EP0564939A1 - Hydraulische Steuereinrichtung für mehrere Verbraucher - Google Patents
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- F15B2211/7053—Double-acting output members
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- F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
- F15B2211/71—Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders
- F15B2211/7114—Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders with direct connection between the chambers of different actuators
Definitions
- the invention relates to a hydraulic control device according to the preamble of claim 1.
- the pressure regulator of the pump is set to a value which corresponds to the maximum permissible consumer pressure. If, for example, the consumer, such as the tilt cylinder or lift cylinder of a loader, is driven as far as it will go and held in this position, the pump swivels back so far and thus reduces its delivery volume to such an extent that the maximum value of the pressure set on the pressure regulator is maintained. Regardless of whether such a high pressure is required for the consumer or not in this operating state.
- the invention has therefore set itself the task of developing the known hydraulic control device according to the preamble of claim 1 in such a way that only the pump pressure occurs during operation of the hydraulic device, which is necessary for the function of the consumers at the time of their operation.
- This is achieved with the characterizing features of claim 1.
- Characterized in that the pressure setting of the pressure regulator for the pump from the control position of the control valve for the consumer with the greatest load is carried out with the actuation of the control valves at the same time a corresponding setting of the pressure regulator, which is required to actuate the consumer.
- the control valve for the largest load must therefore be moved in the opening direction until the pressure control device ensures a pressure build-up corresponding to the load by the pump.
- the speed of this consumer is therefore not determined by the released opening cross section of the assigned control valve, but by the setting of the pressure control device for the variable displacement pump, which is dependent on the setting of the opening cross section of the assigned control valve. If the control slide is in its initial position, the pressure control device also receives no control signal is supplied to the pump. In this operating state, the pressure regulator is only acted on by the low force of the largely relaxed control spring. The pump thus operates at the minimum delivery rate that arises against the pressure specified by the low preload of the control spring. This ensures particularly economical operation of the hydraulic system.
- Figure 1 which shows a circuit diagram of a hydraulic control device for a loader, denotes 1 an adjustable pump with actuating cylinder 2.
- 4 denotes the pressure regulator and 3 the delivery flow regulator.
- the pressure line 5 of the pump leads to the inlet 6 of a control block 7 with three control pistons 8, 9, and 10, which, with corresponding recesses in the control block, serve directional valves for actuating the working cylinders 11, 12 for the shovel or boom, not shown.
- the control pistons 8, 9 and 10 are connected to the connections 1 to 5 of a pilot control block 18 via control lines 13, 14, 15, 16 and 17.
- the pilot control block has four manually operated pressure regulating valves 20, 21, 22 and 23.
- a switching valve 24 which directs the control pressure set on the pressure control valve 20 up to a certain size via the control line 16 to the one control surface of the control piston 9.
- the switching valve 24 shifts in the direction of its switching position a and interrupts the connection of the pressure control valve 20 to the control piston 9 via the control line 16. This is connected to the tank in this switching position of the switching valve 24.
- the control line 17, which is connected to the one control side of the control piston 10, is used to move the control piston from the closed position shown into the floating position, in which the the work lines 30, 31 carrying the lift cylinders 12 are connected to one another and the lift cylinders can thus move freely.
- a control line section 16a leads to a switching valve 35 which, in the switching position a, ie when the pressure is applied via the pressure control valve 20 and thus also when the control piston 9 is pressurized in the "lowering" direction, the pressure line 37 of the control oil pump 38 with the control chamber 39 of a preload valve 40, which is located in the tank line 41, is subjected to control pressure.
- control lines 13, 14, 15, 16 are operatively coupled to one another via shuttle valves 45, 46 and 47, such that the control pressure acting in the output control line 48 of the shuttle valve 47 is the highest control pressure at the pressure control valves 20, 21, 22 and 23 is set, is effective.
- This control pressure acts on the biasing piston 50 for the control spring 51 of the pressure regulator 4 via the control line 48 and preloads the control spring 51 accordingly.
- the highest control pressure for actuating the control pistons 8, 9 is thus a measure of the pressure setting of the pressure regulator 4. If one or the other of the working cylinders 11 or 12 or both are to assume a certain working position, the pressure control valves in question will become so high Control pressure specified that such a pressure can build up in the pump line 5, which brings about a corresponding working movement of the working cylinder, the control piston simultaneously Move 8 and / or 9 to corresponding tax positions.
- the control piston 10 does not take part in the pressure regulation of the pump, since this is only intended to bring about a floating position.
- the control surface of the biasing piston 50 acted upon by the control pressure is larger than the opposite control surface formed by the control piston 4a of the pressure regulator 4 and acted upon by the pump pressure. Since the forces acting on the control piston 4a result from the product of the effective pressurized area and the respective control pressure, a relatively high pump pressure can be regulated via the biasing piston with a large pressure-effective area.
- the ratio of the control surface of the control piston of the pressure regulator acted upon by the pump pressure to the effective control surface of the preload piston 50 is, for example, in the order of magnitude of 1 to 8 to 20. 30 bar a pressure setting of the pump in the order of magnitude up to max. Achieve 300 bar. Depending on the application, a different area ratio may also be appropriate. If high pressure is selected for control, the area ratio can also be 1: 1.
- the exemplary embodiment according to Figure 2 differs from the exemplary embodiment according to Figure 1 only in that the highest control pressure prevailing in the control line 48 is not the pressure regulator 4 but a pressure limiting valve 60 for its respective pressure setting for the pressure regulator via the throttle 61 and the control line 62 4 acting control fluid branched from the pressure line 5 of the pump is supplied.
- the standard pressure regulator of the pump can be retained. It is only necessary that the pressure relief valve be equipped with an appropriate pressure ratio.
- the exemplary embodiment according to Figure 3 corresponds to the exemplary embodiment according to Figure 2, wherein instead of hydraulic control means, electrical control means 70, 71 in the form of electrical signals generating control transmitters 70 and electrical actuating magnets for the control valves 8, 9 and the pressure relief valve 60 are provided. So this is an electrical solution.
- control pressure for the pressure regulator is formed as throttles that can be changed with the control piston stroke in the flow cross-section by forming the interacting control edges of the control of the delivery liquid circulation of the control valves 8, 9, 10 combined to form a control block SB.
- the control liquid is removed from the pressure line 5 of the pump via a throttle 61 and returned to the tank via the circulation channel 66.
- the throttle 61 in the starting position of the directional control valves limits the maximum delivery rate to be returned from the pump to the tank via the circulation channel 66 in the control block.
- the highest control pressure also determines the most deflected control piston with this control pressure generation.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei diesen bekannten Steuereinrichtungen wird der Druckregler der Pumpe auf einen Wert eingestellt, der dem maximalen zulässigen Verbraucherdruck entspricht. Wird beispielsweise der Verbraucher wie Tiltzylinder oder Liftzylinder eines Laders bis zum Anschlag gefahren und in dieser Lage gehalten, schwenkt die Pumpe soweit zurück und verringert damit ihre Fördermenge soweit, daß gerade der maximale am Druckregler eingestellte Wert des Druckes aufrechterhalten bleibt. Unabhängig davon, ob in diesem Betriebszustand für den Verbraucher ein so hoher Druck erforderlich ist oder nicht.
- Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die bekannte hydraulische Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend weiterzubilden, daß während des Betriebs der Hydraulikeinrichtung jeweils nur der Pumpendruck auftritt, der für die Funktion der Verbraucher zum Zeitpunkt ihres Betriebs erforderlich ist. Dies wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erzielt. Dadurch, daß die Druckeinstellung des Druckreglers für die Pumpe von der Steuerlage des Steuerventils für den Verbraucher mit der größten Last erfolgt, wird mit der Betätigung der Steuerventile gleichzeitig eine entsprechende Einstellung des Druckreglers vorgenommen, die zur Betätigung der Verbraucher erforderlich ist. Das Steuerventil für die größte Last muß also soweit in Öffnungsrichtung verschoben werden, bis die Druckregeleinrichtung einen der Last entsprechenden Druckaufbau durch die Pumpe gewährleistet. Die Geschwindigkeit dieses Verbrauchers wird also nicht vom freigegebenen Öffnungsquerschnitt des zugeordneten Steuerventils, sondern durch die Einstellung der von der Einstellung des Öffnungsquerschnitts des zugeordneten Steuerventils abhängigen Druckregeleinrichtung für die Verstellpumpe festgelegt. Befinden sich die Steuerschieber in ihrer Ausgangsstellung erhält auch die Druckregeleinrichtung der Pumpe kein Steuersignal zugeführt. Der Druckregler ist in diesem Betriebszustand nur von der geringen Kraft der weitgehend entspannten Regelfeder beaufschlagt. Die Pumpe arbeitet somit bei der sich hierbei einstellenden minimalen Fördermenge gegen den von der geringen Vorspannung der Regelfeder vorgegebenen Druck. Damit wird ein besonders wirtschaftlicher Betrieb der Hydraulikanlage sichergestellt.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.
- Die ein Schaltschema einer hydraulischen Steuereinrichtung für einen Lader zeigende Abbildung 1 bezeichnet mit 1 eine verstellbare Pumpe mit Stellzylinder 2. 4 bezeichnet den Druckregler und 3 den Förderstromregler. Die Druckleitung 5 der Pumpe führt zum Einlaß 6 eines Steuerblocks 7 mit drei Steuerkolben 8, 9, und 10, die mit entsprechenden Ausnehmungen im Steuerblock Wegeventile zum Ansteuern der Arbeitszylinder 11, 12 für die nicht dargestellte Schaufel bzw. Ausleger dienen. Die Steuerkolben 8, 9, und 10 stehen über Steuerleitungen 13, 14, 15, 16 und 17 mit den Anschlüssen 1 bis 5 eines Vorsteuerblocks 18 in Verbindung. Der Vorsteuerblock weist vier von Hand zu betätigende Druckregelventile 20, 21, 22 und 23 auf. Ferner ein Schaltventil 24, das den am Druckregelventil 20 eingestellten Steuerdruck bis zu einer bestimmten Größe über die Steuerleitung 16 an die eine Steuerfläche des Steuerkolbens 9 leitet. Bei Überschreiten des an der Feder einzustellenden Schaltdrucks verschiebt sich das Schaltventil 24 in Richtung seiner Schaltstellung a und unterbricht die Verbindung des Druckregelventils 20 zum Steuerkolben 9 über die Steuerleitung 16. Diese wird in dieser Schaltstellung des Schaltventils 24 mit dem Tank verbunden. Bei weiterem Anstieg des am Druckregelventil 20 einzustellenden Steuerdrucks wird über die Steuerleitung 17, die mit der einen Steuerseite des Steuerkolbens 10 in Verbindung steht, diese aus der gezeigten Schließstellung in die Schwimmstellung verschoben, in der die zu den Liftzylindern 12 führenden Arbeitsleitungen 30, 31 miteinander verbunden sind und sich damit die Liftzylinder frei bewegen können. Die Arbeitsbewegungen der Liftzylinder werden mit Hilfe des Steuerkolbens 9 gesteuert, der über die Arbeisleitungen 32, 33 mit den Arbeitsleitungen 30, 31 verbunden ist und damit zu den betreffenden Zylinderräumen 34, 35 der Liftzylinder Direktverbindung aufweist. Von der Steuerleitung 16 führt ein Steuerleitungsabschnitt 16a zu einem Schaltventil 35, das in der Schaltstellung a also bei Druckbeaufschlagung über das Druckregelventil 20 und damit auch bei Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens 9 in Richtung "Senken" die Druckleitung 37 der Steuerölpumpe 38 mit dem Steuerraum 39 eines Vorspannventils 40, das sich in der Tankleitung 41 befindet, mit Steuerdruck beaufschlagt. Damit wird sichergestellt, daß beim Senken der Liftzylinder die aus den Zylinderräumen 34 austretende Arbeitsflüssigkeit unter einem entsprechend hohen Druck gehalten wird, der bei in den kolbenstangenseitigen Zylinderräumen 35 sich einstellenden Unterdruck ein Nachströmen von Arbeitsflüssigkeit über das Rückschlagventil 43 von der Tankleitung 41 in den mit der Arbeitsleitung 32 verbundenen Leitungsabschnitt 32a und von dort zu den kolbenstangenseitigen Zylinderräumen 35 gewährleistet. Die Steuerleitungen 13, 14, 15, 16 sind untereinander über Wechselventile 45, 46 und 47 wirkungsmäßig miteinander gekoppelt, derart, daß der in der Ausgangssteuerleitung 48 des Wechselventils 47 wirkende Steuerdruck dem jeweils höchsten Steuerdruck, der an den Druckregelventilen 20, 21, 22 und 23 eingestellt ist, wirksam ist. Dieser Steuerdruck beaufschlagt über die Steuerleitung 48 den Vorspannkolben 50 für die Regelfeder 51 des Druckreglers 4 und spannt die Regelfeder 51 entsprechend vor. Der jeweils höchste Steuerdruck zur Betätigung der Steuerkolben 8, 9 ist somit ein Maß für die Druckeinstellung des Druckreglers 4. Soll also der eine oder andere Arbeitszylinder 11 bzw. 12 bzw. beide gemeinsam eine bestimmte Arbeitsstellung einnehmen, wird an den betreffenden Druckregelventilen ein so hoher Steuerdruck vorgegeben, daß sich in der Pumpenleitung 5 ein solcher Druck aufbauen kann, der eine entsprechende Arbeitsbewegung der Arbeitszylinder herbeiführt, wobei sich gleichzeitig die Steuerkolben 8 und/oder 9 in entsprechende Steuerlagen verschieben. Der Steuerkolben 10 nimmt an der Druckregelung der Pumpe nicht teil, da dieser lediglich eine Schwimmstellung herbeiführen soll. Diese ersetzt letztlich eine vierte Schaltstellung des Steuerventils 9 für die Liftzylinder 12. Die vom Steuerdruck beaufschlagte Steuerfläche des Vorspannkolbens 50 ist größer als die gegenüberliegende vom Regelkolben 4a des Druckreglers 4 gebildete vom Pumpendruck beaufschlagte Steuerfläche. Da die am Regelkolben 4a angreifenden Kräfte sich aus dem Produkt aus wirksamer druckbeaufschlagter Fläche und dem jeweiligen Steuerdruck ergeben, kann über den Vorspannkolben mit großer druckwirksamer Fläche ein verhältnismäßig großer Pumpendruck geregelt werden. Das Verhältnis der vom Pumpendruck beaufschlagten Steuerfläche des Regelkolbens des Druckreglers verhält sich zur wirksamen Steuerfläche des Vorspannkolbens 50 beispielsweise in der Größenordnung von 1 zu 8 bis 20. Durch dieses Flächenverhältnis läßt sich mit Hilfe des von den Druckregelventilen einzustellenden Steuerdrucks von beispielsweise max. 30 bar eine Druckeinstellung der Pumpe in der Größenordnung bis max. 300 bar erzielen. Je nach Anwendungsfall kann auch ein anderes Flächenverhältnis zweckmäßig sein. Falls Hochdruck zur Ansteuerung gewählt wird, kann das Flächenverhältnis auch bei 1:1 liegen.
- Das Ausführungsbeispiel nach Abbildung 2 unterscheidet sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Abbildung 1 lediglich dadurch, daß der in der Steuerleitung 48 herrschende höchste Steuerdruck nicht dem Druckregler 4, sondern einem Druckbegrenzungsventil 60 zu dessen jeweiliger Druckeinstellung für die über die Drossel 61 und die Steuerleitung 62 den Druckregler 4 beaufschlagende von der Druckleitung 5 der Pumpe abgezweigte Steuerflüssigkeit zugeführt wird. Bei dieser Anordnung kann der serienmäßig verwendete Druckregler der Pumpe beibehalten werden. Es ist lediglich erforderlich, daß das Druckbegrenzungsventil mit einer entsprechenden Druckübersetzung ausgestattet werden.
- Durch die Verwendung des serienmäßigen Druckreglers ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine druckabhängige Steuerung mit der erfindungsgemäßen Steuerung zusammenarbeiten kann. Das jeweils höchste Signal der beiden Steuerungen wird über ein Wechselventil dem Stromregler zugeführt. In Abbildung 4 ist dies schematisch dargestellt. Die druckabhängige Steuerung ist mit Load-Sensing bezeichnet, der Druckregler der Pumpe 1 mit DFR und das Wechselventil mit 65. Ansonsten entsprechen die Positionszahlen denen der Abbildung 2.
- Das Ausführungsbeispiel nach Abbildung 3 entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Abbildung 2, wobei anstelle hydraulischer Steuermittel elektrische Steuermittel 70, 71 in Form elektrischer Signale erzeugende Steuergeber 70 und elektrische Stellmagnete für die Steuerventile 8, 9 und dem Druckbegrenzungsventil 60 vorgesehen sind. Es handelt sich also hierbei um eine elektrische Lösung.
- In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Abbildung 5 wird der Steuerdruck für den Druckregler durch Ausbildung der miteinander zusammenwirkenden der den Förderflüssigkeitsumlauf steuernden Steuerkanten der zu einem Steuerblock SB vereinigten Steuerventile 8, 9, 10 als mit dem Steuerkolbenhub im Durchflußquerschnitt veränderbaren Drosseln. Je größer der Hub umso größer wird die Drosselwirkung der miteinander zusammenwirkenden Steuerkanten der Steuerventile und dementsprechend nimmt der Druck - in Durchflußrichtung gesehen - vor den Drosseln zu, wobei der höchste Druck ebenfalls von dem Steuerkolben mit dem größten Hub festgelegt wird. Die Steuerflüssigkeit wird wie bei den Ausführungsbeispielen 2 bis 4 über eine Drossel 61 von der Druckleitung 5 der Pumpe entnommen und über den Umlaufkanal 66 dem Tank zurückgeführt. Bei dieser Art der Steuerdruckerzeugung, die keine zusätzliche Ventileinrichtung zur Erzielung des Steuerdruckes erfordert, begrenzt die Drossel 61 in der Ausgangsstellung der Wegeventile die maximal von der Pumpe zum Tank zurückzuführende Fördermenge über den Umlaufkanal 66 im Steuerblock. Der höchste Steuerdruck bestimmt bei dieser Steuerdruckerzeugung ebenfalls der am meisten ausgelenkte Steuerkolben.
Claims (9)
- Hydraulische Steuereinrichtung zur unabhängigen Betätigung von wenigstens zwei Verbrauchern, wie Tiltzylinder und Liftzylinder von Ladern, wobei die Ansteuerung der Verbraucher von Steuerventilen mit in Steuerlagen einstellbaren Steuerkolben erfolgt und die Druckmittelquelle von einer verstellbaren Pumpe mit zugeordneter Druckregeleinrichtung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Steuerventile (8, 9) und die Einstellung der Druckregeleinrichtung (4) der Verstellpumpe (1) in Abhängigkeit zueinander stehen, wobei die Steuerlage des Steuerkolbens des Steuerventils, das den Verbraucher (11, 12) mit der größten Last steuert, ein Maß für die Einstellung der Druckregeleinrichtung für die Verstellpumpe ist.
- Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerung der Steuerkolben der Steuerventile mittels einstellbarem Steuerdruck in die jeweilige Steuerlage erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils höchste Steuerdruck (20, 21, 22, 23), mit dem eines der Steuerventile (8, 9) zu dessen Verstellung beaufschlagt ist, gleichzeitig ein Maß für die Druckeinstellung der Druckregeleinrichtung (3) für die Verstellpumpe (1) bildet.
- Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung von einem Druckregler (4) gebildet wird, der in Richtung kleinerer Fördermenge der Pumpe (1) vom Pumpendruck und in Richtung größerer Fördermenge vom jeweils höchsten Steuerdruck (20 bis 23) zum Ansteuern der Steuerventile (8, 9) beaufschlagt ist.
- Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Regelfeder (51) des Druckreglers (4) an einem Vorspannkolben (50) abstützt, der vom jeweils höchsten Steuerdruck zum Ansteuern der Steuerventile beaufschlagt ist und die Regelfeder von diesem Vorspannkolben entsprechend vorgespannt wird.
- Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagte Fläche des Vorspannkolbens größer oder gleich ist als die vom Pumpendruck beaufschlagte Fläche des Regelkolbens (4a) des Druckreglers (4).
- Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung als Druckregler (4) ausgebildet ist, dessen Druckeinstellung von einem hydraulischen Steuerdruck erfolgt, dessen Größe von einem Druckventil (60) festgelegt ist, dessen Einstellung abhängig ist von der Steuerlage des Steuerkolbens des Steuerventils (8, 9), das den Verbraucher (11, 12) mit der größen Last steuert.
- Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Druckventils (60) vom höchsten Steuerdruck zum Ansteuern der Steuerventile (8, 9) erfolgt und die Steuerflüssigkeit über eine Drossel (61) von der Druckseite (5) der Pumpe (1) abgenommen wird.
- Hydraulische Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, wobei die Ansteuerung der Steuerkolben durch elektrische Steuermittel (70, 71) erfolgt, wobei der höchste Steuerstrom gleichzeitig ein Maß für das ebenfalls durch elektrische Steuermittel einstellbare Druckventil (60) bildet.
- Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerventile als 6-Wegeventile mit Umlaufkanal ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung als Druckregler (4) ausgebildet ist, dessen Druckeinstellung vom Druck der Steuerflüssigkeit erfolgt, die über eine Drossel (61) von der Pumpenleitung (5) abgezweigt und über den von den Steuerventilen (8, 9, 10) anzudrosselnden Umlaufkanal (66) zurück zum Tank geleitet wird, wobei die Größe des Druckes das dem größten Hub ausgeführte Steuerventil und damit den kleinsten Drosselquerschnitt für die zum Tank zurückströmende Steuerflüssigkeit aufweist, festlegt.
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