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Hydraulische Steuereinrichtung
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung
für ein von einem Hydromotor angetriebenes, insbesondere an einem landwirtschaftlichen
Fahrzeug angebautes Arbeitsgerät nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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In einer älteren Anmeldung P 33 45 192.3 wurde bereits eine derartige
Steuereinrichtung vorgeschlagen, bei der vor dem Steuerschieber zur Steuerung eines
einfach wirkenden Krafthebers ein als Druckkompensationsventil und als Druckminderer
arbeitendes Drosselventil vorgeschlagen ist. Dabei sind aber in Senkenstellung des
Steuerschiebers zwei parallele Steuerströme notwendig, einer zur Entlastung des
Druckraums des Drosselventils und ein zweiter für den Neutralumlauf des Druckmittels
durch die Steuereinrichtung.
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Der Neutralumlaufdruck ist dabei relativ hoch. Er entspricht in etwa
dem Druck zum Öffnen des Sperrventils der Steuereinrichtung.
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Ferner ist aus der DE-OS 32 o6 842 eine Steuereinrichtung bekannt,
bei der der Umlaufdruck in Neutralstellung des Steuerschiebers unabhängig ist vom
Steuerdruck zum
Entsperren des dem Verbraucher vorgeschalteten Sperrventils.
Dabei wird das Druckmittel über ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil geleitet,
wodurch der Neutralumlaufdruck in Stellung Neutral niedrig gehalten werden kann
Der Steuerdruck zum Entsperren des Sperrventils kann mit Hilfe eines Vorspannventils
gesondert eingestellt werden und liegt dadurch höher als der Neutralumlaufdruck.
Diese Steuereinrichtung baut aber kompliziert und benötigt zusätzliche Bauelemente.
Auch ist der Druckraum des Sperrventils bei Hebenstellung nicht druckentlastet.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit
den .kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß der Neutralumlaufdruck relativ niedrig ist.
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Das Druckmittel erwärmt sich beim Neutralumlauf nur geringfügig, wodurch
die Energieverluste gering gehalten werden. Die Feder des Drosselventils weist eine
geringe Kraft auf. Sie ist nicht auf die höheren Druckverhältnisse bei Senkenstellung
abzustimmen. Die Neutralumlaufverluste können gegenüber bisher bekannten Lösungen
auf ca i/14 verringert werden. Die Steuereinrichtung baut einfach und bauraumsparend.
Der Druckraum des Sperrventils ist bei Hebenstellung druckentlastet.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung
möglich.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, deren einzige Figur eine hydraulische Steuereinrichtung in vereinfachter
Darstellung in Stellung Senken zeigt.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die einzige Figur zeigt eine
Steuereinrichtung 10 mit einem Regelwegeventil J1, das zur Hubwerksregelung an einem
landwirtschaftlichen Fahrzeug, insbesondere einem Traktor mit angelenktem Pflug,
verwendet wird.
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Das Regelwegeventil 11 hat ein Gehäuse 12, in dem in drei zueinander
parallelen Achsen ein Drosselventil 13, ein Steuerventil 3 sowie ein Sperrblock
15, bestehend aus Sperrventil 16 und zugehörigem Aufstoßkolben 17, angeordnet sind.
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Das Drosselventil 13 hat einen Drosselschieber 18, der im Gehäuse
12 in einer Schieberbohrung 19 gleitet. In der Schieberbohrung 19 sind nebeneinanderliegend,
bezogen auf die Figur von links nach rechts gesehen, durch ringförmige ErweiteruKgen
ein Druckraum 21, ein Weiterlaufraum 22, ein Einlaßraum 23, ein Auslaßraum 24 sowie
ein Federraum 25 ausgebildet. Der Drosselschieber 18 wird von einer in dem Federraum
25 angeordneten Feder 26 sowie von den Drücken in dem Federraum 25 und in dem Druckraum
21 beaufschlagt, Zu diesem Zweck steht der Druckraum 21 über im Drosselschieber
18 angeordnete Steuerkanäle 27 mit dem Auslaßraum 24 in Verbindung. Die Feder 26
belastet den Drosselschieber 18 nach links in Richtung einer nicht gezeigten Ausgangsstellung,
in welcher er mit einem mittleren Kolbenabschnitt 28 die Verbindung vom Einlaßraum
23 zum Weiterlaufraum 22 blockiert. Ferner ist im Drosselschieber 18 eine Vorsteuerdrossel
30 angeordnet, welche zwischen die Steuerkanale 27 und den Federraum 25 geschaltet
ist, so daß deren Druckgefälle den Drosselschieber 18 gegen die Feder 26 belasten
kann. Am Kolbenabschnitt 28 ist auf der dem Auslaßraum 24 zugewandten Seite eine
erste
Steuerfase 29 angeordnet, welche in der Ausgangsstellung des
Drosselschiebers 18 die Verbindung vom Einlaßraum 23 zum Auslaßraum 24 voll aufsteuert.
Außerdem ist am Kolbenabschnitt 28 an dessen anderer Stirnseite eine zweite Steuerfase
31 ausgebildet, welche zum Steuern der Verbindung vom Einlaßraum 23 zum Weiterlaufraum
22 dient. Der Einlaßraum 23 ist über einen ersten Leitungsabschnitt 32 mit einem
Eingang 33 des Regelwegeventils 11 verbunden, von dem eine Arbeitsleitung 34 zu
einem Ausgang 35 führt, wobei in die Arbeitsleitung 34 hintereinander das Drosselventil
13, das Steuerventil 114 sowie das Sperrventil 16 geschaltet sind. Als Teil dieser
Arbeitsleitung 34 führt vom Auslaßraum 24 ein zweiter Leitungsabschnitt 36 zum nachfolgenden
Steuerventil 14.
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Das Steuerventil 14 hat einen Steuerschieber 37, der in einer zweiten
Schieberbohrung 37' dicht und gleitend geführt ist. In letzterer (37') sind wiederum
nebeneinanderliegend und, bezogen auf die Figur, von links nach rechts gesehen,
eine erste Dämpfu-ngskammer 38, eine erste Rücklaufkammer 39, eine Ablaufkammer
40, eine erste (41) sowie eine zweite Arbeitskammer 42, eine Steuerkammer 43, eine
zweite Rücklaufkammer 44 und eine zweite Dämpfungskammer 45 angeordnet. Die beiden
Rücklaufkammern 39, 44 sind zu einem Tank 46 entlastet. In die erste Arbeitskammer
41 mündet der zweite Leitungsabschnitt 36 der Arbeitsleitung 34. Von der zweiten
Arbeitskammer 42 führt ein dritter Leitungsabschnitt 47 als Teil der Arbeitsleitung
34 zum Sperrventil 16, das ein vierter Leitungsab-schnitt 48 mit -dem Ausgang 35
verbindet. Im dritten Leitungsab-schnitt 47 ist ein die zweite Arbeitskammer 42
absicherndes Rückschlagventil 49 angeordnet.
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Ferner führt vom Ausgang 35 über -das Sperrventil 16 eine Rücklaufleitung
51 zur Ablaufkammer 40 und weiter
über die erste Rücklaufkammer
39 zum Tank 46. Arbeitsleitung 34 und Rücklaufleitung 51 sind teilweise, nämlich
im Bereich des Sperrventils 16 identisch. Von der Steuerkammer 43 führt eine erste
Steuerleitung 52 über eine Drosselstelle 53 zur zweiten Rücklaufkammer 44 und dann
weiter zum Tank 46. Vor der Drosselstelle 53 zweigt von der Steuerleitung 52 eine
Leitung 54 zu einer dem Aufstoßkolben 17 zugeordneten Druckkammer 55 ab. Ferner
verbindet eine zweite Steuerleitung 56 die zweite Arbeitskammer 42 im Steuerventil
14 mit dem Federraum 25 im Drosselventil 13.
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Am Steuerschieber 37 selbst ist eine erste Steuerkante 57 ausgebildet,
um den über die Arbeitsleitung 34 zufließenden Druckmittelstrom proportional zur
Auslenkung des Steuerschiebers 37 zu steuern. Während in einer Hebenstellung des
Steuerschiebers 37 diese erste Steuerkante 57 die Verbindung zwischen den beiden
Arbeitskammern 41, 42 aufsteuert, unterbricht sie in der gezeichneten Senkenstellung
und in einer Neutralstellung diese Verbindung. Ferner weist der Steuerschieber 37
eine zweite Steuerkante 58 auf, um in entsprechender Weise den über die Rücklaufleitung
51 zum Tank 46 abfließenden Druckmittelstrom zu steuern. Während in der Hebenstellung
stellung sowie in der Neutralstellung diese zweite Steuerkante 58 die Verbindung
von der Ablaufkammer 40 zur ersten Rücklaufkammer 39 unterbricht, ist in der gezeichneten
Senkenstellung diese Verbindung proportional zur Auslenkung de-s Steuerschiebers
37 aufgesteuert.
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Der Steuerschieber 3T-hat ferner eine dritte Steuerkante 59, die an
einem Kolbenabschnitt 60 des Steuerschiebers 37 ausgebildet ist. Mit dieser steuert
der Steuerschieber 37 die Verbindung zwischen der zweiten Arbeitskammer 42 und der
Steuerkammer 43 und beeinflußt somit eine Verbindung
über die erste
Steuerleitung 52 zum Tank 46. Eine zweite, auf der anderen Stirnseite des Kolbenabschnitts
60 ausgebildete Steuerkante 61 steuert die Verbindung von der Steuerkammer 43 zur
zweiten Rücklaufkammer 44. Der Kolbenab.schnitt 60 ist dabei nur so breit, daß er
in Neutralstellung des Steuerschiebers 37 weder die Verbindung von der zweiten Arbeitskammer
42 zur Steuerkammer 43 noch die von dieser zur Rücklaufkammer 44 absperrt. In Stellung
Heben blockiert die Steuerkante 59 die Verbindung von der zweiten Arbeitskammer
42 zur Steuerkammer 43. In Stellung Senken blockiert die Steuerkante 61 die Verbindung
von der Steuerkammer 43 zur zweiten Rücklaufkammer 44.
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Die beiden Dämpfungskammern 38, 45 sind miteinander über einen Ausgleichskanal
63 verbunden, in dem eine Drossel 64 angeordnet ist. Der Ausgleichskanal 63 ist
über ein federbelastetes Rückschlagventil 65 mit der Steuerkammer 43 so verbunden,
daß das Rückschlagventil 5 zum Ausgleichskanal 63 hin öffnet. In jeder Dämpfungskammer
38 bzw. 45 ist eine Rückstellfeder 66 bzw. 67 sowie ein Federteller 68 bzw. 69 angeordnet,
welche bei nicht betätigtem Antrieb den Steuerschieber 37 in seiner Neutralstellung
zentrieren. Beide Dämpfungskammern 38, 45 sind nach außen hin durch Elektromagnete
71, 72 verschlossen, die beide z, B. als einfache Schaltmagnete ausgebildet sein
können und die in getakteter Weise nach Art einer Pulsdauermodulation angesteuert
werden können. Die beweglichen Anker der Schaltmagnete 71, 72 stehen über Betätigungsstößel
73 bzw. 74 mit dem Steuerschieber 37 in Wirkverbindung.
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Der am Ausgang 35 des Regelwegeventils ii angeschlossene, einfachwirkende
Hydromotor 75 ist ein Kraftheber, der über einen Hubarm 76 und ein übliches Dreipunktgestänge
77 einen am Traktorrahmen 78 angelenkten Pflug 79 betätigen kann
Der
Eingang 33 des Regelwegeventils S1 wird von einer Pumpe 81 über eine Zulaufleitung
82 mit Druckmittel versorgt. In die Zulaufleitung 82 kann bei Bedarf ein vorgeschaltetes
Wegeventil mit zugeordnetem Verbraucher geschaltet werden.
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Von dem Weiterlaufraum 22 im Drosselventil 13 führt eine Ablaufleitung
83 zum Tank 46 In dieser Ablaufleitung 83 ist ein nachgeschaltetes Wegeventil 84
angeordnet, das einen zweiten Hydromotor 85 steuern kann.
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Die Steuereinrichtung .10 ist demnach für einen offenen Kreislauf
ausgebildet.
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Es sei davon ausgegangen, daß bei nicht erregtem Elektromagneten 71,
72 der Steuerschieber 37 von seinen Rückstellfedern 66, 67 in seiner Neutralstellung
zentriert ist. Dann sind die Steuerkanten 57, 58 geschlossen. Der Kolbenabschnitt
60 sperrt weder die Verbindung von der Steuerkammer 43 zur Arbeitskammer 42 noch
die zur Rücklaufkammer 44 ab, d. h. der Kolbenabschnitt 60 hat eine negative Schaltüberdeckung,
Von dem von der Pumpe 81 in den Einlaßraum 23 des Drosselventils 13 geförderten
Druckmittelstrom zweigt ein kleiner Steuerölstrom ab und fließt vorbei an der drosselnden
ersten -Steuerfase 29 in den Auslaßraum 24, über die Steuerkanäle 27 und die Vorsteuerdrossel
30 in den Federraum 25 und über die zweite Steuerleitung 56 in die zweite Arbeitskammer
42 des Steuerventils 14. Von dort strömt es über die Steuerkammer 43 in die Rücklaufkammer
44 und in den Tank 46. Dieser Steuerölstrom verursacht an der Vorsteuerdrossel 30
ein Druckgefälle, das den Steuerschieber J8 des Drosselventils J3 gegen die Kraft
seiner Feder 26 nach rechts auslenkt. Da die Feder 26 geringe Kraft hat, ist der
Drosselschieber 18 leicht nach rechts verschiebbar. Dadurch ist ein niedriger
Neutralumlaufdruck
und geringer Neutralumlaufstrom bei nicht zu kleiner Vorsteuerdrossel 30 möglich.
Der Drosselschieber 18 arbeitet somit als Stromregelschieber, der den über das Steuerventil
14 zum Tank 46 abfließenden Steuerölstrom konstant und möglichst niedrig hält. Falls
der Hydromotor 85 nicht betätigt wird, kann der von der Pumpe 81 geförderte Druckmittelstrom
fast drucklos vom Einlaßraum 23 über den Weiterlaufraum 22 in die Ablaufleitung
83 und weiter zum Tank 46 abfließen.
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Soll zum Heben des Pflugs 79 ein Druckmittelstrom von der Pumpe 81
über die Arbeitsleitung 34 des Regelwegeventils 3 zum Kraftheber 75 strömen, so
wird der Elektromagnet 72 betätigt und der Steuerschieber 37 nach links verschoben.
Im Bereich der Hebenstellung sind die Steuerkanten 57 und 61 mehr oder weniger weit
aufgesteuert, während die Steuerkanten 58 und 59 ihre zugeordneten Verbindungen
blockieren. Es fließt somit ein Druckmittelstrom von der Pumpe 81 über die Arbeitsleitung
34 mit Drosselventil 13, Steuerventil 14 und geöffnetem Sperrventil 16 zum Kraftheber
75, Gleichzeitig ist auch ein Druckmittelfluß in der zweiten Steuerleitung 56 zwischen
zweiter Arbeitskammer 42 des Steuerventils 14 und dem Federraum 25 des Drosselventils
13 möglich. Dadurch wirkt der Druck nach der Steuerkante 57 über die Steuerleitung
56 auch im Federraum 25, Der Druck vor der Steuerkante 57 wirkt über den Leitungsabschnitt
36 ebenfalls im Auslaßraum 24. Aufgrund der Druckunterschiede vor und hinter der
Steuerkante 57 arbeitet der Drosselschieber 18 als Druckwaage zu der als Meßdrosselstelle
dienenden Steuerkante 57. Dadurch ist eine lastkompensierte proportionale Hebensteuerung
des Krafthebers 75 möglich.
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Dabei sperrt die zweite Steuerfa-se 31 am Drosselschieber 18 die Verbindung
von der Einlaßkammer 23 zur Weiterlaufkammer
22 weitgehend ab.
Da die Steuerkante 59 des Steuerschiebers 37 die Verbindung von der zweiten Arbeitskammer
42 zur Steuerkammer 43 blockiert, kann sich in letzterer kein Druck aufbauen. Der
Druckraum 55 des AuSstoßkolbens 17 ist somit über die Leitung 54, über die Steuerleitung
52 und über die Rücklaufkammer 44 zum Tank 46 entlastet. Dadurch kann sich im Druckraum
55 kein Druck aufbauen.
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Soll nun zum Senken des Pflugs 79 Druckmittel aus- dem Kraftheber
75 entweichen, so wird der andere Elektromagnet 71 betätigt und somit der Steuerschieber
37 aus seiner Neutralstellung heraus nach rechts in die gezeichnete Senkenstellung
gebracht. Die Steuerkante 58 des Steuerschiebers 37 entlastet dabei die Rücklaufleitung
51 von der Ablaufkammer 40 zur Rücklaufkammer 39 und weiter zum Tank 46. Gleichzeitig
öffnet die Steuerkante 59 die Verbindung von der zweiten Arbeitskammer 42 zur Steuerkammer
43, so daß vom Federraum 25 des Drosselventils 13 über die Leitung 56 und über die
Steuerleitung 52 mit der Drosselstelle 53 ein Steuerolstrom zur Rücklaufkmmer 44
und zum Tank 46 abfließen kann. Die Steuerkanten 57 und 61 blockieren dabei ihre
zugeordneten Verbindungen. Der an der Drosselstelle 53 abgegriffene Druck wirkt
über die Leitung 54 in den Druckraum 55 und auf dem AuSstoßkolben 17, der das vorgesteuerte
Sperrventil 16 öffnet. Dieser Öffnungsdruck ist größer als der Neutralumlaufdruck
bei Neutralstellung des Steuerschiebers 37 und ist auch unabhängig von diesem zu
steuern. Im Gegensatz zum Neutralumlaufdruck bei Neutralstellung des Steuerschiebers
37 strömt der Steuerölstrom jetzt über die Drosselstelle 53, wodurch das Druckniveau
zum Aufsteuern des Aufstoßkolbens 17 angehoben wird. Vom Kraftheber 75 kann nun
Druckmittel über das geöffnete Sperrventil 16 und die Rücklaufleitung
51
zum Tank 46 abströmen, wobei die Steuerkante 58 die Größe dieses Druckmittelstroms
bestimmt. Das Rückschlagventil 49 verhindert dabei, daß zurückfließendes Druckmittel
von der Rücklaufleitung 51 in die zweite Arbeitskammer 42 abstrcmen kann. Falls
das nachgeschaltete Wegeventil 814 nicht betätigt ist, drosselt die zweite Steuerfase
31 des Drosselventils 13 die Verbindung vom Einlaßraum 23 zum Weiterlaufraum 22
nur so weit an, daß sich im Auslaßraum 24 ein Druck aufbaut, welcher der Feder 26
und dem an der Drosselstelle 53 angedrosselten Druck das Gleichgewicht hält. Da
diese Feder 26 geringe Vorspannung hat, ist auch nur ein Druck notwendig, der geringfügig
über dem Druck liegt, der zum Betätigen des Aufstoßkolbens 17 notwendig ist. Der
über die Steuerkante 59 des Steuerschiebers 37 in die Steuerkammer 43 gelangende
Steuerölstrom hat ein konstantes Druckniveau, da dessen Größe durch die Feder 26
und die Vorsteuerdrossel 30 im Drosselventil 13 konstant gehalten wird. Über das
Rückschlagventil 5 und die Ausgleichsleitung 63 ist die Steuerkammer 43 mit den
Dämpfungskammern 38, 45 verbunden. Dadurch wirkt der Druck in der Steuerkammer 43
auch in den Dämpfungskammern 38, 45 und spannt so eventuelle Lufteinschlüsse in
den Dämpfungskammern 38, 45 vor. Diese vorgespannte Luft stört die Funktion des
Steuerventils 14 weniger als dies ohne Vorspannung der Fall wäre. Aufgrund des Druckgefälles
zwischen den Rücklaufkammern 39, 44 und den Dämpfungskammern 38, 45 kann die Luft
in die Rücklaufkammern 39, 44 über sogenannte Dichtspalte entweichen,