[0001] Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuersystem für eine Arbeitshydraulik eines
land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs, an welches Fahrzeug in seinem Heck-
und/oder Frontbereich ein hydraulisches Stell- und/oder Antriebssystem aufweisende
Anbaugeräte ankuppelbar sind, wobei ein Hydrauliksystem des jeweiligen Anbaugerätes
mittels eines hydraulischen Kuppelsystems mit einem Hydraulikkreis der Arbeitshydraulik
verbindbar ist und sowohl innerhalb des Hydraulikkreises als auch innerhalb des Hydrauliksystems
hydraulischen Verbrauchern jeweils Steuergeräte funktionell zugeordnet sind, wobei
im Hydraulikkreis eine verstellbare Hydraulikpumpe vorgesehen ist, deren Fördervolumen
in Abhängigkeit von einem Lastdruck der hydraulischen Verbraucher des Hydraulikkreises
und des dem Anbaugerät zugeordneten Hydrauliksystems regelbar ist, wobei im Rahmen
der Regelung der Hydraulikpumpe zumindest eine hydraulische Lastsignalleitung vorgesehen
ist, die mit den Steuergeräten verbunden ist, und wobei zwischen einem ersten Leitungsabschnitt
der Lastsignalleitung, der mit den innerhalb des Hydraulikkreises angeordneten Steuergeräten
verbunden ist, und einem zweiten Leitungsabschnitt der Lastsignalleitung, der mit
den Steuergeräten des Hydrauliksystems verbunden ist, ein Regelventil angeordnet ist,
welches ein von einem der Steuergeräte des Hydrauliksystems erzeugtes Lastdrucksignal
mittels einer Druckerhöhung aus einer Druckleitung verstärkt.
[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Regelventil für eine als Closed-Center-System
ausgebildete Arbeitshydraulik einer land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Arbeitsmaschine,
welches ein von einem oder mehreren Steuergeräten in einer Lastsignalleitung erzeugtes
Lastdrucksignal mittels einer Druckerhöhung aus einer Druckleitung verstärkt.
[0003] Eine entsprechende Arbeitshydraulik eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren
Fahrzeugs wurde in der Vergangenheit zumeist als Open-Center-System ausgeführt, bei
welchem eine Konstantpumpe stets, d. h., auch dann, wenn keiner der hydraulischen
Verbraucher mit hydraulischer Leistung versorgt wird, einen konstanten Volumenstrom
mit ihrer maximalen Leistungsaufnahme fördert. Die Folge davon ist, dass eine hohe
Verlustleistung und eine entsprechend starke Erwärmung des Druckmittels eintreten.
[0004] Daher werden inzwischen zumeist Closed-Center-Systeme mit in ihrem Fördervolumen
veränderbaren Hydraulikpumpen verwendet, die nur einen bedarfsgerechten Volumenstrom
liefert. Dabei wird die als Verstellpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe über ein sogenanntes
Load-Sensing-System geregelt, das aus einer Lastsignalleitung und einer der Verstellung
der Hydraulikpumpe zugeordneten Druckwaage besteht. Über die Lastsignalleitung wird
von jedem der Steuerventile, die den einzelnen Verbrauchern zugeordnet sind, der jeweils
höchste Lastdruck an die Druckwaage gemeldet und die Hydraulikpumpe baut nur den Lastdruck
zuzüglich eines geringen Drucküberschusses auf.
[0005] Dadurch wird ermöglicht, dass die Verstellpumpe in einen Stand-By-Zustand zurückgeschwenkt
wird, wenn sobald sich die Steuerventile in ihrer Neutralstellung befinden und keinen
Volumenstrom abfordern. Der Pumpendruck pendelt sich so ein, dass die Druckdifferenz
Δp
LS zwischen dem Lastdruck p
LS der Druckwaage und dem Förderdruck der Pumpe p
p immer gleich bleibt. Werden ein oder mehrere Ventile betätigt, wird der Druck über
die Lastsignalleitung an die Druckwaage weitergeleitet, wobei diese durch einen Vergleich
des Lastdrucks p
LS und des Pumpendrucks p
p den Energiebedarf des Systems feststellt. Pumpendruck und Pumpenförderstrom werden
so stets automatisch an den jeweiligen Bedarf angepasst.
[0006] Der jeweils höchste Lastdruck p
LS wird vom entsprechenden Steuerventil an die Hydraulikpumpe gemeldet, woraufhin die
Hydraulikpumpe nur den Lastdruck zuzüglich eines geringen Drucküberschusses (Regel
- Δp) aufbaut. Bei einer parallelen Betätigung mehrerer Verbraucher wird der Pumpenförderstrom
durch den Einsatz sogenannter Sektionsdruckwaagen unabhängig von den verschiedenen
Lastdrücken so auf die Verbraucher aufgeteilt, wie es dem Verhältnis der Öffnungsquerschnitte
der Steuerventile entspricht.
[0007] An den Hydraulikkreis der Arbeitshydraulik des land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren
Fahrzeuges können über sogenannte Remote-Anschlüsse Arbeitsgeräte angekuppelt werden,
wobei es sich um mindestens zwei Anschlüsse handelt, nämlich für eine Druckleitung
und einen drucklosen Rücklauf. Bei landwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugen sind beispielsweise
in deren Front- und Heckbereich, in denen sich auch ein Dreipunkt-Kraftheber zur Aufnahme
des jeweiligen Arbeitsgerätes befindet, solche Remote-Anschlüsse vorgesehen. Das angekuppelte
Arbeitsgerät kann hydraulische Verbraucher in Form von Hydraulikzylindern oder Hydromotoren
aufweisen, die jeweils über ihnen zugeordnete Steuerventile betrieben werden. Der
Anschluss der Arbeitsgeräte wird auch als Power-Beyond-Anschluss bezeichnet.
[0008] Wird dieser Power-Beyond-Anschluss mit einem Load-Sensing-System kombiniert, so wird
das Power-Beyond-Anschlusssystem um einen Anschluss für eine zu den Steuergeräten
des Anbaugeräts führenden Lastsignalleitung erweitert. Dadurch erreicht man, dass
die Verstellpumpe des landwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs die Steuerventile des
Anbaugeräts nur dann mit Druckmittel versorgt, wenn die entsprechende Hydraulikleistung
benötigt wird. Folglich regelt dieses System den Volumenstrom und den Druck passend
zum Bedarf. In der Lastsignalleitung steigt der Lastdruck an, wenn vom Bediener des
Arbeitsgerätes eine von dessen Hydraulikfunktionen abgerufen wird. Bei Verwendung
der Load-Sensing-Systems für ein an das Fahrzeug angekuppeltes Arbeitsgerät können
allerdings beträchtliche Druckverluste in den Verbindungselementen auftreten, so dass
die Regelgröße für die Hydraulikpumpe Δp
LS zusammenbricht. Das hat zur Folge, dass von der Verstellpumpe kein ausreichender
Volumenstrom zur Verfügung gestellt werden kann.
[0009] Ein hydraulisches Steuersystem für ein land- oder bauwirtschaftlich nutzbares Fahrzeug
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus der
DE 11 2004 002 768 B4 bekannt. In den Figuren 3 bis 8 dieser Druckschrift ist ein hydraulisches Steuersystem
dargestellt, bei welchem ein Arbeitsgerät über Power-Beyond-Anschüsse betrieben wird.
Dabei kann der jeweilige Lastdruck der Verbraucher als Load-Sensing-Signal über eine
Lastsignalleitung an das Steuersystem gemeldet werden. Außerdem ist vorgesehen, dass
das Steuersystem Mittel aufweist, um wenigstens eines der Load-Sensing-Signale zu
beeinflussen.
[0010] Um das Load-Sensing-Signal so zu verändern, dass der bzw. die Verbraucher einen größeren
Ölstrom erhalten, woraus sich eine schnelle Wirkung des Verbrauchers bzw. der Verbraucher
ergeben soll, ist ein aus einem Kompensationsventil und einem Abschaltventil bestehender
Kompensator vorgesehen. Das Kompensationsventil soll einen an ihm anstehenden Load-Sensing-Druck
um einen festen Betrag Δp anheben, wobei die Summe von Load-Sensing-Druck und festem
Betrag Δp den korrigierten Load-Sensing-Druck darstellt. Das Abschaltventil soll den
Kompensator abschalten, wenn der am Kompensationsventil anstehende Load-Sensing-Druck
gegen einen Druck der Rücklaufleitung geht.
[0011] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, innerhalb des Hydraulikkreises baulich
einfache Mittel anzuordnen, mittels welcher die hydraulischen Verbraucher des Anbaugeräts
verzögerungsfrei und mit der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit betrieben werden.
Dabei soll bei einer Betätigung der im Hydrauliksystem des Anbaugerätes vorgesehenen
Steuerventile eine präzise Druckerhöhung in der die Regelung der Verstellpumpe bewirkenden
Lastsignalleitung erzielt werden.
[0012] Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche
1 und 2 durch deren kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
in den von diesen abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich
genommen oder in Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
[0013] Danach weist das Regelventil eine Lastsignal-Verstärkungsventileinheit auf, die als
Wegeventil ausgebildet ist, wobei dieses Nutzanschlüsse für die Druckleitung, den
ersten Leitungsabschnitt sowie eine Rücklaufleitung aufweist, und über den Lastdruck
des ersten Leitungsabschnitts gesteuert wird, und wobei das Regelventil eine stirnseitig
über eine Vorspannfeder an einem Ventilschieber des Wegeventils angreifende Vorspannstufe
aufweist, die mit einem Lastdruck des zweiten Leitungsabschnitts beaufschlagt wird.
Die Vorspannstufe, die mit dem Lastdruck aus dem zweiten Leitungsabschnitt beaufschlagt
ist, wirkt somit permanent über die Vorspannfeder auf den Ventilschieber des Wegeventils.
Bei einem Anstieg des Lastdrucks in dem zweiten Leitungsabschnitt, der eine Betätigung
eines oder mehrerer der Steuerventile des Anbaugeräts signalisiert, wird mittels der
mit diesem Lastdruck beaufschlagten Vorspannstufe die Vorspannfeder gespannt und über
diese der Ventilschieber des Wegeventils in eine Stellung verschoben, in der aus der
Druckleitung Druckmittel mit dem Pumpendruck p
p in den ersten Leitungsabschnitt der Signalleitung geleitet wird.
[0014] Die Folge davon ist, dass der Lastdruck in diesem ersten Leitungsabschnitt um den
Betrag der Vorspannkraft erhöht wird. Über das Regelventil wird somit der Druck in
dem ersten Leitungsabschnitt auf den durch die Vorspannfeder eingestellten Wert geregelt,
wobei der über das Regelventil entsprechend erhöhte Lastdruck an eine Druckwaage weitergeleitet
wird. Diese Druckwaage sorgt dafür, dass die Druckdifferenz Δp
LS zwischen dem Lastdruck p
LS und dem Förderdruck der Pumpe p
p immer gleich bleibt. Auf diese Weise stellt die Druckwaage durch einen Vergleich
des Lastdruckes p
LS und des Pumpendruckes p
p den Energiebedarf des Systems fest.
[0015] Im vorliegenden Fall, also bei einer Druckerhöhung durch das Regelventil im ersten
Leitungsabschnitt nach einer entsprechenden Betätigung des Steuerventils des Anbaugeräts,
wird aufgrund des Anstieges des Lastdrucks die Verstellpumpe auf ein höheres Fördervolumen
verstellt, so dass in entsprechender Weise Druckmittel für eine verzögerungsfreie
Betätigung der entsprechenden Baugruppen des Anbaugeräts über Hydraulikzylinder oder
Hydromotoren zur Verfügung gestellt werden kann.
[0016] Demgegenüber ist nach der
DE 11 2004 002 768 B4 ein Kompensator vorgesehen, der aus einem Kompensationsventil und einem Abschaltventil
besteht. Weder das Kompensationsventil noch das Abschaltventil ist zwischen einem
ersten Leitungsabschnitt und einem zweiten Leitungsabschnitt der Signalleitung angeordnet.
An dieser Stelle befindet sich lediglich ein Wechselventil. Weiterhin ist das Kompensationsventil
an einer Stirnseite mit dem Pumpendruck und an der anderen Stirnseite mit dem Lastdruck
der Signalleitung beaufschlagt. Die Beaufschlagung durch den Pumpendruck erfolgt dabei
je nach Stellung des Abschaltventils. Aus seiner Ausgangsstellung, in der das Kompensationsventil
für keine Druckerhöhung in der Signalleitung sorgt, wird es zunächst in eine mittlere
Stellung bewegt, in der Druckmittel gedrosselt in die gesamte Signalleitung eingespeist
wird. Schließlich wird in einer dritten Stellung des Kompensationsventils das Druckmittel
aus der Druckleitung nur noch in den Zweig der Signalleitung eingespeist, der zur
Verstellung der Verstellpumpe führt.
[0017] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilschieber an
seiner von der Vorspannstufe abgewandten Stirnseite mit dem Lastdruck des ersten Leitungsabschnitts
beaufschlagt wird. Der im ersten Leitungsabschnitt bei einer Druckerhöhung ansteigende
Lastdruck wirkt folglich entgegen der von der Vorspannstufe übertragenen Kraft. Daher
wird der Schieber aus seiner für eine Druckerhöhung vorgesehenen Stellung zurückbewegt,
sobald die aus dem Druckanstieg resultierende Kraft die Kraft der Vorspannfeder überschreitet.
[0018] Weiterhin ist vorgesehen, dass der Ventilschieber eine zur Vorspannstufe parallele
hydraulische Betätigung über den Lastdruck des zweiten Leitungsabschnitts aufweist.
Somit wird der Ventilschieber des Wegeventils parallel zur Vorspannstufe unmittelbar
mit dem Druck des zweiten Leitungsabschnitt vorgesteuert.
[0019] Außerdem kann die Vorspannstufe eine längsverschiebbare Hülse aufweisen, die an einer
ersten Stirnseite mit einem Lastdruck des zweiten Leitungsabschnitts beaufschlagt
wird und sich über die Vorspannfeder an einem stirnseitigen Ende des Ventilschiebers
der Lastsignal-Verstärkungseinheit abstützt. An ihrem dem zweiten Leitungsabschnitt
zugewandten Ende kann diese Steuerhülse mit einer Blende versehen sein, wobei diese
Blende zum einen für die Verschiebung der Steuerhülse sorgt und zum anderen über eine
entsprechende Drosselbohrung Druckmittel zur unmittelbaren hydraulischen Betätigung
des Ventilschiebers zur Verfügung stellt.
[0020] Auch an der von der Vorspannstufe abgewandten Stirnseite können neben dem Lastdruck
des ersten Leitungsabschnitts weitere den Ventilschieber in Richtung der Vorspannstufe
spannende Mittel vorgesehen sein. Dabei kann es sich um eine zusätzliche Druckfeder
handeln, über die der Ventilschieber gegenüber dem Ventilgehäuse vorgespannt ist.
Vorzugsweise ist innerhalb der Vorspannstufe eine weitere Druckfeder vorgesehen, die
sich an der Blende abstützt und über einen Kolben und einen Stößel stirnseitig auf
den Ventilschieber wirkt. Über diese beiden in entgegengesetzten Richtungen auf den
Ventilschieber wirkenden Druckfedern wird an diesem eine Federzentrierung bewirkt.
[0021] Für die unmittelbare Betätigung des Ventilschiebers von der Seite der Vorspannstufe
kann, der Blende nachgeordnet, ein verschiebbarer Kolben vorgesehen sein, der mittelbar
oder unmittelbar am Ventilschieber angreift. Bei einer mittelbaren Beaufschlagung
kann von diesem Kolben ein Stößel ausgehen, der von der Vorspannfeder umgeben ist.
Dieser Stößel stützt sich mit seinem anderen Ende an der ihm zugewandten Stirnfläche
des Ventilschiebers ab.
[0022] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lastsignal-Verstärkungsventileinheit
ein 3/2-Wegeventil aufweist. Dieses 3/2-Wegeventil wird in einer ersten Stellung bei
geringem Lastdruck des zweiten Leitungsabschnitts und einem höheren Lastdruck des
ersten Leitungsabschnitts den Nutzanschluss der Druckleitung absperren und den ersten
Leitungsabschnitt mit dem Rücklauf verbinden. In einer zweiten Stellung des 3/2-Wegeventils,
wie es nach einem Anstieg des Lastdrucks im zweiten Leitungsabschnitt einnimmt, wird
die Druckleitung mit dem ersten Leitungsabschnitt zur Erhöhung von deren Lastdruck
verbunden. Der Ventilschieber kann sich auch in einer Position befinden, in der er
den ersten Leitungsabschnitt sowohl gegenüber der Druckleitung als auch gegenüber
dem Rücklauf sperrt.
[0023] Der erste Leitungsabschnitt kann dabei gleichachsig zu einer Aufnahmebohrung des
Ventilschiebers angeordnet sein, wobei ein Anschlussstutzen die auf den Ventilschieber
wirkende Druckfeder aufnimmt. Der Ventilschieber weist dabei vorzugsweise eine Längsbohrung
auf, von der zwei Querbohrungen mit radial außenliegenden, am Umfang des Ventilschiebers
umlaufenden Nuten vorgesehen sind. Diese Querbohrungen bzw. Nuten sind in den beiden
zuvor erläuterten Schaltstellungen jeweils mit dem Druckanschluss oder mit dem Tankanschluss
der Rücklaufleitung in Verbindung zu bringen.
[0024] Weiterhin soll die Vorspannfeder mit ihren Enden an ersten und zweiten Federtellern
anliegen, wobei der erste Federteller gemeinsam mit der Steuerhülse verschiebbar angeordnet
ist, wobei der zweite Federteller stirnseitig am Ventilschieber angreift und radial
innen am Stößel sowie radial außen an der Vorspannfeder abgestützt ist und wobei der
zweite Federteller, vom Stößel abgewandt, am Ventilschieber angreift. Somit wird über
den zweiten Ventilteller sowohl die Vorspannkraft der Vorspannfeder als auch die hydraulische
Betätigungskraft des Kolbens bzw. des Stößels übertragen. Insgesamt ergibt sich daraus
eine günstige räumliche Anordnung der den Ventilschieber verstellenden Bauelemente.
[0025] Die Druckerhöhung in dem ersten Leitungsabschnitt erfindungsgemäß dadurch an die
jeweiligen Anforderungen anpassen, dass eine Vorspannfeder verwendet wird, die eine
bestimmte Federkonstante aufweist. Demzufolge kann die Einstellung dadurch vorgenommen
werden, dass eine Vorspannfeder gegen eine andere, die eine niedrigere oder höhere
Federkonstante aufweist, ausgetauscht wird.
[0026] Schließlich sollen ein Gehäuse der Lastsignal-Verstärkungsventileinheit und ein Gehäuse
der Vorspannstufe miteinander verschraubt sein, wobei deren Aufnahmebohrungen für
den Ventilschieber einerseits sowie für die Vorspannfeder, den Stößel und die Steuerhülse
andererseits gleichachsig verlaufen. Daraus folgt, dass die LastsignalVerstärkungsventileinheit
und die Vorspannstufe, wie bereits dargelegt, eine gemeinsame Baueinheit bilden.
[0027] Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche 1 und 2 mit den von diesen abhängigen Patentansprüchen beschränkt.
Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, soweit sie aus den
Patentansprüchen, den Vorteilsangaben zu den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung
des Ausführungsbeispiels oder zumindest aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander
zu kombinieren. Die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch entsprechende
Verwendung vom Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Patentansprüche nicht beschränken.
[0028] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein
Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- Figur 1
- ein Hydraulikschema, bestehend aus einem Hydraulikkreis eines land-oder bauwirtschaftlich
nutzbaren Fahrzeugs mit einem über Power-Beyond-Anschlüsse ankuppelbaren Hydrauliksystem
eines Anbaugeräts,
- Figur 2
- einen vergrößerten Ausschnitt gemäß II in Figur 1 und
- Figur 3
- einen Längsschnitt durch ein Regelventil, das aus einer Lastsignal-Verstärkungsventileinheit
und einer Vorspannstufe besteht.
[0029] In der Figur 1 ist mit 1 ein Hydraulikkreis bezeichnet, bei dem es sich beispielsweise
um eine Arbeitshydraulik eines landwirtschaftlichen Traktors oder Systemfahrzeuges
handeln kann. Dieser Hydraulikkreis 1 ist als Closed-Center-System ausgebildet, bei
dem Druckmittel aus einem Tank 2 über eine Verstellpumpe 3, die vorzugsweise als Axialkolbeneinheit
nach dem Schrägachsenprinzip ausgebildet ist, zwei als doppelt wirkende Hydraulikzylinder
4 und 5 ausgebildeten Verbrauchern 6 und 7 zuführt. Dabei sind den Hydraulikzylindern
4 und 5 Steuergeräte 8 und 9 zugeordnet, die als elektromagnetisch betätigte, mit
Federzentrierung versehene 4/4-Wegeventile ausgebildet sind. Die Hydraulikzylinder
4 und 5 können beispielsweise jeweils für Hubeinrichtungen eines Front- und eines
Heckkrafthebers vorgesehen sein.
[0030] Das Druckmittel wird von der Verstellpumpe 3 aus über eine Druckleitung 10 zu den
Steuergeräten 8 und 9 gefördert, wo es in entsprechenden Stellungen dieser Steuergeräte
8 und 9 in eine Rücklaufleitung 11 und somit wieder zurück in den Tank 2 gelangen
kann. In dieser Stellung der jeweiligen Steuergeräte 8 und 9 sind deren Arbeitsleitungen
12, 13, 14 und 15 abgesperrt.
[0031] Wie bereits dargelegt kann das Fördervolumen der Verstellpumpe 3 verstellt werden,
wozu ein einfach wirkender Verstellzylinder 16 vorgesehen ist. Dabei ist dieser Verstellzylinder
16 an eine Lastsignalleitung 17 über eine Druckwaage 18 und einen Druckregler 19 angeschlossen.
Die Lastsignalleitung 17 ist derart mit jedem der Steuergeräte 8 und 9 derart verbunden,
dass über sie ein Druck an die Druckwaage 18 weitergegeben werden kann, wenn über
das jeweilige Steuergerät 8 oder 9 eine Druckmittelbeaufschlagung der Hydraulikzylinder
4 oder 5 erfolgt.
[0032] Nach der Figur 1 befindet sich die Verstellpumpe 3 in ihrem Stand-By-Betrieb, d.
h., bei einer Verstellpumpe nach dem Schrägachsenprinzip befindet sich die entsprechende
Axialkolbeneinheit in einem Zustand mit geringem Schwenkwinkel und somit geringem
Verdrängungsvolumen. In diesem Zustand fördert die Verstellpumpe 3 nur eine sehr geringe
Menge Hydrauliköl und baut nur einen geringen Druck auf. Der Pumpendruck p
p pendelt sich so ein, dass die Druckdifferenz Δp
LS zwischen dem Lastdruck p
LS der Druckwaage 18 und dem Förderdruck p
p der Verstellpumpe 3 immer gleich bleibt.
[0033] Wird nun aber, wie bereits angegeben, eines der beiden oder beide Steuergeräte 8,
9 betätigt, so steigt der Druck in der Lastsignalleitung 17 an und dieser erhöhte
Lastdruck p
LS wirkt auf die Druckwaage 18, über die der Druckregler 19 vorgesteuert wird. Dieser
Lastdruck p
LS wirkt in die gleiche Richtung wie eine an der Druckwaage 18 vorgesehene Druckfeder
20, so dass die Druckwaage 18 durch den Vergleich des Lastdrucks p
LS und des Pumpendrucks p
p den Energiebedarf des Systems feststellen kann. Der Pumpendruck p
p und der Pumpenförderstrom werden so automatisch an den jeweiligen Bedarf angepasst.
Der jeweils höchste Lastdruck p
LS wird somit vom jeweiligen Steuergerät 8 und/oder 9 an die Verstellpumpe 3 gemeldet,
und diese baut nur den Lastdruck zuzüglich eines geringen Drucküberschusses (Regel
- Δp) auf.
[0034] Von der Lastsignalleitung 17 führen Leitungsabschnitte 17a und 17b zu dem jeweiligen
Steuergerät 8 und 9, wobei zwischen der Lastsignalleitung 17 und diesen Leitungszweigen
17a sowie 17b jeweils ein Wechselventil 21 angeordnet ist. Weiterhin sind in den zu
den Steuergeräten 8 und 9 führenden Abschnitten der Druckleitung 10 Sektionsdruckwaagen
22 und 23 vorgesehen. Diese sollen bei einer parallelen Betätigung mehrerer Verbraucher
6, 7 dafür sorgen, dass der Pumpenförderstrom unabhängig von den verschiedenen Lastdrücken
so auf die Verbraucher 6, 7 aufgeteilt wird, wie es dem Verhältnis der Öffnungsquerschnitte
der Steuergeräte 8 und 9 entspricht.
[0035] Insgesamt wird dadurch erreicht, dass die Leistungsaufnahme der Verstellpumpe 3 permanent
an den Bedarf angepasst wird. Der Wirkungsgrad ist, insbesondere im Feinsteuerbereich,
erheblich größer als bei einem sogenannten Open-Center-System. Die Stellgeschwindigkeiten
der Verbraucher 6 und 7 wird nicht durch sich ändernde Lastdrücke beeinflusst, so
dass ein Gegensteuern nicht erforderlich ist.
[0036] Nach der Figur 1 ist weiterhin ein sogenanntes Power-Beyond-Anschlusssystem 24 vorgesehen,
das zur hydraulischen Verbindung des Hydraulikkreises 1 mit einem Hydrauliksystem
25 eines Anbaugeräts dient. Zu diesem Zweck weisen die Druckleitung 10 einen mit P
bezeichneten Remote-Anschluss 26, die Lastsignalleitung 17 einen mit LS bezeichneten
Remote-Anschluss 27 und die Rücklaufleitung 11 einen mit T bezeichneten Remote-Anschluss
28 auf. Durch das Ankuppeln des Hydrauliksystems 25 des Anbaugerätes werden entsprechende
Leitungen mit den vorgenannten Leitungen 10, 17, 11 verbunden. Diese sind in entsprechender
Weise mit 10', 17' und 11' bezeichnet und führen zu Steuergeräten 29 und 30, die Verbrauchern
31 und 32 zugeordnet sind. Bei dem Verbraucher 31 handelt es sich um einen doppelt
wirkenden Hydraulikzylinder 33, während der Verbraucher 32 als Hydromotor 34 ausgebildet
ist.
[0037] Auch in diesem Fall soll der Lastdruck in dem entsprechenden Abschnitt 17' der Lastsignalleitung
17 überwacht werden, denn auch von diesen Steuergeräten 29 und 30 soll im Falle einer
Verstellung in ihre Arbeitsstellung an der Verstellpumpe 3 ein höheres Fördervolumen
und ein höherer Druck angefordert werden. Einzelnen Zweigen der Lastsignalleitung
17' sind ebenfalls Wechselventile 21 zugeordnet. In den entsprechenden Zweigen der
Druckleitung 10' befinden sich ebenfalls Sektionsdruckwaagen 35 und 36.
[0038] Erfindungsgemäß befindet sich in einem dem Power-Beyond-Anschlusssystem 24 benachbarten
Bereich des Hydraulikkreises 1 ein Regelventil 37, das im Falle einer Betätigung der
Steuergeräte 29 und/oder 30 einen Lastdruck p
LS38 in einem mit der Druckwaage 18 verbundenen ersten Leitungsabschnitt 38 der Lastsignalleitung
17 erhöhen soll. Diese Druckerhöhung ist erforderlich, da die Druckverluste zwischen
der Verstellpumpe 3 und dem Hydrauliksystem 25 des Anbaugeräts aufgrund der verwendeten
hydraulischen Kupplungen, Schlauchleitungen usw. größer sein können als die Regelgröße
Δp
LS, so dass ein maximaler Volumenstrom für die Versorgung der Verbraucher 31 und 32
nicht mehr zur Verfügung gestellt werden kann. Wie weiterhin aus der Figur 1 hervorgeht,
besteht das Regelventil 37 aus einer Lastsignal-Verstärkungsventileinheit 39 und einer
Vorspannstufe 40. Zur weiteren Erläuterung des Regelventils 37 und dessen Funktion
wird auf die nachfolgenden Figuren 2 und 3 verwiesen.
[0039] Die Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Hydraulikschema der Figur
1. Danach soll die Lastventil-Verstärkungsventileinheit 39 als 3/2-Wegeventil 41 ausgebildet
sein. In der dargestellten Schaltstellung ist über dieses 3/2-Wegeventil 41 ein Druckanschluss
42 der Druckleitung 10 abgesperrt, während ein Lastdruckanschluss 43 des ersten Leitungsabschnitts
38 der Lastsignalleitung 17 mit einem Tankanschluss 44 der Rücklaufleitung 11 verbunden
ist. Es handelt sich somit um eine Stellung des 3/2-Wegeventils 41, in welcher keine
Erhöhung des Lastdruckes p
LS38 erfolgt. Wie weiterhin der Figur 2 entnommen werden kann, ist ein entsprechender
Ventilschieber 45 des 3/2-Wegeventils 41 an einer Stirnseite sowohl über einen im
Hydraulikschema symbolisch dargestellten Leitungszweig 38' mit einem Druck aus dem
ersten Leitungsabschnitt 38 als auch mit der Kraft einer Druckfeder 46 beaufschlagt.
Auf die andere Stirnseite des Ventilschiebers 45 wirkt die Vorspannstufe 40 über eine
Vorspannfeder 47.
[0040] Diese Vorspannstufe 40 wird dabei mit einem Lastdruck p
LS48 eines zweiten Leitungsabschnitts 48 der Lastsignalleitung 17 beaufschlagt. In diesem
zweiten Leitungsabschnitt 48 herrscht ein Lastdruck p
LS48, der in der gezeigten Stellung des Ventilschiebers 45 mit dem Lastdruck p
LS38 in dem Lastsignalleitungszweig 38 übereinstimmt. Neben der stirnseitigen Beaufschlagung
des Ventilschiebers 45 mittels der Vorspannstufe 40 über die Vorspannfeder 47 ist
auch eine unmittelbare Druckbeaufschlagung aus dem zweiten Leitungsabschnitt 48 der
Lastsignalleitung 17 vorgesehen.
[0041] Wird das 3/2-Wegeventil 41 über die Vorspannstufe 40 in seine zweite Schaltstellung
überführt, so steht der Druckanschluss 42 mit dem Lastdruckanschluss 43 in Verbindung,
so dass über den Pumpendruck der Druckleitung 10 eine Druckerhöhung im ersten Leitungsabschnitt
38 bewirkt wird. Wie bereits dargelegt, wirkt dieser Druck gemeinsam mit der Regelfeder
46 auf die Stirnseite des Ventilschiebers 45 im Sinne von dessen Rückstellung. Das
vom zweiten Leitungsabschnitt 48 aufgrund einer Betätigung der Steuergeräte 29 und/oder
30 bewirkte Lastsignal p
LS48 führt somit unmittelbar sowie mittelbar über die Vorspannstufe 40 und die Vorspannfeder
47 dazu, dass der nur mit geringen Druckverlusten behaftete Pumpendruck p
p über das 3/2-Wegeventil 41 den Lastdruck p
LS38 im ersten Leitungsabschnitt 38 anhebt.
[0042] Wie bereits dargelegt, sperrt der Ventilschieber 45 in seiner Normalstellung den
Übertritt des Druckmittels aus der Druckleitung 10 in den ersten Leitungsabschnitt
38 der Lastsignalleitung 17. Bei einem Anstieg des Lastdrucks p
LS48 wird in der Vorspannstufe 40 die Vorspannfeder 47, die stirnseitig am Ventilschieber
45 anliegt, gespannt, wodurch der Ventilschieber die Verbindung zwischen dem Druckanschluss
42 und dem Lastdruckanschluss 43 öffnet. Der Druck p
LS38 in dem ersten Leitungsabschnitt 38 der Lastsignalleitung 17 wird dabei um den Betrag
der Vorspannkraft erhöht, woraus resultiert, dass der Druck p
LS38 am Lastdruckanschluss 43 auf den eingestellten Wert geregelt wird. Über den ersten
Leitungsabschnitt 38 wird der so erhöhte Lastdruck p
LS38 an die Druckwaage 18 als Regeldruck p
LS weitergeleitet. Somit wird das Gesamtdruckniveau um den Betrag der Druckerhöhung
angehoben. Die Druckerhöhung ist dabei mittels der Regelfeder 46 und der Vorspannfeder
47 einstellbar.
[0043] Aus der Figur 3 geht die entsprechende Ausbildung des Regelventils 37 hervor. Danach
weist das 3/2-Wegeventil 41 der Lastsignal-Verstärkereinheit 39 ein Gehäuse 49 auf,
welches mit einer Aufnahmebohrung 50 für den Ventilschieber 45 versehen ist. Diese
Aufnahmebohrung 50 geht in einen erweiterten Bohrungsabschnitt 51 über, in den ein
Gehäuse 52 der Vorspannstufe 40 eingeschraubt ist. Dieses Gehäuse 52 ist zylindrisch
ausgebildet und nimmt in seinem Inneren eine Steuerhülse 53 auf, die im Gehäuse 52
über den Lastdruck p
LS48 in Richtung des Gehäuses 49 des 3/2-Wegeventils 41 verschiebbar ist. Die Steuerhülse
53 ist an ihrem dem zweiten Leitungsabschnitt 48 zugewandten Ende mit einer Blende
54 versehen. An ihrem anderen Ende ist an der Steuerhülse 53 ein erster Federteller
55 angeordnet, an dem die Vorspannfeder 47 mit ihrem einen Ende geführt ist. Das andere
Ende der Vorspannfeder 47 liegt an einem zweiten Federteller 56 an, welcher sich mit
einer von der Vorspannfeder 47 abgewandten Stirnseite an einer Stirnfläche des Ventilschiebers
45 abstützt.
[0044] Neben dieser Betätigung des Ventilschiebers 45 über die Vorspannfeder 47 ist eine
unmittelbare Druckbetätigung des Ventilschiebers 45 vorgesehen, die durch einen Kolben
57 und durch eine von diesem ausgehende Stößelstange 58 erfolgt. Über den mit dem
Druck p
LS48 beaufschlagten Kolben 57 und die Stößelstange 58 wird eine Betätigungskraft unmittelbar
über den zweiten Federteller 56 auf den Ventilschieber 45 übertragen.
[0045] Der Ventilschieber 45 ist an seiner von dem zweiten Federteller 56 abgewandten Stirnseite
mit dem Druck p
LS38 aus dem ersten Leitungsabschnitt 38 und mit der Kraft der Druckfeder 46 beaufschlagt.
Der Ventilschieber 45 weist eine Längsbohrung 59, zwei zueinander in axialer Richtung
versetzte Querbohrungen 60 und 61 sowie radial außen an diesen vorgesehene Ringnuten
62 und 63 auf. In der Figur 3 befindet sich der Ventilschieber 45 in einer Stellung
zwischen seinen beiden Positionen, d.h., der Ventilschieber 45 wird gerade über die
Vorspannstufe 40 in Richtung einer Druckerhöhung verschoben, wobei dann anschließend
in dieser Schaltstellung der Druckanschluss 42 über die Ringnut 62, die Querbohrung
60 und die Längsbohrung 59 mit dem Lastdruckanschluss 43 verbunden wird, so dass der
Lastdruck p
LS38 entsprechend über die Druckleitung 10 erhöht wird.
Bezugszeichen
[0046]
- 1
- Hydraulikkreis
- 2
- Tank
- 3
- Verstellpumpe
- 4
- Hydraulikzylinder
- 5
- Hydraulikzylinder
- 6
- Verbraucher
- 7
- Verbraucher
- 8
- Steuergerät
- 9
- Steuergerät
- 10
- Druckleitung
- 10'
- Druckleitung
- 11
- Rücklaufleitung
- 11'
- Rücklaufleitung
- 12
- Arbeitsleitung
- 13
- Arbeitsleitung
- 14
- Arbeitsleitung
- 15
- Arbeitsleitung
- 16
- Verstellzylinder
- 17
- Lastsignalleitung
- 17'
- Lastsignalleitung
- 17a
- Leitungszweig von 17
- 17b
- Leitungszweig von 17
- 18
- Druckwaage
- 19
- Druckregler
- 20
- Druckfeder von 18
- 21
- Wechselventil
- 22
- Sektionsdruckwaage
- 23
- Sektionsdruckwaage
- 24
- Power-Beyond-Anschlusssystem
- 25
- Hydrauliksystem
- 26
- Remote-Anschluss P
- 27
- Remote-Anschluss LS
- 28
- Remote-Anschluss T
- 29
- Steuergerät
- 30
- Steuergerät
- 31
- Verbraucher
- 32
- Verbraucher
- 33
- doppeltwirkender Hydraulikzylinder
- 34
- Hydromotor
- 35
- Sektionsdruckwaage
- 36
- Sektionsdruckwaage
- 37
- Regelventil
- 38
- erster Leitungsabschnitt von 17
- 38'
- Leitungszweig
- 39
- Lastsignal-Verstärkungsventileinheit
- 40
- Vorspannstufe
- 41
- 3/2-Wegeventil
- 42
- Druckanschluss
- 43
- Lastdruckanschluss
- 44
- Tankanschluss
- 45
- Ventilschieber
- 46
- Druckfeder
- 47
- Vorspannfeder
- 48
- zweiter Leitungsabschnitt von 17
- 49
- Gehäuse von 39
- 50
- Aufnahmebohrung
- 51
- Erweiterter Bohrungsabschnitt
- 52
- Gehäuse von 40
- 53
- Steuerhülse
- 54
- Blende
- 55
- erster Federteller
- 56
- zweiter Federteller
- 57
- Kolben
- 58
- Stößelstange
- 59
- Längsbohrung
- 60
- Querbohrung
- 61
- Querbohrung
- 62
- Ringnut
- 63
- Ringnut
- pLS
- Druck in Lastsignalleitung
- pLS38
- Druck im Leitungsabschnitt 38
- pLS48
- Druck im Leitungsabschnitt 48
- pp
- Förderdruck der Verstellpumpe 3
- pT
- Druck in der Rücklaufleitung 11
- ΔpLS
- Druckdifferenz zwischen Förderdruck und Lastdruck
1. Hydraulisches Steuersystem für eine Arbeitshydraulik eines land- oder bauwirtschaftlich
nutzbaren Fahrzeugs, an welches Fahrzeug in seinem Heck- und/oder Frontbereich ein
hydraulisches Stell- und/oder Antriebssystem aufweisende Anbaugeräte ankuppelbar sind,
wobei ein Hydrauliksystem (25) des jeweiligen Anbaugerätes mittels eines hydraulischen
Kuppelsystems (24) mit einem Hydraulikkreis (1) der Arbeitshydraulik verbindbar ist
und sowohl innerhalb des Hydraulikkreises (1) als auch innerhalb des Hydrauliksystems
(25) hydraulischen Verbrauchern (6, 7, 31, 32) jeweils Steuergeräte (8, 9, 29, 30)
funktionell zugeordnet sind, wobei im Hydraulikkreis (1) eine Verstellpumpe (3) vorgesehen
ist, deren Fördervolumen in Abhängigkeit von einem Lastdruck (pLS) der hydraulischen Verbraucher (6 und 7) des Hydraulikkreises (1) und des dem Anbaugerät
zugeordneten Hydrauliksystems (25) regelbar ist, wobei im Rahmen der Regelung der
Verstellpumpe (3) zumindest eine hydraulische Lastsignalleitung (17) vorgesehen ist,
die mit den Steuergeräten (8, 9, 29, 30) verbunden ist, und wobei zwischen einem ersten
Leitungsabschnitt (38) der Lastsignalleitung (17), der mit den innerhalb des Hydraulikkreises
(1) angeordneten Steuergeräten (8 und 9) verbunden ist, und einem zweiten Leitungsabschnitt
(48) der Lastsignalleitung (17), der mit den Steuergeräten (29 und 30) des Hydrauliksystems
(25) verbunden ist, ein Regelventil (37) angeordnet ist, welches ein von einem der
Steuergeräte (29 und 30) des Hydrauliksystems (25) erzeugtes Lastdrucksignal (pLS48) mittels einer Druckerhöhung aus einer Druckleitung (10) verstärkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (37) eine Lastsignal-Verstärkungsventileinheit (39) aufweist, die
als Wegeventil (41) ausgebildet ist, wobei dieses Nutzanschlüsse für die Druckleitung
(10), den ersten Leitungsabschnitt (38) sowie eine Rücklaufleitung (11) aufweist und
einerseits über den Lastdruck (pLS38) des ersten Leitungsabschnitts (38) gesteuert wird, und dass das Regelventil (37)
eine stirnseitig über eine Vorspannfeder (47) an einem Ventilschieber (45) des Wegeventils
(41) angreifende Vorspannstufe (40) aufweist, die mit einem Lastdruck (pLS48) des zweiten Leitungsabschnitts (48) beaufschlagt wird und die Lastsignal-Verstärkungsventileinheit
(39) andererseits steuert.
2. Regelventil (37) für eine als Closed-Center-System ausgebildete Arbeitshydraulik einer
land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Arbeitsmaschine, welches ein von einem oder
mehreren Steuergeräten (8, 9, 29, 30) in einer Lastsignalleitung (17) erzeugtes Lastdrucksignal
(pLS) mittels einer Druckerhöhung aus einer Druckleitung (10) verstärkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (37) eine Lastsignal-Verstärkungsventileinheit (39) aufweist, die
als Wegeventil (41) ausgebildet ist, wobei dieses Nutzanschlüsse für die Druckleitung
(10), für einen zu einer Verstelleinrichtung einer Verstellpumpe (3) führenden ersten
Leitungsabschnitt (38) der Lastsignalleitung (17) sowie für eine Rücklaufleitung (11)
aufweist und einerseits über den Lastdruck (pLS38) des ersten Leitungsabschnitts (38) gesteuert wird, und dass das Regelventil (37)
eine stirnseitig über eine Vorspannfeder (47) an einem Ventilschieber (45) des Wegeventils
(41) angreifende Vorspannstufe (40) aufweist, die mit einem Lastdruck (pLS48) des zweiten Leitungsabschnitts (48) der Lastsignalleitung (17) beaufschlagt wird
und die Lastsignal-Verstärkungsventileinheit (39) andererseits steuert.
3. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (45) an seiner von der Vorspannstufe (40) abgewandten Stirnseite
mit dem Lastdruck (pLS38) des ersten Leitungsabschnitts (38) beaufschlagt wird.
4. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (45) eine zur Vorspannstufe (40) parallele hydraulische Betätigung
über den Lastdruck (pLS48) des zweiten Leitungsabschnitts (48) aufweist.
5. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannstufe (40) eine längsverschiebbare Steuerhülse (53) aufweist, die an
einer ersten Stirnseite mit dem Lastdruck (pLS48) des zweiten Leitungsabschnitts (48) beaufschlagt wird und sich über die Vorspannfeder
(47) an einem stirnseitigen Ende des Ventilschiebers (45) der Lastsignal-Verstärkungseinheit
(39) abstützt.
6. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (45) an seiner von der Vorspannstufe (40) abgewandten zweiten
Stirnseite parallel zum Lastdruck (pLS38) des ersten Leitungsabschnitts (38) über eine Druckfeder (46) beaufschlagt ist.
7. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Lastdruck (pLS48) des zweiten Leitungsabschnitts (48) beaufschlagter Kolben (57) am Ventilschieber
(45) angreift.
8. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass von einer zweiten dem Ventilschieber (45) zugewandten Stirnseite des Kolbens (57)
eine Stößelstange (58) ausgeht, die von der Vorspannfeder (47) umgeben ist.
9. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastsignal-Verstärkungsventileinheit (39) ein 3/2-Wegeventil (41) aufweist.
10. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil (41) in einer ersten Stellung bei geringem Lastdruck (pLS48) des zweiten Leitungsabschnitts (48) den Nutzanschluss der Druckleitung (10) absperrt
und den ersten Leitungsabschnitt (38) mit der Rücklaufleitung (11) verbindet und dass
das 3/2-Wegeventil (41) in einer zweiten Stellung nach einem Anstieg des Lastdrucks
(pLS48) im zweiten Leitungsabschnitt (48) die Druckleitung (10) mit dem ersten Leitungsabschnitt
(38) zur Erhöhung von dessen Lastdruck (pLS38) verbindet.
11. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach den Patentansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfeder (47) mit ihren Enden an ersten und zweiten Federtellern (55 und
56) angeordnet ist, wobei der erste Federteller (55) gemeinsam mit der Steuerhülse
(53) verschiebbar angeordnet ist, wobei der zweite Federteller (56) stirnseitig am
Ventilschieber (45) angreift und radial innen an der Stößelstange (58) sowie radial
außen an der Vorspannfeder (47) abgestützt ist und wobei der zweite Federteller (56),
von der Stößelstange (58) abgewandt, am Ventilschieber (45) angreift.
12. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhung in dem ersten Leitungsabschnitt (38) durch einen Austausch der
Vorspannfeder (47) gegen eine Vorspannfeder mit einer anderen Federkonstanten einstellbar
ist.
13. Hydraulisches Steuersystem oder Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (49) der LastsignalVerstärkungsventileinheit (39) und ein Gehäuse (52)
der Vorspannstufe (40) miteinander verschraubt sind, wobei deren Aufnahmebohrungen
gleichachsig verlaufen.