DE69305708T2

DE69305708T2 - Steuervorrichtung für mehrere hydraulische Verbraucher

Info

Publication number: DE69305708T2
Application number: DE69305708T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis F-42160 Andrezieux-Boutheon Claudinon; Andre F-42270 St Priest En Jarrez Rousset
Original assignee: Marrel SA
Current assignee: Marrel SA
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: FR2694605A1; EP0582497A1; US5386697A; EP0582497B1; FR2694605B1; JPH06159310A; DE69305708D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit für eine Mehrzahl von hydraulischen Verbrauchern, durch welche hindurch die Verbraucher von derselben Druckfluidquelle aus versorgt werden, indem jeder über einen Proportionalverteiler angeschlossen ist.
Es ist bekannt, daß die Verteiler Apparate sind, die man zwischen einem Druckfluiderzeuger und einem Verbraucher anordnet, um dessen Funktionsweise zu steuern, indem die Art seiner Verbindung mit dem Druckfluiderzeuger verändert wird.
Die Verteiler des proportionalen Typs haben nicht nur einen Steuerschieber, dessen Stellung den Querschnitt einer Drosselstelle bzw. eines Steuerspalt bestimmt, sondern auch einen automatischen Ausgleichsschieber, um die Differenz der Drücke vor und hinter dieser Drosselstelle konstant zu halten, damit eine vorgegebene Stellung des Steuerschiebers einem bestimmten Druckfluidstrom entspricht. Wenn demnach ein Verbraucher durch einen proportionalen Verteiler gesteuert wird, ist seine Funktionsgeschwindigkeit durch die Stellung des Steuerschiebers festgelegt, unabhängig von der Belastung des Verbrauchers.
Wenn der Druckfluiderzeuger eine Mehrzahl von Verbrauchern versorgt, deren jedem ein proportionaler Verteiler zugeordnet ist, kann es geschehen, daß die von den Verbrauchern insgesamt benötigte Druckfluidmenge das Größtvolumen übersteigt, das der Druckfluiderzeuger liefern kann. Die jeweiligen Ausgleichsschieber sind dann nicht mehr in der Lage, in jedem der Verteiler die Differenz der Drücke vor und hinter der Drosselstelle auf dem vorbestimmten konstanten Wert zu halten, so daß die am stärksten belasteten Verbraucher langsamer werden oder anhalten, während die weniger belasteten in ihrer Funktion fortfahren können.
Um diese Unstimmigkeiten zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, die Regelung des Druckfluiderzeugers in Abhängigkeit von der geforderten Leistung vorzunehmen. Dies ist zur Zeit bei den meisten hydraulischen Steuerungen vorgesehen, wo der Druckfluiderzeuger eine Mehrzahl von Verbrauchern versorgt. Die Regelung ist in der Form verwirklicht, daß Lastsensormittel, genannt "load-sensing", vorgesehen sind, die dem Druckfluiderzeuger den Druck des am stärksten belasteten Verbrauchers zuleiten, auf den er reagiert, indem er einen Betriebsdruck erzeugt, der gleich ist dem Druck des Lastsignals (load-sensing) zuzüglich einer Konstanten. In der Praxis wird diese Konstante hinzugefügt, solange der Gesamtbedarf an Druckfluid kleiner ist als die Menge, die geliefert werden kann, wenn jedoch der Bedarf darüber hinausgeht, ist der dem Lastsignal hinzugefügte Wert kleiner als die Konstante, und zwar um so kleiner, je größer der Überschuß der angeforderten Druckfluidmenge ist. Es ist diese Verringerung des hinzugefügten Werts, von der man Gebrauch macht, um die vorgenannten Unstimmigkeiten zu vermeiden.
In der FR-A-2.339.757 ist vorgeschlagen, in jedem der Proportionalverteiler auf den Betätigungsdruck des Steuerschiebers einzuwirken, indem vorgesehen ist, daß die Betätigungsventile nicht mehr direkt voh einer Steuerpumpe versorgt werden, sondern zwischen diese und die Betatigungsventile ein Begrenzungsventil zwischengeschaltet ist, das den Versorgungsdruck der Steuerventile entsprechend der Differenz zwischen dem Druck des Druckfluiderzeugers und dem Lastsignal (load-sensing) verändert. Solange der Druckfluiderzeuger normal funktioniert, bleibt der Versorgungsdruck der Steuerventile ebenso konstant, wie wenn diese Ventile direkt durch die Steuerpumpe versorgt würden. Bei übermäßiger Anforderung an Druckfluid wird der Versorgungsdruck der Steuerventile in Abhängigkeit des Übermaßes der Anforderung verringert, wobei der Betätigungsdruck aller Steuerschieber in demselben Maße verringert wird, und als Folge davon verstärken sich die von den Steuerschiebern erzeugten Drosselungen in derselben Weise mit dem Ergebnis, daß jeder Verteiler in demselben Verhältnis eine Reduzierung des Durchflusses vornimmt, so daß alle Verbraucher unter Beibehaltung ihrer Geschwindigkeitsverhältnisse verlangsamt werden.
Um in dem Fall, wo die Proportionalverteiler einen dem Steuerschieber vorgelagerten Ausgleichsschieber haben, zu demselben Ergebnis zu gelangen, schlägt die FR-A-2.548.290 vor, auf die Betätigungsmittel des Ausgleichsschiebers einzuwirken: er wird weiterhin durch den Druck vor dem Steuerschieber in Schließrichtung und den Druck hinter dem Steuerschieber in öffnungsrichtung gedrängt, man ersetzt jedoch die herkömmliche Feder durch eine doppelte Druckbetätigung, in Schließrichtung durch den Druck des Lastsignals (bad sensing) bzw. in Öffnungsrichtung durch den Druck des Druckfluiderzeugers. Die Differenz der Drücke vor und hinter dem Steuerspalt des Steuerschiebers ist auf diese Weise der Differenz zwischen dem Druck des Druckfluiderzeugers und dem Druck des Lastsignals unterworfen, was zu dem vorgenannten Resultat führt.
Die DE-A-4.036.720 schlägt vor, ähnliche Maßnahmen zu ergreifen, aber der Steuerdruck ist nicht unmittelbar die Differenz zwischen dem Druck der Druckfluidquelle und dem Druck des Lastsignals, sondern man erhält ihn, ausgehend von diesen Drücken, durch Regelmittel, z.B. ein Druckmin derventil, das zwischen der Druckfluidquelle und dem Aus gleichsschieber angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dasselbe Ergebnis zu erhalten, aber mit einer verbesserten Wirkung.
Zu diesem Zweck wird eine Steuereinheit für eine Mehrzahl von hydraulischen Verbrauchern, durch welche hindurch die Verbraucher von derselben Druckfluidquelle aus versorgt werden, indem jeder über einen Proportionalverteiler angeschlossen ist, vorgeschlagen mit:
- einem Steuerschieber, dessen Stellung den Querschnitt eines ersten Steuerspalts bestimmt,
- einem Ausgleichsschieber zur Regulierung der Differenz zwischen den Drücken vor und hinter dem ersten Steuerspalt durch Bereitstellung eines zweiten Steuerspalts mit geeignetem Querschnitt in Strömungsrichtung vor dem ersten Steuerspalt, und
- Betatigungsmitteln für den Ausgleichsschieber, um ihn automatisch eine Stellung einnehmen zu lassen, in der er den zweiten Steuerspalt mit geeignetem Querschnitt bereitstellt in Abhängigkeit von:
dem Druck hinter dem ersten Steuerspalt und einem ersten Druck, die in Öffnungsrichtung wirken, sowie dem Druck vor dem ersten Steuerspalt und einem zweiten Druck, die in Schließrichtung wirken;
wobei die Steuereinheit zusätzlich ein Hilfsventil aufweist, das durch die Druckfluidquelle versorgt wird und einen Druck erzeugt, welcher einen solchen ersten Druck darstellt,
und dadurch gekennzeichnet ist, daß
- jeder zweite Druck ein Regeldruck ist, der von den Belastungsbedingungen der hydraulischen Verbraucher abhängt;
- jeder erste Druck durch ein solches Hilfsventil erzeugt ist;
- jedes solches Hilfsventil, ausgehend von seiner Versorgung und dem Regeldruck, mit dem es direkt beaufschlagt ist, einen Druck erzeugt, der normalerweise gleich ist dem um eine Konstante erhöhten Regeldruck;
- in jedem Proportionalverteiler die Betätigungsmittel des Ausgleichsschiebers so ausgebildet sind, daß er auch durch eine im wesentlichen konstante Kraft in Schließrichtung belastet ist.
In dem Fall, wo der Regeldruck der Druck des Lastsignals (load-sensing) ist, unterscheidet sich die erfindungsgemäße Steuereinheit von der in der zuletzt genannten Vorveröffentlichung beschriebenen durch das Vorhandensein des Hilfsventils, dessen von ihm erzeugter Druck anstelle des Drucks der Druckfluidquelle verwendet wird.
Um die vorhergehende Einheit in einer praktischen Weise zu realisieren, wäre es tatsächlich bequem gewesen, den Ausgleichsschieber mit dem Druck vor diesem statt mit dem Druck der Druckfluidquelle zu beauf schlagen. Da jedoch die Verteiler an verschiedenen Stellen einer Maschine angeordnet sind, ergäben sich indessen Schwierigkeiten, weil der Druck vor dem zweiten Steuerspalt wegen der unterschiedlichen Druckverluste zwischen der Druckfluidquelle und den jeweiligen Verteilern in diesen nicht derselbe wäre.
Ähnliche schwierigkeiten ergäben sich auch mit den verschiedenen Verteilern eines im Abstand von der Druckfluidquelle gelegenen Steuerblocks, da sich die Druckverluste zwischen dieser und dem Steuerblock mit der Strömungsmenge in der Versorgungsleitung des Steuerblocks vergrößern: es könnte z.B. geschehen, daß der Steuerschieber eines der Verteiler des Steuerblocks in derselben Position stehen bleibt, und daß die durch ihn strömende Fluidmenge sich verringert, ohne daß die Förderkapazität überschritten wäre. Dies könnte insbesondere infolge einer Vergrößerung der durch einen zweiten Verteiler strömenden Druckfluidmenge geschehen, weil die Vergrößerung der gesamten Fördermenge der Versorgung des Steuerblocks die Druckverluste zwischen der Druckfluidquelle und dem Steuerblock ansteigen läßt, so daß sich die Differenz zwischen dem Versorgungsdruck des Steuerblocks (d.h. dem Druck vor dem zweiten Steuerspalt aller Verteiler des Blocks) und dem Druck des Lastsignals (load-sending) verringert.
Mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit können diese Schwierigkeiten vermieden werden.
Die Erfindung bietet darüber hinaus den Vorteil, selbst dann zu dem angestrebten Ergebnis zu gelangen, wenn die Druckfluiderzeugung nicht in Abhängigkeit von der Belastung der Verbraucher gesteuert wird.
Der Einfachheit halber und aus praktischen Gründen hat das Hilfsventil vorzugsweise
- eine an die Druckfluidquelle angeschlossene Versorgungskammer,
- eine Regelkammer, in welcher der Regeldruck herrscht,
- eine Auslaßkammer, in der der erzeugte Druck herrscht,
- einen Schieber, dessen Stellung den Querschnitt eines Steuerspalts zwischen der Versorgungskammer und der Auslaßkammer bestimmt und der eine erste, derart in der Regelkammer gelegene Steuerfläche aufweist, daß der Regeldruck in Öffnungsrichtung wirkt, sowie eine zweite, derart in der Auslaßkammer gelegene Steuerfläche hat, daß der erzeugte Druck in Schließrichtung wirkt, und
- eine Feder, die in Öffnungsrichtung auf den Schieber wirkt.
In dem Fall, wo die Proportionalverteiler auf mehrere Gruppen, bestehend aus einzelnen oder mehreren benachbarten Verteilern, aufgeteilt und die Gruppen mit Abstand zueinander angeordnet sind, weist die Steuereinheit vorzugsweise für jede Gruppe ein dieser benachbartes Hilfsventil auf. Man vermeidet auf diese Weise mit Druckverlusten in der Leitung verbundene Probleme und muß vor allem auch nicht eine Leitung zwischen dem Hilfsventil und einer entfernt von diesem angeordneten Gruppe von Verteilern vorsehen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen durch Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen vereinfachten Schnitt durch einen proportionalen Verteiler, der Teil ist einer erfindungsgemäßen Steuereinheit;
Fig. 2 ein Schema eines hydraulischen Schaltkreises mit einer solchen Steuereinheit mit zwei an ihren Enden verbundenen Verteilern nach Fig. 1 und
Fig. 3 und 4
eine abgewandelte Ausführungsform in Ansichten entsprechend Fig. 1 und 2.
Der in Fig. 1 gezeigte Verteiler 70 ist gleichartig demjenigen, der in dem franzosischen Patent FR-B-25 62 632 beschrieben ist, mit Ausnahme seiner Druckausgleichseinrichtung.
Er hat einen Statorkörper 1, in dem in einer Bohrung 2 ein zylindrischer Steuerschieber 3 gleitet. Wie üblich, wird die Veränderung des hydraulischen Schaltkreises durch Verschiebung von Nuten des Schiebers 3 vor Ausnehmungen des Stators bewirkt.
An seinem linken Ende ist im Beispielsfall der Schieber 3 mit einer bekannten federnden Rückstelleinrichtung versehen, zu der eine Schraubenfeder 4 gehört, die zwischen Schultern 5 und 6 von zwei Buchsen 7 und 8 eingespannt ist, die zwischen zwei Schultern des mit 9 bezeichneten Endes des Schiebers 3 gehalten sind, um welches sie gleiten können. Auf diese Weise wird der Schieber 3 selbsttätig in eine neutrale Ruhestellung zurückgestellt, wohingegen er nach rechts gedrückt wird (Fig. 1), wenn man einen Steuerdruck in eine Öffnung 10 einer festen Kappe 61 leitet. Umgekehrt wird der Schieber 3 nach links verschoben, wenn ein Steuerdruck auf der entgegengesetzten Seite in eine Öffnung 11 einer Kappe 62 an seinem anderen Ende geleitet wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist man davon ausgegangen, daß der Drei-Stellungs-Schieber 3 eingesetzt wird, um einen doppelt wirkenden hydraulischen Kraftzylinder 12 zu steuern. Zu diesem Zweck ist die eine Seite des Kraftzylinders 12 mit einem ersten Versorgungskanal 13 im Stator 1 verbunden, während die andere Seite des Kraftzylinders 12 mit einem zweiten Versorgungskanal 14 des Stators 1 verbunden ist.
Der Verteiler empfängt in einer Ringkammer 15 das von einem Druckfluiderzeuger 71 gelieferte Druckfluid.
Die Versorgungskammer 15 umgibt einen zylindrischen Ausgleichsschieber 16, der auch als Balancierer bezeichnet wird und in einer Bohrung 80 des Stators 1 verschieblich ist. Der Ausgleichsschieber 16 ist mit einer radialen Bohrung 22 versehen, die mit einer axialen Sackbohrung 23 in Verbindung steht. Letztere mündet an einem Sitz, der durch eine Kugel 24 zu verschließen oder freizugeben ist, deren Rückstellfeder 25 im Inneren des Ausgleichsschiebers 16 eingespannt ist. Die die Kugel 24 und die Feder 25 aufnehmende Kammer mündet über eine seitliche Öffnung 26 in einer den mittleren Teil des Steuerschiebers 3 umgebenden Ringkammer 27.
An jedem seiner beiden Enden hat der Steuerschieber 3 eine innere axiale Ausnehmung, die links mit 28 und rechts mit 29 bezeichnet ist.
Die Ausnehmung 28 kommuniziert mit dem Äußeren des Schiebers durch zwei radiale Bohrungen 30 bzw. 31. In derselben Weise mündet die Ausnehmung 29 in zwei radiale Bohrungen 32 und 33. Wenn der Schieber 3 in seiner neutralen Ruhestellung ist, liegt die Bohrung 30 einem flachen Abschnitt 34 zwischen zwei Ringkammern 35 und 36 gegenüber, der sie verschließt. Die Kammer 35 steht mit dem ersten Versorgungskanal 13 in Verbindung, während die Kammer 36 an die Rücklaufleitung angeschlossen ist.
In gleicher Weise ist die Bohrung 32 in der Ruhestellung durch einen flachen Abschnitt 37 zwischen zwei Ringkammern 38 und 39 verschlossen. Die Kammmer 38 steht in Verbindung mit dem zweiten Versorgungskanal 14, während die Kammer 39 an den Rücklauf angeschlossen ist.
Zwischen den Bohrungen 30 und 31 bildet der Stator an der Bohrung einen flachen Abschnitt 40, vor dem eine Nut 41 im Schieber 3 verschieblich ist.
Um den Schieber 3 erstreckt sich dann, wenn der Schieber 3 nach rechts (Fig. 1) verschoben worden ist, in der die Bohrung 31 umgebenden Zone eine Ringkammer 42 im Stator.
In derselben Weise besitzt der Schieber 3 an seinem entgegengesetzten Ende eine Nut 43, die vor einem ebenen Abschnitt 44 des Stators beweglich ist. Um die Bohrung 33 erstreckt sich, wenn der Schieber 3 nach links zurückgedrückt ist, eine Ringkammer 45 im Stator.
Die zwei Kammern 42 und 45 sind durch einen Kanal 46 verbunden, der als Lastfühlkanal bezeichnet wird.
An den verschiedenen Nuten des Schiebers sind progessiv wirkende Steuerkanten vorgesehen, wie dies z.B. durch die Bezugszeichen 48, 49, 50, 51 angedeutet ist.
Schließlich ist ein erstes Auffüllventil 52 parallel zum ersten Versorgungskanal 13 montiert. In gleicher Weise ist ein Auffüllventil 53 parallel zum zweiten Versorgungskanal 14 montiert. Hinter den Ventilen 52 und 53 befindet sich eine an den Ölrücklauf angeschlossene Kammer 54.
Jeweils ein Überdruckventil 55 bzw. 56 ist an der Seite jedes Versorgungskanals 13, 14 vorgesehen, die somit einen Abfluß zu den Rücklaufkammern 36 bzw. 39 haben.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Steuerschiebers 3 beschrieben.
In der neutralen Stellung sind die Kammern 27, 35 und 38 verschlossen, so daß der Kraftzylinder 12 unbeweglich gehalten wird, weil keinerlei Druckfluid zu dem Verbraucher strömt. Außerdem steht der Kanal 46 über die Nuten 41 und 43 mit der Kammer 36 bzw. 39 in Verbindung, d.h. er ist an die Rücklaufleitung angeschlossen.
Wenn die Öffnung 10 mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird, wie dies gemäß Fig. 1 der Fall ist, gleitet der Schieber 3 eine Strecke nach rechts, deren Größe durch den Steuerdruck bestimmt wird, welcher sich mit dem Gegendruck der mehr oder weniger komprimierten Feder 4 auf ein Gleichgewicht einstellt. Der Versorgungsdruck der Kammer 27 erreicht den Kanal 13 über die Nut 49 und die Kammer 35, während der Kanal 14 über die Nut 51 mit der Rücklaufkammer 39 verbunden ist. Jede der Nuten 49 und 51 bestimmt einen Steuerspalt, dessen Querschnitt von der Stellung des Schiebers 3 abhängt. Im übrigen kommuniziert der Kanal 46 auf der linken Seite über die Kanäle 31, 28 und 30 mit dem Kanal 13, während der Kanal 46 auf der rechten Seite abgeschlossen ist. Der Druck hinter dem durch die Nut 49 gebildeten Steuerspalt wird somit auf den Kanal 46 übertragen.
Wenn die Öffnung 11 mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird, gleitet der Schieber 3 nach links bis in eine Position, die bestimmt wird durch die Größe des Steuerdrucks. Der Versorgungsdruck der Kammer 27 gelangt über die Nut 50 und die Kammer 38 in den Kanal 14, während der Kanal 13 über die Nut 48 mit der Rücklaufkammer 36 verbunden ist. Jede der Nuten 48 und 50 bildet einen Steuerspalt, dessen Querschnitt durch die Stellung des Schiebers 3 bestimmt ist. Im übrigen kommuniziert der Kanal 46 auf der rechten Seite über die Bohrungen 33, 29 und 32 mit dem Kanal 14, während der Kanal 46 auf der linken Seite abgeschlossen ist. Der Druck hinter dem durch die Nut 50 gebildeten Steuerspalt wird somit auf den Kanal 46 übertragen. Man sieht daher, daß in der Neutralstellung der Kanal 46 mit dem Druck der Rücklaufleitung beauf schlagt ist, während er in jeder Arbeitsstellung dem Druck hinter dem durch den Schieber 3 gebildeten Steuerspalt in der Versorgungsleitung des Kraftzylinders 12 ausgesetzt ist, d.h. dessen Versorgungsdruck.
Der Schaltkreis-Auswahlschalter 99 (mit der Funktion "ODER") kommuniziert über einen seiner Eingänge und einen Kanal 72 mit dem Kanal 46. Sein anderer Eingang ist über einen Kanal 73 mit dem Ausgangskanal eines Schaltkreis-Auswahlschalters eines gleichartigen Verteilers verbunden. Im vorliegenden Beispielsfall ist der Druck in dem Kanal 46 am stärksten, so daß der Schaltkreis-Auswahlschalter 99 die gezeigte Stellung einnimmt, in der er über seinen Ausgang den Versorgungsdruck des Kraftzylinders 12, welcher der höchste Versorgungsdruck der vom Druckfluiderzeuger 71 versorgten Gesamtheit von Verbrauchern ist, auf einen Kanal 74 überträgt. Ganz allgemein läßt sich, wie dies klar aus Fig. 2 hervorgeht, feststellen, daß der Kanal 74 immer mit dem Druck des am stärksten belasteten Verbrauchers beaufschlagt wird. Dieser als Lastsignal bezeichnete Druck wird an den Druckfluiderzeuger 71 weitergeleitet, der dann einen Betriebsdruck erzeugt, welcher normalerweise gleich ist dem Druck des Lastsignals zuzüglich einer Konstanten.
Der Ausgleichsschieber 16 hat um den Kanal 22 eine Nut 111, die je nach der von dem Ausgleichsschieber 16 eingenommenen Stellung in der Versorgungsleitung des Kraftzylinders 12 vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt einen mehr oder weniger engen weiteren Steuer- bzw. Drosselspalt bildet.
Der Ausgleichsschieber 16 hat zwei Kolbenflächen, auf der linken Seite eine mit dem Druck vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt herrschenden Druck beaufschlagte Fläche 112 und auf der rechten Seite eine Fläche 301 , die mit dem im Kanal 46 herrschenden Druck, d.h. dem Betätigungsdruck des Kraftzylinders 12, beaufschlagt ist.
Auf der linken Seite des Ausgleichsschiebers 16 ist ein koaxial verschieblicher Kolben 114 angeordnet, der über einen Fortsatz mit dem Ausgleichsschieber in Kontakt kommt und in einem Zylinder 116 gleitet, der koaxial zur Bohrung 80 in den Stator 1 eingesetzt ist, auf der Innenseite offen und auf der Außenseite geschlossen ist und den Kanal 46 dicht durchquert.
Der Kolben 114 hat einen L-förmigen Kanal, der die zwischen dem Kolben und dem Boden des Zylinders befindliche Kammer 115 in Verbindung mit dem Kanal 119 bringt, der an die das Lastsignal (load-sensing) führende Leitung der Druckfluidquelle angeschlossen ist, so daß die Kammer 115 mit dem Druck des Lastsignals beauf schlagt ist. Der Kolben 114 besitzt zwei entgegengesetzte Flächen, eine der Kolbenfläche 112 des Ausgleichsschiebers 16 gegenüberliegende Fläche 121, die demselben Druck ausgesetzt ist wie die Kolbenfläche 112, und eine Kolbenfläche 123, die dem Druck des Lastsignals ausgesetzt ist.
Eine Feder 125, deren Kraft mittels einer Schraube 126 einstellbar ist, drückt den Kolben 114 gegen den Ausgleichsschieber 16. Dieser hat auf seiner rechten Seite eine dritte Kolbenfläche 302, die dem von einem Hilfsventil 303 erzeugten Druck ausgesetzt ist.
Die Kolbenflächen 301 und 302 weisen nach rechts, und die Drücke, mit denen sie beaufschlagt sind, drängen den Ausgleichsschieber 16 in Öffnungsrichtung.
Auf die Fläche 301 wirkt der hinter dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt herrschende Druck, denn sie befindet sich in dem Kanal 46, und die Fläche 302 ist dem von dem Hilfsventil 303 erzeugten Druck ausgesetzt, denn sie befindet sich in einer Kammer 304, die durch einen Kanal 305 an das Hilfsventil 303 angeschlossen ist.
Die Flächen 112 und 123 weisen nach links, die auf sie wirkenden Drücke drängen daher den Ausgleichsschieber 16 in Schließrichtung. Die nach rechts weisende Fläche 121 drängt den Kolben 114 nach links, d.h., daß alles so geschieht, wie wenn der Druck von vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt die um die wirksame Fläche 121 verminderte wirksame Kolbenfläche 112 beaufschlagte. Es wird mit S&sub2; die wirksame Größe dieser Differenz der Kolbenflächen bezeichnet, die der Einfachheit halber auch als flbemessung der Kolbenfläche 112" benannt wird, und mit S&sub1; die wirksame Größe der Kolbenfläche 123.
Die wirksame Größe der Kolbenfläche 301 ist gleich S&sub2;, und die Kolbenfläche 302 ist gleich S&sub1;.
Wenn man weiterhin mit F die von der Feder 125 aufgebrachte Kraft, mit Pi den vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt herrschenden Druck, mit P1S den Druck des abgefühlten Lastsignals, mit PUi den hinter dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt herrschenden Druck und mit Pp den vom Hilfsventil 303 erzeugten Druck bezeichnet, läßt sich folgende Gleichung aufstellen:
Man sieht, daß die Druckdifferenz Pi - PUi abhängig ist von der Druckdifferenz Pp - P1s entsprechend einer linearen Funktion mit einem stets positiven Koeffizienten und einer stets negativen Konstanten.
Das Hilfsventil 303 hat einen Statorkörper 306, der eine Versorgungskammer 307 begrenzt, die an die Druckseite des Druckfluiderzeugers 71 angeschlossen ist. Das Hilfsventil 303 hat außerdem eine Regelkammer 308, in welcher der Druck P1s herrscht, eine Auslaßkammer 309, in welcher der erzeugte Druck herrscht, einen Schieber 310, dessen Stellung dank einer Nut 311 den Querschnitt eines Steuer- bzw. Drosselspalts zwischen den Kammern 307 und 309 bestimmt, und eine Feder 312, die auf den Schieber 310 in Öffnungsrichtung wirkt, wobei eine Schraube 313 zum Regeln der Kraft vorgesehen ist, mit der die Feder wirkt.
In der Kammer 308 herrscht der Druck P1s, weil diese Kammer an den Kanal 74 angeschlossen ist.
Der Schieber 310 hat eine erste Kolbenfläche 314, die sich in der Kammer 308 befindet und somit dem in Öffnungsrichtung wirkenden Druck P1s ausgesetzt ist, und eine zweite Kolbenfläche 315, die sich in der Kammer 309 befindet, so daß der erzeugte Druck in Schließrichtung auf die Fläche 315 wirkt. Es läßt sich zeigen, daß man für den Fall, wo die wirksamen Größen der Flächen 314 und 315 gleich sind, dann, wenn man mit 5 diese Größe und mit F die von der Feder ausgeübte Kraft bezeichnet, erhält:
Pp = P1s + F/S
Der erzeugte Druck ist also normalerweise unabhängig von dem durch die Druckfluidquelle gelieferten Druck.
In dem Fall, wo die Proportionalverteiler der Steuereinheit auf mehrere Gruppen einzelner oder mehrerer benachbarter Verteiler aufgeteilt sind, die sich im Abstand voneinander befinden, z.B. im Falle einer Maschine für öffentliche Arbeiten aufgegliedert sind in eine erste Gruppe von zwei Verteilern, die den rechten und linken Antriebsmotor des Fahrzeugs steuern, eine zweite Gruppe, bestehend aus einem einzigen Verteiler, der die Drehung der Führerkanzel steuert, und eine dritte Gruppe von mehreren Verteilern, welche die verschiedenen Arme der Maschine steuern, wird vorzugsweise für jede dieser Gruppen ein Hilfsventil vorgesehen, nicht nur, um die Probleme durch Druckverluste zu vermeiden, sondern auch, um nicht Leitungen zwischen einem zentralen Hilfsventil und den verschiedenen Gruppen vorsehen zu müssen.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Steuereinheit, die aus einer einzigen Gruppe von zwei miteinander verbundenen Verteilern besteht, nämlich dem in Fig. 1 gezeigten Verteiler 70 und einem identischen Verteiler 70', wobei alle sich auf diesen beziehenden Teile dieselben Bezugszeichen tragen wie bei dem Verteiler 70, aber mit einem angefügten Indexstrich.
Man wird bemerken, daß die Kanäle 73 und 74 mit dem Auswahlschalter 99 eine Einheit bilden, die sich quer durch den ganzen Verteiler 70 erstreckt, und daß für die Kanäle 119 und 305 dasselbe gilt, so daß man die Möglichkeit hat, die Anschlüssen zwischen den Verteilern dadurch herzustellen, daß man diese einfach mit ihren Enden aneinanderhegend verbindet.
Bei der Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Steuereinheit nach Fig. 3 und 4 sind für übereinstimmende Teile dieselben Bezugszeichen beibehalten worden, während für entsprechende Teile zu den Bezugszahlen die Zahl 100 hinzugefügt ist.
Der in Fig. 3 gezeigte Proportionalverteiler 170 hat einen Ausgleichsschieber 116, dessen linker Teil verschieden ist von dem des Ausgleichsschiebers 16: in der in Fig. 3 gezeigten Stellung schließt der Ausgleichsschieber 116 die Verbindung zwischen den Kammern 15 und 27, aber wenn er sich nach links verschiebt, erzeugt er in Abhängigkeit seiner Stellung einen mehr oder weniger engen Steuerspalt in der Versorgungsleitung des Kraftzylinders 12 vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt.
Der Ausgleichsschieber 116 hat zwei Kolbenflächen 83 und 300, die dem Druck vor dem von dem Schieber 116 erzeugten Steuerspalt ausgesetzt sind, eine Kolbenfläche 84, auf die der vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt herrschende Druck wirkt, und eine Kolbenfläche 85, die mit dem in einer Kammer 86 herrschenden Druck beaufschlagt ist, welche sich auf der linken Seite des Ausgleichsschiebers 116 befindet.
Die Kolbenflächen 83 und 300 sind entgegengesetzt und haben dieselbe Größe. Der Ausgleichsschieber 116 reagiert deshalb nicht auf den Druck vor dem von ihm erzeugten Steuerspalt.
Die Kolbenflächen 84 und 85 weisen nach links. Da der Ausgleichsschieber 116 den von ihm erzeugten Steuerspalt schließt, wenn er sich von links nach rechts bewegt und umgekehrt, drängen die auf die Flächen 84 und 85 wirkenden Drücke den Ausgleichsschieber 116 in Schließrichtung. Eine Feder 87 ist in der Kammer 86 zwischen deren links gelegenen Boden und der Kolbenfläche 85 vorgesehen, wodurch der Ausgleichsschieber 116 auch durch eine im wesentlichen konstante Kraft in Schließrichtung gedrängt wird. Um diese Kraft einzustellen, ist eine Schraube 88 vorgesehen, die den Boden der Kammer 86 bildet.
Die Fläche 84 ist mit dem vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt herrschenden Druck beaufschlagt, weil sie sich in einer Kammer 91 befindet, die über einen Kanal 92 mit der Kammer 27 in Verbindung steht.
Der Ausgleichsschieber 116 ist mit einer radialen Bohrung 93 versehen, die mit einer axialen Sackbohrung 94 in Verbindung steht, welche an einem Sitz mündet, der durch eine Kugel 95 verschlossen oder freigegeben werden kann, deren Rückstellfeder 96 in einer Kammer 98 eingespannt ist, welche über einer axiale Öffnung 100 in die Kammer 86 mündet.
Diese wiederum ist durch einen Kanal 101 mit einer Leitung 102 verbunden, die an ihrem einen Ende geschlossen ist und am anderen Ende über eine Drosselstelle 104 in den Pumpensumpf des Druckfluiderzeugers mündet, wobei die Leitung 102 allen Verteilern gemeinsam ist, die daran mit ihrer der Kammer 86 entsprechenden Kammer angeschlossen sind.
Man sieht in Fig. 4, daß bei jedem Verteiler 170 und 170' die gemeinsame Leitung 102 über ein Rückschlagventil, dessen Kugel 95 das Absperrorgan bildet, vor dem durch den Steuerschieber 3 erzeugten Steuerspalt angeschlossen ist, wobei das Rückschlagventil zur Leitung 102 hin durchlässig ist. In dieser herrscht demnach der höchste der vor den durch die Steuerschieber 3 bzw. 3' erzeugten Steuerspalten herrschenden Drücke, wobei die Drosselstelle 104 eine Entspannung der Leitung 102 bewirkt, die eine ständige Anpassung derselben an das Maximum der vor den Steuerschiebern 3 und 3' herrschenden Drücke gestattet. Es ist somit dieser letztgenannte Druck, der in der Kammer 86 und in der entsprechenden Kammer des Verteilers 70' herrscht.
Es ist ebenfalls dieser letztgenannte Druck, der in der Kammer 308 herrscht, weil diese hier an die Leitung 102 angeschlossen ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Fläche 84 dieselbe Größe wie die Fläche 301, d.h. S&sub2;, und die Fläche 85 hat dieselbe Größe wie die Fläche 302, d.h. S&sub1;.
Unter Berücksichtigung der Lage und Größe der Flächen 84 und 85 hat man in der Tat die Wirkung des Drucks des Lastsignals (load-sensing) ersetzt durch den größten der vor den durch die Steuerschieber in den jeweiligen Verteilern erzeugten Steuerspalten herrschenden Drücke, der mit MAK(Pi) bezeichnet wird.
Unter der Bedingung, daß P1s durch MAX(Pi) ersetzt wird, lassen sich die obengenannten Gleichungen auf die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Variante anwenden.
Man wird bemerken, daß es im Gegensatz zum Verteiler 70 in dem Verteiler 170 zwischen den Kammern 15 und 27 kein Rückschlagventil gibt.
In der Tat ist man sicher, daß im Ruhezustand, wenn sich alle Steuerschieber 3 in der Neutralstellung befinden, alle Ausgleichsschieber 116 die gezeigte geschlossene Stellung einnehmen: wenn man dieselben Bezeichnungen wie oben beibehält und mit P den Auslaßdruck der Druckfluidquelle bezeichnet und beachtet, daß Pp höchstens gleich P ist und im Ruhezustand in allen Verteilern Pi = P ist, selbst wenn der Ausgleichsschieber 116 geschlossen ist unter Berücksichtigung der leichten Leckagen zwischen seiner Anström- und Abströmseite, die unvermeidbar sind, sieht man, daß der Ausgleichsschieber 116 in Schließrichtung gedrängt wird durch:
F + P S&sub1; + P S&sub2;
und in der Öffnungrichtung durch:
P S&sub1;.
Da F + P S&sub2; stets positiv ist, ist man sicher, daß die in Schließrichtung wirkenden Kräfte immer größer sind als die in Öffnungsrichtung wirkenden Kräfte.
Während des Betriebs bleibt bei jeder der gezeigten Steuereinheiten in dem Fall, wo der Gesamtbedarf der Verbraucher 12 und 12' an Druckfluid die Fördermenge, welche die Druckfluidquelle 71 zu liefern in der Lage ist, übersteigt, das Verhältnis der Geschwindigkeiten zwischen den Verbrauchern erhalten, weil bei übermäßigem Bedarf an Druckfluid die Kammer 307 nicht mit einem ausreichenden Druck versorgt wird, um FIS zu P1s oder MAX(Pi) hinzuzufügen, sondern nur ein niedrigerer Wert hinzugefügt wird, der umso kleiner ist, je größer das Übermaß der Anforderung an Druckfluid ist.
Die Größen S&sub1;, S&sub2; und F sind insbesondere in Abhhängigkeit der folgenden Forderungen ausgewählt:
- der Ausgleichsschieber 16 oder 116 soll bei normalem Betrieb, wo Pp - MAX(Pi) oder Pp - P1s = a ist, einen Wert b zu Pi - PUi derart gewährleisten, daß:
- der Ausgleichsschieber 16 oder 116 soll sich bei einem bestimmten Kleinstwert c von Pp - MAX (Pi) oder von Pp - P1s schließen, bis zu dem man annimmt, daß die Überlastung zu groß ist, um das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den Verbrauchern aufrecht erhalten zu können, derart daß:
S&sub1; c = F.
Es ist in Abhängigkeit der Umstände möglich, einen anderen Regeldruck als MAX(Pi) oder den Druck des abgefühlten Lastsignals zu wählen. Bei diesen Varianten bleibt der Vorteil der Verwendung eines Hilfsventils erhalten.
Ganz allgemein lassen sich zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele vornehmen. In dieser Hinsicht sei daran erinnert, daß die Erfindung nicht aufletztere beschränkt ist.

Claims

1. Steuereinheit für eine Mehrzahl von hydraulischen Verbrauchern (12, 12'), durch welche hindurch die Verbraucher von derselben Druckfluidquelle (71) aus versorgt werden, indem jeder über einen Proportionalverteiler angeschlossen ist, mit

- einem Steuerschieber (3), dessen Stellung den Querschnitt eines ersten Steuerspalts bestimmt,

- einem Ausgleichsschieber zur Regulierung der Differenz zwischen den Drücken vor und hinter dem ersten Steuerspalt durch Bereitstellung eines zweiten Steuerspalts mit geeignetem Querschnitt in Strömungsrichtung vor dem ersten Steuerspalt, und

- Betätigungsmitteln für den Ausgleichsschieber, um ihn automatisch eine Stellung einnehmen zu lassen, in der er den zweiten Steuerspalt mit geeignetem Querschnitt bereitstellt in Abhängigkeit von:

dem Druck hinter dem ersten Steuerspalt und einem ersten Druck, die in Öffnungsrichtung wirken, sowie dem Druck vor dem ersten Steuerspalt und einem zweiten Druck, die in Schließrichtung wirken;

wobei die Steuereinheit zusätzlich ein Hilfsventil aufweist, das durch die Druckfluidquelle (71) versorgt wird und einen Druck erzeugt, welcher einen solchen ersten Druck darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß

- jeder zweite Druck ein Regeldruck ist, der von den Belastungsbedingungen der hydraulischen Verbraucher abhängt;

- jeder erste Druck durch ein solches Hilfsventil (303) erzeugt ist;

- jedes solches Hilfsventil, ausgehend von seiner Versorgung und dem Regeldruck, mit dem es direkt beaufschlagt ist, einen Druck erzeugt, der normalerweise gleich ist dem um eine Konstante erhöhten Regeldruck;

- in jedem Proportionalverteiler (70, 70', 170, 170') die Betätigungsmittel des Ausgleichsschiebers so ausgebildet sind, daß er auch durch eine im wesentlichen konstante Kraft in Schließrichtung belastet ist.

2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Proportionalverteiler die Betätigungsmittel für den Ausgleichsschieber auf diesem eine erste, mit dem Druck hinter dem ersten Steuerspalt beaufschlagte erste Steuerfläche (301), eine zweite, mit dem vom Hilfsventil erzeugten Druck beaufschlagte Steuerfläche (302), eine dritte, mit dem Druck vor dem ersten Steuerspalt beaufschlagte Steuerfläche (84, 112) und eine vierte, mit dem Regeldruck beaufschlagte Steuerfläche (85, 123) aufweisen, wobei die erste und die zweite Steuerfläche (301, 302) entgegengesetzt gerichtet sind zur dritten und vierten Steuerfläche (84, 85; 112, 123), sowie eine den Ausgleichsschieber (16, 116) in Schließrichtung belastende Feder (87, 125).

3. Steuereinheit nach einem der Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die dritte Steuerfläche (301, 84; 301, 112) des Ausgleichsschiebers (16, 116) gleich bemessen sind, und daß die zweite und die vierte Steuerfläche (302, 85; 302, 123) des Ausgleichsschiebers dieselbe Größe haben.

4. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (303) aufweist:

- eine an die Druckfluidquelle (71) angeschlossene Versorgungskammer (307),

- eine Regelkammer (308), in welcher der Regeldruck herrscht,

- eine Auslaßkammer (309), in der der erzeugte Druck herrscht,

- einen Schieber (310), dessen Stellung den Querschnitt eines Steuerspalts zwischen der Versorgungskammer (307) und der Auslaßkammer (309) bestimmt und der eine erste, derart in der Regelkammer (308) gelegene Steuerfläche aufweist, daß der Regeldruck in Öffnungsrichtung wirkt, sowie eine zweite, derart in der Auslaßkammer (309) gelegene Steuerfläche (315) hat, daß der erzeugte Druck in Schließrichtung wirkt, und

- eine Feder (312), die in Öffnungsrichtung auf den Schieber (310) wirkt.

5. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalverteiler in mehrere aus einem oder mehreren benachbarten Verteilern bestehende Gruppen aufgeteilt sind, welche mit Abstand zueinander angeordnet sind, und daß sie für jede Gruppe ein dieser benachbart angeordnetes Hilfsventil aufweist.

6. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Lastabfühlung ("load-sensing") genannte Lasterkennungsmittel (73, 74, 99, 99') für den Druck des am stärksten belasteten Verbrauchers aufweist und der Regeldruck der Druck der Lastabfühlung ist.

7. Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasterkennungsmittel für jeden Proportionalverteiler eine Leitung aufweisen, welche die Leitung hinter dem ersten Steuerspalt mit einem Auswahlschalter (99, 99') zur Auswahl eines Schaltkreises verbindet, und daß im Falle von mehreren Schaltkreis-Auswahlschaltern diese kaskadenartig angeordnet sind.

8. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (95, 95', 102, 104) zum Erkennen des höchsten der vor dem ersten Steuerspalt in den jeweiligen Proportionalverteilern (170, 170') herrschenden Drücke aufweist und daß der Regeldruck der höchste so erkannte Druck ist.

9. Steuereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalverteiler (170, 170') ohne Rückschlagventile zwischen dem zweiten und dem ersten Steuerspalt ausgebildet sind.

10. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erkennen des höchsten der vor den jeweiligen ersten Steuerspalten herrschenden Drücke eine gemeinsame, an einem ersten Ende geschlossene Leitung (102), die am anderen Ende über eine Drosselstelle (104) in das Druckfluidreservoir mündet, und für jeden Proportionalverteiler ein Rückschlagventil (95) aufweisen, welches von der Zuleitung zum ersten Steuerspalt aus zu der gemeinsamen Leitung hin zu öffnen ist.