Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einem Weichenventilblock für eine hydraulisch betätigbare Arbeitsmaschine.

Arbeitsmaschinen verfügen typischerweise über mehrere hydraulische Verbraucher, bspw. eine hydraulische Lenkung oder einen hydraulischen Hub- oder Kippzylinder zum Anheben oder Abkippen einer Last. Werden diese verschiedenen Hydraulikverbraucher von einer gemeinsamen Hydraulikfluidpumpe betätigt, ist durch die Pumpe kontinuierlich der höchste von den Hydraulikverbrauchern angeforderte Druck bereitzustellen. Dies führt dazu, dass einem Verbraucher unter Umständen Fluid unter sehr hohem Druck zugeführt wird, obwohl dieser Verbraucher einen so hohen Druck gar nicht benötigt und dies nur, weil der andere Verbraucher zur Ausführung seiner Bewegung gerade einen sehr hohen Fluiddruck anfordert. Dies führt zu beachtlichen Verlusten, welche die Effizienz einer solchen Arbeitsmaschine vermindert.

Aus dem Stand der Technik ist aufgrund der vorstehend diskutierten Thematik bekannt, mehrere klein dimensionierte Druckquellen über einen Weichenventilblock je nach Anforderung eines Hydraulikverbrauchers zu bündeln, so dass Hydraulikverbraucher mit einer geringen Leistungsanforderung eine geringere Leistung erhalten und Hydraulikverbraucher mit einer größeren Leistungsanforderung eine größere Leistung erhalten. Die WO 2008/009950 A1 zeigt die Umsetzung eines solchen Konzepts.

Nachteilhaft hieran ist, dass die Reaktionszeit beim Anfahren eines Hydraulikverbrauchers beträchtlich zunimmt, was das Handling und die Bedienbarkeit einer solchen Arbeitsmaschine negativ beeinflusst. Schließlich ist es erforderlich, dass nun zuerst die einzelnen kleineren Druckquellen über Ventile miteinander kombiniert werden, um den Hydraulikverbraucher zu betätigen.

Im laufenden Betrieb der Maschine erfasst und bestimmt ein Fahrzeugsteuergerät abhängig von der Fahrervorgabe (z.B. einem Bedienerjoystick) den Ölbedarf (bzw. Hydraulikfluidbedarf) jeder hydraulischen Arbeitsfunktion. Abhängig von diesem Bedarf entscheidet die Fahrzeugsteuerung über die Verschaltung von Eingängen und Ausgängen im Weichenventilblock bzw. über die Betätigung/Verstellung der enthaltenen Ventile („Weichenstellung“). Als Resultat stellt sich je Arbeitsfunktion die geforderte Ölmenge ein.

Diese laufend sich ändernde Verteilung/Zuordnung von Ölfördermenge zu den unterschiedlichen Hydraulikverbrauchern (wie z.B. Arbeits- bzw. Lenkfunktionen) während des Maschinenbetriebs ist äußerst herausfordernd. Es bedarf sehr aufwändiger Algorithmen, sowie schnell und präzise schaltender Ventiltechnik, um den Bedienerkomfort sicherzustellen, was eine relativ kostenintensive Umsetzung bedingt, da derartige Ventiltechnik am Markt nicht in wirtschaftlichen Losgrößen verfügbar ist.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Funktionssicherheit bei gleichzeitigem Abmildern oder Lösen der oben aufgeführten Probleme zu erreichen. Dies gelingt mit einem Hydrauliksystem, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem für eine hydraulisch betätigbare Arbeitsmaschine umfasst einen Weichenventilblock mit mehreren

Ventilblockeingängen zum jeweiligen Anschließen an einen Druckausgang einer oder mehrerer Hydraulikfluidpumpe/n, mehreren Ventilblockausgängen zum

Ausgeben eines unter Druck stehenden Hydraulikfluids, und mindestens einem Ventil, das zwischen Ventilblockeingängen und Ventilblockausgängen angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Fluidverbindung wahlweise zwischen einem ersten Ventilblockeingang und einem ersten Ventilblockausgang oder dem ersten Ventilblockeingang und einem zweiten Ventilblockausgang zu erzeugen. Das

Hydrauliksystem umfasst ferner mehrere Druckquellen, vorzugsweise mehrere separat ansteuerbare Druckquellen, von denen mehrere, nicht notwendigerweise aber alle, mit einem jeweiligen Ventilblockeingang verbunden sind, und mehrere Hydraulikverbraucher, von denen jeder mit einem jeweiligen Ventilblockausgang verbunden ist. Das Hydrauliksystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilblockausgang darüber hinaus bereits eine feste Fluidverbindung, vorzugsweise eine feste exklusive Fluidverbindung, mit einem zweiten Ventilblockeingang aufweist, die Lenkung mit dem ersten Ventilblockausgang verbunden ist. Da es nach der vorliegenden Erfindung nun möglich ist, dass für die Betätigung der Lenkung zwei unterschiedliche Druckquellen herangezogen werden können, kann diese auch bei einem Ausfall einer der Druckquellen und entsprechender Stellung des Ventils noch mit unter Druck stehendem Fluid versorgt werden. Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass das mindestens eine Ventil ein Weichenventil ist, das einen Ventilblockeingang exklusiv mit einem der mehreren Ventilblockausgängen verbindet. Das Weichenventil verbindet demnach den Ventilblockeingang mit einem der mehreren Ventilblockausgänge, kann den Ventilblockeingang aber in einer anderen Schaltstellung auch auf mindestens einen anderen Ventilblockausgang schalten. Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mehreren Druckquellen von mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen bereitgestellt werden, die jeweils über mindestens einen Druckausgang, vorzugsweise über mindestens einen separat steuerbaren Druckausgang verfügen.

Dabei ist es weiter vorteilhaft, wenn der erste Ventilblockeingang mit einem Druckausgang der ersten Hydraulikfluidpumpe und der zweite Ventilblockeingang mit einem Druckausgang der zweiten Hydraulikfluidpumpe verbunden ist.

So kann bspw. eine der mehreren Hydraulikfluidpumpen ausfallen ohne dass es zu einem Totalausfall des zugeführten Hydraulikfluids an die Lenkung kommt. Die nicht ausgefallene Hydraulikfluidpumpe ist weiterhin in der Lage, unter Druck stehenden Fluid zur Betätigung der Lenkung zu liefern.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jede der mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen über eine eigene Steuereinheit verfügt, die vorzugsweise an unterschiedlichen Spannungsversorgungen angeschlossen sind.

Neben dem redundanten Aufbau der beiden Steuereinheiten kann somit auch bei einem Spannungsausfall einer der beiden Spannungsversorgungen zumindest eine der beiden Hydraulikfluidpumpen weiterbetrieben werden.

Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass die separaten Steuereinheiten der mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen miteinander verbunden sind, um in einem Fehlerfall derjenigen Druckquelle, die mit dem zweiten Ventilblockeingang verbunden ist und die feste und nicht umschaltbare Fluidverbindung zur Lenkung darstellt, das Ventil unabhängig von anderen Steueranforderungen auf den ersten Ventilblockausgang zu schalten, um weiterhin eine Fluidversorgung für die Lenkung zu gewährleisten.

Fällt also diejenige Druckquelle aus, die fest mit der Lenkung verbunden ist, also keine Weiche oder dergleichen in ihrem Fluidweg von der Druckquelle zur Lenkung aufweist, wird das Weichenventil so geschaltet, dass die andere Druckquellen, deren Fluid je nach Weichenstellung zur Lenkung oder einem anderen Ventilblockausgang geleitet werden kann, zur Lenkung geführt wird. Damit wird der Ausfall der fest mit der Lenkung verknüpften Druckquelle zumindest teilweise kompensiert.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an jedem Druckausgang einer zugehörigen Hydraulikfluidpumpe ein Sensor zum Bestimmen des dort anliegenden Drucks vorhanden ist, der mit der zugehörigen Steuereinheit der mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen verbunden ist, so dass diese dazu in der Lage ist, in Abhängigkeit des dort anliegenden Drucks einen Fehlerfall zu detektieren.

Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass stromabwärts des ersten Ventilblockausgangs, vorzugsweise unmittelbar vor einem Lenkzylinder, ein Sensor zum Erfassen des Lastdrucks angeordnet ist, der mit den Steuereinheiten der mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen verbunden ist, vorzugsweise um zu ermöglichen, dass die Lenkung in einem Druckregelmodus arbeitet.

Dabei können vorzugsweise stromabwärts des ersten Ventilblockausgangs nun zwei voneinander unabhängige Sensoren zum jeweiligen Erfassen des Lastdrucks angeordnet sein, die jeweils mit den Steuereinheiten der mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen verbunden sind, wobei bevorzugterweise die zwei voneinander unabhängigen Sensoren eine unterschiedliche Bauart und/oder einen verschiedenen Messbereich aufweisen.

Durch das Ausführen der beiden Sensoren wird eine Redundanz geschaffen, die eine Ausfallwahrscheinlichkeit einer Druckmessung an dieser Stelle verringert. Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, wenn die Sensoren nicht baugleich sind und/oder unterschiedliche Druckwertbereiche abdecken.

Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheiten dazu ausgelegt sind, in einem Fehlerfall einen Konstantdruck an die Lenkung bereitzustellen. Dieser Konstantdruck kann bspw. in der Mitte des normalen Arbeitsbereichs des Lenkdrucks liegen. Resultat hierbei wäre zwar eine weniger feinfühlige Lenkung, dies wäre aber hinsichtlich der funktionalen Sicherheit nicht von Belang.

Ferner kann nach einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung vorgesehen sein, dass an jedem Druckausgang der mindestens zwei Hydraulikpumpen ein Rückschlagventil vorgesehen ist und die Steuereinheiten dazu ausgelegt sind, die Funktionsfähigkeit der Sensoren am Druckausgang zu überwachen, indem der Wert des Sensors zum Erfassen des Lenkungsversorgungsdrucks herangezogen wird, vorzugsweise mittels einer Prüfung, wonach die zur Lenkung verbundenen Pumpenausgänge niemals höhere Werte anzeigen können als der übergeordnete Drucksensor. Wenn man annimmt, dass die auf die Lenkung geschalteten Druckquellen einen Druck erzeugen, der niemals über dem übergeordneten Lenkversorgungsdruck liegt, kann man über diese Information fehlerhafte Drucksensoren an den Druckausgängen einer jeweiligen Hydraulikfluidpumpe erkennen. Die Rückschlagventile stellen dabei sicher, dass es nicht zu einem ungewollten Abfluss von Hydraulikfluid aus dem Weichenventilblock kommt, sondern dieser den Block nur über die Ventilblockausgänge verlassen kann.

Ferner kann auch vorgesehen sein, dass an jedem Druckausgang der mindestens zwei Hydraulikpumpen ein Rückschlagventil vorgesehen ist und, wenn eine der Steuereinheiten einen Ausfall eines Sensors am Druckausgang detektiert, eine Steuerung der mit dem ausgefallenen Sensor verknüpften Druckquelle unter Heranziehung des Sensors zum Erfassen des Lenkversorgungsdruck fortgeführt wird. Nach einer weiteren Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Sensor zum Erfassen des Lenkversorgungsdruck unmittelbar nach dem Ventilblockausgang angeordnet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der zweite Ventilblockausgang mit einer Arbeitshydraulik, bspw. einem Kippzylinder oder einem Hebezylinder verbunden ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Radlader mit einem Hydrauliksystem nach einer der vorhergehenden Varianten.

Obwohl in den Ansprüchen durchgängig von Ventilblockeingang und -ausgang gesprochen wird, ist dem Fachmann klar, dass eine direkte Verbindung bspw. aus der Druckquelle P1 unter Umgehung eines körperlich ausgebildeten Weichenventilblocks an einen Hydraulikverbraucher ebenfalls vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst ist. Der Weichenblock wie auch der Ventilblockeingang und -ausgang sind abstrakt zu definierende Gebilde, so dass auch eine direkte Verbindung einer Druckquelle mit einem Hydraulikverbraucher, insbesondere einer Lenksteuerung, in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fällt. Es muss nicht zwangsläufig die direkte Durchschaltung über einen (körperlichen) Weichenventilblock erfolgen. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Hydraulikverbraucher mit einer direkten Verbindung einer Druckquelle verknüpft ist, so dass das davon abströmende Fluid unmittelbar zur Verfügung steht. Eine bspw. direkte Schlauchverbindung von einer Druckquelle zu einem Hydraulikverbraucher, insbesondere der Lenkung, ist dabei vom Schutzbereich der Erfindung umfasst.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems,

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Hydrauliksystems, und

Fig. 3: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in einer abstrahierten Form. Fig. 1 zeigt schematische Darstellung eines Hydrauliksystems. Man erkennt einen Motor 1 , der über ein Verteilergetriebe 2 zwei Pumpen 3 antreibt. Eine der beiden Pumpen 3 weist dabei eine Druckquelle P1 auf, die direkt mit einer Lenksteuerung 4 verbunden ist, so dass der von der Druckquelle P1 bereitgestellte Fluiddruck bzw. Fluidmenge zum Betätigen der Lenkzylinder 6 dient.

Vorliegend gibt es insgesamt acht unabhängig voneinander betreibbaren Druckquellen P1 - P8 durch zwei in Tandembetrieb angeordnete Pumpen 3, 3 verwirklicht, von denen jede über mehrere (vorliegend genaue vier) separat ansteuerbare Druckfluidausgänge verfügt. Jeder der insgesamt acht Druckfluidausgänge ist dabei mit einem eigenen, zugehörigen Ventilblockeingang 11 verbunden, der entweder direkt mit einem Ventilblockausgang 12 verknüpft ist, oder zu einem Ventil V1 - V7 (= auch Weichenventil) geführt ist.

In der vorliegenden Figur sind bis auf einen sämtliche Druckfluidausgänge P1 - P8 der Pumpen 3, 3 an ein Weichenventil 10 angeschlossen. Lediglich der Druckfluidausgang P1 ist direkt, ohne Weiche, mit einem Ventilblockausgang 12 verbunden, welcher zur Lenksteuerung 4 geführt ist. In anderen Worten wird damit sichergestellt, dass die Lenksteuerung 4 permanent und unabhängig von einer Schaltstellung der Weichenventile V1 - V7 in dem Weichenventilblock 9 über die Pumpleistung der Druckquelle P1 verfügt. Wird eine darüber hinausgehende Pumpleistung durch Lenksteuerung benötigt, kann man die Weichenventile V1 und V2 so schalten, dass deren zugehörige Druckquellen P2, P3 ihre Leistung ebenfalls der Lenksteuerung 4 zur Verfügung stellen. Insgesamt stehen somit bei Bedarf drei Pumpquellen P1, P2, P3 zum Ausüben der Lenksteuerung 4 und zum Bewegen der Lenkzylinder 6 zur Verfügung.

Auf der rechten Seite der Figur 1 ist neben dem Weichenventilblock 9 der Steuer- Ventilblock 5 angeordnet, in dem die Hydraulikverbraucher Kippen 51 und Heben 52, sowie weitere nicht namentlich benannte Verbraucher 53, 54 angeordnet sind. Bei entsprechender Ventilstellung der Weichenventile V1 bis V7 in dem Weichenventilblock 9 kann die Kippsteuerung 51 mit den Druckquellen P2 und P4 bis P8 verknüpft werden, so dass ausreichend Leistung für die Kippfunktion zum Betätigen der Kippzylinder 7 vorhanden ist. Ähnlich verhält es sich mit der Hebesteuerung 52, die ebenfalls bei entsprechender Stellung der Ventile V2 bis V7 mit den zugehörigen Druckquellen P3 bis P8 verbindbar ist. Die Hebesteuerung 52 kann dabei Pumpleistung auch an die weitern Verbraucher 53, 54 weitergeben, die aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht im Detail dargestellt sind.

Durch dieses Hydrauliksystem kann demnach die Pumpleistung der mehreren Druckquellen je nach derzeitigem Bedarf auf einen jeweiligen Verbraucher 6, 7, 8 gelenkt werden, wobei die typischerweise damit einhergehenden Nachteile eines schlechten Ansprechverhaltens dadurch abgefedert werden, dass besonders sensitive Verbraucher, bspw. die Lenkung, permanent und ausschließlich mit einer Druckquelle (hier die Druckquelle P1) verbunden ist.

Fig. 2 zeigt eine Umsetzung der vorliegenden Erfindung, bei der nun nicht nur die Lenksteuerung 4 über eine exklusive Pumpleistung verfügt, sondern auch die Hebesteuerung 52. Hierbei sind die Pumpen P7 und P8 exklusiv und unveränderbar dem Hydraulikverbraucher „Heben“ zum Betätigen der Hebezylinder 8 zugeordnet. Ähnlich wie in Fig. 1 ist es zudem möglich über eine entsprechende Schaltung der Ventile V2 bis V5 vier weitere Druckquellen P3 bis P6 hinzuzufügen, damit auch herausfordernde Hebeaufgaben gemeistert werden können.

Die Kippsteuerung 51 kann bei entsprechender Ventilstellung der Ventile V1-V3 und V5 mit insgesamt vier Druckquellen P2 bis P4 und P6 verbunden werden. Ebenfalls ist möglich, dass die weiteren Verbraucher 53, und 54 über die Kippsteuerung 51 versorgt werden (und nicht wie in Fig. 2 gezeigt über die Hebesteuerung 52).

Der erfindungsgemäße Mehrwert wird in der Fig. 2 daran ersichtlich, dass die beiden im Tandembetrieb befindlichen Pumpen 3, 3 nun jeweils einen ihrer Druckausgänge P1 , R5 auf die Lenksteuerung 4 schalten können. Der Umstand, dass die Pumpen 3, 3 im Tandembetrieb laufen, ist für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung, da ein separater Betrieb der Pumpen ebenfalls denkbar ist und der Grundidee der Erfindung nicht entgegensteht.

Der Druckausgang P1 der linken Pumpe 3 ist bereits fest mit der Lenksteuerung 4 verbunden, so dass das aus dem Druckausgang P1 strömende Fluid vollständig der Lenksteuerung zur Verfügung steht. Darüber hinaus gibt es über das Ventil V4 die Möglichkeit eine weitere Druckquelle P5 der anderen Hydraulikfluidpumpe 3 (in Fig. 2 die rechte Pumpe 3) der Lenksteuerung 4 zukommen zu lassen.

Sollten bspw. die Druckausgänge P1 bzw. P2 aufgrund eines Pumpendefekts nicht mehr genügend Hydraulikfluid liefern können, oder Hydraulikfluid unter nur sehr geringem Druck bereitstellen, kann über ein Verschalten des Ventils V4 sichergestellt werden, dass die Lenksteuerung weiterhin mit ausreichend Hydraulikfluid versorgt wird. Die Menge und der Druck des Hydraulikfluids, welches über den Druckausgang P5 zur Verfügung gestellt wird, reichen zumindest für eine Notlenkfähigkeit aus. In einem solchen Zustand ist zwar nicht der gewohnte Lenkkomfort gegeben, eine sichere Lenkung und das Beibehalten der Manövrierfähigkeit werden aber gewährleistet. Im Ergebnis wird demnach eine fehlertolerantere Lenkung geschaffen, die selbst bei Ausfall einer der dargestellten zwei Pumpen 3, 3 weiter zuverlässig arbeitet.

Fig. 3 zeigt eine weiter abstrahierte Darstellung der vorliegenden Erfindung. Der Weichenblock 9 ist nun vereinfacht dargestellt und zeigt nun nicht mehr die komplette Verschaltung der Druckausgänge der Pumpen 3, 3 sondern nur noch diejenigen der Druckausgänge P1 und P5. Der Druckausgang der Druckquelle P1 ist dabei fest und unveränderbar mit der Lenksteuerung 4 verbunden. Der Druckausgang der Druckquelle P5 verläuft zu einem Weichenventil 10, welches den Druckausgang P5 wahlweise mit der Arbeitshydraulik A (nicht dargestellt) oder der Lenksteuerung 4 verbindet. Zudem erkennt man, dass jede der beiden Hydraulikfluidpumpen 3, 3 eine eigene Steuereinheit 13, 14 aufweist, die miteinander in Verbindung stehen.

Ferner werden die beiden Steuereinheiten 13, 14 über unterschiedliche

Versorgungsspannungen 15, 16 mit Energie versorgt, so dass auch bei einem Ausfall einer der beiden Versorgungspannungen 15, 16 zumindest eine der beiden Pumpen 3, 3 noch steuerbar ist.

Weiter sind nach der Lenksteuerung 4, also direkt vor den nicht dargestellten Lenkzylindern zwei Drucksensoren 19, 20 vorhanden, die für eine redundante Messung des dort anliegenden Drucks sorgen. Abweichend von der Darstellung wird der dort gemessene Druck von jedem der Sensoren 19, 20 an die beiden Steuereinheiten 13, 14 gegeben.

Zudem ist direkt nach dem Weichenblock ein weiterer Drucksensor 18 angeordnet, welcher den in die Lenksteuerung eingehenden Druck misst. Dieser gemessene Druck wird über eine Datenleitung an die beiden Steuereinheiten 13, 14 weitergegeben, wobei dies über eine optionale Fahrzeugsteuerung erfolgen kann.

Somit kann in einer oder beiden Steuereinheiten 13, 14 berechnet werden, ob der am Ventilblockausgang 12 herrschende Druck mit den einzelnen auf die Lenksteuerung geschalteten Druckwerten der möglicherweise mehreren Druckquellen P1 und P5 übereinstimmt.

Zudem kann dieser Wert dabei herangezogen werden, falls eine Druckmessung einer Druckquelle P1 bzw. P5 ausfallen sollte.