DE4140409A1 - Elektrohydraulische steuereinrichtung - Google Patents
Elektrohydraulische steuereinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Steuerein
richtung zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors
nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.
Es ist schon eine solche elektrohydraulische Steuereinrichtung zur
lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors aus der
DE-OS 25 23 600 bekannt, bei welcher der Druckunterschied am Einlaß
und Auslaß des Proportionalventils gemessen und die Position des
Steuerschiebers mit Hilfe einer Regelschaltung so eingestellt wird,
daß der Einfluß des von Belastungsänderungen abhängigen Druckunter
schiedes kompensiert wird, so daß der Volumenstrom unabhängig von
der anliegenden Druckdifferenz ist. Dies wird dadurch erreicht, daß
der Druckunterschied in der Regelschaltung radiziert und der Soll
wert für den Schieberhub bzw. Volumenstrom durch den radizierten
Wert dividiert wird. Dieses Ausgangssignal wird einem bekannten
Lageregelkreis als Sollwert für den Ventilhub zugeführt. Diese
Steuereinrichtung arbeitet mit einem aufwendigen 4-Wege-Propor
tionalventil, das sich für mobile Einsatzfälle weniger eignet. Zudem
benötigt das Wegeventil einen den Schieberhub abgreifenden Wegauf
nehmer mit Lageregelkreis zur Durchführung der elektronischen Last
kompensation.
Ferner ist aus der DE 39 31 962 A1 eine Steuerelektronik für ein
elektrisch verstellbares Stellglied bekannt, bei der zur Erzielung
eines linearen Ansteuerverhaltens das Kennlinienfeld des Stellglieds
in einen Tabellenspeicher eingeschrieben wird und damit in einem
Mikroprozessor aus einem Sollwert ein korrigiertes Ansteuersignal
für das Stellglied gewonnen wird. Damit lassen sich Kennlinien nicht
nur linearisieren sondern auch willkürlich verändern, so daß auch
bei verschiedenen Drücken die Durchfluß-Lastfunktion eines Ventils
berücksichtigt werden kann. Der Aufbau spezieller elektrohydrau
lischer Steuereinrichtungen wird hier nicht gelehrt.
Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Steuereinrichtung zur last
kompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors mit den kenn
zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil,
daß sie bei relativ einfacher und kostengünstiger Bauweise mit vor
handenen Bauelementen realisierbar ist und eine elektronisch last
kompensierte Steuerung des hydraulischen Motors in beiden Richtungen
erlaubt, also beim Heben und beim Senken. Dabei läßt sich durch die
Ausbildung des Proportionaldrosselventils als Sitzventil die Leckage
gering halten. Zudem läßt sich trotz der Ausbildung als Sitzventil
eine feinfühlige Steuerung beim Heben wie auch beim Senken er
reichen. Die Steuereinrichtung baut verhältnismäßig kompakt und
leicht und eignet sich dadurch besonders zur Anwendung bei mobilen
Einsatzfällen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 ange
gebenen Steuereinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft sind Aus
bildungen nach den Ansprüchen 3 bis 6, wodurch sich die Steuerein
richtung in einfacher Weise und kostengünstig aus vorhandenen Bau
elementen realisieren läßt, wobei neben einer elektronisch last
kompensierten Senkenfunktion eine Parallelsteuerung zusätzlicher hy
draulischer Verbraucher möglich ist, da ein mit Druck belastbarer
Weiterlauf-Anschluß über eine Druckwaage mit Druckmittel versorgt
wird. Ferner ist es zweckmäßig, die Steuereinrichtung gemäß den An
sprüchen 7 bis 9 auszubilden, wodurch sich neben einem einfachen und
platzsparenden Aufbau besonders gute Feinsteuereigenschaften er
zielen lassen. Durch die druckgesteuerte Meßblende in Verbindung mit
dem von der Steuerelektronik angesteuerten, vorgesteuerten Propor
tionaldruckventil lassen sich Hebenvorgänge lastdruckkompensiert
feinfühlig steuern. Ferner ist es günstig, wenn die Steuerein
richtung gemäß Anspruch 10 mit einem doppeldichten Proportional
drosselventil ausgestattet wird, so daß ein elektronisch last
kompensiertes Heben und Senken mit einem einzigen Proportional
drosselventil in Sitzventilbauart möglich ist. Weiterhin ist es vor
teilhaft, wenn die Steuereinrichtung gemäß den Ansprüchen 11 bis 13
so ausgebildet wird, daß das Proportionaldrosselventil in die Diago
nale einer als Vollbrücke ausgeführten, hydraulischen Gleichrichter
schaltung geschaltet ist. Auf diese Weise läßt sich eine elektro
nische Lastkompensation für die Funktionen Heben und Senken mit nur
einem Proportionaldrosselventil erreichen, wobei auch der Aufwand in
der Steuerelektronik relativ niedrig gehalten werden kann, da das
Kennlinienfeld des Proportionaldrosselventils nur für eine Druch
flußrichtung gespeichert werden muß. Eine besonders platzsparende
und kostengünstige Bauweise der Steuereinrichtung ergibt sich bei
einer Ausbildung nach den Ansprüchen 14, 15 wobei alle notwendigen
Bauelemente sinnvoll auf engstem Raum angeordnet und miteinander
verknüpft werden können. Gemäß den Ansprüchen 16 bis 18
ergeben sich besonders vorteilhafte Anwendungen der erfindungsge
mäßen Steuereinrichtung, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn sie
in einem Elektrostapler zur Steuerung der Lasthydraulik verwendet
wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen die Fig. 1 eine erste elektrohydraulische Steuerein
richtung zur lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors
in vereinfachter Darstellung, die Fig. 2 einen Längsschnitt durch
einen Teil der ersten Steuereinrichtung nach Fig. 1 in einer mehr
konstruktiven Ausführungsform, Fig. 3 ein Diagramm mit den Durch
flußkennlinien des Proportionaldrosselventils nach Fig. 1 in ver
einfachter Darstellung und die Fig. 4, 5 und 6 jeweils eine
zweite, dritte bzw. vierte elektrohydraulische Steuereinrichtung in
vereinfachter Darstellung.
Die Fig. 1 zeigt eine elektrohydraulische Steuereinrichtung 10 zur
lastkompensierten Steuerung eines hydraulischen Motors 11, der hier
als einfachwirkender Arbeitszylinder ausgebildet ist, wie er in Hub
werken zum Heben und Senken von Lasten, insbesondere in Staplern,
verwendet wird. Die Steuereinrichtung 10 weist eine Zulaufleitung 12
auf, die von einer Konstantpumpe 13 zum hydraulischen Motor 11
führt. Zugleich steht der hydraulische Motor 11 über eine Ablauf
leitung 14 mit einem Tank 15 in Verbindung, aus dem die Konstant
pumpe 13 ihr Druckmittel ansaugt. Der im hydraulischen Motor 11
herrschende Lastdruck wird von einem ersten elektrohydraulischen
Druckaufnehmer 16 abgegriffen, der ein zum Druck proportionales
elektrisches Ausgangssignal an eine Steuerelektronik 17 gibt.
In die Zulaufleitung 12 ist eine Druckwaage 18 geschaltet, deren Zu
laufanschluß 19 unmittelbar mit der Pumpe 13 in Verbindung steht.
Stromabwärts von der Druckwaage 18 ist in die Zulaufleitung 12 ein
erstes Rückschlagventil 21 geschaltet, welches eine Senkfunktion des
Motors 11 verhindert, z. B. bei Ausfall des Volumenstromes der Pumpe
13. Stromabwärts vom ersten Rückschlagventil 21 ist in die Zulauf
leitung 12 ferner eine druckgesteuerte Meßblende 22 geschaltet,
welche in zweckmäßiger Weise mit dem ersten Rückschlagventil 21 kom
biniert werden kann. Die Meßblende 22 ist dabei in ihrem Durchfluß
querschnitt so gestaltet, daß sie eine lineare Durchflußkennlinie
aufweist, d. h. ihr Durchfluß über dem jeweils auftretenden Druckge
fälle bildet eine im entsprechenden Diagramm schräg verlaufende Ge
rade. Auf die Bauweise dieser Meßblende 22 in Verbindung mit dem
ersten Rückschlagventil 21 wird in Zusammenhang mit Fig. 2 noch
näher eingegangen. Der Druck in der Zulaufleitung 12 zwischen der
Druckwaage 18 und dem ersten Rückschlagventil 21 wird von einem
zweiten elektrohydraulischen Druckaufnehmer 23 abgegriffen, der sein
druckabhängiges elektrisches Signal ebenfalls an die Elektronik 17
weitermeldet.
Die Druckwaage 18 weist eine 3-Wege-Funktion auf und hat zu diesem
Zweck neben einem Motoranschluß 24 einen Weiterlauf-Anschluß 25, der
durch ein zweites Rückschlagventil 26 abgesichert ist. Die Druck
waage 18 weist ein Steuerglied 27 auf, das von der Kraft einer Feder
28 und vom Druck in einem ersten Steueranschluß 29 in Richtung einer
Grundstellung 31 belastbar ist, in welcher es den Weiterlauf-An
schluß 25 absperrt und die Verbindung vom Zulaufanschluß 19 zum
Motoranschluß 24 aufsteuert. In entgegengesetzter Richtung ist das
Steuerglied 27 vom Druck in einem zweiten Steueranschluß 32 und da
mit vom Druck im Zulaufanschluß 19 belastet, wodurch es in eine Ar
beitsstellung 33 auslenkbar ist, bei welcher der Motoranschluß 24
blockiert wird und der Zulaufanschluß 19 mit dem Weiterlauf-Anschluß
25 Verbindung hat. Selbstverständlich
kann das Steuerglied 27 dazwischenliegende Übergangsstellungen ein
nehmen entsprechend der drosselnden Funktion der Druckwaage 18. Dem
Weiterlaufanschluß 25 ist das zweite Rückschlagventil 26 nachge
schaltet; es spannt mit Hilfe seiner Feder den Druck so weit vor, daß
das Steuerglied 27 der Druckwaage immer ganz nach rechts gegen die
Kraft der Feder 29 verschoben und die Leitung nach Anschluß A ver
schlossen ist. Zur Vorsteuerung der Druckwaage 18 ist ein Proportio
naldruckventil 34 vorgesehen, welches den Druck im ersten Steueran
schluß 29 steuert und über eine erste Drosselstelle 35 mit Druck
mittel aus der Zulaufleitung 12 versorgt wird. Eine zweite Drossel
stelle 36 dient zur Entlastung des hydraulischen Anschlusses 24,
wenn der Weiterlauf belastet ist. Das Proportionaldruckventil 34
wird von der Steuerelektronik 17 angesteuert, wozu dessen Proportio
nalmagnet mit einem Ausgang der Steuerelektronik 17 in Verbindung
steht.
In die Ablaufleitung 14 ist ein Proportionaldrosselventil 37 ge
schaltet, das als vorgesteuertes 2-Wege-Ventil ausgebildet ist und
zum dichten Absperren des Motors 11 in einer Sitzventilbauart ausge
führt ist. Mit dem Proportionalventil 37 läßt sich der Volumenstrom
in der Ablaufleitung 14 proportional zu einem elektrischen Eingangs
signal steuern, wozu dessen Proportionalmagnet ebenfalls mit der
Steuerelektronik 17 in Verbindung steht. Bei dem Proportionalventil
37 handelt es sich um ein Ventil, wie es in den
älteren Patentanmeldungen P 40 32 078.2 und P 40 30 952.5 näher er
läutert ist. Dieses Proportionaldrosselventil 37 weist ein Kenn
linienfeld auf, bei dem sich die einzelnen Durchflußkennlinien in
Abhängigkeit des jeweils auftretenden Druckgefälles voneinander
unterscheiden. In dem Diagramm nach Fig. 3 ist in vereinfachter und
schematischer Weise ein solches Kennlinienfeld dargestellt, wobei
mehrere Durchflußkennlinien 38 für den Volumenstrom Q in Abhängig
keit des Stromsignals L für mehrere Drücke aufgetragen ist, so daß
das Steuerverhalten des Proportionaldrosselventils 37 im Prinzip er
kennbar ist.
Die Steuerelektronik 17 läßt sich als an sich bekannter Micro
computer ausbilden, in dem die Funktionen eines Reglers, eines Rech
ners sowie eines Tabellenspeichers integriert sind. Die Steuerelek
tronik 17 hat einen Sollwerteingang 41, an dem die verschiedenen
Werte für eine bestimmte Funktion des Motors 11 eingebbar sind. Fer
ner ist in dem Tabellenspeicher der Steuerelektronik 17 das Kenn
linienfeld für die druckabhängig unterschiedlichen Durchflußkenn
linien 38 (in Fig. 3) des Proportionaldrosselventils 37 in an sich
bekannter Weise abgespeichert. Die Steuerelektronik 17 enthält in
ihrem Regler auch geeignete Mittel, mit denen nicht nur die Propor
tionalmagnete von Proportionaldruckventil 34 und Proportional
drosselventil 37 ansteuerbar sind, sondern über die auch ein die
Konstantpumpe 13 antreibender Elektromotor 42 ansteuerbar ist.
Wie die Fig. 2 näher zeigt, sind die Druckwaage 18, das Rückschlag
ventil 21 mit der druckgesteuerten Meßblende 22, das vorsteuernde
Proportionaldruckventil 34, das Proportionaldrosselventil 37 sowie
die beiden Druckaufnehmer 16, 23 in einem elektrohydraulischen
Steuermodul 45 vereinigt. Das Steuermodul 45 weist ein quader
förmiges Gehäuse 46 auf, an dem diese Bauelemente angeordnet und
miteinander verschaltet sind. Das Gehäuse 46 weist eine zwischen
seinen zwei Stirnseiten 47, 48 verlaufende, mehrfach abgesetzte und
von Kammern durchdrungene Längsbohrung 49 auf, in der das Propor
tionaldrosselventil 37, die Druckwaage 18 sowie das Proportional
druckventil 34 koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei ist das als
Patronenventil in Sitzbauweise ausgeführte Proportionaldrosselventil
von der ersten Stirnseite 47 her in die Längsbohrung 49 eingebaut,
während das als Hohlschieber ausgebildete Steuerglied 27 der Druck
waage 18 von der zweiten Stirnseite 48 her in die Längsbohrung 49
eingebaut ist. Die Längsbohrung 49 ist in der zweiten Stirnseite 48
durch das Proortionaldruckventil 34 verschlossen, welches die
Druckwaage 18 vorsteuert. In die Längsbohrung 49 führt im Bereich
zwischen dem Proportionaldrosselventil 37 und der Druckwaage 18 ein
Kanal 51, welcher mit dem Zulaufanschluß 19 in Verbindung steht. Der
Zulaufanschluß 19 liegt dabei in einer schmalen Längsseite 52 des
quaderförmigen Gehäuses 46, in der auch der Weiterlauf-Anschluß 25
angeordnet ist. In einer der ersten schmalen Längsseite 52 gegen
überliegenden zweiten Längsseite 53 des Gehäuses 46 sind ein mit
dem Motoranschluß verbindbarer Verbraucheranschluß 50 sowie ein
Tankanschluß 54 ausgebildet. Der Verbraucheranschluß 50 und der
Weiterlauf-Anschluß 25 liegen dabei im wesentlichen in einer senk
recht zur Längsbohrung 49 verlaufenden Ebene. In Verlängerung des
Verbraucheranschlusses 50 sind dabei im Gehäuse 46 das Rückschlag
ventil 21 und die druckgesteuerte Meßblende 22 ausgebildet, die ein
gemeinsames Schließglied 55 aufweisen. Die das Schließglied 55 auf
nehmende Gehäuseausnehmung 56 ist dabei anschließend an den eigent
lichen Ventilsitz in ihrer Form so ausgebildet, daß die Meßblende 22
in an sich bekannter Weise ihre lineare Druchflußkennlinie erreicht.
Der den Lastdruck abgreifende erste Druckaufnehmer 16 ist in der
ersten Stirnseite 47 oberhalb von einem Proportionalmagnet 57 des
Proportionaldrosselventils 37 eingebaut. Der den Druck in der Zu
laufleitung 12 stromaufwärts der Meßblende 22 abgreifende zweite
Druckaufnehmer 23 ist in der zweiten Stirnseite 48 eingebaut, so daß
er oberhalb des Proportionaldruckventils 34 zu liegen kommt. Beide
Druckaufnehmer 16, 23 liegen damit im wesentlichen gleichachsig zu
einander und in einer Achse parallel zur Längsbohrung 49. Bei dieser
Ausbildung des Steuermoduls 45 lassen sich im wesentlichen alle
elektrohydraulischen Bauelemente in einer besonders kompakten und
vorteilhaften Weise anordnen, wobei die Integration von Meßblende 22
und erstem Rückschlagventil 21 äußerst vorteilhaft ist.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 wird wie folgt erläutert,
wobei auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen wird.
Befindet sich die Steuereinrichtung 10 in einer sog. Schaltstellung
Neutralumlauf, so ist der Magnet des Proportionaldruckventils 34
nicht erregt, das Ventil selbst dabei geöffnet. Der erste Steueran
schluß 29 der Druckwaage 18 ist damit zum Tank 15 entlastet. Der vom
zweiten Rückschlagventil 26 in der Zulaufleitung 12 erzeugte Druck
wirkt über den zweiten Steueranschluß 32 auf das Steuerglied 27 der
Druckwaage 18 und bewirkt gerade eine so große Kraft auf das Steuer
glied 27, daß es gegen die Kraft der Feder 28 in seine Arbeits
stellung 33 bis zum Anschlag verstellt wird. Dadurch wird die Ver
bindung zum Motoranschluß 24 blockiert und das von der Konstantpumpe
13 geförderte Druckmittel fließt vom Zulaufanschluß 19 zum Weiter
lauf-Anschluß 25. Der Weiterlauf-Anschluß 25 ist mit Druck be
lastbar. Mit der elektrohydraulischen Steuereinrichtung 10 kann eine
parallele Steuerung zusätzlicher Hydromotoren durchgeführt werden.
Damit der Abschnitt der Zulaufleitung 12 stromaufwärts der Meßblende
22 entlastet wird, ist über die zweite Drosselstelle 36 eine Ver
bindung zum Tank 15 vorgesehen. In dieser Stellung Neutralumlauf ist
der Magnet 57 des Proportionaldrosselventils 37 nicht erregt, so daß
dieses Sitzventil den Hydromotor 11 sicher absperrt. Ferner kann in
dieser Stellung Neutralumlauf die Steuerelektronik 17 den ersten
Druckaufnehmer 16 einschalten und damit dessen elektrische Signale
für irgendwelche zusätzliche Funktionen verwenden, zum Beispiel für
Sicherheitsfunktionen oder zum Wiegen einer Last, die auf den Motor
11 einwirkt.
Wird auch der Neutralumlaufstrom nicht benötigt, so kann die Steuer
elektronik 17 den Elektromotor 42 abschalten, wobei eine auf den Mo
tor 11 wirkende Last hydraulisch gehalten wird durch das erste Rück
schlagventil 21 und das als Sitzventil ausgebildete Proportional
drosselventil 37. Irgendwelche Druckstöße im Weiterlauf-Anschluß 25
werden vom zweiten Rückschlagventil 26 abgefangen.
Für die Funktion Heben des Hydromotors 11 werden der Elektromotor
42, die beiden Druckaufnehmer 16, 23 sowie das Proportionaldruck
ventil 34 eingeschaltet bzw. aktiviert. Das Proportionaldrossel
ventil 37 wird nicht erregt und sperrt daher die Ablaufleitung 14
zum Tank 15 ab. An der Steuerelektronik 17 wird am Sollwert-Eingang
41 ein Wert vorgegeben, dessen Größe proportional ist zur Größe des
gewünschten Volumenstroms zum Motor 11. Über die Steuerelektronik 17
wird das Proportionaldruckventil 34 erregt, das nun die Verbindung
zum Tank sperrt und im ersten Steueranschluß 29 einen Steuerdruck
androsselt, welcher das Steuerglied 27 in eine Zwischenstellung ver
schiebt, bei der Druckmittel über die Zulaufleitung 12 zum Motor 11
strömt. Dieser Volumenstrom fließt stromabwärts der Druckwaage 18
durch die Meßblende 22, wobei der Druck stromaufwärts von dem
zweiten Druckaufnehmer 23 und der Druck stromabwärts vom ersten
Druckaufnehmer 16 gemessen und an die Steuerelektronik 17 weiterge
geben wird. In der Steuerelektronik 17 wird daher das über die Meß
blende 22 wirksame Druckgefälle ermittelt woraus sich aus der line
aren Durchflußkennlinie der Meßblende 22 ein zugehöriger Volumen
strom ermitteln läßt. Die Größe dieses Volumenstroms wird mit dem
Sollwert am Eingang 41 verglichen und aus dem sich daraus ergebenden
Differenzwert in der Steuerelektronik 17 ein solcher Stromwert zum
Ansteuern des Proportionaldruckventils 34 ermittelt, daß diese
Regelabweichung zu Null wird. Die Meßblende 22 ist dabei, wie aus
Fig. 2 näher erkennbar ist, im Bereich der Gehäuseausnehmung 56
durch ein besonderes Profil der Bohrung so gestaltet, daß sich eine
lineare Abhängigkeit des Volumenstromes Q vom Druckabfall Δp er
gibt. Durch diese gerade verlaufende Durchflußkennlinie der Meß
blende 22 wird im Gegensatz zu einer parabelförmigen Durchflußkenn
linie einer festen Blende erreicht, daß eine gute Feinsteuerbarkeit
des Volumenstroms auch bei sehr kleinem Wert noch gegeben ist. Der
Volumenstrom beim Heben des Hydromotors 11 läßt sich damit unab
hängig von Druckänderungen an der Konstantpumpe 13 oder im Weiter
lauf-Anschluß 25 konstant halten, so daß eine elektronisch lastkom
pensierte Hebenfunktion erreichbar ist.
Für die Funktion Senken des Hydromotors 11 werden von der Steuer
elektronik 17 lediglich der erste Druckaufnehmer 16 und das Propor
tionaldrosselventil 37 eingeschaltet bzw. aktiviert. Alle übrigen
Bauelemente werden nicht angesteuert, zumindest solange keine zu
sätzlichen Hydromotoren betätigt werden. Der Steuerelektronik 17
wird dabei ein dem Volumenstrom beim Senken porportionaler Wert am
Sollwert-Eingang 41 vorgegeben. Das von der Steuerelektronik 17 er
zeugte Stromsignal öffnet das Proportionaldrosselventil 37, so daß
vom Motor 11 ein Volumenstrom über die Ablaufleitung 14 zum Tank 15
abströmt. Dabei wird der jeweilige Lastdruck des Motors 11 vom
ersten Druckaufnehmer 16 an die Steuerelektronik 17 gemeldet. Wie
die Fig. 3 näher zeigt, weist das Proportionaldrosselventil 37
druckabhängig unterschiedliche Durchflußkennlinien auf. Diese Durch
flußkennlinien 38 des Proportionaldrosselventils 37 sind in dem
Tabellenspeicher der Steuerelektronik 17 abgelegt. In der Steuer
elektronik 17 entnimmt dessen Rechner entsprechend dem vom Druckauf
nehmer 16 gemeldeten Lastdruck die zugehörigen Werte der Durchfluß
kennlinie aus dem Tabellenspeicher, ermittelt die Abweichung des
Volumenstroms vom vorgegebenen Sollwert und errechnet schließlich
einen geeigneten Stromwert zum Ansteuern des Proportionaldrossel
ventils 37, so daß der Einfluß des Lastdruckes im Motor 11 kompen
siert wird. Mit dem Sitzventil 37 läßt sich somit ein elektronisch
lastkompensiertes Senken erreichen, wobei eine einwandfreie Fein
steuerung möglich ist. Zudem läßt sich der Motor 11 auch dann noch
senken, wenn die auf ihn von außen einwirkende Kraft sehr gering ist
und damit das für die Volumenstromsteuerung verfügbare Druckgefälle
niedrig liegt. Bei Ausfall der Steuerelektronik 17 kann eine am
Proportionaldrosselventil 37 angeordnete Nothandbetätigung 58 be
tätigt werden, so daß auch dann noch ein Einfahren der Kolbenstange
am Motor 11 möglich ist.
Die Fig. 4 zeigt eine zweite elektrohydraulische Steuereinrichtung
60 in vereinfachter Darstellung, die sich von der ersten Steuerein
richtung 10 nach Fig. 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche
Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Bei der zweiten
Steuereinrichtung 60 wird auf die parallele Betätigung zusätzlicher
Hydromotoren verzichtet, so daß eine 3-Wege-Druckwaage nach Fig. 1
entfällt und somit eine einfachere Bauweise möglich ist.
Bei der zweiten Steuereinrichtung 60 ist in die die Konstantpumpe 13
mit dem Hydromotor 11 verbindende Zulaufleitung 12 stromaufwärts von
dem ersten Rückschlagventil 21 und der Meßblende 22 ein Vorspann
ventil 61 geschaltet, das die Druckmittelquelle 13 absichert. Ferner
ist die Ablaufleitung 14 stromabwärts vom Proportionaldrosselventil
37 ein drittes Rückschlagventil 62 und stromabwärts von letzterem
ein Proportionaldruckventil 63 geschaltet. Das dritte Rückschlag
ventil 62 sichert dabei das Proportionaldrosselventil 37 ab. Das
Proportionaldruckventil 63 ist hier als vorgesteuertes Druckventil
ausgebildet, das normal offen ist, also bei nicht erregtem Propor
tionalmagneten die Ablaufleitung 14 öffnet. Zwischen der Zulauf
leitung 12 und der Ablaufleitung 14 ist eine Querverbindung 64 ge
schaffen, die hier als einfacher Knotenpunkt ausgebildet ist. Diese
Querverbindung 64 verbindet den zwischen Vorspannventil 61 und Meß
drossel 22 liegenden Abschnitt der Zulaufleitung 12 mit dem zwischen
drittem Rückschlagventil 62 und Proportionaldruckventil 63 liegenden
Abschnitt der Ablaufleitung 14. Während der erste Druckaufnehmer 16
den Lastdruck im Motor 11 abgreift und entsprechende Signale an die
Steuerelektronik 17 meldet, kann ein gesonderter, zweiter Druckauf
nehmer entfallen. Die Funktion des zweiten Druckaufnehmers nach
Fig. 1 wird bei der zweiten Steuereinrichtung 60 vom Proportional
druckventil 63 mitübernommen, aus dessen Ansteuersignalen der je
weilige Druck in der Ablaufleitung 14 stromaufwärts vom Proportio
nalventil 63 ermittelt werden kann.
Die Wirkungsweise der zweiten Steuereinrichtung 60 entspricht in
wesentlichen Funktionsabläufen der Wirkungsweise der ersten Steuer
einrichtung 10 nach Fig. 1, so daß im folgenden vor allem auf die
Unterschiede Bezug genommen wird: Bei der zweiten Steuereinrichtung
60 entfällt die Funktion Neutralumlauf, da keine 3-Wege-Druckwaage
vorhanden ist. Bei der Funktion Halten des Hydromotors 11 wird von
der Steuerelektronik 17 weder das Proportionaldrosselventil 37 noch
das Proportionaldruckventil 63 angesteuert. Die Steuerelektronik 17
hat lediglich den ersten Druckaufnehmer 16 eingeschaltet, um dessen
Signale für Zusatzfunktionen auszunützen.
Bei der Funktion Heben des Hydromotors 11 wird die elektronisch
lastdruckkompensierte Steuerung im Prinzip in vergleichbarer Weise
wie bei der ersten Steuereinrichtung 10 nach Fig. 1 erreicht. Der
von der Steuerelektronik 17 angetriebene Elektromotor 42 erzeugt
über die Konstantpumpe 13 einen Volumenstrom, welcher über das Vor
spannventil 61 und die Meßblende 22 zum Motor 11 strömt. Das über
die Meßblende 22 jeweils wirksame Druckgefälle wird ermittelt, indem
der Lastdruck im Motor 11 vom ersten Druckaufnehmer 16 an die
Steuerelektronik 17 gemeldet wird, während der Druck stromaufwärts
der Meßblende 22 indirekt aus dem Ansteuersignal des vorgesteuerten
Drucksteuerventils 63 ermittelt wird. Die Steuerelektronik 17 kann
dabei durch ein entsprechend großes Stromsignal mit Hilfe des Pro
portionaldruckventils 63 die Entlastung über die Ablaufleitung 14
zum Tank so weit androsseln, daß stromaufwärts der Meßblende 22 ein
geeigneter Druckwert erzeugt wird. Das über der Meßdrossel 22 wirk
same Druckgefälle läßt sich somit beim Heben unabhängig von der
Last im Motor 11 auf einen konstanten Wert regeln, so daß ein zur
Größe des Sollwertsignals am Eingang 41 proportionaler Volumenstrom
lastdruckunabhängig zum Motor 11 steuerbar ist.
Die Funktion Senken des Hydromotors 11 bei der zweiten Steuerein
richtung 60 wird in gleicher Weise wie bei der ersten Steuerein
richtung nach Fig. 1 erreicht, indem mit Hilfe des Proportional
drosselventils 37 und des ersten Druckaufnehmers 16 in Zusammen
arbeit mit dem elektronischen Steuergerät 17 ein elektronisch last
kompensiertes Senken erreicht wird, bei dem der Volumenstrom über
die Ablaufleitung 14 zum Tank strömt. Da das Proportionaldruckventil
63 als normal offenes Ventil ausgebildet ist, braucht es beim Senken
von der Steuerelektronik 17 nicht angesteuert zu werden. Das Vor
spannventil 61 verhindert, daß der Volumenstrom beim Senken zur
Druckmittelquelle 13 strömen kann.
Mit der zweiten Steuereinrichtung 60 läßt sich bei relativ ein
fachem Aufbau vor allem eine gute, lineare Feinsteuerbarkeit er
reichen.
Die Fig. 5 zeigt eine dritte elektrohydraulische Steuereinrichtung
70, die sich von der zweiten Steuereinrichtung 60 nach Fig. 4 wie
folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugs
zeichen verwendet werden.
Bei der dritten Steuereinrichtung 70 wird anstelle der Meßblende 22
nach Fig. 4 ein Proportionaldrosselventil 71 verwendet, das als
doppeldichtes Sitzventil ausgebildet ist und bei dem somit die Funk
tion des dritten Rückschlagventils 62 mitintegriert ist. Durch die
Verwendung eines solchen doppeldichten Proportionaldrosselventils 71
zweigt die Ablaufleitung 14 im Bereich zwischen Vorspannventil 61
und Proportionaldrosselventil 71 von der Zulaufleitung 12 ab und
führt über das normal offene Proportionaldruckventil 63 zum Tank 15.
Die Wirkungsweise der dritten Steuereinrichtung 70 entspricht weit
gehend derjenigen der zweiten Steuereinrichtung nach Fig. 4, wobei
bei der Funktion Halten des Hydromotors 11 lediglich die Signale des
ersten Druckaufnehmers 16 in der Steuerelektronik 17 verwendet wer
den, während das Proportionaldrosselventil 71 und das Druckregel
ventil 63 nicht angesteuert sind.
Beim Heben werden von der Steuerelektronik 17 neben dem ersten
Druckaufnehmer 16 das Proportionaldrosselventil 71 und das Propor
tionaldruckvenil 63 angesteuert bzw. eingeschaltet. Das Proportio
naldrosselventil 71 kann dabei die Funktion der Meßdrossel über
nehmen, über die mit Hilfe des Proportionaldruckventils 63 das je
weils wirksame Druckgefälle konstant gehalten wird, so daß ein last
druckkompensiertes Heben möglich ist.
Beim Senken des Hydromotors 11 wird in gleicher Weise wie bei der
zweiten Steuereinrichtung 60 nach Fig. 4 verfahren, wobei die in
der Steuerelektronik 17 gespeicherten Durchflußkennlinien dazu be
nutzt werden, um abhängig vom Drucksignal des Druckaufnehmers 16 das
Proportionaldrosselventil 71 so anzusteuern, daß der Einfluß des je
weiligen Lastdrucks kompensiert wird. Das normal offene Proportio
naldruckventil 63 wird dabei von der Steuerelektronik 17 nicht ange
steuert.
Mit der dritten Steuereinrichtung 70 läßt sich somit eine elektro
nisch lastkompensierte Heben- und Senkenfunktion erreichen, wobei
ein doppelt dichtes Sitzventil 71 für eine einwandfreie Abdichtung
der gehobenen Last am Verbraucher 11 sorgt. Die dritte Steuerein
richtung 70 kommt dabei in vorteilhafter Weise mit einem einzigen
Drosselventil 71 aus.
Die Fig. 6 zeigt eine vierte elektrohydraulische Steuereinrichtung
80, die sich von der ersten Steuereinrichtung 10 nach Fig. 1 wie
folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugs
zeichen verwendet werden. Die vierte Steuereinrichtung 80 kommt für
die beiden Funktionen Heben und Senken mit einem einzigen Proportio
naldrosselventil 37 aus, das zu diesem Zweck in einer hydraulischen
Gleichrichterschaltung 81 liegt die aus hydraulischer Vollbrücke 82
und vier Rückschlagventilen 83 sowie einer Brückendiagonale 84 be
steht, in die das Proportionaldrosselventil 37 geschaltet ist. Bei
der gezeigten Anordnung der Rückschlagventile 83 bilden die Äste 85,
86 der Vollbrücke 82 Teile der Zulaufleitung 12. In entsprechender
Weise bilden die anderen Äste 87 und 88 Teile der Ablaufleitung 14.
Mit Hilfe der Druckaufnehmer 16, 23 wird die über das Proportional
drosselventil 37 auftretende Druckdifferenz abgegriffen, wobei der
erste Druckaufnehmer 16 wiederum den Lastdruck im Motor 11 er
mittelt. Der zweite Druckaufnehmer 23 ermittelt beim Heben wie beim
Senken jeweils den Druck stromabwärts vom Proportionaldrosselventil
37. Ein Proportionaldruckventil 89 ist stromabwärts von einem zu
laufseitigen Summenpunkt 91 in die Ablaufleitung 14 geschaltet. Das
Proportionaldruckventil 89 ist hier als ein normal geschlossenes
Ventil ausgebildet. Ferner zweigt vom Summenpunkt 91 ein Weiter
lauf-Anschluß 92 ab.
Die Wirkungsweise der vierten Steuereinrichtung 80 ist insofern mit
derjenigen der ersten Steuereinrichtung 10 nach Fig. 1 vergleich
bar, als beim Heben wie beim Senken eine elektronisch lastkompen
sierte Steuerung des Hydromotors 11 möglich ist und daß zusätzlich
über den Weiterlauf-Anschluß 92 zusätzliche Hydromotoren parallel
betätigbar sind. Während bei der ersten Steuereinrichtung 10 nach
Fig. 1 die elektronische Lastkompensation unter Ausnutzung des in
der Steuerelektronik 17 abgespeicherten Kennlinienfelds der Durch
flußkennlinien des Proportionaldrosselventils 37 nur für die Funk
tion Senken durchgeführt wird, wird bei der vierten Steuerein
richtung 80 diese Art der Lastkompensation auch für die Funktion
Heben ausgenutzt.
Bei einer reinen Funktion Halten des Hydromotors 11 braucht die
Steuerelektronik 17 kein Ventil anzusteuern und erhält lediglich vom
ersten Druckaufnehmer 16 lastdruckabhängige Signale.
Bei der Funktion Heben aktiviert die Steuerelektronik 17 neben den
beiden Druckaufnehmern 16 und 23 das in der Brückendiagonale 84 lie
gende Proportionaldrosselventil 37 und arbeitet dabei in der ge
schilderten Weise, so daß der von der Konstantpumpe 13 zum Motor 11
fließende Volumenstrom elektronisch lastkompensiert wird. Beim Heben
wird das als normal geschlossenes Ventil ausgebildete Proportional
druckventil 89 von der Steuerelektronik 17 nicht angesteuert.
Beim Senken wird zusätzlich zu den von der Steuerelektronik 17 beim
Heben aktivierten Bauelementen das Proportionaldruckventil 89 ange
steuert bzw. geöffnet, so daß Druckmittel über die Ablaufleitung 14
zum Tank 15 entlastet werden kann. Je nach Bedarf kann die Konstant
pumpe 13 hierbei ein- oder ausgeschaltet sein.
Wie bei der ersten Steuereinrichtung 10 nach Fig. 1 kann auch bei
der vierten Steuereinrichtung 80 eine vergleichbare Funktion Neu
tralumlauf gefahren werden, wenn bei eingeschalteter Konstantpumpe
13 und dem normal geschlossenen Proportionaldruckventil 89 der ge
förderte Volumenstrom in den Weiterlauf-Anschluß 92 zum Betätigen
weiterer Hydromotoren geleitet wird. Das Proportionaldrosselventil
37 ist dabei nicht erregt und sperrt zusammen mit den Rückschlag
ventilen 83 den Motor 11 hydraulisch ab.
Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungsformen Ände
rungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Claims (19)
1. Elektrohydraulische Steuereinrichtung zur lastkompensierten
Steuerung eines hydraulischen Motors, mit zwischen eine Druckmittel
quelle und einen Motor geschalteten, elektrisch ansteuerbaren, vorge
steuerten und proportional arbeitenden Ventilmitteln, einem elektro
hydraulischen Druckaufnehmer zur Aufnahme des Lastdrucks im Motor
und mit einer Steuerelektronik zur Bildung eines Ansteuersignals für
das Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel als
2-Wege-Proportionaldrosselventil (37; 71) in Sitzventilbauart ausge
bildet sind, daß in der Steuerelektronik (17) ein Kennlinienfeld des
Proportionaldrosselventils (37; 71) mit dessen druckabhängig ver
änderlichen Durchflußkennlinien (38) gespeichert ist, mit deren
Hilfe die Steuerelektronik (17) aus dem eingegebenen Sollwertsignal
am Eingang (41) ein die Lastkompensation bewirkendes Ansteuersignal
für das Proportionaldrosselventil bildet und daß die Steuerelek
tronik (17) mit einem Proportionaldruckventil (34; 63; 89) in Wirk
verbindung steht.
2. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (17) mit einem zweiten
Signal von einem druckabhängigen Bauelement (23; 63) zur Ermittlung
einer wirksamen Druckdifferenz versorgt wird.
3. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Proportionaldrosselventil (37) in eine
zwischen Motor (11) und Tank (15) verlaufende Ablaufleitung (14) ge
schaltet ist und zwischen Motor (11) und Druckmittelquelle (13) eine
Zulaufleitung (12) verläuft, in die eine vom Proportionaldruckventil
(34) vorgesteuerte Druckwaage (18) und davon stromabwärts ein den
Motor (11) absicherndes Rückschlagventil (21) sowie eine druckge
steuerte Meßblende (22) geschaltet sind, daß das druckabhängige Bau
element für das zweite Signal ein zweiter Druckaufnehmer (23) ist,
der zusammen mit dem ersten Druckaufnehmer (16) das über die Meß
blende (22) auftretende Druckgefälle ermittelt (Fig. 1).
4. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßblende (22) eine im wesentlichen linear
verlaufende Durchflußkennlinie aufweist.
5. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Druckwaage (18) als 3-Wege-Ventil mit
einem Weiterlauf-Anschluß (25) ausgebildet ist und eine von einer
Feder (28) zentrierte Grundstellung (31) aufweist, in der die Ver
bindungen vom Zulauf-Anschluß (19) zum Weiterlauf-Anschluß (25) ge
sperrt und zu einem Motor-Anschluß (24) offen sind und vom Zulauf
druck entgegen der Kraft der Feder (28) und eines Steuerdrucks in
diesem Steueranschluß (29) in eine Arbeitsstellung (33) auslenkbar
ist, in der diese Verbindung zum Weiterlauf-Anschluß (25) aufge
steuert und die Verbindung zum Motor-Anschluß (24) abgesteuert wird.
6. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Anschluß des
zweiten Druckaufnehmers (23) mit der Zulaufleitung (12) zwischen
Druckwaage (18) und Rückschlagventil (21) verbunden ist und über
eine Drosselstelle (36) mit dem Tank (15) in Verbindung steht.
7. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß das Proportionaldrosselventil (37) in eine
zwischen Motor (11) und Tank (15) verlaufende Ablaufleitung (14) ge
schaltet ist und daß zwischen Motor (11) und Druckmittelquelle (13)
eine Zulaufleitung (12) verläuft, in die ein den Motor (11) ab
sicherndes Rückschlagventil (21) sowie eine druckgesteuerte Meß
blende (22) geschaltet sind, daß in die Zulaufleitung (12) stromauf
wärts vom Rückschlagventil (21) ein Vorspannventil (61) geschaltet
ist und in der Ablaufleitung (14) stromabwärts vom Proportional
drosselventil (37) ein drittes, letzteres absicherndes Rückschlag
ventil (62) und das Proportionaldruckventil (63) liegen und daß von
der Zulaufleitung (12) zwischen Vorspannventil (61) und Meßblende
(22) eine Querverbindung (64) abzweigt, die im Bereich zwischen
drittem Rückschlagventil (62) und Proportionaldruckventil (63) in
die Ablaufleitung (14) führt (Fig. 4).
8. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßblende (22) eine im wesentlichen lineare
Durchflußkennlinie aufweist.
9. Elektrische Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Proportionaldruckventil (63) als vorgesteuer
tes Ventil ausgebildet ist und sein Ansteuersignal das zweite Signal
zur Ermittlung der wirksamen Druckdifferenz bildet.
10. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das 2-Wege-Proportionaldrosselventil
(71) als doppeldichtes Sitzventil ausgebildet ist und in die
zwischen Motor (11) und Druckmittelquelle (13) verlaufende Zulauf
leitung (12) geschaltet ist, in der zwischen Proportionaldrossel
ventil (71) und Druckmittelquelle (13) ein Vorspannventil (61) ge
schaltet ist, daß von der Zulaufleitung (12) zwischen Proportional
drosselventil (71) und Vorspannventil (61) die Ablaufleitung (14)
abzweigt und über das Proportionaldruckventil (63) zum Tank (15) ge
führt ist und daß in der Steuerelektronik (17) die Durchflußkenn
linien des Proportionaldrosselventils (71), insbesondere für beide
Durchflußrichtungen gespeichert sind und zur Bildung der Ansteuer
signale herangezogen werden (Fig. 5).
11. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß in die von der Druckmittelquelle (13)
zum Motor (11) führende Zulaufleitung (12) eine hydraulische Gleich
richterschaltung (81) mit Vollbrücke (82) und Rückschlagventilen
(83) geschaltet ist, in deren Brückendiagonale (84) das 2-Wege-Pro
portionaldrosselventil (27) liegt, und daß von der Zulaufleitung (12)
stromaufwärts von der Gleichrichterschaltung (81) die Ablaufleitung
(14) abzweigt und über das Proportionaldruckventil (89) zum Tank
(15) geführt ist (Fig. 6).
12. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Abzweigstelle (91) der Ablaufleitung (14)
zusätzlich eine Weiterlauf-Leitung (92) zu zusätzlichen Hydromotoren
abzweigt.
13. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Eckpunkten der Brückendiago
nale (84) jeweils ein Druckaufnehmer (16, 23) angeschlossen ist.
14. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportional
drosselventil (37), das Proportionaldruckventil (34) mit der von ihm
vorgesteuerten Druckwaage (18), die druckgesteuerte Meßblende (22)
und die beiden Druckaufnehmer (16, 23) in einem gemeinsamen Gehäuse
(46) angeordnet sind, in dem das
Proportionaldrosselventil (37), das Proportionaldruckventil (34) und
die Druckwaage (18) koaxial zueinander angeordnet sind, während die
Meßblende (22) in einer dazu senkrecht verlaufenden Ebene liegt.
15. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (46) quaderförmig ausgebildet ist
und in einer zwischen zwei Stirnseiten (47, 48) verlaufenden Längs
bohrung (49) die Druckwaage (18) aufnimmt, während an der ersten
Stirnseite (47) das Proportionaldrosselventil (37) in die Längs
bohrung (49) und der erste den Lastdruck in einem Verbraucheran
schluß (50) abgreifende Druckaufnehmer (16) eingebaut sind, während
an der anderen Stirnseite (48) das Proportionaldruckventil (34) und
der zweite Druckaufnehmer (23) eingebaut sind, und daß an einer
schmalen Längsseite (52) der Zulauf-Anschluß (29) und der Weiter
lauf-Anschluß (25) und an der anderen schmalen Längsseite (53) des
Gehäuses (46) der Verbraucheranschluß (50) sowie der Tank-Anschluß
(54) angeordnet sind.
16. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11)
ein einfachwirkender Hubzylinder ist.
17. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle eine Elektrohydropumpe
(13, 42), insbesondere Konstantpumpe (13) ist, die von der Steuer
elektronik (17) angesteuert wird.
18. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 17, gekennzeichnet durch seine Verwendung für ein Hubwerk, ins
besondere in einem Elektro-Stapler.
19. Elektrohydraulische Steuereinrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 9 und 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Rückschlagventil (21) und die Meßblende (22) eine integrierte
Bauweise aufweisen und ein gemeinsames Schließglied (55) haben.
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