DE19719636C2 - Hydraulische Vorrichtung mit regelbarer Pumpe zur Versorgung eines ersten und eines zweiten Verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Vorrichtung mit regelbarer Pumpe zur Versorgung eines ersten und eines zweiten Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Bei hydraulischen Anlagen besteht häufig die Forderung, von einer einzigen hydrauli­ schen Pumpe mindestens einen ersten und einen zweiten Verbraucher zu versorgen. Zu­ meist handelt es sich um mindestens einen Haupt- und einen Nebenverbraucher, wie sie z. B. bei Hydraulikbaggern vorgesehen sind. Für die Betätigung des Auslegers sind hy­ draulische Stellmotoren (Hauptverbraucher) vorgesehen, die von einer Pumpe versorgt und über eine herkömmliche Steuerventilanordnung gesteuert werden für die Betätigung eines Anbauwerkzeugs oder dergleichen, wie z. B. einer hydraulischen Schere (Neben­ verbraucher) ist ebenfalls ein Stellmotor erforderlich, der von Fall zu Fall anzusteuern ist. Aus DE 35 35 771 C1 ist bekannt, Nebenverbraucher über die Hauptsteuerventilanordnung und über zusätzliche nachgeschaltete Armaturen zu versorgen bzw. anzusteuern. Nachtei­ lig ist der hierfür erforderliche Aufwand, da mindestens ein Zusatzventil sowie ein Men­ genteiler erforderlich sind. Der nachträgliche Einbau in vorhandene Geräte ist ebenfalls relativ aufwendig und oft auch nicht durchführbar.

Es ist auch bekannt, zur Versorgung eines Nebenverbrauchers eine zusätzliche Hydrau­ likpumpe vorzusehen. Hierbei ist der Aufwand noch größer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eine regelbare Pumpe aufweisende hy­ draulische Vorrichtung zur Versorgung eines ersten und eines zweiten Verbrauchers durch eine regelbare Pumpe zu schaffen, die einfach aufgebaut und montierbar ist und die in ein­ facher Weise auch nachträglich in hydraulischen Anlagen eingebaut werden kann. Außer­ dem soll die Verlustleistung minimal sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Stromweg zum ersten Verbraucher vor dem zugeordneten Steuerventil ein erstes Ventil mit Stromregelverhalten angeordnet. In Strö­ mungsrichtung vor dem ersten Stromregelventil ist ein zweites Stromregelventil aufström­ seitig des zweiten Steuerventils angeordnet. Das zweite Stromregelventil regelt die Strö­ mungsmenge zum zugeordneten Verbraucher, z. B. einem Nebenverbraucher. Der Druck am Nebenverbraucher wird auf die zweite Steuerfläche des Ventilglieds des ersten Strömungsventils gegeben, damit dieses in Schließstellung vorgespannt wird und so weit in die Drosselstellung fahren kann, daß der am zweiten Verbraucher geforderte Druck er­ halten wird. Es ist daher gewährleistet, daß der Nebenverbraucher mit ausreichender Menge an hydraulischem Medium und ausreichendem Druck versorgt wird.

Die erfindungsgemäße hydraulische Vorrichtung, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein kann, kann unmittelbar an dem Ausgang der regelbaren Hydraulik­ pumpe angeordnet werden. Entsprechender Platz hierfür ist normalerweise vorhanden, so daß eine nachträgliche Ausrüstung vorhandener Hydraulikanlagen keine Probleme berei­ tet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht von einer regelbaren Hydraulikpumpe aus. Das Regelsystem für den ersten Verbraucher, der aus einer Mehrzahl von Einzelverbrauchern bestehen kann, kann beliebiger herkömmlicher Art sein.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem mit dem zugeordneten Steuer­ ventil verbundenen Ausgang des zweiten Stromregelventils und der Verbindung zur zweiten Steuerfläche eine Drossel angeordnet, und in Strömungsrichtung hinter dieser Drossel besteht eine Verbindung zum zweiten Steuerventil, die in dessen Neutralstellung zum Tank geschaltet ist. Auf diese Weise fließt auch bei geschlossenem zweiten Steuer­ ventil eine gewisse Menge zum Tank, z. B. 3 bis 4 Liter pro Minute. Dieser relativ ge­ ringe Verluste ist jedoch akzeptabel, da auf diese Weise eine Sicherheit erhalten wird ge­ gen das unerwünschte Schließen des ersten Stromregelventils gegen die Pumpe. Durch die Verbindung zum Tank bei geschlossenem zweiten Steuerventil liegt auch die zweite Steuerfläche auf Tankdruckniveau, so daß eine unerwünschte Verstellung des Ventilglieds des ersten Stromregelventils in die Schließstellung aufgrund eines Verstelldruckes an der zweiten Steuerfläche nicht stattfinden kann.

Erste und zweite Steuerfläche an dem Ventilglied des ersten Stromregelventils sind annä­ hernd gleich, damit der gewünschte Druck am zweiten Verbraucher eingestellt werden kann. Wegen vorhandener Verluste kann jedoch vorteilhaft sein, wenn die zweite Steuerfläche größer als die erste ist, beispielsweise um 20%.

Für die Ausgestaltung des ersten Ventils mit Stromregeleigenschaften bieten sich ver­ schiedene Lösungsmöglichkeiten an. Eine besteht erfindungsgemäß darin, daß das erste Stromregelventil einen Kolbenschieber aufweist, der mit einem die erste Wirkfläche auf­ weisenden Endabschnitt mit einer Sitzkante eines Ventilgehäuses zusammenwirkt, wobei der Endabschnitt Vertiefungen, Fräsungen oder dergleichen aufweist zur Verbesserung der Regeleigenschaft und der Endabschnitt von einem Ringraum umgeben ist, der über minde­ stens eine radiale Bohrung im Kolbenschieber mit einem axialen Kanal innerhalb des Kol­ benschiebers in Verbindung steht, der seinerseits mit dem Ausgang des ersten Stromregel­ ventils in ständiger Verbindung steht. Das erste Stromregelventil, dessen Kolbenschieber vorzugsweise in Schließrichtung durch eine Feder vorgespannt ist, öffnet, sobald die Pumpe arbeitet, und zwar unabhängig davon, ob der erste Verbraucher Leistung abfragt. Wird der zweite Verbraucher über das zugeordnete Steuerventil eingeschaltet, erfolgt eine Vorspannung des ersten Stromregelventils in die Schließstellung aufgrund des Druckes, der sich an der zweiten Steuerfläche einstellt und vom zweiten Verbraucher verursacht wird. Dadurch stellt sich dann am zweiten Verbraucher der letzt­ lich gewünschte Druck ein, der durch das teilweise Schließen des ersten Stromregelven­ tils an seiner Eingangsseite aufgebaut wird.

Die radiale Bohrung im Kolbenschieber mündet in den inneren Kanal des Kolbenschie­ bers und steht nach außen mit einem Ringraum in Verbindung. Dieser weist eine gewisse axiale Erstreckung auf derart, daß noch eine ausreichende Überdeckung vorhanden ist, wenn sich der Kolbenschieber vollständig in Öffnungsstellung befindet. Dadurch werden Strömungsänderungen bei geöffnetem ersten Stromregelventil beruhigt, indem die Strö­ mung zunächst gegen die abgewandte Endfläche des Ringraumes fließt und anschließend zur radialen Bohrung umgelenkt wird. Der durch Strömung verursachte Druck auf dem Kolbenschieber wird reduziert. Wesentlich für die Position des Kolbenschiebers sind da­ her die statischen Druckverhältnisse.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Steuerfläche an einem radialen Bund des Kolbenschiebers gebildet, der in einem erweiterten Bohrungsabschnitt des Ventilgehäuses abgedichtet gelagert ist. Beidseitig des Bundes hat der Kolbenschie­ ber gleichen Querschnitt, wobei diese Abschnitte in entsprechend bemesse­ nen Bohrungsabschnitten des Ventilgehäuses geführt sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine dritte Steuerfläche am Kolben­ schieber gebildet, die mit der ersten Steuerfläche gleichgerichtet und über eine Drossel­ bohrung mit dem Kanal im Kolbenschieber verbunden ist. Dadurch ist ein weiteres Si­ cherheitsmerkmal geschaffen, das verhindert, daß der Kolbenschieber des ersten Strom­ regelventils bei Druckstößen in die unerwünschte Schließstellung verstellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Schaltbild für eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Ventil der Vorrichtung nach Fig. 1.

Eine hydraulische Pumpe 10, deren Volumen steuer- bzw. regelbar ist, versorgt einen oder mehrere Hauptverbraucher sowie einen Nebenverbraucher. Die nicht gezeigten Hauptverbraucher sind über eine erste Steuerventilanordnung 12 mit der Pumpe 10 ver­ bunden. Ein Nebenverbraucher 14 ist über eine Steuerventilanordnung 16 ebenfalls mit der Pumpe 10 verbunden. Die gezeigte Vorrichtung ist z. B. in einem Hydraulikbagger enthalten, wobei z. B. der Hydraulikmotor 14 eine hydraulische Schere antreibt, während die Verbraucher, die von der Steuerventilanordnung 12 gesteuert werden, beispielsweise hydraulische Stellmotoren für den Ausleger usw. sind.

Unmittelbar an dem Ausgang der Pumpe 10 ist ein Gehäuse 18 angeordnet, in dem eine Reihe von hydraulischen Komponenten untergebracht ist, auf die nachfolgend näher ein­ gegangen wird.

Ein erstes Stromregelventil 20 befindet sich im Strömungspfad 22 zwischen Pumpe 10 und erster Steuerventilanordnung 12. Aufbau und Wirkungsweise des Ventils 20 gehen näher aus Fig. 2 hervor, was weiter unten noch erläutert werden soll. Vom Gehäuse 24 des Ventils 20 geht eine erste Abzweigleitung 26 ab, in der ein Stromregelventil 28 ange­ ordnet ist, dem eine verstellbare Drossel 30 in der Leitung 26 zugeordnet ist. Die Leitung 26 führt zum zweiten Steuerventil 16, das ein Magnetventil ist. Eine zweite Abzwei­ gungsleitung 32 vom Gehäuse 24 enthält eine Drossel 34 welche über eine weitere Dros­ sel 36 mit der Leitung 26 stromabwärts der Drossel 30 verbunden. Ein Punkt zwischen den Drosseln 34, 36 ist über ein Leitungsabschnitt 38 mit dem Steuerventil 16 verbunden. In der in Fig. 1 dargestellten Neutralstellung des Steuerventils 16 verbindet dieses den Leitungsabschnitt 38 mit einer Leitung 40 zum Tank 42. Die Ausgänge des Ventils 16, das als Zwei-Fünfwegeventil ausgebildet ist, sind mit dem hydraulischen Motor 14 ver­ bunden. Die Ausgänge sind außerdem mit Überdruckventilen 42, 44 verbunden, die ge­ meinsam auf den Tank 42 sind.

Das Stromregelventil 28 ist in Verbindung mit der Drossel 30 z. B. so eingestellt, daß eine Menge von 35 Liter pro Minute hindurch gelassen wird.

In Fig. 2 ist das Ventil 20 nach Fig. 1 im Detail dargestellt. Das Gehäuse 24 besteht aus zwei Abschnitten 46, 48, die in Reihe angeordnet und durch nicht gezeigte Mittel mitein­ ander verbünden sind. Sie bilden eine durchgehende, axiale, mehrfach gestufte Bohrung 50 für einen Strömungskanal von der Pumpe 10 zur Steuerventilanordnung 12 nach Fig. 1. Ein erster Bohrungsabschnitt wird von einem zylindrischen Einsatz 52 gebildet, der von oben in den Abschnitt 48 eingesteckt ist und über nicht bezeichnete Dichtungen ge­ genüber den Abschnitten 46 und 48 abgedichtet ist. Dieser Bohrungsabschnitt ist mit 54 bezeichnet. An diesen schließt sich ein im Durchmesser größerer Bohrungsabschnitt 56 an, dem ein Bohrungsabschnitt 58 folgt, der den gleichen Durchmesser hat wie der Boh­ rungsabschnitt 54. An den Bohrungsabschnitt 58 schließt sich ein Bohrungsabschnitt 60 an und an diesen ein Bohrungsabschnitt 62, der mit dem Ausgang der Pumpe 10 verbun­ den ist. In der Bohrung 50 ist ein Kolbenschieber 62 gleitend beweglich, der entspre­ chend den erwähnten Bohrungsabschnitten mit entsprechenden Kolbenabschnitten verse­ hen ist. Er weist einen mit einer Dichtung versehenen radialen Bund 64 auf, der etwas kürzer ist als die Länge des Bohrungsabschnitts 56. Die Bewegung des Kolbenschiebers 62 wird mithin durch den Einsatz 52 und den durch den Bohrungsabschnitt 58 gebildeten Bund begrenzt. Der Kolbenschieber 62 ist von einer Feder 65 nach unten vorgespannt. Die Bohrungsabschnitte 60, 62 bilden eine Dichtkante 66 für eine Sitzfläche 68 am Ende des Kolbenschiebers 62. Diese Sitzfläche ist mit nicht näher bezeichneten und gezeigten Fräsungen versehen dergestalt, daß bei einem Abheben der Sitzfläche 68 von der Kante 66 sich allmählich ein größerer Strömungsquerschnitt einstellt.

Da der untere Abschnitt des Kolbenschiebers 62 einen geringeren Durchmesser hat als der Bohrungsabschnitt 60 ist eine Ringkammer 70 gebildet, die radiale Bohrungen. 72 im hohlen Kolbenschieber 62 überdeckt. Der nach oben offene axiale Kanal 74 im Kolben­ schieber 62 ist ständig mit dem Strömungskanal 50 verbunden und letzterer mit einer Ausgangsöffnung 75, die mit der Leitung 22 zu der Steuerventilanordnung 12 führt (Fig. 1).

Zwischen dem Einsatz 52 und dem Bund 64 des Kolbenschiebers 62 ist eine Ringkammer 76 gebildet, der eine Steuerfläche 78 am Bund 64 zugekehrt ist. Auf der gegenüberlie­ genden Seite des Bundes 64 befindet sich eine weitere Steuerfläche 80. Der der Steuerflä­ che 80 zugekehrte Ringraum 82 ist über eine Drosselöffnung 84 ständig mit dem Kanal 74 im Kolbenschieber 62 verbunden. Die Steuerflächen 78, 80 sind gleich groß.

Von dem geschlossenen Ende des Kolbenschiebers 62 wird eine Steuerfläche 85 gebildet. In Strömungsrichtung vor der Dichtkante 66 ist eine Querbohrung 86 im Gehäuse 24 geformt, welche mit der Leitung 26 gemäß Fig. 1 in Verbindung steht. Es sei noch erwähnt, daß die Größe der Steuerfläche 85 etwas geringer ist als die der Steuerfläche 78. Letztere beträgt etwa das 1,2-fache der Fläche 85.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt. In der Neutralstellung beider Steuerventilanordnungen 12 und 16 fördert die Pumpe 10 Flüssigkeit durch die Steuerventilanordnung 12 zum Tank 42. Gleichzeitig wird eine geringe Menge an Flüs­ sigkeit über den Stromregler 28, 30 und die Leitungen 38 und 40 zum Tank 42 gefördert. Der Ventilschieber 62 ist aufgrund des Strömungsdruckes der Pumpe 10 in geöffneter Stellung. Wird über die Steuerventilanordnung 12 ein Hauptverbraucher angesteuert, fließt die Flüssigkeit von der Leitung 22 über die Steuerventilanordnung 12 zum Verbraucher, ohne daß sich sonst an dem beschriebenen Zustand etwas ändert. Die Leistung der Pumpe 10 wird durch ein bekanntes Regel- oder Steuersystem eingestellt.

Wird z. B. bei nicht betätigter Steuerventilanordnung 12 das Steuerventil 16 betätigt, wird nunmehr die Leitung 26 mit einer Zuleitung zum Nebenverbraucher 14 verbunden, wäh­ rend die andere Leitung zum Verbraucher 14 mit der Leitung 40 verbunden wird. Es kommt zu einer Druckübertragung auf Leitung 32 und damit zur Steuerkammer 56. Der Kolbenschieber 62 wird nach und nach teilweise in die Schließstellung gebracht, wodurch sich der Druck in der Leitung erhöht, und zwar so lange, bis der notwendige Betriebsdruck am Nebenverbraucher 14 aufgebracht ist. Der Strömungsregler 28, 30 sorgt dafür, daß die vorgegebene Menge zum Verbraucher 14 gefördert wird. Das Ventil 12 ist somit ein "Vorspannventil", das unabhängig vom Druck am Eingang dafür sorgt, daß der Verbraucher 14 mit der gewünschten Menge Fluid unter dem gewünschten Druck versorgt wird.

Wie in Fig. 2 zu erkennen, ist die axiale Länge des Ringraumes so bemessen, daß auch bei geöffnetem Kolbenschieber 62 Flüssigkeit gegen die in Fig. 2 obere Wand der Ring­ ausnehmung 70 strömt und hierdurch bei Änderung, insbesondere Beschleunigungen, eine Beruhigung erfährt. Der dynamische Druckeinfluß wird somit reduziert.

Die Drosselbohrung 84 sorgt dafür, daß auf der Steuerfläche 80 stets der Druck im Kanal 74 wirkt. Hierdurch wird eine Sicherheit erhalten gegen unerwünschtes Schließen des Kolbenschiebers 62, weil der Druck auf diese Steuerfläche der Wirkung auf die Steuer­ fläche 78 entgegengerichtet ist. Ein plötzlicher Druckanstieg im Kanal 74, der von der Hauptverbraucherseite kommt, wird in seiner Wirkung in Schließrichtung durch die Kraft auf die Steuerfläche 80 zumindest teilweise kompensiert.

Eine zusätzliche Sicherheit kann auch dadurch erhalten werden, daß ein Sicherheitsventil 88 mit einem Punkt hinter der Drossel 36 verbunden ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Bezüglich Fig. 1 sei im übrigen noch angemerkt, daß die Drosseln 34, 36 gleichen Querschnitt ha­ ben können.

Claims (9)

1. Hydraulische Vorrichtung mit regelbarer Pumpe zur Versorgung eines ersten und eines zweiten Verbrauchers durch eine regelbare Pumpe, bei der jedem Verbraucher ein Steuerventil vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromweg (22) zu einem ersten Verbraucher vor dem zugeordneten Steuerventil (12) ein erstes Stromregelventil (20) angeordnet ist mit einem Ventilglied (62), das in der geöffneten Position eine Verbindung zwischen Pumpe (10) und Verbraucher über das Steuerventil (12) herstellt und eine erste Steuerfläche (85) aufweist, die mit dem Ausgangsdruck der Pumpe (10) beaufschlagt ist und eine zweite entgegengesetzt gerichtete Steuerfläche (78) aufweist, daß aufströmsseitig vom ersten Stromregelventil (20) ein zweites Stromregelventil (28, 30) an die Pumpe (10) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Steuerventil (16) und mit der zweiten Steuerfläche (78) in Verbindung steht, wobei die zweite Steuerfläche (78) gleich groß wie die erste oder größer ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mit dem zugeordneten Steuerventil (16) verbundenen Ausgang des zweiten Stromregelventils und der Verbindung (32) zur zweiten Steuerfläche (78) eine Drossel (36) angeordnet ist und in Strömungsrichtung hinter der Drossel (38) eine Verbindung zum Steuer­ ventil (16) besteht, die in der Neutralstellung des zweiten Steuerventils (16) zu einem Tank (42) der hydraulischen Vorrichtung geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das er­ ste Stromregelventil (20) als Ventilglied (62) einen Kolbenschieber aufweist, der mit einem aufströmseitigen Endabschnitt mit einer Sitzkante (66) eines Ventilgehäuses (24) zusammenwirkt, wobei die Endfläche (85) die erste Steuerfläche darstellt und wobei der Endabschnitt Vertiefungen oder dergleichen aufweist zur Verbesserung der Regeleigenschaft und der Endabschnitt von einem Ringraum (70) umgeben ist, der über mindestens eine radiale Bohrung (72) im Kolbenschieber (62) mit einem axialen Kanal (74) innerhalb des Kolbenschiebers in Verbindung steht, der seinerseits mit dem Ausgang (75) des ersten Stromregelventils (20) in ständiger Verbindung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (70) eine axiale Erstreckung hat, daß bei vollständig geöffnetem Kolbenschieber (62) die ra­ diale Bohrung (72) noch ausreichend überdeckt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerfläche (78) an einem radialen Bund (64) des Kolbenschiebers (62) gebil­ det ist, der in einem erweiterten Bohrungsabschnitt (56) des Ventilgehäuses (24) ab­ gedichtet verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (62) beidseits des Bundes (64) Abschnitte mit gleichem Außen­ durchmesser aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Steuerfläche (80) an dem Kolbenschieber (62) gebildet ist, die mit der ersten Steuerfläche (85) gleichgerichtet und über eine Drosselbohrung (84) mit dem Kanal (74) im Kolbenschieber (62) ver­ bunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Steuer­ fläche (80) auf der der ersten Steuerfläche (78) gegenüberliegenden Seite am Bund (64) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (88) in Strömungsrichtung hinter der Drossel (36) angeschlossen ist.