DE3406228C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für landwirt­ schaftliche Schlepper gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Ein derartiges Hydrauliksystem ist in den Hauptkreis und in den Nebenkreis aufgeteilt, wobei letzterer zur Versor­ gung von für den Schlepper fahrzeugtechnisch bedeutsamen Aggregaten wie beispielsweise der Servolenkung, einer Servobremse oder dgl. dient. Der Hauptkreis versorgt den mittels eines Hubzylinders betätigten Kraftheber für ein Anbaugerät am Schlepper, wie beispielsweise einen Pflug, und die über die Wegeventile wahlweise zuschaltbaren Zu­ satzeinrichtungen, wie z. B. Hydromotoren, Zylinder usw. Der Kraftheber wird hierbei über die Regeleinrichtung, die ein Kraftheberregelgerät und einen Sollwertgeber für dieses umfaßt, gesteuert, wobei der Sollwertgeber in mehrere Arbeitsbereiche einstellbar ist.

Der Hauptkreis wird ebenso wie der Nebenkreis von einer eigenen Hydraulikpumpe versorgt, wobei der von den Hydrau­ likpumpen gelieferte Druckfluidstrom von der Pumpendreh­ zahl abhängt, die wiederum eine Funktion der Motordrehzahl des Schleppers ist.

Um für die Servolenkung bei allen Fahrtzuständen, d. h. im Leerlauf ebenso wie bei höchster Motordrehzahl, eine ge­ eignete Druckfluidversorgung bzw. Ölversorgung sicherzu­ stellen, muß der in den Nebenkreis geführte Druckfluid­ strom annähernd konstant sein. Dies wird durch einen Stromteiler erreicht, der den von der Hydraulikpumpe des Nebenkreises entsprechend dem Fahrtzustand überflüssig geförderten Restfluidstrom abzweigt, der, wie bekannt, vorteilhaft zur Versorgung des Hauptkreises mit herange­ zogen werden kann. Da jedoch der entsprechend den jeweilig gewünschten Betriebszuständen des Krafthebers und der Zusatzeinrichtungen im Hauptkreis erforderliche Druck­ fluidstrom unterschiedlich ist, wird bei Betriebszuständen mit geringer Druckfluidanforderung, wie beispielsweise im Dauerbetrieb, aufgrund der ständigen Zuschaltung des Rest­ fluidstroms eine überhöhte Menge an Druckfluid bei Be­ triebsdruck zur Verfügung gestellt, die ungenutzt in einen Vorratsbehälter zurückgeführt werden muß. Ein herkömm­ liches Hydrauliksystem ist deshalb mit erheblichen Ver­ lustleistungen belastet, die eine große Erwärmung des Druckfluids bedingen, so daß hierfür Kühleinrichtungen unabdingbar sind.

Aus der DE-OS 28 37 605 ist bereits ein Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt, wobei ebenfalls ein Hauptkreis und ein Nebenkreis vorgesehen ist. Diese Kreise sind grundsätzlich ständig miteinander verbunden, wobei allerdings mittels einer komplexen Ventilanordnung im Zusammenwirken mit einem Rückschlagventil dafür gesorgt werden kann, daß in einem bestimmten Betriebszustand, nämlich bei kurzzeitiger Betä­ tigung eines zur Ventilanordnung gehörenden Vorsteuer­ schiebers und darauf folgendem Druckanstieg in gesonderten Leitungsabschnitten der Restfluidstrom aus einer Zweiglei­ tung in seiner Gesamtheit über die Hauptsteuerschieber zum Rücklauf geleitet wird. Erst bei einem länger einwirkenden Impuls auf den Vorsteuerschieber wird diese Trennung der beiden Kreise wieder aufgehoben.

Abgesehen davon, daß der schaltungstechnische Aufwand im bekannten Fall relativ groß ist, erfordern die einzelnen Ventile der Ventilanordnung zur zeitgenauen Kopplung und Entkopplung der Hydraulikkreise eine verhältnismäßig auf­ wendige Abstimmung aufeinander, wodurch die Zuschaltung des Restfluidstroms zum Hauptkreis bei variabler Belastung unterschiedlich schnell reagiert. Das bekannte Hydraulik­ system ist somit in seiner Flexibilität hinsichtlich der Berücksichtigung verschiedener Parameter eingeschränkt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Hydrauliksystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das mit verringertem Schaltungsaufwand in der Lage ist, die Verlustleistungen weiter zu reduzieren, indem die Zuschaltung und Abschaltung der Verbindung zwischen Restfluidstrom und Hauptkreis von einer Vielzahl von Betriebsparametern gezielt und zeitlich exakt erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein einfaches Magnetventil zur Steuerung des Restfluidstroms herangezogen, wobei die Parallelschaltung von Schaltelementen in dem elektrischen Schaltkreis die Möglichkeit eröffnet, bei der Steuerung des Restfluidstroms mehrere Betriebsparameter gleichzeitig zu berücksichtigen. Das in Abhängigkeit von den Betriebs­ parametern gesteuerte Ventil führt den Restfluidstrom dem Hauptkreis nur dann zu, wenn dieser aufgrund bestimmter Betätigungen bzw. Betriebszustände der Aggregate im Haupt­ kreis erforderlich ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Zusatzeinrichtungen zugeschaltet werden oder wenn der Hubzylinder einen großen Weg zum Aushub eines Anbaugerätes des landwirtschaftlichen Schleppers verfahren soll. Im Dauerbetrieb bei im wesentlichen unver­ änderten Betriebszuständen sperrt das Ventil die Zuführung zum Hauptkreis und der Restfluidstrom wird direkt zum Vorratsbehälter zurückgeführt. Die Steuerung dieses Rest­ fluidstroms erfolgt erfindungsgemäß zeitgenau entsprechend dem jeweiligen Anforderungsverhalten von verschiedenen Aggregaten im Steuerkreis, wobei auf die Schaltcharak­ teristik des Ventils gezielt Einfluß genommen werden kann. Die Steuerung des Restfluidstroms kann insbesondere unter Vereinfachung der Schaltung und somit wesentlich flexibler erfolgen, so daß beispielsweise auch Arbeitsbereiche des Krafthebers berücksichtigt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß Patentanspruch 3 erfolgt eine Zuschaltung des Rest­ fluidstroms zum Hauptkreis bereits dann, wenn einzelne Betriebsparameter, die das Anforderungsverhalten für Druckfluid eines Aggregats im Hauptkreis charakterisieren, Werte annehmen, die einen erhöhten Druckfluidbedarf an­ zeigen.

Mit den Weiterbildungen gemäß Patentanspruch 4 und 5 er­ folgt eine sinnvolle Anpassung des Hydrauliksystems an die verschiedenen unterschiedlichen Betriebsweisen eines Krafthebers, wobei in vorteilhafter Weise von der erfin­ dungsgemäßen Reihenschaltung des Zeitrelais mit dem zwei­ ten Schaltelement Gebrauch gemacht wird, um den vorrich­ tungstechnischen Aufwand so klein wie möglich zu halten.

Zwar ist aus der DE-PS 71 230 die Verwendung von Magnet­ ventilen in einer Zweikreis-Hydraulikanlage bekannt. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand ist jedoch der von der Nebenstrompumpe gespeiste Hydraulikkreis ausschließlich als Steuerkreis wirksam, um die Wegeventile des Haupt­ kreises anzusteuern. Im einzelnen ist kein Magnetventil gezeigt, das in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebs­ zuständen des Hydrauliksystems eine Restfluidmenge in den Hauptkreis einspeist.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Hydrauliksystems mit eingebautem Magnetventil;

Fig. 2 einen elektrischen Schaltkreis zur Ansteuerung des Magnetventils; und

Fig. 3 ein Signal-Zeitdiagramm für einen Zweig des Schaltkreises gemäß Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist ein Hydrauliksystem für einen land­ wirtschaftlichen Schlepper in einen Hauptkreis und einen Nebenkreis unterteilt, die getrennt von einer ersten Hydraulikpumpe 1 und einer zweiten Hydraulikpumpe 2 mit Druckfluid versorgt werden. Im Hauptkreis ist ein Kraftheberregelgerät 3 angeordnet, das von einem in einem Regelkreis vorgesehenen Sollwertgeber 4 beauf­ schlagt ist und den Druckfluidstrom für einen Hubzylinder regelt, der in einem Kraftheber (nicht dargestellt) für ein Anbaugerät, wie beispielsweise einen Pflug, an einem Schlepper integriert ist. Am Sollwertgeber sind wahlweise drei Arbeitsbereiche für den Kraftheber bzw. das Anbaugerät einstellbar: in einem ersten Arbeitsbereich A ist der Hubzylinder des Krafthebers ganz abgesenkt und das Anbaugerät befindet sich in einer sogenannten Schwimmstellung, in der durch den Kraftheber keine Kraft auf dieses ausgeübt wird. In einem Arbeitsbereich B wird das Anbaugerät in eine Arbeitsstellung gebracht, in der eine Lageregelung oder Zugkraftregelung mittels des Regelkreises und einer wahlweisen stufenlosen Soll­ wertvorgabe durch den Sollwertgeber erfolgt. Beim Ein­ stellen eines Arbeitsbereichs C erfolgt ein Schnellaushub des Anbaugeräts, bei dem dieses durch den Kraftheber nach oben verfahren wird.

Ferner sind im Hauptkreis wahlweise von Hand betätigbare Wegeventile 5 (durch einen Block dargestellt) angeord­ net, über die beliebige Zusatzeinrichtungen wie bei­ spielsweise Hydromotoren oder Zylinder zuschaltbar sind, die über Schnellkupplungen mit dem Hauptkreis verbind­ bar sind.

Der Nebenkreis dient zur Versorgung von fahrzeugtechnisch wichtigen Aggregaten wie beispielsweise einer Servolen­ kung, einer Servobremse oder dergleichen. Da die Größe der von den Hydraulikpumpen geförderten Druckfluidströme von der Motordrehzahl des Schleppers abhängig, die Servo­ lenkung jedoch über den gesamten Drehzahlbereich hinweg, d. h. von Leerlauf bis Motorhöchstdrehzahl einen im we­ sentlichen konstanten Massenstrom erfordert, ist dem Nebenkreis ein Stromteiler 6 vorgeschaltet, der einen von der Hydraulikpumpe überschüssig geförderten Rest­ fluidstrom abzweigt. Dieser Restfluidstrom wird einem Ventil 10 zugeführt, das beim Ausführungsbeispiel als magnetbetätigtes 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Bei nicht erregter Magnetspule nimmt das Magnetventil aufgrund einer Federbelastung eine Stellung I ein, in der der Restfluidstrom zur Saugseite der Hydraulikpumpen bzw. in einen Vorratsbehälter 7 geleitet wird, während es bei Erregung der Magnetspule eine Stellung II einnimmt, in der der Restfluidstrom dem Hauptkreis zugeführt wird. Diese Zuführung soll jedoch nur dann erfolgen, wenn der Hauptkreis die angebotene Druckfluidmenge auch tat­ sächlich benötigt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Magnet­ ventil 10 von einem elektrischen Schaltkreis (Fig. 2) angesteuert wird. Dieser Schaltkreis umfaßt eine Paral­ lelschaltung aus zwei Zweigen, wobei eine Erregung der Magnetspule erfolgt, sobald ein Zweig durchgeschaltet ist, d. h. der Stromfluß nicht unterbrochen ist. So wird ein erster Zweig durchgeschaltet, sobald eine erste Gruppe von Betriebsparametern gewisse Werte erfüllt, und ein zweiter Zweig führt Strom, wenn dies für eine zweite Gruppe von Betriebsparametern zutrifft. Es ist offensichtlich, daß bei einer größeren Anzahl von Aggregaten im Haupt­ kreis, deren jeweiliger Betriebszustandsverlauf für sich eine Zuschaltung des Restfluidstroms, d. h. eine Erregung der Magnetspule bewirken soll, die Anzahl der Zweige der Parallelschaltung entsprechend erweitert wird, wobei in jedem Zweig neben Schaltelementen weitere geeignete Regelglieder vorgesehen sein können.

Wie erwähnt, soll die Zuschaltung des Restfluidstroms zum Hauptkreis nur dann erfolgen, wenn dieser eine größe­ re Menge an Druckfluid benötigt. Beim Ausführungsbeispiel ist dies einerseits dann der Fall, wenn eine oder mehrere Zusatzeinrichtungen zugeschaltet werden, d. h. die Wege­ ventile 5 teilweise oder vollständig betätigt sind. Diese Zuschaltung soll nur dann erfolgen, wenn solche Betriebszustandsänderungen der Zusatzeinrichtungen vor­ genommen werden, beispielsweise das Ausfahren eines Zylinders, der einen größeren Druckfluidstrom benöti­ gt. Dies wird durch einen in dem ersten Zweig der Parallelschaltung angeordnetes Schaltelements S 1 er­ reicht, das bei einer ein gewisses Ausmaß überschreiten­ den Betätigung eines Handhebels des jeweiligen Wegeven­ tils geschlossen wird; das Magnetventil geht dabei in Stellung II. Bei einer Feinsteuerung oder einem Dauer­ betrieb der Zusatzeinrichtung soll das Magnetventil in Stellung I stehen. Die in der Landwirtschaft einge­ setzten Hydromotoren benötigen nämlich im Dauerbetrieb nur verhältnismäßig geringe Druckfluidströme, die leicht von der Hydraulikpumpe 1 abgedeckt werden können. Hierbei ist das jeweilige Wegeventil nur in geringem Maß betätigt und ruft kein Schließen des Schaltelements S 1 hervor.

Andererseits soll eine Zuschaltung von Restfluidstrom zum Hauptkreis dann erfolgen, wenn der Kraftheber eine größere Menge an Druckfluid benötigt; bei andauernder Benutzung des Krafthebers im Betriebs­ bereich B, z. B. während der Pflugarbeit mit Zugkraft­ regelung, wird der Hauptkreis nach Maßgabe der Regelim­ pulse zwar laufend druckbeaufschlagt, die zur Durchfüh­ rung dieser Regelvorgänge benötigte Druckfluidmenge ist jedoch dabei verhältnismäßig gering und kann durch die Hydraulikpumpe 1 geliefert werden. Deshalb ist eine Zuschaltung nur beim Wechsel der Arbeitsbereiche von A nach B oder von B nach C erforderlich und soll dann auch nur kurzzeitig bis zu dem Zeitpunkt aufrecht erhal­ ten werden, bei dem der neue Betriebszustand erreicht ist. Dies wird durch Reihenschaltung eines Schaltelements S 2 mit einem Zeitrelais 11 in dem zweiten Zweig der Parallelschaltung erreicht; das Schaltelement und das Zeitrelais wirken hierbei gemäß dem in Fig. 3 dargestell­ ten Signal-Zeitdiagramm zusammen, wie nachstehend erläu­ tert wird.

Auf der Abszisse des Diagramms ist die Zeit t aufgetragen. Die Stellung 0 bzw. I auf der Ordinate bedeutet, daß das Schaltelement bzw. das Zeitrelais geöffnet sind bzw. das Magnetventil die Stellung I einnimmt, während bei der Stellung 1 bzw. II das Schaltelement bzw. das Zeitrelais geschlossen sind bzw. das Magnetventil die Stellung II einnimmt. Ist der Sollwertgeber in den Ar­ beitsbereich A eingestellt, befindet sich das Schalt­ element S 2 in der Stellung 0 (geöffnet), während es sich bei der Einstellung in den Arbeitsbereichen B und C in Stellung 1 (geschlossen) befindet, wobei bei einem Übergang vom Arbeitsbereich B zum Arbeitsbereich C ein kurzzeitiges, impulsartiges Öffnen des Schaltele­ ments erfolgt. Das Zeitrelais ist so bestimmt, daß es bei einem Schließvorgang, d. h. bei einer Schließflanke des Schaltelements ebenfalls schließt; nach dem Verstrei­ chen einer Zeitdauer T, die der Zeitkonstante des Zeit­ relais entspricht, öffnet es wieder und zwar unabhängig davon, ob das Schaltelement S 2 geschlossen ist oder nicht. Da die Magnetspule des Magnetventils nur dann erregt wird, wenn gleichzeitig der Schalter und das Zeitrelais geschlossen sind, befindet sich das Magnetventil, wie Fig. 3 ferner zeigt, jeweils bei einem Wechsel der Arbeits­ bereiche von A nach B und von B nach C in der Stellung II und schaltet den Restfluidstrom dem Hauptkreis während der geeignet bemessenen Zeitkonstante T zu, so daß der Hubzylinder mit dem gesamten zur Verfügung stehenden Druckfluidstrom des Hydrauliksystems mit maximal mögli­ cher Geschwindigkeit in die neue angeforderte Lage gefah­ ren werden kann.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, kann die Hydrau­ likpumpe für den Hauptkreis optimal auf diejenigen Druck­ fluidströme ausgelegt werden, die im Dauerbetrieb im Betriebsbereich B erforderlich sind, da für die Spitzen­ belastungen beim Umschalten in andere Betriebsbereiche der Restfluidstrom zugeschaltet wird, so daß verhältnis­ mäßig geringe hydraulische Verlustwärme entwickelt wird. Darüber hinaus wird im Betrieb des vorstehend beschriebenen Hydrauliksystems eine erhebliche Energieeinsparung er­ reicht. In vielen Fällen kann aufgrund der stark verrin­ gerten Verlustleitung, die eine Erwärmung des Druckfluids zur Folge hat, sogar ein Kühler für das Druckfluid einge­ spart oder zumindest verkleinert werden.

Claims (5)

1. Hydrauliksystem für landwirtschaftliche Schlepper mit mindestens zwei Hydraulikpumpen zur getrennten Versorgung eines Hauptkreises für einen von einer Regeleinrichtung gesteuerten Kraftheber oder dgl. und für durch Wegeventile betätigbare Zusatzeinrichtungen einerseits sowie eines Nebenkreises für eine Servolenkung oder dgl. andererseits, der unabhängig von der Leistung seiner Hydraulikpumpe einen bestimmten Druckfluidbedarf hat, wobei ein über­ schüssig geförderter Restfluidstrom dem Hauptkreis zuge­ führt wird und die Zuführung des Restfluidstroms zum Hauptkreis durch eine Ventilanordnung gesteuert ist, die die Zuführung entweder gestattet oder unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Restfluidstroms zum Hauptkreis in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebspara­ metern die Ventilanordnung von einem Magnetventil (10) gebildet ist, das von einem elektrischen Schaltkreis ange­ steuert ist, der eine Parallelschaltung umfaßt, wobei in einem ersten Zweig der Parallelschaltung ein durch ein Betätigungsausmaß der Wegeventile (5) gesteuertes erstes Schaltelement (S 1) und in einem zweiten Zweig ein durch Arbeitsbereiche (A, B, C) eines Sollwertgebers (4) der Regeleinrichtung gesteuertes zweites Schaltelement (S 2) in Reihenschaltung mit einem Zeitrelais (11) angeordnet ist.

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ventil (10) ein 3/2-Wegeventil ist und bei unterbrochener Zuführung den Restfluidstrom zu einem Vor­ ratsbehälter (7) leitet.

3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil (10) die Zuführung gestattet, wenn eine oder wenn mehrere Gruppen von Betriebsparametern dementsprechende Werte annehmen.

4. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (S 1) dann schließt, wenn das Betätigungsausmaß der Wegeventile (5) einen Betriebszustandswechsel der Zusatzeinrichtungen hervorruft, bei dem diese einen erhöhten Druckfluidbedarf haben.

5. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sollwertgeber in einem ersten Arbeitsbereich eine völlige Absenkung des Krafthebers, in einem zweiten Ar­ beitsbereich eine Zugkraft- oder Lageregelung des Krafthe­ bers und in einem dritten Arbeitsbereich einen Schnellhub des Krafthebers bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltelement (S 2) im ersten Arbeitsbereich (A) geöffnet und im zweiten (B) und dritten Arbeitsbereich (C) geschlossen ist, daß es beim Übergang vom zweiten in den dritten Arbeitsbereich impulsartig kurzzeitig geöffnet wird und daß das Zeitrelais (11) nach einem Schließen des zweiten Schaltelements für eine gewisse Zeitdauer (C) ebenfalls schließt und dann wieder öffnet.