abhängigkeit
des jeweilig vorliegenden Anwendungsfalles beliebig erfolgen, wobei die Höhe der Begrenzung
des Druckmittelmengenstromes jeweils in Abhängigkeit des Drosselparameters der Meßblende
bestimmt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt die Größe des Absatzes 29
bzw. dessen Durchmesser den Drosselparameter der Meßblende dar.
[0025] Wenn die vorbeschriebene hydraulische Steuereinrichtung beispielsweise für ein Hubwerk
eines Traktors verwendet wird und ein Regelventil für das Hubwerk nicht den vollen
Pumpenförderstrom der Druckmittelquelle 2 verarbeiten kann, wird der Druckmittelmengenstrom
zu der Weiterleitung 7 begrenzt. Wird keines der Wegeventile 6 bzw. 32A bis 32C des
Primärarbeitskreises 3 und des Sekundärarbeitskreises 4 betätigt, so stellt sich der
Druckwaagenschieber 13 derart ein, daß ein reduzierter Druckmittelmengenstrom zu dem
Wegeventil 6 des Sekundärarbeitskreises 4 fließt. Der überschüssige Druckmittelmengenstrom
fließt über den Druckwaagenschieber 13 und der weiteren Rücklaufleitung 21 zu dem
Tank 9 zurück.
[0026] Bei einer Betätigung des Wegeventils 6 des Sekundärarbeitskreises 4 bleibt die Versorgung
des Sekundärarbeitskreises 4 mit einer Druckmittelmenge gleich, da das Wegeventil
6 den geregelten Druckmittelmengenstrom selbst auf Druck bringt und dessen angeschlossenen
Verbraucher versorgt.
[0027] Wenn eines der Wegeventile 32A bis 32C des Primärarbeitskreises betätigt wird, verhält
sich die hydraulische Steuereinrichtung 1 wie bei einer lastfühlenden Parallelschaltung.
Ist der Druck im Primärarbeitskreis 3 im Vergleich zu dem Druck in dem Sekundärarbeitskreis
4 der höhere Lastdruck in der hydraulischen Steuereinrichtung 1, so wird das Wegeventil
32A, 32B oder 32C vorrangig mit Druckmittel versorgt, wobei der nachgeschaltete Sekundärarbeitskreis
4 lediglich mit einem Restdruckmittelmengenstrom beaufschlagt wird.
[0028] Ist der Druck in dem Primärarbeitskreis 3 der niedrigere Lastdruck, so wird der Weiterleitung
7 ein geregelter maximaler Druckmittelmengenstrom zugeführt.
[0029] Im Falle einer maximalen Druckbegrenzungsanforderung wird der höchste Lastdruck der
hydraulischen Steuereinrichtung 1 dem Druckwaagenschieber 13 zugeführt, wobei das
Druckbegrenzungsventil 20 anspricht und ein Druckgefälle erzeugt, so daß der Druckwaagenschieber
13 derart verschoben wird, daß die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und
dem Tank 9 geöffnet wird und eine Weiterleitung eines unzulässig großen Druckmittelstromes
vermieden wird.
1. Hydraulische Steuereinrichtung (1) mit wenigstens zwei von einer Druckmittelquelle
(2) beaufschlagbaren Arbeitskreisen (3, 4), wobei in einem Primärarbeitskreis (3)
ein variabler Lastdruck in Verbraucheranschlüssen (6A bis 6E) abgetastet und in einer
Regelung weiterverarbeitet wird und ein Sekundärarbeitskreis (4) einen Neutralumlauf
aufweist, eine Priorisierung der Druckmittelversorgung zwischen dem Primärarbeitskreis
(3) und dem Sekundärarbeitskreis (4) über ein als Druckwaage arbeitendes Drosselventil
(5) mit einem Druckwaagenschieber (13) steuerbar ist, der Primärarbeitskreis (3) direkt
mit der Druckmittelquelle (2) verbunden ist und eine Zufuhr von Druckmittel zu dem
Sekundärarbeitskreis (4) über das Drosselventil (5) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle (2) und dem Sekundärarbeitskreis (4)
eine Einrichtung (26) zum Regeln einer dem Sekundärarbeitskreis (4) zugeführten Druckmittelmenge
aufweist.
2. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) eine Meßblende aufweist.
3. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zwei Regelsteuerkanten aufweist.
4. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblende einer ersten Steuerkante (27) des Druckwaagenschiebers (13) direkt
nachgeschaltet ist, über welche die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle (2)
und dem Sekundärarbeitskreis (4) sperrbar ist.
5. Hydraulische Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblende eine Kombination aus einer Ringnut (28) mit einem korrespondierenden
Absatz (29) an dem Druckwaagenschieber (13) und einer variablen axialen Positionierung
des Druckwaagenschiebers (13) darstellt.
6. Hydraulische Steuereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lastdruck in der Verbindung zwischen der Druckmittelquelle (2) und dem Sekundärarbeitskreis
(4) über eine stromab der Meßblende abzweigende Druckabgriffsleitung (18) einem Wechselventil
(23) zuführbar ist.
7. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelstrom der Druckabgriffsleitung (18) über das Wechselventil (23) einem
Druckraum (15) des Drosselventils (5) zuführbar ist, in welchem ein federbelastetes
Ende des Druckwaagenschiebers (13) angeordnet ist.
8. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung eines maximalen Lastdruckes im Sekundärarbeitskreis (4) ein Druckbegrenzungsventil
(20) mit dem federbelasteten Druckraum (15) in Verbindung steht.
9. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wechselventil (23) und dem federbelasteten Druckraum (15) eine Drossel
(19) zur Einstellung eines Druckgefälles vorgesehen ist.
10. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwaagenschieber (13) eine zweite Steuerkante (31) zum Steuern eines Druckmittelstromes
von der Druckmittelquelle (2) in eine Rücklaufleitung (21) aufweist.
11. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerkante (27) und die zweite Steuerkante (31) derart an dem Druckwaagenschieber
(13) angeordnet sind, daß bei einer axialen Verstellung des Druckwaagenschiebers (13)
gegen seine Feder zuerst die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle (2) und dem
Sekundärarbeitskreis (4) und bei einer zunehmenden Verstellung auch die Verbindung
zwischen der Druckmittelquelle (2) und der Rücklaufleitung (21) geöffnet wird.
12. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (5) einen mit der Druckmittelquelle (2) in Verbindung stehenden
Druckraum (14) aufweist, welcher von einem dem federbelasteten Ende abgewandten Ende
des Druckwaagenschiebers (13) und einem den Druckwaagenschieber (13) umgebenden Gehäuse
(10) begrenzt wird.