DE3113933C2 - - Google Patents
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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Description
Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Eine derartige bekannte Steuereinrichtung weist unter anderem ein
programmgesteuertes Drucksteuerventil für einen der Verbraucher und
die Verstellpumpe auf, wodurch der Leistungsbedarf verhältnismäßig
gering gehalten werden kann. Jedoch sind die Feinabstimmungen für
die verschiedenen Verbraucher und der Energieaufwand noch nicht
optimal ausgelegt (TR Technische Rundschau, Bern Nr. 21).
Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbraucher im Hydraulikkreis
optimal zu versorgen, d. h., daß kein überschüssiges Druckmittel
gefördert wird und eine ruckfreie Betätigung der Verbraucher mit der
gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuereinrichtung mit
den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Diese hat den Vorteil, daß
die Verbraucher noch besser ansteuerbar sind und der Energiever
brauch noch geringer gehalten werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Merkmale möglich.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich
nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung nä
her erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungs
beispiel in schematischer Darstellung und
Fig. 2 ein wei
teres Ausführungsbeispiel in ebensolcher Darstellung.
In beiden Ausführungsbeispielen treibt ein Motor 10 minde
stens eine verstellbare Pumpe 11 an, die in bekannter Weise
über eine von einem Steuerventil 12 angesteuerte doppelt
wirkende Verstelleinrichtung einstellbar ist. Auf den
kleinen Verstellkolben 14 wirkt über eine Steuerleitung
15 stets der Druck in der Förderleitung 16 der Pumpe, auf
den großen Verstellkolben 17 über das Steuerventil je nach
seiner Stellung ebenfalls der Druck über eine Steuerlei
tung 18 aus der Förderleitung oder es wird der Stellkol
ben zu einem Behälter 20 verbunden. Auf das Steuerventil
wirkt von der einen Seite her über eine Steuerleitung 21
der Druck aus der Förderleitung, auf dessen andere Seite
über eine Leitung 22 der Druck aus einer Leitung 23 sowie
die Kraft einer Feder 24. Derartige doppeltwirkende Ver
stelleinrichtungen sind hinlänglich bekannt und deshalb
nur kurz beschrieben. An die Förderleitung 16 der Pumpe
ist in einem Parallelkreis 25 ein Druckbegrenzungsventil
26 angeordnet.
In der Förderleitung 16 ist ein Rückschlagventil 28 an
geordnet, das sich in Richtung zu einem stromabwärts an
geordneten gesteuerten Rückschlagventil 29 zu öffnen ver
mag. Vom Rückschlagventil 29 mit seinem federbelasteten
Schließglied 30 führt eine Leitung 31 zu einer Leitung 32,
die über ein Schaltventil 33 zu einem Druckspeicher 34
führt. Der Druckspeicher ist über ein Entlastungsventil
35 zum Tank 20 entsperrbar.
Von der Leitung 32 geht eine Steuerleitung 37 aus, die
zu einem 4/2-Wegeventil 38 führt und von dort weiterläuft
zur Rückseite des Rückschlagventils 29. Von der Leitung
37 geht eine Leitung 39 aus, die über ein Wechselrück
schlagventil 40 zu einer Leitung 41 führt, welche über
ein Wechselrückschlagventil 42 an die Leitung 23 ange
schlossen ist. Die Leitung 41 mündet in eine Verbraucher
leitung 43, in der ein Rückschlagventil 36 angeordnet ist.
Die Leitung 43 führt zu einem Verbraucherkreis 44 mit bei
spielsweise zwei Verbrauchern, nämlich einem Hydromotor 45
und einem Arbeitszylinder 46. Jedem dieser Verbraucher ist
ein über ein Steuerventil 48 bzw. 49 steuerbares Rück
schlagventil 50, 51 zugeordnet, über welche der Druckmit
telstrom diesen zugeleitet werden kann. Der Abfluß dieser
Verbraucher erfolgt über ein Staudruckventil 52, dessen
Steuerleitung 53 über ein Rückschlagventil 54 zu einer
Leitung 55 führt, von der wiederum eine Steuerleitung 56
zu einem Proportional-Vorsteuerventil 57 führt. Diesem kann
über eine elektrische Eingabe 58 ein beliebiger Drucksoll
wert für die Verbraucher vorgegeben werden.
Von der Förderleitung 16 zweigt hinter dem Rückschlagven
til 28 eine Leitung 60 ab, die in eine Querleitung 61 mün
det, in der einerseits ein Stromregelventil 62 angeordnet
ist, andererseits eine Druckwaage 63. Die Druckwaage 63 be
steht im wesentlichen aus einem Steuerkolben 64, der durch
eine in einem Steuerraum 66 angeordnete Feder 65 belastet
ist. Der Steuerraum steht über eine Leitung 67 mit der Lei
tung 39 in Verbindung, und zwar dort, wo sich das Wechsel
rückschlagventil 40 befindet. Der Steuerschieber 64 ist
becherförmig ausgebildet, d. h. er hat eine Sackbohrung 67
und zwei in diese eindringende Querbohrungen 68, die mit
einer Ringnut 69 in Verbindung steht, in welche die Leitung
61 mündet. Von der Unterseite der Druckwaage 63 führt eine
Primärleitung 72 zu einem Proportional-Drosselventil 73,
das zur Volumenstromregelung der Verbraucher dient. Der Soll
wert des Volumenstroms kann über eine elektrische Eingabe
74 vorgewählt werden. Es ist im übrigen von bekannter kon
ventioneller Bauart und entspricht prinzipiell einem 4/2-
Wegeventil mit fließenden Übergängen zwischen den Schalt
stellungen; es ist verschiebbar gegen eine Feder 75. Von
der Primärleitung 72 führt jeweils eine Teilleitung 78 und 80
zum Proportional-Drosselventil 73 zwecks doppelter Durch
strömung. Sekundärseitig führen die Teilleitungen 77 und 79
zur Verbraucherleitung 43.
Die Steuereinrichtung arbeitet wie folgt:
Wenn die Pumpe 11 Druckmittel in die Förderleitung 16
fördert, so gelangt dies einerseits über das Rückschlag
ventil 28 in die Leitung 60 und über das sich öffnende
Rückschlagventil 29 in die Leitung 32, wodurch der Druck
speicher 24 aufgeladen wird. Das Wegeventil 38 befindet
sich dabei in seiner Schaltstellung I. Der Druck in der
Leitung 16 pflanzt sich auch über die Leitung 15 zum Ver
stellkolben 14 fort und über die Steuerleitung 21 zum
Steuerventil 12. Wenn der Druckspeicher 34 auf den durch
das Proportional-Vorsteuerventil 57 vorgegebenen Druck
aufgeladen und kein Verbraucher zugeschaltet ist, wird
die Pumpe 11 auf Nullförderung zurückgestellt. Dies kommt
dadurch zustande, daß über die Leitung 16 ein konstanter
Steuerölstrom über das Stromregelventil 62 zum Proportional-
Vorsteuerventil 57 fließt, das auf einen Druck eingestellt
ist, der dem maximalen Druck des Druckspeichers entspricht.
Dieser Druck wirkt über die Leitungen 55, 41, das Wechsel
rückschlagventil 42 und die Leitung 23 zum Steuerventil
12 fort und stellt es so ein, daß der Verstellkolben 13
entlastet wird. Der Druck am Verstellkolben 14 stellt nun
die Pumpe zurück.
Der Druckspeicher wird nur zugeschaltet, wenn im Verbrau
cherkreis eine größere Druckmittelmenge benötigt wird als
sie die Pumpe 11 zu fördern vermag. Daraus ist auch gleich
zu erkennen, daß durch die Verwendung eines Druckspeichers
eine geringere Antriebsleistung erforderlich ist.
Es sei angenommen, daß der Verbraucher 45 eingeschaltet
wird durch entsprechende Einstellungen des Ventils 48.
Dadurch wird das Rückschlagventil 50 von seinem Sitz ab
gehoben, und Druckmittel fließt in die Leitungen 80 zum
Hydromotor 45. Dieser soll trotz wechselnder Belastung
mit konstanter Drehzahl angetrieben werden. Dafür sorgt
das Proportional-Drosselventil 73 mit Lastkompensation.
Da der Druckmittelbedarf nicht übermäßig groß ist, genügt
hier Pumpenbetrieb, der Druckspeicher ist abgeschaltet.
Der für den Hydromotor notwendige Druckmittelstrom wird
am Proportional-Drosselventil 73 eingestellt. Über die
Leitungen 60, 61 fließt nun ein konstanter Steuerölstrom
über das Stromregelventil 62 in die Leitung 55 und über
das Rückschlagventil 36 in die Verbraucherleitung 43. Das
Druckgefälle am Stromregelventil 62 entspricht dabei dem
Druckgefälle am Steuerventil 12 der Verstellpumpe durch
entsprechende Auslegung der Feder 24. Wenn das Steuerven
til 12 beispielsweise auf 10 bar eingestellt ist, so ent
spricht dieser Druck dem Differenzdruck am Stromregelven
til 62. Der Sekundärdruck des Stromregelventils 62 gelangt
über die Leitungen 55, 41, das geöffnete Wechselrückschlag
ventil 42, sowie die Leitungen 23 und 22 zur Federseite
des Steuerventils 12. Die Druckwaage 63 wird durch den
im Druckspeicher herrschenden Druck geöffnet, der sich
zum Steuerraum 66 fortpflanzt über die Leitung 39 und das
sich öffnende Wechselrückschlagventil 40 sowie die Leitung
67. Der Steuerschieber 64 wird dadurch nach unten gedrückt
und im geöffneten Zustand gehalten. Druckmittel kann nun
über die Leitungen 60, 61 sowie die geöffnete Druckwaage 63
in die Primärleitung 72 des Ventils 73 strömen. Das von
der Pumpe 11 geförderte Druckmittel fließt nun über die
Druckwaage 64, die Leitung 72 und je nach Stellung des
Ventils 73 vom Primärkreis in den Sekundärkreis, dann
in die Leitung 43 und von hier zum Verbraucherkreis. Der
Hydromotor wird nun mit konstanter Drehzahl angetrieben,
wobei das Ventil 73 den Erfordernissen entsprechend zwi
schen den Schaltstellungen I und II geschaltet wird. Wenn
der am Vorsteuerventil 57 eingestellte Sollwertdruck er
reicht ist, fließt der über das Stromregelventil 62 strö
mende konstante Steuerdruckmittelstrom nicht mehr über
das Rückschlagventil 36 in die Verbraucherleitung 43, son
dern über das sich öffnende Vorsteuerventil 57 zum Tank.
Die Pumpe 11 wird jetzt auf Null zurückgestellt.
Es sei angenommen, daß nun der Verbraucher 45 durch Um
schalten des Wegeventils 48 abgeschaltet wird, wodurch das
Rückschlagventil 50 schließt. Nun wird der Verbraucher 46
durch Schalten des Ventils 49 zugeschaltet, wobei sich
das Rückschlagventil 51 öffnet und Druckmittel in die
Leitung 81 strömen kann. Es sei weiterhin angenommen,
daß der Verbraucher 46 kurzzeitig eine Druckmittelmenge
benötigt, die die Pumpe 11 nicht alleine mehr liefern kann.
Diese könnte natürlich entsprechend größer ausgelegt sein,
was jedoch einen höheren Bau- und Antriebs-Energieaufwand
bedeuten würde. Zu diesem Zweck wird nun der Druckspeicher
34 an das Leitungsnetz angeschlossen. Dies geschieht dadurch,
daß das Wegeventil 38 in Schaltstellung II geschaltet wird.
Dadurch wird der Druck im Federraum des Rückschlagventils
30 gesenkt. Das Rückschlagventil 29 öffnet sich und Druck
mittel kann aus der Leitung 32 in die Leitung 16 strömen.
Von hier gelangt es wieder - wie oben beschrieben - in
die Leitungen 60, 61 und fließt nun über die Druckwaage
63 und das Ventil 73 in die Leitung 43 und zum Verbrau
cher 46. Im jetzigen Regelzustand fließt der am Stromre
gelventil 62 erzeugte konstante Steuerdruckmittelstrom in
die Leitung 55 und das Rückschlagventil 36 wieder zu den
Teilleitungen 77, 79 des Ventils 75. Druckmittel gelangt
aber auch über die Leitung 39 und das sich öffnende Wech
selrückschlagventil in den Steuerraum 66 der Druckwaage 63.
Das Proportional-Drosselventil 73 und die Druckwaage 63
wirken jetzt zusammen wie ein vorgesteuerter 2-Wege-Stromreg
ler. Das Regeldruckgefälle ergibt sich durch die Kraft der
Feder 65 der Druckwaage 63 und den geringen Öffnungsdruck
des Rückschlagventils 36.
Bei Erreichen des Druck-Sollwerts am Vorsteuerventil 57
fließt das Steuerdruckmittel über das Stromregelventil
62 und das geöffnete Vorsteuerventil 57 zum Tank 20. Die
Druckwaage 63 und das Vorsteuerventil 57 übernehmen nun
eine Druckminderfunktion. Bei Druckminderung von einem
hohen auf einen niedrigen Druckwert kann über das Vor
steuerventil 52 kurzzeitig Kompressionsvolumen abge
baut werden. Die Pumpe 11 arbeitet dabei wie ein hydrau
lisch angesteuerter Druckregler. Steuerdruckmittel fließt
nun aus dem Speicherkreis über das Wegeventil 38, die
Drossel 47 und das Wechselventil 42 zum Vorsteuerven
til 70. Dieses ist auf Maximaldruck des Druckspeichers
eingestellt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entspricht weitge
hend demjenigen nach Fig. 1, so daß gleiche Teile mit
denselben Ziffern bezeichnet sind. Es unterscheidet sich
im wesentlichen dadurch, daß eine zweite Pumpe 90 für
die Aufladung des Druckspeichers 34 vorgesehen ist. Das
Speicherladeventil 91 schaltet druckabhängig auf Neutral
umlauf der Pumpe. Eine weitere wesentliche Änderung ist die
zusätzliche Verwendung eines einstellbaren und eigengesteu
erten Druckventils 93, das über eine Steuerleitung 94 an
ein Rückschlagventil 95 angeschlossen ist, dessen Steuer
raum 96 über eine Leitung 97 mit dem Speicherkreis über
eine Leitung 98 in Verbindung steht. Die Anordnungen der
Druckwaage 63 und des Stromregelventils 62 ist dieselbe,
lediglich zeichnerisch geringfügig anders dargestellt.
Von der Leitung 61 zweigt eine Steuerleitung 99 ab und
führt zur Vorderseite des Rückschlagventils 95. Von
diesem geht eine Leitung 100 aus und führt zu einem Druck
ventil 101, das an sich dem Rückschlagventil 36 nach
Fig. 1 entspricht. Die Leitung 94 mündet in die Leitung
43, welche wieder zu den verschiedenen Verbrauchern führt.
Dabei kann ein dritter Verbraucher 102 über eine Leitung
103 unmittelbar an den Druckspeicher 34 angeschlossen sein.
Mit dieser Steuereinrichtung erreicht man, daß der für
die Verbraucher 45, 46 maximal notwendige Volumenstrom
in der Leitung 43 bei unveränderter Größe des Proportio
nal-Drosselventils 73 wesentlich erhöht werden kann, und
zwar mit Hilfe des Druckventils 93, mit dem das Regel
druckgefälle Δ p vorgewählt wird. Dies sei am Beispiel
des Betriebs mit Druckspeicher erklärt. Dieser wird wiederum
durch Schalten des Wegeventils 38 zugeschaltet. Es öffnet
sich das Rückschlagventil 29, und das Druckmittel fließt
vom Druckspeicher über die Leitungen 16 und 60 sowie die
Druckwaage 63 und das Proportional-Drosselventil 73 zum
Hauptverbraucher, z. B. 46. Dieses Ventil und die Druckwaage
wirken hier als vorgesteuerte 2-Wege-Stromregler. Dabei
fließt ein konstanter Steuerdruckmittelstrom über das Strom
regelventil 62 sowie über die Leitung 94 zum Druckventil
93 und von diesem zur Sekundärleitung 77 des Ventils 73.
Mit der Einstellbarkeit des Druckventils 93 kann - wie oben
erwähnt - das Regeldruckgefälle Δ p vorgewählt werden.
Damit der Druckmittelstrom bei Druckspeicherbetrieb nicht
über das niedrig eingestellte Druckventil 101 fließt,
ist zwischen diesem und dem Stromregelventil 62 das ge
steuerte Rückschlagventil 95 geschaltet, das über das Wege
ventil 38 zugeschaltet wird.
Die beschriebenen Steuereinrichtungen eignen sich insbeson
dere für die Steuerung einer Spritzgießmaschine, wobei
der Hydromotor 75 zum Plastifizieren dient und der Ver
braucher 46 als Spritzzylinder ausgebildet ist, der nach
dem Abschalten des Hydromotors zugeschaltet wird. Wenn
dort der Höchstdruck auf einen niedrigeren Nachdruck ab
gesenkt werden muß, wird über das Staudruckventil 52 Druck
mittel von der Leitung 81 zur Leitung 83 und in die Rück
leitung 84 abgesteuert.
Mit den vorgeschlagenen Steuereinrichtungen ist es möglich,
eine kombinierte Volumen- und Druckprogrammierung sowohl
für Durchschnitts- als auch Spitzenverbrauchern zu schaffen.
Die mittleren Verbraucher werden energiesparend über die
mit Hilfe der Proportional-Ventile 57 und 73 geregelte Ver
stellpumpe 11 versorgt. Mit dem Zuschalten des Druckspei
chers wird der Spitzenverbraucher versorgt, außerdem för
dert dann die Pumpe 11 automatisch in den Druckspeicherkreis.
Die Volumenstrom-Regelung erfolgt im vorgesteuerten 2-Wege-
Stromregelsystem, die Druckminderung im vorgesteuerten 3-Wege-
Druckmindersystem. Der Geräteaufwand an Proportionaltechnik
ist gering, da nur ein Proportionaldrosselventil 73 und nur
ein Proportionalvorsteuerventil 57 für zwei Antriebssysteme
eingesetzt sind.
Claims (9)
1. Hydraulische Steuereinrichtung für mehrere parallelgeschaltete
mit einer Verbraucherleitung (43) verbundene Verbraucher (45, 46) in
einem Hydraulikkreis, die von mindestens einer verstellbaren Pumpe
(1) versorgt werden, mit Steuermitteln für die Druck- und Volumen
stromregelung der Verbraucher (45, 46) und zur druck- und volumen
stromabhängigen Einstellung der Pumpe (1), wobei für die Volumen
stromregelung ein in der Zuleitung (16) von der Pumpe (1) zu den
Verbrauchern (45, 46) willkürlich einstellbares Proportio
nal-Drosselventil (73) vorgesehen ist, für die Druckregelung
parallel dazu ein willkürlich einstellbares Proportional-Vorsteuer
ventil (57), dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (60) von
der Pumpe zum Proportional-Vorsteuerventil (57) ein Stromregelventil
(62) angeordnet ist, daß von der vom Stromregelventil (62) zum
Proportional-Vorsteuerventil (57) führenden Steuerleitung (56) eine
Leitung (55, 23) zu den Steuermitteln zur Einstellung der Pumpe (1)
und zu der Verbraucherleitung (43) führt, daß parallel an die Pumpe
ein von dieser aufladbarer und willkürlich dem Hydraulikkreis
zuschaltbarer Druckspeicher (34) angeschlossen ist und daß sich in
der Zuleitung vom Druckspeicher (34) zum Proportional-Drosselventil
(73) eine Druckwaage (63) befindet, die von einer Feder (65) und vom
Druck im Druckspeicher (34) im geöffneten Zustand gehalten wird.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Zuleitung (16) von der Pumpe (13) zum Druckspeicher (34) ein
willkürlich betätigbares Rückschlagventil (30) angeordnet
ist, das mit Hilfe eines Wegeventils (38)
gesteuert wird.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Zuleitung (39) vom Druckspeicher (34) zur Druck
waage (63) ein dieser vorgeschaltetes Wechsel-Rückschlag
ventil (40) angeordnet ist.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Zuleitung vom Steuerkreis (41,
61) zur Pumpe (11) ein Wechselrückschlagventil (42) an
geordnet ist.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß parallel an die Zuleitung vom Wechselventil (42) zum
Steuerventil (12) der Pumpe (11) ein Druckbegrenzungsven
til (70) angeordnet ist.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Zuleitung vom Druckspeicher (34)
zum Proportional-Drosselventil (73) ein Druckventil (93)
angeordnet ist.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Aufladung des Druckspeichers
(34) eine zweite Pumpe (90) vorgesehen ist.
8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Proportional-Drosselventil (73)
einen Sekundärkreis (77, 79, 43) hat, der über das Strom
regelventil (62) und ein Rückschlagventil (36) mit der
Förderleitung (16) der Pumpe in Verbindung steht, und daß
das Proportional-Drosselventil einen Primärkreis (72, 78,
80) aufweist, der über die Druckwaage (63) mit der Förder
leitung der Pumpe verbunden ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, daß auf
den Schieber (64) der Druckwaage (63) eine Feder (65) und
der Druck in einem Steuerraum (66) einwirken, wobei die Ver
bindung zu dem Steuerraum über ein Wechselrückschlagventil
(40) erfolgt, das in einer Steuerleitung (39) angeordnet
ist.
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