EP2092200B1

EP2092200B1 - Hydraulisches zweikreissystem und zusammenschaltventilanordnunq

Info

Publication number: EP2092200B1
Application number: EP07802290A
Authority: EP
Inventors: Thomas Weickert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: DE102006053897A1; JP2010509552A; CN101542133B; US8347617B2; WO2008058584A1; EP2092200A1; JP5156754B2; US20100037603A1; WO2008058584A8; KR101432564B1; KR20090108587A; CN101542133A; ATE532968T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammenschaltventilanordnung für ein hydraulisches Zweikreissystem zur Ansteuerung von Verbrauchern eines mobilen Gerätes, insbesondere eines Raupengerätes gemäss dem Patentanspruch 1, und ein Zweikreissystem mit einer derartigen zusammenschaltventilanordnung.
In der US 6,170,261 B1 ist ein hydraulisches Zweikreissystem eines mobilen Gerätes, beispielsweise eines Ketten- oder Raupengeräts offenbart. Bei derartigen Raupengeräten hat das Fahrwerk zwei Ketten, die jeweils über einen der hydraulischen Kreise getrennt voneinander ansteuerbar sind. An die beiden hydraulischen Kreise des Kettengerätes sind des Weiteren noch ein Drehwerk sowie Aggregate der Ausrüstung, wie beispielsweise der Ausleger, der Löffelstiel und der Löffel angeschlossen. Jeder der beiden hydraulischen Kreise wird von einer Verstellpumpe mit Druckmittel gespeist, die in Abhängigkeit vom jeweils höchsten Lastdruck der Verbraucher im jeweils zugeordneten Kreis angesteuert werden.
Für den Fall, dass neben den beiden Ketten noch zumindest ein Verbraucher der Ausrüstung betätigt werden soll, besteht die Möglichkeit, zur Vermeidung einer Druckmittelunterversorgung beide hydraulischen Kreise zusammenzuschalten. Bei der in der US 6,170,261 B1 offenbarten Lösung erfolgt diese Zusammenschaltung der beiden hydraulischen Kreise über ein Zusammenschaltventil, über das die mit den beiden Pumpen verbundenen Druckleitungen sowie die Lastdruckmeldeleitungen der beiden Kreise zusammengeschaltet werden. Die Ansteuerung des Zusammen schaltventils erfolgt in Abhängigkeit von der Druckmittelzufuhr zum zusätzlichen Verbraucher. Zusätzlich kann der Bediener manuell eingreifen und die beiden Kreise zusammenschalten.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass beispielsweise bei der Ansteuerung eines an den einen hydraulischen Kreis angeschlossenen Verbrauchers mit hohem Druckmittelbedarf und geringem Druck und bei Ansteuerung eines an den anderen Kreis angeschlossenen Verbrauchers mit geringem Mengenbedarf und hohem Druck beide Kreise über das Zusammenschaltventil verbunden werden, so dass der höhere Lastdruck des letztgenannten Kreises auch im erstgenannten Kreis anliegt. Aufgrund dieses höheren Lastdruckes wird die Pumpe des ersten Kreises hochgefahren, so dass beide Kreise auf das höhere Druckniveau angehoben werden. Der Druck im erstgenannt hydraulischen Kreis muss dann entsprechend wieder auf das erforderliche Druckniveau heruntergeregelt werden, was erhebliche Energieverluste zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei der Lösung gemäss der US 6,170,261 B1 ein erheblicher schaltungstechnischer Aufwand zum Abgreifen des Lastdrucks vom zusätzlichen Verbraucher und zur Ansteuerung des Zusammenschaltventils erforderlich ist.
In der DE 102 55 738 A1 der Anmelderin ist ein verbessertes Zweikreissystem gezeigt, bei dem eine Zusammenschaltventilanordnung mit zwei Druckwaagen ausgeführt ist, von denen jeweils eine einem der Kreise zugeordnet ist und über die in Abhängigkeit vom Lastdruck und vom Pumpendruck im zugeordneten Kreis die Verbindung zum anderen Kreis aufsteuerbar ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Zusammenschaltventilanordnung einen vergleichsweise komplexen Aufbau hat.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Zweikreissystem und eine dafür geeignete Zusammenschaltventilanordnung mit einfachem Aufbau zu schaffen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des hydraulischen Zweikreissystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 und hinsichtlich der Zusammenschaltventilanordnung durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die zum Summieren der Druckmittelvolumenströme eines Zweikreissystems erforderliche Zusammenschaltventilanordnung im Wesentlichen durch ein Zusammenschaltventil ausgebildet, das mit zumindest vier Steuerflächen ausgeführt ist, wobei zwei in einer Richtung wirkende Steuerflächen vom höchsten Lastdruck in einem ersten Kreis und vom Pumpendruck im zweiten Kreis und die in der anderen Richtung wirkenden Steuerflächen vom höchsten Lastdruck in diesem Kreis und vom Pumpendruck im erstgenannten Kreis beaufschlagt sind. In Abhängigkeit von der resultierenden Steuerdruckdifferenz können dann zum Summieren zwei Druckanschlüsse und ein dem ersten Kreis zugeordneter LS-Eingangsanschluß mit einem dem zweiten Kreis zugeordneten LS-Ausgangsanschluß verbunden werden, wodurch verhindert wird, dass ein im einen der Kreise wirkender höherer Lastdruck bei geringem Druckmittelbedarf in den anderen Kreis mit niedrigerem Lastdruck und hohem Druckmittelbedarf gemeldet wird. Es wird in beiden Kreisen lediglich der den tatsächlichen Anforderungen entsprechende Lastdruck zur jeweils zugeordneten Verstellpumpe gemeldet, so dass in dem Fall, in dem in einem der Kreise ein hoher Druck bei geringem Druckmittelbedarf anliegt, die Verstellpumpe dieses Kreises nicht hochgefahren wird und somit die Energieverluste gegenüber herkömmlichen Lösungen erheblich minimiert sind. Diese Lösung lässt es jedoch zu, dass in dem Fall, in dem in einem der Kreise ein hoher Druck bei hohem Druckmittelbedarf anliegt, dieser hohe Druck in den zweiten Kreis gemeldet wird, falls in diesem ein niedrigerer Lastdruck anliegt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Ventilkörper des Zusammenschaltventils über eine Zentrierfederanordnung in eine Sperrstellung vorgespannt.
Um zu verhindern, dass bei geöffnetem Zusammenschaltventil ein höherer Lastdruck von dem zugeschalteten Kreis in den anderen Kreis gemeldet wird, sind in den Lastdruckleitungen Rückschlagventile vorgesehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine LS-Leitung eines Kreises jeweils mit einem dem anderen Kreis zugeordneten LS-Ausgangsanschluß des Zusammenschaltventils verbunden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die vom Pumpendruck und dem Lastdruck beaufschlagten Steuerflächen des Ventilkörpers gleich groß ausgeführt.
Das Zusammenschaltventil ist besonders einfach aufgebaut, wenn der Pumpendruck und der Lastdruck eines Kreises jeweils auf eine einen Federraum begrenzende rückseitige Stirnfläche und der Pumpendruck und der Lastdruck des anderen Kreises auf Ringstimflächen des Ventilkörpers wirken.
Ein Ventilkörper des Zusammenschaltventils wird vorzugsweise mit einem mittigen Steuerbund ausgeführt, an dem zwei Steuerkanten zum Aufsteuem der Verbindung zwischen den beiden Druckanschlüssen ausgebildet sind. Der Ventilkörper hat desweiteren zwei aussenliegende LS-Steuerbunde, an denen jeweils eine Steuerkante zum Aufsteuern der Verbindung zwischen dem LS-Eingangsanschluß des einen Kreises und dem LS-Ausgangsanschluß des anderen Kreises ausgebildet ist. Die federraumseitigen Rückflächen der beiden Steuerbunde bilden dabei die oben genannten rückseitigen Stirnflächen aus.
Vorzugsweise ist jeweils zwischen dem mittigen Steuerbund und einem LS-Steuerbund ein weiterer Bund ausgebildet, an den die genannte Ringstimfläche angeordnet ist.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht es, den Ventilkörper symmetrisch auszubilden, so dass die Herstellung und Montage besonders einfach ist.
Der Aufbau des Zusammenschaltventils ist weiter vereinfacht, wenn die vorstehend beschriebenen Rückschlagventile in das Ventilgehäuse des Zusammenschaltventils integriert sind.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert:

Figur 1 ein Schaltschema eines Steuerblocks zur Ansteuerung eines Raupengerätes;
Figur 2 ein Schaltsymbol einer Zusammenschaltventilanordnung eines Zwei- oder Mehrkreissystems gemäß Figur 1 und
Figur 3 eine konkrete Ausführung der Zusammenschaltventilanordnung aus Figur 1.

Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer hydraulischen Baggersteuerung 1. Diese ist als Zweikreissystem mit zwei hydraulischen Kreisen 2, 4 aufgebaut, die jeweils über eine nicht dargestellte Verstellpumpe mit Druckmittel versorgt werden. Der mit der in Figur 1 dargestellten Steuerung versehene Bagger hat ein Fahrwerk mit zwei Ketten, deren Fahrantriebe über die beiden Kreise 2, 4 unabhängig voneinander mit Druckmittel versorgbar sind. Neben dem Fahrantrieb werden über das Zweikreissystem noch weitere Verbraucher des Baggers, wie beispielsweise ein Drehwerk, ein Stiel, ein Löffel oder ein Ausleger angesteuert.
Der die Baggersteuerung gemäss Figur 1 realisierende Steuerblock ist in Scheibenbauweise ausgeführt, wobei die beiden nicht dargestellten Verstellpumpen an Druckanschlüsse P₁ und P₂ des Steuerblocks angeschlossen sind. Dieser hat des Weiteren noch einen Tankanschluss T sowie Arbeitsanschlüsse A₁, B₁ sowie A₂, B₂, an die der Antrieb der rechten bzw. linken Kette angeschlossen ist. An weitere Anschlüsse A₃, B₃ und A₄, B₄ etc. werden die weiteren Verbraucher des Baggers, wie beispielsweise der Antrieb des Drehwerks, die Hydrozylinder zur Betätigung des Stiels, des Löffels oder des Auslegers angeschlossen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass an die Anschlüsse A₂, B₂ der Ausleger und an den Anschluss A₄, B₄ der Löffel angeschlossen sind.
Der dargestellte Steuerblock hat des Weiteren zwei Lastdruckanschlüsse, im folgenden LS₁ und LS₂ genannt, über die der im jeweiligen Kreis 2, 4 wirkende Lastdruck abgegriffen und zum Förderstromregelventil (nicht dargestellt) der Verstellpumpe geführt wird, die somit in Abhängigkeit von diesem höchsten Lastdruck angesteuert wird.
Die Ansteuerung der vorgenannten Verbraucher erfolgt jeweils über ein proportional verstellbares Wegeventil 6, dem jeweils eine Druckwaage 8 nachgeschaltet ist. Das Wegeventil 6 hat einen eine veränderliche Messblende ausbildenden Geschwindigkeitsteil und einen Richtungsteil, wobei die Messblende der Druckwaage 8 vorgeschaltet ist und der Richtungsteil stromabwärts der Druckwaage 8 angeordnet ist. Jede Druckwaage 8 ist in Schliessrichtung vom Lastdruck und in Öffnungsrichtung von dem Druck stromabwärts der Messblende des Wegeventils 6 beauf schlagt. Der Druckwaagenkolben stellt sich in Abhängigkeit von den anliegenden Steuerdrücken in eine Regelposition ein, in der der Druckabfall über der Messblende des proportional verstellbaren Wegeventils 6 kontant gehalten wird, so dass eine lastdruckunabhängige Volumenstromsteuerurtg ermöglicht wird. Derartige LS-Steuerungen sind hinlänglich bekannt, so dass auf eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus des Wegeventils 6 und der nachgeschalteten Druckwaage 8 verzichtet werden kann. Die Ansteuerung des Wegeventils 6 erfolgt jeweils über Pilotventile 10, 12, über die ein Steuerdruck an die stirnseitigen Steuerflächen eines Schiebers des Wegeventils 6 angelegt wird. Diese Pilotventile werden beispielsweise in Abhängigkeit von der Stellbewegung eines Joysticks betätigt.
Die Anschlüsse der Wegeventile 6 sind über eine Druckleitung 14, 16 mit dem Druckanschluss P₁ bzw. P₂ verbunden. Des Weiteren hat jedes Wegeventil zwei Arbeitsanschlüsse, die jeweils über eine Arbeitsleitung 18 bzw. 20 mit den zugeordneten Verbraucheranschlüssen A, B verbunden sind. Zur Rückführung des Druckmittels vom Verbraucher ist ein Ausgangsanschluss des Wegeventils 6 über eine Tankleitung 22 mit dem Tankanschluss T des Steuerblocks verbunden.
In den Arbeitsleitungen sind zur Begrenzung des maximalen, zum Verbraucher geführten Druckes jeweils noch Druckbegrenzungsventile vorgesehen, wobei die den Druck an den Arbeitsanschlüssen A₂, B₂, B₁ und B₃ sowie A₄ (nicht dargestellt) begrenzenden Druckbegrenzungsventile mit Nachsaugfunktion ausgeführt sind, so dass bei einem Voreilen des Verbrauchers (negative Last) Druckmittel aus dem Tank nachgesaugt werden kann um Kavitätserscheinungen zu vermeiden. Eine jeweils an den Lastdruckanschluss LS der beiden Kreise 2, 4 angeschlossene Lastdruckmeldeleitung 28, 30 ist über ein LS-Stromregelventil 32 bzw. 34 mit der gemeinsamen Tankleitung 22 verbunden.
Die Druckwaagen 8 sind so ausgeführt, dass sie in ihrer voll aufgesteuerten Endposition den an ihrem Eingang anliegenden Druck (Druck stromabwärts der Messblende) in die Lastdruckleitung 28 bzw. 30 melden, so dass in dieser stets der höchste Lastdruck im jeweiligen Kreis 2 oder 4 liegt.
Die vorbeschriebenen Wegeventile mit der zugeordneten Druckwaage 8, den Pilotventilen 10, 12 sowie den Druckbegrenzungsventilen 24, 25 können jeweils in einer Scheibe oder in einem gemeinsamen Steuerblock aufgenommen sein. Zur Verbindung der beiden hydraulischen Kreise 2, 4 ist in einer Zwischenscheibe 36 eine Zusammenschaltventilanordnung 38 vorgesehen, über die bei bestimmten Betriebszuständen die Druckleitungen 14, 16 der beiden hydraulischen Kreise 2, 4 zusammengeschaltet werden können, so dass die angesteuerten Verbraucher von beiden Verstellpumpen gemeinsam mit Druckmittel versorgt werden.
Der Aufbau der Zusammenschaltventilanordnung wird im Folgenden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.
Gemäß dem in Figur 2 dargestellten Schaltsymbol der Zusammenschaltventilanordnung 38, hat diese ein als Druckwaage aufgebautes Zusammenschaltventil 40, dessen Druckwaagenschieber, im Folgenden Ventilkörper 42 genannt, mit vier Steuerflächen A1, A2, A3, A4 ausgeführt ist, wobei zwei in einer Richtung wirkende Steuerflächen A1, A2 mit dem Pumpendruck des zweiten Kreises und dem Lastdruck des ersten Kreises und die in der anderen Richtung wirkenden Steuerflächen A3, A4 mit dem Pumpendruck des ersten Kreises und dem Lastdruck im zweiten Kreis beaufschlagt sind. Entsprechend ist die Steuerfläche A1 über eine Drucksteuerleitung 44 mit der Druckleitung 16 des zweiten Kreises 4 und die in gleicher Richtung wirkenden Steuerfläche A2 über eine LS-Steuerleitung 46 mit der Lastdruckmeldeleitung 28 des ersten Kreises verbunden. Die in der Gegenrichtung wirksamen Steuerflächen A3, A4 sind über eine weitere Drucksteuerleitung 48 mit der Druckleitung 14 bzw. eine weitere LS-Steuerleitung 50 mit der Lastdruckmeldeleitung 30 des zweiten Kreises verbunden. Die Flächen der Steuerflächen A1, A2, A4 und A3 sind jeweils gleich.
Der Ventilkörper 42 ist über eine Zentrierfederanordnung 51 in eine mittlere Sperrstellung vorgespannt, in der zwei mit dem Druckleitungen 14, 16 verbundene Druckanschlüsse P1 und P2 sowie zwei dem ersten Kreis 2 zugeordneten Anschlüsse LS1 und LS1' und zwei dem zweiten Kreis 4 zugeordnete Anschlüsse LS2, LS2' abgesperrt sind.
Der LS-Eingangsanschluss LS1 ist über einen LS-Kanal 52 und über ein in Richtung zum Anschluss LS1 öffnendes Rückschlagventil 54 mit der Lastdruckmeldeleitung 28 des ersten Kreises 2 verbunden, an die auch der LS-Ausgangsanschluss LS1' über einen LS-Zweigkanal 56 angeschlossen ist. Entsprechend ist die Lastdruckmeldeleitung 30 des zweiten Kreises 4 über einen weiteren LS-Kanal 58 und ein weiteres Rückschlagventil 60 mit dem LS-Eingangsanschluss LS2 und über einen weiteren LS-Kanal 62 mit dem LS-Ausgangsanschluss LS2' verbunden. Je nach anliegender Steuerdruckdifferenz kann der Ventilkörper 42 des Zusammenschaltventils 40 nach oben (Ansicht nach Figur 2) in eine der mit b gekennzeichneten Regelpositionen oder nach unten nach eine der mit a gekennzeichneten Regelpositionen verschoben werden. In den Regelpositionen a, b wird der vom Kreis mit dem höheren Druckniveau zum anderen Kreis summierte Druckmittelvolumenstrom über das Zuschaltventil 40 auf das niedrigere Druckniveau abgedrosselt. Die Regelposition stellt sich ein, wenn die Druckdifferenz zwischen Pumpendruck und Lastdruck im ersten Kreis etwa gleich derjenigen im zweiten Kreis ist. In den Regelpositionen a wird Druckmittel vom zweiten Kreis 4 zum Druckmittelvolumenstrom des ersten Kreises 2 summiert, wobei auch die LS-Anschlüsse LS1 und LS2' miteinander verbunden sind, während die beiden anderen LS-Anschlüsse LS2, LS1' gegeneinander gesperrt sind. Das Rückschlagventil 54 verhindert dabei, dass bei einem niedrigeren Lastdruck im ersten Kreis 2 der höhere Lastdruck des zweiten Kreises 4 in den ersten Kreis gemeldet wird, so dass entsprechend die dem ersten Kreis zugeordnete Verstellpumpe in diesem Fall nicht hochgefahren wird. In dem Fall, in dem der höhere Lastdruck im ersten Kreis 2 anliegt, wird diese über das sich öffnende Rückschlagventil 54 und die beiden verbundenen LS-Anschlüsse LS1 und LS2' zur Verstellpumpe des zweiten Kreises gemeldet und diese entsprechend hochgefahren.
Entsprechend werden bei einer Verschiebung in einer der Regelpositionen b die Druckanschlüsse P1 und P2 miteinander verbunden, so dass Druckmittel vom ersten Kreis zum Druckmittelvolumenstrom des zweiten Kreises summiert wird und die LS-Anschlüsse LS2 und LS1' miteinander verbunden sind, wobei das Rückschlagventil 60 verhindert, dass ein niedrigerer Lastdruck im ersten Kreis 2 (in der Lastdruckmeldeleitung 28) in die Lastdruckmeldeleitung 30 des zweiten Kreises 4 gemeldet wird.
In Figur 3 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Zusammenschaltventilanordnung 38 gemäß Figur 2 dargestellt.
Wie eingangs ausgeführt, kann diese in die Zwischenscheibe 36 des Steuerblocks integriert sein oder aber als eigenes Ventil auf den Steuerblock aufgesetzt werden. Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Ventilscheibe 36 oder durch ein die Zusammenschaltventilanordnung 38 aufnehmendes Ventilgehäuse. In der Ventilscheibe 36 ist eine Ventilbohrung 64 ausgebildet, in der der Druckwaagenschieber oder Ventilkörper 42 axialverschiebbar geführt ist. Die Ventilbohrung 64 ist in ihrem mittleren Bereich zu zwei Druckkammern 66, 68 erweitert, die von einem Gehäusesteg 70 von einander getrennt sind. Die Druckkammer 66 ist dabei mit dem Druckanschluss P1 und die Druckkammer 68 mit dem Druckanschluss P2 verbunden. Zu ihren Endabschnitten hin ist die Ventilbohrung in Radialrichtung jeweils zu LS-Ringräumen 70, 72 und 74, 76 erweitert, wobei die aussenliegenden Ringräume 70, 76 mit dem Lastdruckmeldekanal 30 verbunden sind und somit in diesen Räumen der hochste Lastdruck des zweiten Kreises 4 anliegt. Die beiden innenliegenden Ringräume 72, 74 sind entsprechend mit der Lastdruckmeldeleitung 28 und somit mit dem höchsten Lastdruck des ersten Kreises 2 beaufschlagt. In der Schnittdarstellung gemäß Figur 3 sind die Lastdruckmeldeleitungen 28, der zum Ringraum 72 führende LS-Kanal 52 und das darin angeordnete Rückschlagventil 54 sowie der zum Ringraum 74 führende LS-Zweigkanal 56 dargestellt. Die Anbindung der beiden anderen Ringräume 70, 76 an die Lastdruckmeldeleitung 30 erfolgt über entsprechende Kanäle mit integriertem Rückschlagventil 60 (in Fig. 3 nicht dargestellt).
Der Ventilkörper 42 hat einen mittleren Steuerbund 78 an dem zwei mit Feinsteuerkerben ausgeführte Steuerkanten 80, 82 ausgebildet sind. Bei Axialverschiebung des Ventilkörpers 42 wird über eine der Steuerkanten 80, 82 die Verbindung zwischen den beiden Druckkammern 66, 68 aufgesteuert, die - wie vorstehend erwähnt - an die Druckleitungen 14 bzw. 16 angeschlossen sind. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist die Druckkammer 66 mit dem Anschluss P1 und die Druckkammer 68 mit dem Anschluss P2 verbunden - zum einfacheren Verständnis sind die Anschlussbezeichnungen in der Darstellung gemäß Figur 3 in Klammern hinzugefügt.
Im Axialabstand zum mittleren Steuerbund 78 hat der Ventilkörper 42 beidseitig zwei Bunde 84, 86, die jeweils über einen radial zurückgesetzten Kolbenhals mit einem aussenliegenden Steuerbund 88 bzw. 90 verbunden sind. Jeder Steuerbund 88, 90 ist in einer Reduzierhülse 92 bzw. 94 geführt, die jeweils in einen stirnseitigen, stufenförmig erweiterten Endabschnitt der Ventilbohrung 64 eingesetzt sind und somit den wirksamen Führungsdurchmesser für den Ventilkörper 42 verringern und eine Flächendifferenz schaffen. An den zu den Steuerbunden 88, 90 weisenden Stimflächen der Bunde 84 und 86 ist jeweils eine Ringstirnfläche vorgesehen, die die Steuerflächen A2 bzw. A3 bilden.
Die Steuerfläche A3 begrenzt mit der benachbarten Stirnfläche der Reduzierbuchse 92 einen Raum 96, in dem der Druck der Druckleitung 14 und somit am Druckanschluss P1 anliegt. Die Ringstimfläche A2 des Bundes 86 begrenzt mit der benachbarten Stirnfläche der Reduzierbuchse 94 einen weiteren Raum 98, in dem entsprechend der Druck in der Druckleitung 16 und somit der Druck am Druckanschluss P2 anliegt. Die beiden aussenliegenden Steuerbunde 88, 90 sind jeweils durch einen Kolbenhals 100, 102 mittig etwas zurückgestuft, so dass jeweils eine Steuerkante 104, 106 gebildet ist. Durch die in Figur 3 links liegende Steuerkante 104 kann die Verbindung zwischen den Ringräumen 72 und 70 und durch die rechte Steuerkante 106 die Verbindung zwischen den Ringräumen 74, 76 aufgesteuert werden. In der dargestellten Grundposition des Ventilkörpers 42 ist die Verbindung durch die Steuerkanten 104 und 106 abgesperrt.
Die beiden Stirnflächen des Ventilkörpers 42 bilden die Steuerflächen A1 und A4 (siehe Figur 2) aus, die mit dem Druck in der Druckleitung 16 des zweiten Kreises bzw. mit dem höchsten Lastdruck des zweiten Kreises beaufschlagt sind.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stirnflächen A1, A4 sowie die Ringstirnflächen A2, A3 jeweils mit gleicher Fläche ausgeführt.
Wie bereits anhand Figur 2 erläutert, wird der Ventilkörper 42 durch die Zentrierfederanordnung 51 in seine dargestellte Mittstellung vorgespannt. Diese Zentrierfederanordnung 51 wirkt auch als Regelfederanordnung, und ist beim konkreten Ausführungsbeispiel mit zwei Regelfedern 108, 110 ausgeführt, deren Federkonstante so ausgelegt ist, dass sie etwas unterhalb des Pumpen-Δp liegt. Bei einem Pumpen-Δp von etwa 20 bar, entspricht die Federkraft einer Regelfeder 108, 110 etwa einem Druck von delta-p-Unterschied: 3 bis 6 bar (aus Versuch ermittelt).
Die beiden Regelfedem 108, 110 sind jeweils an einer in die Ventilbohrung 64 eingeschraubten Federbuchse 112, 114 abgestützt und greifen jeweils über einen Federteller 116, 118 an den Stirnflächen A1, A4 des Ventilkörpers 42 an. Die den Regelfedem 108, 110 zuweisenden, radial vergrößerten Ringstimflächen der Reduzierbuchsen 92, 94 dienen dabei als Endanschlag für die Federteller 116, 118. Durch diese beiden Endanschläge ist auch die dargestellte Mittelposition des Ventilkörpers 42 bestimmt.
Zum besseren Verständnis der Funktion wird im Folgenden ein Betriebszustand der Baggersteuerung erläutert.
Es sei angenommen, dass der an die Arbeitsanschlüsse A2, B2 angeschlossene Verbraucher, beispielsweise der Stiel, viel Druckmittel benötigt und entsprechend vergleichsweise geringer Pumpendruck im hydraulischen Kreis 2 anliegt. Der an die Arbeitsanschlüsse A4, B4 des zweiten Kreises angeschlossene Verbraucher, beispielsweise der Ausleger, soll dagegen nur eine geringe Druckmittelmenge bei einem vergleichsweise hohen Pumpendruck benötigen. Aufgrund des Druckabfalls im ersten Kreis 2 (niedriger Druck in der Druckleitung 14) wird der Ventilkörper 86 gegen die Kraft der Regelfeder 108 in der Darstellung gemäß Figur 3 nach links verschoben, so dass über die Steuerkante 80 mit ihren Feinsteuerkerben der Druckmittelströmungspfad zwischen den Druckkammern 86, 66 aufgesteuert wird und entsprechend Druckmittel vom zweiten Kreis 4 zum ersten Kreis 1 summiert wird (Druckmittelströmung von P1 nach P2 des Zusammenschaltventils 40). Parallel dazu wird über die Steuerkante 104 die Verbindung zwischen den beiden LS-Ringräumen 70, 72 aufgesteuert, so dass die Verbindung zwischen dem LS-Eingangsanschluss LS1 und dem LS-Ausgangsanschluss LS2' geöffnet ist. Durch das Rückschlagventil 54 wird verhindert, dass ein höherer Lastdruck im zweiten Kreis 4 in den ersten Kreis 2 gemeldet wird, der Druckmittel von dem zweiten Kreis aufnimmt. Das nach dem Druckwaagenpririzip arbeitende Zusammenschaltventil 40 stellt sich dabei in eine Regelposition ein, so dass das von der Verstellpumpe des zweiten Kreises 4 geförderte Druckmittel auf das Druckniveau im ersten Kreis 2 abgedrosselt wird und die Druckdifferenzen (Pumpendruck-Lastdruck) in beiden Kreisen etwa gleich sind.
Die Energieeinsparung für diesen Fall berechnet sich wie folgt:

P_Stiel = 60 bar Q_Stiel= 300l/min

P_Ausleger = 140 bar Q_Ausleger= 100l/min

2-Kreis: Q_Pumpe1 = Q_Pumpe2 = 200l/min

1-Kreis: Q_P(1-Kreis) = 400l/min

$\begin{array}{l} P_{(2 - Kreis)} & = \frac{P_{Stiel} \times Q_{Pumpe 2} + Q_{Ausleger} + Q_{Pumpe 1}}{600} [kW] \\ = \frac{60 \times 200 + 140 \times 200}{600} [kW] = 66, 6 kW \end{array}$
$\begin{array}{l} P_{(1 - Kreis)} & = \frac{Q_{Ausleger} \times Q_{P (1 - Kreis)}}{600} [kW] \\ = \frac{140 \times 400}{600} = 93, 3 kW \end{array}$

=> Leistungseinsparung für dieses Bsp.: 28.6% $[dabei ist \frac{1}{600} des Umrechnungsfaktors von \frac{l}{\min} \times bar in kW]$
Bei einer Summierung vom ersten Kreis 2 in den zweiten Kreis 4 wird entsprechend der Ventilkörper 42 in der Darstellung gemäß Figur 3 nach rechts verschoben, so dass über die Steuerkante 82 die Verbindung vom Druckraum 66 zum Druckraum 68 und somit der Druckmittelströmungspfad vom Druckanschluss P1 zum Druckanschluss P2 aufgesteuert wird. Gleichzeitig wird über die Steuerkante 106 die Verbindung zwischen den beiden LS-Ringräumen 74, 76 aufgesteuert, wobei ein höherer Lastdruck in dem Druckmittel empfangenden Kreis 4 an die Verstellpumpe des ersten Kreises 2 gemeldet wird, diese entsprechend hochgefahren wird. Sollte der Lastdruck im zweiten Kreis 4 niedriger sein, so verhindert das Rückschlagventil 60, dass der höhere Lastdruck in den Kreis gemeldet wird.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch einen äußerst kompakten Aufbau aus, der sich mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand realisieren lässt.
Offenbart sind ein hydraulisches Zweikreissystem zur Ansteuerung von Verbrauchern eines mobilen Gerätes beispielsweise eines Raupengerätes und einefür ein derartiges Zweikreissystem geeignete Zusammenschaltventilanordnung, über die die beiden Kreise zum Summieren zusammengeschaltet werden können. Erfindungsgemäß hat die Zusammenschaltventilanordnung ein Zusammenschaltventil mit zwei Druckanschlüssen, zwei LS-Eingangs- und zwei LS-Ausgangsanschlüssen, wobei ein Ventilkörper des Zusammenschaltventils mit vier Steuerflächen ausgeführt ist, von denen zwei in einer Richtung wirkende Steuerflächen vom höchsten Lastdruck im ersten Kreis und vom Pumpendruck im zweiten Kreis und die der anderen Richtung wirkenden Steuerflächen vom höchsten Lastdruck im zweiten Kreis und vom Pumpendruck im ersten Kreis beaufschlagt sind.

Claims

Zusammenschaltventilanordnung (38) für ein hydraulisches Zweikreissystem, mit einem einzigen Zusammenschaltventil (40), das zwei Druckanschlüsse (P1, P2), zwei LS-Eingangs- und zwei LS-Ausgangsanschlüsse (LS1, LS2; LS1', LS2') sowie einen einzigen Ventilkörper (42) hat, der in einer Richtung vom höchsten Lastdruck im ersten Kreis (2) und vom Pumpendruck im zweiten Kreis (4) und in der anderen Richtung vom höchsten Lastdruck im zweiten Kreis (4) und vom Pumpendruck im ersten Kreis (2) beaufschlagbar ist, so dass in Abhängigkeit von der resultierenden, auf den Ventilkörper (42) wirkenden Steuerdruckdifferenz die beiden Druckanschlüsse (P1, P2) und ein einem Kreis zugeordneter LS-Eingangsanschluss (LS1, LS2) mit einem dem anderen Kreis zugeordneten LS-Ausgangsanschluss (LS1', LS2') verbindbar sind.
Hydraulisches Zweikreissystem zur Ansteuerung von Verbrauchern eines mobilen Gerätes, insbesondere eines Raupengerätes, wobei jeder hydraulische Kreis (2, 4) eine Verstellpumpe aufweist, über die die zugeordneten Verbraucher mit Druckmittel versorgbar sind, mit einer zusammenchaltventilanordnung (38) nach Anspruch 1, wobei die beiden kreise (2, 4) über die Zusammenschaltventilanordnung (38) derart miteinander verbindbar sind, dass die Verstellpumpe des einen Kreises (2, 4) Druckmittel in den anderen Kreis (4, 2) fördert, wobei die Verstellpumpen jeweils in Abhängigkeit vom Lastdruck im zugeordneten Kreis (2, 4) ansteuerbar sind.
Zweikreissystem nach Anspruch 2, wobei der Ventilkörper (42) über eine Zentrierfederanordnung (51) in eine Sperrstellung vorgespannt ist.
Zweikreissystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei jeweils in einer zum LS-Eingangsanschluss (LS1, LS2) führenden LS-Leitung (52, 62) ein zu diesem Anschluss hin öffnendes Rückschlagventil (54, 60) angeordnet ist.
Zweikreissystem nach Patentanspruch 4, wobei die LS-Leitung (52, 62) eines Kreises (2, 4) jeweils mit einem dem anderen Kreis (2, 4) zugeordneten LS-Ausgangsanschluss (LS1', LS2') verbindbar ist.
Zweikreissystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 2 bis 5, wobei die mit den Pumpendrücken und den Lastdrücken beaufschlagten Steuerftächen(A1, A2, A3, A4) des Ventilkörpers (42) gleich groß sind.
Zweikreissystem nach Anspruch 6, wobei der Pumpendruck und der Lastdruck eines Kreises (2) jeweils auf eine einen Federraum begrenzende rückseitige Stirnfläche (A1, A4) und der Pumpendruck und der Lastendruck des anderen Kreises (4) jeweils auf eine Ringstimfläche (A2, A3) des Ventilkörpers (86) wirken.
Zweikreissystem nach Patentanspruch 7, mit einem mittigen Steuerbund (78), an dem zwei Steuerkanten (80, 82) zum Aufsteuern der Verbindung zwischen den beiden Druckanschlüssen (P1, P2) augebildet sind, und mit zwei aussenliegenden LS-Steuerbunden (88, 90), an denen jeweils eine Steuerkante (104, 106) zum Aufsteuem der Verbindung zwischen einem LS-Eingangsanschluss (LS1, LS2) eines Kreises (2, 4) mit dem LS-Ausgangsanschluss (LS1', LS2') des anderen Kreises (2, 4) ausgebildet ist und deren federraumseitige Rückflächen die Stirnflächen (A1, A4) ausbilden.
Zweikreissystem nach Patentanspruch 8, wobei jeweils zwischen dem Steuerbund (78) und einem LS-Steuerbund (90, 92) ein Bund (84, 86) ausgebildet ist, an dem die Ringstimfläche (A2, A3) vorgesehen ist.
Zweikreissystem nach einem der Patentansprüche 8, oder 9, wobei der Ventilkörper (42) mit Bezug zum mittigen Steuerbund (78) symmetrisch ausgebildet ist.
Zweikreissystem nach einem der auf Patentanspruch 4 bezogenen Ansprüche, wobei die Rückschlagventile (54, 60) in einem Ventilgehäuse des Zusammenschaltventils (40) angeordnet sind.
Zweikreissystem nach einem der auf Anspruch 3, bezogenen Ansprüche, wobei die Zentrierfederanordnung (2) Regelfedem (108, 110) hat, deren Druckäquivalent etwas geringer als das Pumpen-Δp ist.