DE3113933C2 - - Google Patents

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.