Steueranordnung und Verfahren zur Ansteuerung von we-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> nigstens zwei hydraulischen Verbrauchern Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung zur Druckmittelversorgung wenigstens zweier hydraulischer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung derartiger Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.

Zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher werden häufig Hydrauliksysteme eingesetzt, bei denen die Verbraucher über eine Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden.

Zwischen der Verstellpumpe und jedem Verbraucher sind eine Zumessblende und eine Druckwaage vorgesehen, wobei letztere der Zumessblende vorgeschaltet (Stromreglerprinzip) oder nachgeschaltet (Stromteilerprinzip) sein können.

Aus der EP 0 566 449 Al ist eine nach dem Stromteilerprinzip arbeitende hydraulische Steueranordnung bekannt, die nach dem Load-Sensing (LS) Prinzip arbeitet. Bei derartigen LS-Systemen wird eine Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der betätigten hydraulischen Verbraucher jeweils so eingestellt, dass der Zulaufdruck um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt. Den beiden hydraulischen Verbrauchern fließt das Druckmittel über zwei verstellbare Zumessblenden zu, von denen die erste zwischen einer von der Verstellpumpe abgehenden Pumpenleitung und einem ersten hydraulischen Verbraucher und die zweite zwischen der Pumpenleitung und dem zweiten hydraulischen Verbraucher angeordnet ist. Durch die den <BR> <BR> <BR> Zumessblenden nachgeschalteten Druckwaagen

(Stromteilerprinzip) wird erreicht, dass bei ausreichend gelieferter Druckmittelmenge unabhängig von den Lastdrücken der hydraulischen Verbraucher eine bestimmte Druckdifferenz über die Zumessblenden besteht, so dass die einem hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge nur noch vom Öffnungsquerschnitt der jeweiligen Zumessblende abhängt. Wird diese weiter geöffnet, so muss mehr Druckmittelmenge über sie fließen, um die bestimmte Druckdifferenz zu erzeugen. Die Verstellpumpe wird dabei jeweils so verstellt, dass sie die benötigte Druckmittelmenge liefert. Man spricht deshalb auch von einer Bedarfsstromregelung.

Die den Zumessblenden nachgeschalteten Druckwaagen werden in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jewei- ligen Zumessblende und in Schließrichtung von einem in einem rückwärtigen Steuerraum anstehenden Steuerdruck beaufschlagt, der üblicherweise dem höchsten Lastdruck aller von derselben Hydropumpe versorgten hydraulischen Verbraucher entspricht. Wenn bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher die Zumess- blenden so weit aufgemacht werden, dass die von der bis zum Anschlag verstellten Hydropumpe gelieferte Druckmit- telmenge kleiner ist als die insgesamt geforderte Druck- mittelmenge, werden die den einzelnen hydraulischen Verbraucher zufließenden Druckmittelmengen unabhängig vom jeweiligen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher ver- hältnisgleich reduziert. Man spricht deshalb in diesem Fall von einer Steuerung mit lastunabhängiger Durchfluss- verteilung (LUDV-Steuerung) (Stromteilerprinzip). Weil bei einer derartigen LUDV-Steuerung auch der höchste Lastdruck abgegriffen und von der Druckmittelquelle ein um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Last- druck liegender Zulaufdruck erzeugt wird, ist eine LUDV- Steuerung praktisch ein Sonderfall einer Load-Sensing- Steuerung.

Für mehrere hydraulische Verbraucher, denen Druckmit- tel jeweils über eine Zumessblende mit vorgeschalteter Druckwaage zufließt (Stromreglerprinzip), die in Schließrichtung vom Druck vor der Zumessblende und in Öffnungsrichtung vom Lastdruck des jeweiligen hydraulischen Verbrauchers und von einer Druckfeder beaufschlagt ist, erhält man keine lastunabhängige Durchflussverteilung. Bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher und nicht ausreichend von der Verstellpumpe gelieferter Druckmittelmenge wird dabei nur die dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zufließende Druckmittelmenge reduziert.

Bei den vorbeschriebenen LS-Systemen wird die Verstellpumpe in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck derart angesteuert, dass sich in der Pumpenleitung ein Druck einstellt, der um eine zur Kraft einer Regelfeder eines Pumpen-Regelventils äquivalente Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt (sogenannte Ap-Steuerung der Verstellpumpe).

Eine gegenüber der eingangs genannten EP 0 566 449 AI verbesserte Lösung ist in der DE 199 04 616 AI beschrieben, jedoch auch bei diesem System wird die vorbeschriebene Ap-Steuerung eingesetzt. Der Nachteil dieser Steuerung besteht darin, dass durch die Notwendig- keit, den von der Pumpe gelieferten Druck jeweils um das vorbeschriebene Ap über den höchsten Lastdruck zu erhö- hen, erhebliche Systemverluste auftreten können, da diese Druckdifferenz im Bereich zwischen 20 bis 40 bar liegt.

Des weiteren zeigte es sich, daß die Ap-Steuerung eine gewisse Schwingungsanfälligkeit aufweist, die eine kontinuierliche Ansteuerung der Verbraucher erschwert.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- de, eine hydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung zumindest zweier Verbraucher sowie ein Verfahren zur Ansteuerung dieser Verbraucher derart weiterzubilden, dass die Energieverluste und die Schwingungsanfälligkeit verringert sind.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Steueranordnung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und hinsicht- lich des Verfahrens durch die Merkmale des nebengeordne- ten Patentanspruches 9 gelöst.

Erfindungsgemäß sind eine Verstellpumpe (Pumpe mit veränderbarer Fördermenge) und jedem Verbraucher vorgeschaltete einstellbare Zumessblenden-vorzugsweise elektrisch-proportional ansteuerbar, wobei die Ansteue- rung der Verstellpumpe in Abhängigkeit von für die Zumessblenden vorgegebenen Sollwerten erfolgt. D. h., im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen LS-Systemen wird die Verstellpumpe nicht in Abhängigkeit von einem dem höchsten Lastdruck entsprechenden Drucksignal verstellt, sondern in Abhängigkeit von Sollwerten, die von einer Bedienperson vorgegeben werden, um den Verbraucher beispielsweise mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen. Die Einstellung der Verstellpumpe erfolgt dann in Abhängigkeit von diesen Sollwerten so, dass sie sämtliche Verbraucher mit den voreingestellten Sollvolumenströmen versorgen kann. D. h., die Verstellpumpe muss auf einen Schwenkwinkel verstellt werden, bei dem sie gerade diesen angeforderten Verbraucher-Summenstrom liefert.

Ein derartiges System stellt im Prinzip eine Volumen- strom-Steuerung dar, bei der Volumenstromfehler durch volumetrische Verluste der Pumpe keine Rolle spielen, da der Bediener, wenn der Volumenstrom und damit die Ge-

schwindigkeit der Verbraucher zu gering ist, manuell nachregelt und die Volumenstromfehler somit ausgleicht.

Da die Ansteuerung der Verstellpumpe unabhängig vom höchsten Lastdruck als Volumenstromsteuerung erfolgt, hat das System eine wesentlich geringere Schwingungsanfälligkeit als die bekannten LS- Steueranordnungen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steueran- ordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei Einzelbetrieb eines Verbrauchers die Zumessblen- den außerhalb des Feinsteuerbereiches vollständig aufge- steuert werden können, wobei der Volumenstrom zum Ver- braucher von der Ansteuerung der Verstellpumpe bestimmt ist-die Drosselverluste an der Zumessblende sind dann minimal. Bei der Ansteuerung mehrerer Verbraucher können die Drosselverluste gemäß einer vorteilhaften Weiterbil- dung der Erfindung dadurch verringert werden, dass die Zumessblende desjenigen Verbrauchers, zu dem der höchste Druckmittelvolumenstrom strömt, d. h. der auf den höchsten Sollwert eingestellte Verbraucher, voll aufgesteuert wird und die Querschnitte der anderen Zumessblenden entsprechend dem Verhältnis der Druckmittelvolumenströme nachgeführt werden, so dass die Systemverluste gegenüber herkömmlichen Lösungen minimiert sind. Dieser Fall tritt allerdings nicht so häufig auf, da in der Regel ein Verbraucher mit maximaler Geschwindigkeit gefahren wird.

Die Ansteuerung der Verstellpumpe und der Zumessblen- den erfolgt über eine zentrale Steuereinrichtung, die vorzugsweise einen Datenspeicher hat, in dem Kennlinien der Verstellpumpe und der Zumessblenden gespeichert sind.

Die Verstellpumpe wird vorzugsweise mit einem Dreh- zahlsensor versehen, über den die aktuelle Pumpendrehzahl

erfassbar ist, so dass der Sollvolumenstrom einfach über die abgespeicherten Kennlinien einstellbar ist.

Die erfindungsgemäße Steueranordnung wird vorzugs- weise mit Nachsaugventilen ausgeführt, über die bei einer ziehenden Last Druckmittel in eine Niederdruckseite des Verbrauchers nachgesaugt werden kann. In diesem Fall wird bei der erfindungsgemäßen Lösung die Pumpe zurückge- stellt, so dass die Systemverluste gegenüber herkömmli- chen Lösungen weiter reduziert sind.

Die Erfassung der Sollwerte erfolgt vorzugsweise durch Auswertung der Einstellung eines Joy-Sticks oder Erfassung der Position der Regelkolben der Zumessblende.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schaltschemas erläutert.

Die Figur zeigt ein Schaltschema einer erfindungsge- mäßen hydraulischen Steueranordnung 1, die praktisch ein abgewandeltes LUDV-System darstellt.

Die erfindungsgemäße Steueranordnung hat eine Ver- stellpumpe 2, über die zwei oder mehrere Verbraucher 4,6 mit Druckmittel versorgbar sind. Die Ansteuerung der Verbraucher 4,6 erfolgt mittels eines Steuergerätes, beispielsweise eines Joysticks 8, über den Steuersignale an eine Steuereinrichtung 10 abgegeben werden. Diese Signale stellen praktisch einen Befehl dar, die Verbraucher mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen.

Der Ausgang der Verstellpumpe 2 ist an eine Pumpen- leitung 12 angeschlossen, die in zwei Zulaufleitungen 14, 16 verzweigt. In jeder Zulaufleitung 14,16 ist eine elektrisch proportional verstellbare Zumessblende 18 bzw.

20 angeordnet, der jeweils eine Druckwaage 22 bzw. 24 nachgeschaltet ist. Der Ausgang der beiden Druckwaagen 22,24 ist jeweils über eine Vorlaufleitung 26,28 mit dem Verbraucher verbunden. Im vorliegenden Fall sind die Verbraucher 4,6 Hydraulikzylinder, deren Zylinderräume an die Vorlaufleitung 26 bzw. 28 angeschlossen sind. In der Praxis werden die Zumessblenden 18,20 durch elektrisch oder hydraulisch proportional verstellbare Wegeventile ausgeführt. In dem vorliegenden Hydraulikschaubild sind der Einfachheit halber die die genannten Zylinderräume 30,32 mit dem Tank T verbindenden Rücklauf-und Ablaufleitungen weggelassen, deren Durchflussquerschnitte vorzugsweise ebenfalls über das jeweils die Zumessblende 18,20 ausbildende Proportionalventil auf-oder zugesteuert werden.

Die Druckwaagen 22,24 sind in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jeweiligen Zumessblende 18, 20 und in Schließrichtung von einem Druck beaufschlagt, der dem höchsten Lastdruck an den beiden Verbrauchern 4,6 ent- spricht. Dieser höchste Lastdruck wird über eine LS- Leitung 34 und ein Wechselventil 36 von derjenigen Vor- laufleitung 26, 28 abgegriffen, an der der höchste Lastdruck anliegt.

Die Ansteuerung der beiden Zumessblenden 18,20 er- folgt über die Steuereinrichtung 10 in Abhängigkeit von dem am Joystick 8 eingestellten Steuersignal (Sollwert).

Wie eingangs beschrieben, sind bei einem derartigen System die Drücke hinter den beiden Zumessblenden 18, 20 gleich und die Größe der Volumenströme zu den Verbau-

chern 4,6 verhalten sich wie die Öffnungsquerschnitte der beiden Zumessblenden (18, 20). Über die nachgeschaltete Druckwaage 22,24 wird der nach den Zumessblenden 18,20 anliegende Druck auf den jeweils anliegenden Lastdruck abgedrosselt.

Die Verstellpumpe 2 ist beim dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel mit einem Drucksensor zur Erfassung des Pumpendruckes, einem Drehzahlsensor zur Erfassung der Pumpendrehzahl und einem Schwenkwinkelsensor zur Erfas- sung des Pumpenschwenkwinkels ausgeführt. Im Datenspeicher der Steuereinrichtung sind des weiteren die Kennlinien der Verstellpumpe 2 und der beiden proportional verstellbaren Zumessblenden 18,20 abgelegt, so dass mit Hilfe aller oder einiger der vorgenannten Sensoren und der Kennlinien eine äußerst exakte Volumenstromsteuerung über die Verstellpumpe 2 möglich ist. Die Funktion der erfindungsgemäßen Steueranordnung ist wie folgt : Zur Betätigung der beiden Verbraucher 4,6 werden durch den Bediener über einen oder mehrere Joysticks 8 Steuersignale erzeugt, die an die Steuereinrichtung 10 abgegeben werden. Zur entsprechenden Ansteuerung der Verbraucher 4,6 muss die Verstellpumpe 2 einen bestimmten Druckmittelvolumenstrom bereitstellen, der der Summe der über den Joystick 8 eingestellten Soll- Volumenströme entspricht. D. h., die Verstellpumpe 2 muss in Abhängigkeit von der Einstellung des Joysticks 8 auf einen Schwenkwinkel verstellt werden, bei dem dieser Summenvolumenstrom geliefert wird. Die entsprechende Einstellung der Verstellpumpe 2 kann in Abhängigkeit von dem Sollwert auf einfache Weise durch Erfassung des aktuellen Pumpendruckes, der aktuellen Pumpendrehzahl und des eingestellten Schwenkwinkels über die Pumpenkennlinie erfolgen. D. h. erfindungsgemäß erhält der Pumpenregler

kein Drucksignal, das in der Regel dem höchsten Lastdruck entspricht, sondern die Ansteuerung der Verstellpumpe erfolgt allein in Abhängigkeit von den über den Joystick eingestellten Sollwerten.

Durch diese Sollwerteinstellung über den Joystick 8 können Volumenstromfehler aufgrund volumetrischer Verlu- ste der Verstellpumpe 2 ausgeglichen werden, da der Bediener sofort über den Joystick 8 nachregelt, falls die Verbraucher 4,6 nicht mit der gewünschten Geschwindig- keit betätigt werden.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt darin, dass bei Parallelbetrieb der Verbraucher 4,6 über die Steuereinrichtung 10 derjenige Verbraucher 4,6 ermittelt wird, der mit dem größten Druckmittelvolumenstrom zu versorgen ist. Dies kann auf einfache Weise über die am Joystick 8 eingestellten Sollwerte erfolgen, so dass keinerlei weitere Sensoren erforderlich sind. Die Zumess- blende 18,20 dieses mit dem höchsten Druckmittelvolumen- strom zu versorgenden Verbrauchers 4,6 wird dann mittels der Steuereinrichtung 10 vollständig geöffnet und die Öffnungsquerschnitte der anderen Zumessblenden 20 bzw. 18 entsprechend nachgeführt, so dass die Systemverluste gegenüber herkömmlichen Lösungen minimiert sind. In dem Fall, in dem nur ein Verbraucher 4,6 angesteuert wird, kann die zugeordnete Zumessblende 18 bzw. 20 außerhalb des Feinsteuerbereiches voll geöffnet werden, um die Systemverluste zu minimieren. Der Druckmittelvolumenstrom zu dem Verbraucher wird dann alleine über die Verstell- pumpe gesteuert.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Er- findung sind die Zylinderräume 30,32 der Verbraucher 4, 6 jeweils über ein Nachsaugventil mit dem Tank T verbun- den, so dass im Fall einer ziehenden Last über diese

nicht dargestellten Nachsaugventile Druckmittel in die Zylinderräume 30,32 (Niederdruckseite) nachgesaugt werden kann. Dieser Druck in der Niederdruckseite wird erfasst und über die Steuereinrichtung 10 ein Steuersignal an die Verstellpumpe 2 abgegeben, so dass der Schwenkwinkel der Verstellpumpe 2 zurückgefahren wird und kein Druckmittel über die Pumpe gefördert wird. Mit dieser Schaltung können die Verluste im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen weiter minimiert werden.

Im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Sollwerte über einen Joystick 8 vorgegeben. Bei Propor- tionalventilen mit Schieberwegmessung kann der Sollvolu- menstrom auch aus dem Weg des Ventilschiebers der Zumess- blende 18,20 ermittelt werden, d. h., in diesem Fall wird nicht das am Joystick 8 eingestellte Signal direkt, son- dern der sich aufgrund dieses Signals am Ventilschieber der Zumessblenden 18, 20 einstellende Ist-Wert verwendet.

Da bei dem erfindungsgemäßen System eine Volumen- stromsteuerung über die Verstellpumpe 2 erfolgt, ist die Schwingungsanfälligkeit wesentlich geringer als bei den bisher bekannten Lösungen. Durch den Wegfall der LS- Meldeleitungen zum Regelventil lässt sich der Schaltungs- technische Aufwand gegenüber den eingangs beschriebenen Ap-Systemen minimieren.

Die Verstellpumpe kann wie vorbeschrieben so ausgeführt sein, dass das geometrische Verdrängungsvolumen einstellbar ist, es können jedoch auch Konstant-oder Verstellpumpen mit drehzahlveränderlichem Antrieb eingesetzt werden.

Offenbart sind eine Steueranordnung zur Ansteuerung von zumindest zwei hydraulischen Verbrauchern und ein Verfahren zur Ansteuerung dieser Verbraucher. Diese

werden über eine Pumpe mit Druckmittel versorgt, wobei zwischen den Verbrauchern und der Pumpe jeweils eine Zumessblende und eine nachgeschaltete Druckwaage vorgesehen sind. Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung der Pumpe in Abhängigkeit von den Sollwerten, auf die die Zumessblenden eingestellt sind.

Bezugszeichenliste : 1 Steueranordnung 2 Verstellpumpe 4 Verbraucher 6 Verbraucher 8 Joystick 10 Steuereinrichtung 12 Pumpenleitung 14 Zulaufleitung 16 Zulaufleitung 18 Zumessblende 20 Zumessblende 22 Druckwaage 24 Druckwaage 26 Vorlaufleitung 28 Vorlaufleitung 30 Zylinderraum 32 Zylinderraum 34 LS-Leitung 36 Wechselventil