Hydrauliksystem zur sicheren Druckversorgung mindestens eines Verbrauchers

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem zur sicheren Druckversorgung mindestens eines Verbrauchers.

[0002] Bei Hydrauliksystemen, bei denen mittels einer Konstantpumpe Verbraucher zu versorgen sind, die im Betrieb unterschiedlich stark belastet sind, so dass sich als Load-Sensing-Signal unterschiedliche Lastdrücke ergeben, ist die sichere Druckversorgung so lange gewährleistet, als die Konstantpumpe in der Lage ist, einen dem höchsten Lastdruck entsprechenden Versorgungsdruck bei vollem Förderstrom der Konstantpumpe aufrecht zu erhalten. Wenn der Versorgungsbedarf über dem momentanen Förderstrom der Konstantpumpe liegt, droht Unterversorgung mit entsprechend nachteiligen Auswirkungen auf die Betriebssicherheit. Wenn es sich um Verbraucher handelt, deren Funktion aus Sicherheitsgründen unbedingt gewährleistet sein muss, beispielsweise im Falle von Hydrolenkungen, ist dies nicht hinnehmbar. Um dieser Schwierigkeit zu entgehen, kann die Konstantpumpe für eine entsprechend hohe Förderleistung ausgelegt werden. Neben der sich ergebenden hohen Anlagekosten ist hierbei auch nachteilig, dass in den Betriebsphasen, bei denen nur geringe oder fast keine Lastdrücke gegeben sind, ein entsprechend großer, nicht benötigter Volumenstrom ungenutzt, oder beispielsweise über einen Kühler, zum Tank abfließt.

[0003] Die DE 41 29 508 A1 beschreibt ein Hydrauliksystem zur sicheren Druckversorgung mindestens eines Verbrauchers mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1 mit einer Konstantpumpe, die für den Verbraucher einen Förderstrom zur Verfügung stellt, einer Zusatzpumpe und einer Ventilanordnung, mittels deren in Abhängigkeit von einem Lastdruck des betreffenden Verbrauchers, bei dem dessen Versorgungsbedarf den vollen Förderstrom der Konstantpumpe übersteigt, die Zusatzpumpe dem Verbraucher zuschaltbar ist, wobei die Ventilanordnung eine Druckwaage aufweist, wobei am Ventilkolben der Druckwaage einerseits der Druck der Konstantpumpe, und damit der Druck am Versorgungsanschluss des Verbrauchers, und andererseits der Lastdruck des Verbrauchers plus einem Federdruck anstehen und wobei über die Druckwaage die Zusatzpumpe mit dem Versorgungsanschluss des Verbrauchers bei Regelpositionen der Druckwaage verbunden ist, bei denen der Druck der Konstantpumpe geringer ist als der Lastdruck plus dem Federdruck.

[0004] Weitere Hydrauliksysteme gehen aus der US 5 918 558 und der EP 0 989 048 A1 hervor.

[0005] Im Hinblick auf diese Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eine Konstantpumpe enthaltendes Hydrauliksystem zur Verfügung zu stellen, das auf besonders wirtschaftliche Weise eine sichere Druckversorgung betreffender Verbraucher ermöglicht.

[0006] Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Hydrauliksystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

[0007] Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht demgemäß darin, dass die Druckwaage in Form eines 4/3-Wege-Ventils vorgesehen ist, wobei am einen ihrer zuströmseitigen Anschlüsse die Konstantpumpe, am anderen zuströmseitigen Anschluss die Regelpumpe und am einen abströmseitigen Anschluss der Versorgungsanschluss des Verbrauchers und am anderen abströmseitigen Anschluss eine zum Tank führende Leitung angeschlossen sind.

[0008] Bei dieser Anordnung erfolgt die Versorgung des Verbrauchers normalerweise durch die Konstantpumpe, so lange diese an der Druckwaage das Druckgleichgewicht zwischen dem Versorgungsdruck des Verbrauchers und deren Lastdruck, zuzüglich des an der Druckwaage wirkenden Federdruckes, aufrechterhalten kann. Erfordert der Verbraucher einen Volumenstrom über dem vollen Förderstrom der Konstantpumpe, so dass dieses Druckgleichgewicht nicht aufrechterhalten bleibt, dann verschiebt die Feder den Ventilkolben der Druckwaage in Regelpositionen, bei denen eine Verbindung zwischen der Zusatzpumpe und dem Versorgungsanschluss des Verbrauchers gebildet ist.

[0009] Es ist ferner vorgesehen, dass das System neben der Konstantpumpe eine Zusatzpumpe aufweist und dass eine Ventilanordnung vorgesehen ist, mittels deren in Abhängigkeit von einem Lastdruck des betreffenden Verbrauchers, bei dem dessen Versorgungsbedarf den vollen Förderstrom der Konstantpumpe übersteigt, die Zusatzpumpe dem Verbraucher zuschaltbar ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, aus Sicherheitsgründen die Konstantpumpe auf möglicherweise im Betrieb auftretende Spitzenwerte des Lastdruckes auszulegen, d.h. sozusagen zu "überdimensionieren". Vielmehr kann in vorteilhafter Weise die Konstantpumpe auf sozusagen normale Lastdrücke, wie sie im Betrieb während überwiegender Betriebsphasen auftreten, ausgelegt werden, weil bei einer in Extremfällen drohenden Unterversorgung ein Volumenstrom aus der Zusatzpumpe zugeschaltet wird.

[0010] Aufgrund der durch die bedarfsweise erfolgende Zusatzversorgung erreichten Betriebssicherheit kann das erfindungsgemäße Hydrauliksystem mit besonderem Vorteil zur Versorgung einer hydraulisch betätigbaren Lenkung eines Fahrzeugs vorgesehen sein.

[0011] Bei dem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem kann außer der Lenkung, die als Verbraucher erster Priorität bei Bedarf durch Volumenströme aus Konstantpumpe und Zusatzpumpe versorgbar ist, mindestens ein weiterer Verbraucher minderer Priorität dem System zugeordnet sein, wobei ein solcher Verbraucher minderer Priorität entweder durch einen Volumenstrom aus Zusatzpumpe oder Konstantpumpe versorgbar sein kann.

[0012] In besonders vorteilhafter Weise kann eine Zusatzpumpe in Form einer Regelpumpe vorgesehen sein, wobei mindestens einer der Verbraucher minderer Priorität für die Versorgung durch die Regelpumpe mit dieser verbunden sein kann.

[0013] Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Lastdruck der Lenkung und der höchste Lastdruck der mit der Regelpumpe verbundenen Verbraucher minderer Priorität an einem Wechselventil anstehen, das den jeweils dominanten Lastdruck dem Regler der Regelpumpe zuführt. Mittels der Regelpumpe, vorzugsweise in Form einer volumenstromgeregelten Kolbenpumpe, ist dadurch der Versorgungsdruck für jeweilige Verbraucher minderer Priorität auf das momentane Druckniveau des Verbrauchers mit dem höchsten Lastdruck einstellbar. Der momentane Druck der Regelpumpe kann dabei wesentlich über dem erforderlichen Versorgungsdruck der Lenkung liegen. Da jedoch bei Regelpositionen der Druckwaage, bei denen die Regelpumpe als Zusatzpumpe an der Versorgung der Lenkung beteiligt ist, der Druck der Regelpumpe auch an der Druckwaage wirksam ist und der durch den Lastdruck der Lenkung und den Federdruck gebildeten Verschiebekraft entgegenwirkt, wird die Lenkung wegen der Individual-Druckwaagenfunktion nur mit dem erforderlichen Lenkdruck versorgt.

[0014] In der von der Druckwaage zum Tank führenden Leitung kann ein Verbraucher minderer Priorität, beispielsweise in Form eines Kühlers, angeordnet sein.

[0015] Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 Symboldarstellungen der Schaltung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems, wobei in den Figuren jeweils unterschiedliche Regelpositionen einer Druckwaage dargestellt sind.

[0016] In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert, bei dem die hydraulisch betätigbare Lenkung 1 eines Fahrzeugs als Verbraucher erster Priorität mit hydraulischem Druck versorgt werden soll. Das System weist hierfür eine Konstantpumpe 3 sowie eine Regelpumpe 5 auf. Beim vorliegenden Beispiel ist die Konstantpumpe 3 durch eine Zahnradpumpe gebildet, und als Regelpumpe 5 ist eine volumenstromgeregelte Kolbenpumpe vorgesehen. Der druckseitige Ausgang der Konstantpumpe 3 ist über eine Versorgungsleitung 7 mit dem Versorgungsanschluss PL der Lenkung 1 verbunden. Diese weist außer dem Versorgungsanschluss PL einen Load-Sensing-Anschluss LS auf, der den jeweiligen Lastdruck führt. Ein Tankanschluss T der Lenkung 1 ist mit Tank verbunden. Die Regelpumpe 5 ist an ihrem druckseitigen Anschluss über eine Leitung 9 mit einer Individual-Druckwaage 11 verbunden, bei der es sich beim vorliegenden Beispiel um ein 4/3-Wege-Ventil mit zwei Steuerkanten und Stetigfunktion handelt. Die Druckwaage 11 weist zwei zuströmseitige Anschlüsse auf, an deren einem Anschluss 13 die Ausgangsseite der Konstantpumpe 3 sowie eine Steuerleitung 15 angeschlossen sind, deren Steuerdruck, der dem Druck der Konstantpumpe 3 und damit dem Druck am Versorgungsanschluss PL der Lenkung 1 entspricht, an einer Seite des Ventilkolbens der Druckwaage 11 angreift. Der zweite zuströmseitige Anschluss 17 der Druckwaage 11 ist mit der Leitung 9 am druckseitigen Ausgang der Regelpumpe 5 verbunden. Ein erster abströmseitiger Anschluss 19 ist über ein Rückschlagventil 21 mit der Versorgungsleitung 7 und damit mit dem Versorgungsanschluss PL der Lenkung 1 in Verbindung. Am zweiten abströmseitigen Anschluss 22 der Druckwaage 11 ist eine Leitung 24 angeschlossen, die über einen Kühler zum Tank führt.

[0017] Das der Steuerleitung 15 gegenüberliegende Ende des Ventilkolbens der Druckwaage 11 ist vom Lastdruck der Lenkung 1, der vom Load-Sensing-Anschluss LS her über eine Steuerleitung 25 zugeführt wird, sowie vom Druck einer Feder 23 beaufschlagt. Die den Lastdruck führende Steuerleitung 25 ist über eine Verbindungsleitung 27 auch mit einer Seite eines Wechselventils 29 verbunden, an dem andererseits eine Lastdruckleitung 31 angeschlossen ist. Diese führt den Lastdruck weiterer, dem System zugeordneter Verbraucher, die dem System zugeordnet sind und von der Regelpumpe 5 über eine an deren druckseitigem Ausgang angeschlossene Druckleitung 33 versorgt sind. Bei einem Hydrauliksystem eines Fahrzeugs kann es sich bei den weiteren Verbrauchern beispielsweise um eine Niveauregelung, Federung/Dämpfung, um eine Bremseinrichtung oder dergleichen handeln. Das Wechselventil 29 vergleicht den an der Verbindungsleitung 27 anstehenden Lastdruck der Lenkung 1 mit dem höchsten Lastdruck der weiteren Verbraucher, der an der Lastdruckleitung 31 ansteht, und meldet den jeweils dominanten Druck zum Regleranschluss 35 der Regelpumpe 5. Diese regelt den Versorgungsdruck in der Versorgungsleitung 9, der am Anschluss 7 der Druckwaage 11 ansteht, auf zumindest den Lastdruck der Lenkung 1 plus Regeldruckdifferenz des Reglers der Regelpumpe 5.

[0018] Wird die Lenkung hinreichend aus der Konstantpumpe 3 versorgt, steht die Druckwaage 11 auf den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Regelpositionen. Dabei entspricht die Position von Fig. 1 dem Betriebszustand bei einem Lastdruck der Lenkung 1, bei dem überschüssiger Volumenstrom der Konstantpumpe 3 über den zuströmseitigen Anschluss 13 und den abströmseitigen Anschluss 22 der Druckwaage 1 zum Tank hin abströmt. Die Verbindung zur Regelpumpe 5 über die Versorgungsleitung 9 ist gesperrt. Die Fig. 2 zeigt den Betriebszustand, bei dem die Verbindung zur Regelpumpe 5 weiterhin gesperrt ist, Druckgleichgewicht an der Druckwaage 11 herrscht und die Lenkung 1 lediglich von der Konstantpumpe 3 über die Versorgungsleitung 7 versorgt wird. Schließlich zeigt die Fig. 3 den Betriebszustand, bei dem eine Versorgung ausschließlich aus der Konstantpumpe 3 zur Unterversorgung der Lenkung 1 führen würde. Bei dem hierbei gegebenen Lastdruck der Lenkung 1, der über die Steuerleitung 25 am Ventilkolben der Druckwaage 11 zusammen mit dem Druck der Feder 23 wirksam ist, ist der Ventilkolben gegen die schwächere Wirkung des Druckes der Konstantpumpe 3, der über die Steuerleitung 15 zugeführt wird, nach links in die Regelposition von Fig. 3 verschoben. Hierbei ist die Regelpumpe 5 über die Versorgungsleitung 9 sowie den abströmseitigen Anschluss 19 der Druckwaage 11 und über das Rückschlagventil 21 mit dem Versorgungsanschluss PL der Lenkung 1 verbunden.

[0019] Bei entsprechend hohen Lastdrücken weiterer Verbraucher, die dem System zugehörig sind und über die Druckleitung 33 von der Regelpumpe 5 versorgbar sind, kann die Regelpumpe 5 auf einen Ausgangsdruck geregelt werden, der wesentlich über dem erforderlichen Versorgungsdruck der Lenkung 1 liegt. Da jedoch bei der in Fig. 3 gezeigten Regelposition der Ausgangsdruck der Regelpumpe 5 über die Versorgungsleitung 9, die Anschlüsse 17 und 19 sowie das Rückschlagventil 21 und die Versorgungsleitung 7 auch am zuströmseitigen Anschluss 13 ansteht und somit über die Steuerleitung 15 auch am Ventilkolben der Druckwaage 11 wirksam ist, wird die Lenkung 1 unabhängig vom Pumpendruck der Regelpumpe 5 nur mit dem Versorgungsdruck versorgt, der dem jeweils herrschenden Lastdruck der Lenkung 1 plus dem Druck der Feder 23 entspricht.

Ansprüche

1. Hydrauliksystem zur sicheren Druckversorgung mindestens eines Verbrauchers (1), mit einem Verbraucher (1), einer Konstantpumpe (3), die für den Verbraucher (1) einen Förderstrom zur Verfügung stellt, einer Zusatzpumpe (5) und einer Ventilanordnung (11), mittels deren in Abhängigkeit von einem Lastdruck (LS) des Verbrauchers (1), bei dem dessen Versorgungsbedarf den vollen Förderstrom der Konstantpumpe (3) übersteigt, die Zusatzpumpe (5) dem Verbraucher (1) zuschaltbar ist, wobei die Ventilanordnung eine Druckwaage (11) aufweist, wobei am Ventilkolben der Druckwaage (11) einerseits der Druck der Konstantpumpe (3), und damit der Druck am Versorgungsanschluss (PL) des Verbrauchers (1), und andererseits der Lastdruck (LS) des Verbrauchers (1) plus einem Federdruck (23) anstehen und wobei über die Druckwaage (11) die Zusatzpumpe (5) mit dem Versorgungsanschluss (PL) des Verbrauchers (1) bei Regelpositionen der Druckwaage (11) verbunden ist, bei denen der Druck der Konstantpumpe (3) geringer ist als der Lastdruck (LS) plus dem Federdruck (23), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaage in Form eines 4/3-Wege-Ventils (11) vorgesehen ist, wobei am einen ihrer zuströmseitigen Anschlüsse (13) die Konstantpumpe (3), am anderen zuströmseitigen Anschluss (17) die Regelpumpe (5) und am einen abströmseitigen Anschluss (19) der Versorgungsanschluss (PL) des Verbrauchers (1) und am anderen abströmseitigen Anschluss (22) eine zum Tank führende Leitung (24) angeschlossen sind.

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Verbraucher umfasst, und dass es zur Versorgung einer hydraulisch betätigbaren Lenkung (1) eines Fahrzeugs als Verbraucher erster Priorität vorgesehen ist.

3. Hydrauliksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass außer der Lenkung (1), die als Verbraucher erster Priorität bei Bedarf durch Volumenströme aus Konstantpumpe (3) und Zusatzpumpe (5) versorgbar ist, das System mindestens einen weiteren Verbraucher minderer Priorität umfasst, der durch einen Volumenstrom aus Zusatzpumpe (5) oder Konstantpumpe (3) versorgbar ist.

4. Hydrauliksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzpumpe in Form einer Regelpumpe (5) vorgesehen ist.

5. Hydrauliksystem nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Verbraucher minderer Priorität für die Versorgung durch die Regelpumpe (5) mit dieser verbunden ist.

6. Hydrauliksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastdruck (LS) der Lenkung (1) und der höchste Lastdruck der mit der Regelpumpe (5) verbundenen Verbraucher minderer Priorität an einem Wechselventil (29) anstehen, das den jeweils dominanten Lastdruck dem Regler (35) der Regelpumpe (5) zuführt.

7. Hydrauliksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der von der Druckwaage (11) zum Tank führenden Leitung (24) ein Verbraucher minderer Priorität, beispielsweise in Form eines Kühlers, angeordnet ist.

Claims

1. Hydraulic system for reliably supplying pressure to at least one consumer (1), having a consumer (1), a fixed-displacement pump (3) which provides a constant flow rate for the consumer (1), a booster pump (5) and a valve arrangement (11) by means of which the booster pump (5) can be connected to the consumer (1) as a function of a load pressure (LS) of the consumer (1), at which load pressure its supply requirement exceeds the full flow rate of the fixed-displacement pump (3), wherein the valve arrangement has a pressure compensator (11), wherein the pressure of the fixed-displacement pump (3) and thus the pressure at the supply connection (PL) of the consumer (1), on the one hand, and the load pressure (LS) of the consumer (1) plus a spring pressure (23), on the other hand, are present at the valve piston of the pressure compensator (11) and wherein the booster pump (5) is connected via the pressure compensator (11) to the supply connection (PL) of the consumer (1) at regulating positions of the pressure compensator (11), at which the pressure of the fixed-displacement pump (3) is lower than the load pressure (LS) plus the spring pressure (23), characterised in that the pressure compensator is provided in the form of a 4/3-way valve (11), wherein the fixed-displacement pump (3) is connected to one of its inlet-side connections (13), the variable-displacement pump (5) is connected to the other inlet-side connection (17), the supply connection (PL) of the consumer (1) is connected to an outlet-side connection (19) and a line (24) leading to the tank is connected to the other outlet-side connection (22).

2. Hydraulic system according to claim 1, characterised in that it comprises a plurality of consumers and that it is provided to supply a hydraulically operable steering system (1) of a vehicle as a first priority consumer.

3. Hydraulic system according to claim 2, characterised in that, apart from the steering system (1), which as a first priority consumer can be supplied as needed by volume flows from a fixed-displacement pump (3) and a booster pump (5), the system comprises at least one further lower priority consumer which can be supplied by a volume flow from a booster pump (5) or a fixed-displacement pump (3)

4. Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterised in that the booster pump is provided in the form of a variable-displacement pump (5).

5. Hydraulic system according to claims 3 and 4, characterised in that at least one of the lower priority consumers is connected to the variable-displacement pump (5) for being supplied thereby.

6. Hydraulic system according to claim 5, characterised in that the load pressure (LS) of the steering system (1) and the highest load pressure of the lower priority consumer connected to the variable-displacement pump (5) are present at a shuttle valve (29) which supplies the dominant load pressure in each case to the controller (35) of the variable-displacement pump (5).

7. Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterised in that a lower priority consumer, for example in the form of a cooler, is arranged in the line (24) leading from the pressure compensator (11) to the tank.

Revendications

1. Système hydraulique d'alimentation sécurisée en pression d'au moins un consommateur (1), comprenant un consommateur (1), une pompe (3) constante, qui met un débit à disposition du consommateur (1), une pompe (5) supplémentaire et un agencement (11) de vannes, au moyen duquel, en fonction d'une pression (LS) de charge du consommateur (1), dont le besoin d'alimentation dépasse le débit complet de la pompe (3) constante, la pompe (5) supplémentaire peut être branchée en supplément sur le consommateur (1), dans lequel l'agencement de vanne a une balance (11) manométrique, dans lequel au piston de vanne de la balance (11) manométrique d'une part s'applique la pression de la pompe (3) constante et ainsi la pression au raccord (PL) d'alimentation du consommateur (1) et d'autre part la pression (LS) de charge du consommateur (1) plus une pression (23) de ressort et dans lequel, par la balance (11) manométrique, la pompe (5) supplémentaire communique avec le raccord (PL) d'alimentation du consommateur (1) en des positions de réglage de la balance (11) manométrique dans lesquelles la pression de la pompe (3) constante est plus basse que la pression (LS) de charge plus la pression (23) du ressort, caractérisé en ce que la balance manométrique, est prévue sous la forme d'une vanne (11) à 4/3 voies, dans lequel sont raccordés à l'un de ses raccords (13) du côté de l'arrivée la pompe (3) constante, à l'autre raccord (17) du côté de l'arrivée, la pompe (5) de régulation et à un raccord (19) du côté de la sortie, le raccord (PL) d'alimentation du consommateur (1) et à l'autre raccord (22) du côté de la sortie un conduit (24) menant au réservoir.

2. Système hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs consommateurs et en ce qu'il est prévu pour l'alimentation d'une direction (1), pouvant être actionnée hydrauliquement, d'un véhicule comme consommateur de première priorité.

3. Système hydraulique suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'outre la direction (1) qui peut être alimentée comme consommateur de première priorité, en cas de besoin, par des courants en volume de la pompe (3) constante et de la pompe (5) supplémentaire, le système comprend au moins un autre consommateur de moindre priorité, qui peut être alimenté par un courant en volume de la pompe (5) supplémentaire ou de la pompe (3) constante.

4. Système hydraulique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe supplémentaire est prévue sous la forme d'une pompe (5) de régulateur.

5. Système hydraulique suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'au moins l'un des consommateurs de moindre priorité communique pour l'alimentation par la pompe (5) de régulation avec celle-ci.

6. Système hydraulique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la pression (LS) de charge de la direction (1) et la pression de charge la plus haute du consommateur, relié à la pompe (5) de régulateur, de moindre priorité s'applique à une vanne (29) à deux voies, qui envoie la pression de charge dominante respectivement au régulateur (35) de la pompe (5) de régulateur.

7. Système hydraulique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le conduit (24) menant de la balance (11) manométrique au réservoir est monté un consommateur de moindre priorité, par exemple sous la forme d'un refroidisseur.

Zeichnung