DE2609434C2 - Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Motors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Motors nach der Gattung des Anspruchs I.

Es ist bereits eine derartige Einrichtung aus der US-PS 32 16 444 bekannt, bei der zur Änderung der Geschwindigkeit des Motors ein Drosselventil hubabhängig zuschahbar ist. Hierbei steuert ein vom Motor über einen Nocken betätigter, elektromechanischer Schalter ein Magnetventil welches seinerseits das Drosselventil steuert. Eine proportionale Geschwindigkeitssteuerung in einem großen Volumenstrom-Bereich, wie er für die Steuerung von Eilgang und Vorschub eines Motors benötigt wird, ist hier weder beabsichtigt noch möglich; es wird lediglich abhängig vom Hub des Motors dessen Geschwindigkeit verändert, wobei der Übergang von einer hohen zu einer niedrigen Geschwindigkeit zeitabhängig abläuft und in seinem Ve. lauf nicht regelbar ist.

ίο Zudem fehlen ein als Druckwaage arbeitendes Ventil für eine genaue Volumenstroni-Steiierung sowie ein wegabhängig proportionale Signale liefernder Istwertgeber für eine Regelung.

Ferner ist aus der Zeitschrift »Ingenieur Digest. Heft

3. Mär/. 71. Seite 67, Bild 22« eine Einrichtung zur Vorschubsteuerung eines hydraulischen Motors bekannt, bei der ein handbetätigbares Stromregelventil dem Wegeventil zur Richtungssteuerung des Motors in Reihe nachgeschallet ist Ein Verstellen des Stromreglers abhängig vom Hub des Motors ist hier nicht vorgesehen. so daß eine gezielte, ruckfreie Verzögerung insbesondere großer Massen zwischen genau festliegenden Endpunkten nicht möglich ist. Da ferner Wegeventil und Stromregelventil gleiche Nenngröße aufweisen müssen, ist es bei dieser Einrichtung schwierig, den für Eilgang notwendigen, großen Volumenstrom soweit zu verringern, wie dies für kleine Vorschubgescbwindigkcitcn verlangt wird.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine

jo Einrichtung der genannten Art so auszubilden, daß mit relativ geringem Aufwand der Volumenslrom zum Motor in einem großen Bereich proportional steuerbar ist. wobei eine gezielte, genaue Umsteuerung von Eilgang auf Vorschub und eine möglichst hohe Betriebssicher-

J5 heit möglich sein sollen.

Gemäß der Erfindung wird dies mit den im Anspruch I genannten, kennzeichnenden Merkmalen cr^reicht.
Auf diese Weise erhält man eine Einrichtung, die bei relativ einfacher Bauweise ein hohes Maß an Sicherheit ermöglicht. Dabei läßt sich eine gezielte, elektrisch gesteuerte Verzögerungsfunktion erreichen, wobei der vom Motor wegabhängig betätigte Istwertgeber proportional zu seinen Signalen die Volumenstromänderung regelt. Zugleich lassen sich mit einem einzigen Proportionalventil in Verbindung mit einem als Druckwaage arbeitenden Druckminderventil stark unterschiedliche Volunienströme für Eilgang und Vorschub schnell und genau regeln, wobei zugleich Anfahrsprünge vermieden werden.

Ein besonders hohes Maß an Betriebssicherheit bei vertretbarem Aufwand läßt sich bei einer Ausbildung nach Anspruch 2 erreichen. In zweckmäßiger Weise wird eine Schnellabschaltung begünstigt, wenn die Einrichtung gemäß den Ansprüchen 3 und 4 ausgebildet wird. Eine besonders vorteilhafte Bauform des Drosselventils für stark unterschiedliche Volumenströme gibt Anspruch 5 an, während Anspruch 6 eine äußerst zweckmäßige Vorgabe des Verzögerungsverlaufs erlaubt. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gibt die Zeichnung wieder. Diese zeigt

F i g. I eine Einrichtung zur Steuerung eines hydraulisehen Motors in vereinfachter Darstellung.

F i g. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch das Drosselventil mit angebautem Druckminderventil, Proportionalmagnet und Wegaufnehmer nach Fig. 1, jedoch

ohne Zusatzmagnet nueh Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 10 mit einem als hydraulischer Motor dienender Zylinder 11. dessen Zylinderraum 12 über eine erste Arbeitsleitung 13 und dessen Kolbenstangenraum 14 über eu;e zweite Arbcitsleitung 15 mit einem ersten Wegeventil 16 zur Richtungssteuerung verbunden sind. Das Wegeventil 16 steuert vier Wege, hat drei Stellungen und ist über eine Zulaufleitung 17 mit einer Pumpe 18 und über eine Rüeklaufleitung 19 mit einem Tank 21 verbunden. In die zweite Arheitslcitung 15 ist zum Absichern des Drucks im Kolbenstangcnraum 14 ein Druckgefälleventil 22 geschaltet. Parallel zu letztcrem verläuft eine erste Zweigleitung 23 mit einem ersten Rückschlagventil 24, das den Kolbenstangenraum 14 absichert. Parallel zu Druekgefälleventil 22 und Wegeventil 16 verläuft eine zweite Zweigleitung 25 mit einem die Zulaufleitung 17 absichernden zweiten Rückschlagventil 26. um eine Eilgangschaltung zu ermöglichen.

In die erste Arbeitsieitung 13 ist ein Drosselventil 27 sowie ein letzterem vorgeschaltetes Druckminderventil 28 geschaltet. Das Druckminderventil 28 ist über eine Steuerleiiung 29 zusätzlich vom Druck zwischen Zylinderraum 12 und Drosselventil 27 beaufschlagt und arbeitet zusammen mit dem Drosselventil 27 als Strömtegier. Eine zweite Steiierleitiing 31 führt von der ersten Arbeitsleitung 13 zum Druckgefälleventil 22. Das Drosselventil 27 besitzt einen in einem Gehäuse 32 angeordneten Schieber 33. der von einem Anker eines Proportionalmagneten 34 betätigbar ist. Am Proportionalmagnet 34 ist als Umsetzer 35 ein induktiv arbeitender Wegaufnehmer angeflanscht, dessen elektrischer Ausgang 36 von der Lage des Ankers abhängige Signale einem ersten Eingang 37 eines Differenzverstärkers 38 meldet. Ein zweiter Eingang 39 des Differenzverstärkers 38 erhält seine Signale vom Ausgang 41 eines ersten, elektrischen Steuergeräts 42. während sein Ausgang 43 mit dem Eingang 44 am Proportionalmagnet 34 verbunden ist. Der Proportionalmagnet 34 ist somit in einen Lagerregelkreis 45 geschaltet. Bei der aus Drosselventil 27 und Druckminderventil 28 bestehenden Ventilkombination sind die Anschlüsse mit 20 und 30 bezeichnet.

Das erste Steuergerät 42 hat fünf Eingänge 46.47,48. 49, 50; ein erster (46) ist mit einem zweiten induktiv arbeitenden Wegaufnehiner 52 verbunden, der bei einer ausfahrenden Kolbenstange 51 als Istwertgeber für die Regelung der Geschwindigkeitsänderung dient: ein zweiter (47) ist mit einem Endschalter 53. e>n dritter (48) und vierter Eingang 49 sind mit Sollwert-Gebern 54, 55 für zwei verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten und der fünfte Eingang 50 ist mit einem Geber 56 zur Vorgabe eines Verzögerungsverlaufs verbunden. Somit liegt das Drosselventil 27 in einem zweiten Regelkreis 57. bei dem die Istwerte von dem zweiten Wegaufnehmer 52 und die Sollwerte von den Gebern 54,55,56 kommen.

Zum Erreichen einer redundanten Steuerung ist ein gleichzeitig mit dem zweiten Wegaufnehmer 52 von der Kolbenstange 51 betätigbarer, induktiv arbeitender, dritter Wegaufnehmer 58 vorgesehen und sein Ausgang mit dem Eingang 59 eines zweiten Steuergeräts 61 verbunden, dessen zweiter Eingang 62 mit einem Stetierausgang 63 des Differenzverstärkers 38 Wirkverbindung hat. Zusätzlich besteht zwischen beiden Steuergeräten 42, 61 eine Wirkverbindung 64. Ein Ausgang 65 des /weiten Steuergerätes 61 hat mit einem Geber 66 Wirkverbindung. der die Magnete 67, 68 des Wegeventils 16 austeilen: der Ausgang 65 sieht ferner mit einem Zusaizmagnet 69 am Drosselventil 27 in Verbindung.

Wie Fig. 2 näher zeigt, weist der Steuerschieber 33 eine erste und zweite Steuerkantc 71 bzw. 72 auf. deren Überdeckungen verschieden groß sind. Dabei ist das Drosselventil 27 so an das Druckminderventil 28 angeschlossen, daß es parallel an beiden Steuerkanten 71. 72 durchströmt werden kann. Dazu sind die Querschnitte so ausgelegt, daß das Ventil 27 mit der ersten Sieuerkante 71 den Feinsteuerbereich für kleine Ölströme

ίο (/.. B. bis etwa 10 l/min) bestreicht und für die Eilgangmenge zusätzlich die zweite Steuerkante 72 mitbenutzt. Am Gehäuse 32 des Drosselventils 27 sind an einer Stirnseite der Proportionalmagnet 34 zusammen mit dem ersten Wegaufnehmer 35 angeflanscht. Auf der gegenübcrliegenden Stirnseite wird der Zusatzmagnei 69 angeflanscht, was in F i g. 2 jedoch nicht näher gezeichnet ist.

Die Wirkungsweise der Einrichtung 10 ist wie folgt:
Bei nicht betätigter Einrichtung 10 wird die erste Arbeitsleitung 13 vom Drosselventil 27 unterbrochen und somit ist die Kolbenstange 51 mit Kolben im Zylinder 11 ausreichend hydraulisch blockiert.

Zum Ausfahren der Kolbenstange 51 wird mit dem Geber 66 über den Magnet 67 der Steuerschieber des Wegeventils 16 so ausgelenkt, daß Druckmittel von der Pumpe 18 über die erste Arbeitsleitung 13 in den Zylinderraum 12 strömt. Gleichzeitig gelangt Druckmittel vom Kolbv.nstangenraum 14 über die zweite Arbeitsleitung 15. die zweite Zweigleitung 25 mit Rücksehlagven-

JO til 26 in die Zulaufleitung 17. so daß eine Eilgangschaltung zustande kommt. Das Druckgefälleventil 22 übt dabei noch keine Funktion aus. da das vorhandene Druckniveau zu niedrig ist. Gleichzeitig mit dem Geber 66 für die Richtungssteuerung wird der Geber 54 für die

J5 Eilgangsgeschwindigkeit vorgewählt, wodurch das erste elektrische Steuergerät 42 über den Verstärker 38 auf den Proportionalmagnet 34 einwirkt. Der Steuerschieber 33 macht weit auf und gibt mit seinen beiden Steuerkanten 71, 72 für die große, bei Eilgangschaltung auftretende Druckmiltelmenge parallele Verbindungen vom Druckminderventil 28 zum Zylinderraum 12 frei. Die jeweilige Lage des Ankers des Proporiionalmagneten 34 und damit auch des Steuerschiebers 33 wird induktiv vom ersten Wegaufnehiner 35 ermittelt und über entsprechende, elektrische Signale an den Verstärker 38 weitergemeldet. Die Verstellzeit für den Anker des lagegeregelten Proportionalmagneten liegt damit unter der Schaltzeit von normalen Magnetventilen. LJm eine genaue, lastunabhängige Geschwindigkeitssteuerung zu erhalten, ist dem Drosselventil 27 das Druckminderventil 28 vorgeschaltet: diese Ventilkoinbination wirkt somit als elektrisch stufenlos verstellbarer Stromregler mit stark progressiver Kennlinie.

Mit der ausfahrenden Kolbenstange 51 wird bei einer

vi Werkzeugmaschine ein Werkstück möglichst schnell und nahe an ein Werkzeug herangefahren, wonach es innerhalb eines genau festgelegten, kurzen Hubes von der Eilgangsgeschwindigkeit auf eine Arbeitsgeschwindigkeit verzögert werden muß. Die ausfahrende KoI-

Wi benstange 51 betätigt deshalb nach einem im Eilgang durchlaufenen Teilhub gleichzeitig die zweiten und dritten Wegaufnehmer 52, 58. Der zweite Wegaufnehiner 52 meldet dabei proportional zu seinem Hubverlauf elektrische Signale an das erste Steuergerät 42. das ent-

tö sprechend diesen Signalen über den Verstärker 38 und den lagegcregelten Proportionalmagnet 34 die Lage des Steuerschiebers 33 im Drosselventil 27 und damit die durchströmende Menge steuert. Dabei werden bei der

Bildung des am Ausgang 41 erscheinenden Signals der vom Geber 55 vorprogrammierte Wert für die Arbeitsgeschwindigkeit und der vom Geber 56 vorprogrammierte Verzögerungsverlauf vom ersten Steuergerät 42 mit berücksichtigt, um den Übergang von Eilganggeschwindigkeit auf Arbeitsgeschwindigkeit entsprechend den Signalen des zweiten Wegaufnehmers 52 zu steuern. Mit dem Geber 56 für die Vorgabe der Verzögerung läßt sich deren Verlauf so beeinflussen, daß ohne Verstellung eines dem zweiten Wegaufnehmer 52 zügeordneten Nockens verschiedene Verzögerungsverläufe gefahren werden können und damit eine optimale Verzögerung auch von großen Massen an der Kolbenstange 51 erreichbar ist.

Die Signale des dritten Wegaufnehmers 58, der vollkommen synchron zum zweiten Wegaufnehmer 52 betrieben wird, werden dem zweiten Steuergerät 61 eingegeben und dort mit einem Sollwertsignal aus dem ersten Steuergerät 42 und/oder mit einem Differenzsignal aus dem Verstärker 38 verglichen. Ergibt dieser Vergleich, daß der Verlauf der Verzögerung an der Kolbenstange von vorgegebenen Werten zu stark abweicht, so wird eine Schnellabschaltung durchgeführt. Dabei kann einerseits das zweite Steuergerät 61 über den Geber 66 auf das Wegeventil 16 einwirken und dessen Steuerschieber in seine Mittelstellung zurückstellen. Dabei ergibt sich eine Verzögerung, die von der Schaltzeit des Magneten 67 und vom restlichen Drosselquerschnitt des Wegeventils 16 abhängig ist. Ferner wird vom zweiten Steuergerät 61 über einen Zusatzmagneten 69 das Drosselventil 27 schnell abgeschaltet und dabei die erste Arbeitsleitung mehr oder weniger stark gedrosselt bzw. unterbrochen. Diese beiden Schnellabschaltungen bei zu großer Abweichung von Soll- und Istwert können je nach Bedarf aufeinander abgestimmt werden. Solange die Kolbenstange 51 mit Arbeitsgeschwindigkeit ausfährt, ist die zum Zylinderraum 12 strömende Druckmittelmenge so gering, daß sie allein von der ersten Steuerkante 71 des Drosselventils 27 beherrscht wird. Auf diese besonders zweckmäßige Weise können in ihrer Größenordnung stark unterschiedliche (z. B. um das lOOfache) Druckmittelströme vom gleichen Ventil gesteuert werden.

Betätigt die mit Arbeitsgeschwindigkeit noch weiter ausfahrende Kolbenstange 51 schließlich den Endschalter 53, so wird über das erste Steuergerät 42 die Vorschubbewegung gestoppt. Während die Kolbenstange 51 mit Arbeitsgeschwindigkeit ausfährt strömt Druckmittel aus dem Kolbenstangenraum 14 in an sich bekannter Weise über das Druckgefälleventil 22 zum Wegeventil 16 unter weiter zum Tank 21 ab.

Zum Einfahren der Kolbenstange 14 wird über den Geber 66 der Magnet 68 angesteuert und der Steuerschieber das Wegeventil 16 so betätigt, daß die Pumpe 18 über die erste Zweigleitung 23 und die zweite Arbeitsleitung 15 mit dem Kolbenstangenraum 14 und der Zylinderraum 12 über die erste Arbeitsleitung 13 und das Wegeventil 16 mit dem Tank 21 verbunden wird. Dabei kann die Geschwindigkeit entweder über das Drosselventil 27 oder auch allein durch die von der Pumpe 18 geförderte Druckmittelmenge bestimmt werden.

Die Einrichtung 10 gewährleistet somit bei Ausfall eines Bauelements mit möglichst großer Sicherheit bei geringem Aufwand ein schnelles Abschalten des Antriebs, um vor allem ein Auftreffen des Werkzeugs mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück zu verhindern. Ferner können in vorteilhafter Weise sämtliche hydraulischen Ventile in einem einzigen Block zusammengefaßt werden. Von Vorteil ist weiterhin die gezielte, elektrisch steuerbare Verzögerungsfunktion sowie die Einstellung beliebiger Geschwindigkeiten mit einem Drosselventil, wozu lediglich entsprechende Geber zur Vorprogrammierung vorgesehen werden müssen. Als zweckmäßig ergibt sich ferner auch die Vermeidung von Anfahrsprüngen, da das Druckminderventil vor Geschwindigkeitsänderungen sich bereits in seiner Arbeitsstellung befindet. Dabei ist die Einrichtung auch unempfindlich gegen Verschmutzung, zumal keine kleinen hydraulischen Steuerströme notwendig sind. Durch gleichzeitiges Schalten von Wegeventil und Drosselventil lassen sich außerdem weiche Schaltübergänge erzielen.

Selbstverständlich sind Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann für die Schnellabschaltung unter Umständen nur eine der beiden geschilderten Möglichkeiten vorgesehen werden. Auch für den Soll-Istwertvergleich im zweiten Steuergerät sind Varianten beim Abgreifen der Vergleichswerte denkbar. Die Einrichtung kann natürlich auch für mehrere, verschiedene Geschwindigkeiten ausgelegt werden. Auch die Aufteilung der unterschiedlichen Druckmittelströme bei verschiedenen Geschwindigkeiten auf die beiden Steuerkanten des Drosselventils ist variabel.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Motors, dessen beide druckmiitelbeaufschlagien Flächen mit einem ersten Wegeventil zur Steuerung der Richtung des Motors in Verbindung stehen und mit in die Verbindungen geschalteten, zweiten Ventilmitteln zur Steuerung der Geschwindigkeit des Motors, wobei die Ventilmiltel ein Drosselventil mit einem beweglichen Steuerglied aufweisen und mit von einem beweglichen Glied des Motors betätigten Schaltmittcln zum Beeinflussen einer Geschwindigkeitsänderung abhängig von der Lage des Gliedes, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drosselventil (27) ein als Druckwaage arbeitendes Druckminderventil (28) vorgeschaltet ist, daß das Steuerglied des Drosselventils (27) über einen Proportionalmagneten (34) verstellbar und mit einem ersten elektromechanischen Wcgaufnehmer (35) verbunden ist. der in einem elektrischen Lageregelkreis (45) liegt und daß die Sehaltmittel mindestens einen die Istwerte für einen zweiten Regelkreis (57) bildenden, elektromechanischen, zweiten Wegaufnehmer (52) aufweisen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter, elektromechanischer Wegaufnehmer (58) mit dem zweiten Wegaufnehmer (52) eine redundante Steuerung bildet und mit einem zweiten, elektrischen Steuergerät (61) in Wirkverbindung steht, das mit einem in den zweiten Regelkreis (57) geschalteten, ersten elektrischen Steuergerät (42) und mit einem Differenzverstärker (38) in Wirkverbindiing steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Drosselventil (27) ein für eine Schncllabschaitung geeigneter Zusatzmagnet (69) angeordnet ist, der mit dem Ausgang (65) des zweiten Steuergeräts (61) in Wirkverbindung steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (6S) des zweiten Steuergeräts (61) mit dem Geber (66) für das Wegeventil (16) in Wirkverbindung steht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (32) zwei parallel geschaltete Steuerkanten (71, 72) mit unterschiedlicher Überdeckung aufweist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schaltmitteln zugeordnetes, erstes Steuergerät (42) Eingänge (48, 49,50) aufweist, die mit Gebern (54,55, 56) für verschiedene Geschwindigkeiten und für die Vorgabe des Verzögerungsverlaufs verbunden sind, und daß dessen Ausgang (41) mit dem Eingang (39) des Differenzverstärkers (38) Verbindung hat, der in den Lageregelkreis (45) geschaltet ist.