DE4216456A1 - Servo-hydraulisches Hubwerksregelsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein servo-hydraulisches Hub­ werksregelsystem (SHR) nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Hubwerksregelsysteme (SHR) dieser Gattung sind Systeme, die vorwiegend zur hydraulischen Steuerung und Betätigung von Arbeitsgerätschaften an Nutzfahrzeugen und landwirtschaft­ lichen Maschinen Verwendung finden. Dabei dienen sie im we­ sentlichen als Führungseinrichtung des Arbeitsgeräts zur Einhaltung einer voreingestellten Position bezüglich des Fahrzeugs und desweiteren als eine Möglichkeit zur Kompen­ sation von Hub- und Nickschwingungen des Fahrzeugs, die beispielsweise beim Befahren von Ackerflächen durch Uneben­ heiten auftreten und sich auf das Arbeitsgerät übertragen können.

Aus dem Stand der Technik, beispielsweise einer Veröffent­ lichung der Anmelderin mit der Bezeichnung RD 66 120/11.89 ist eine servo-hydraulische Hubwerksregelung für landwirt­ schaftliche Traktoren bekannt, mit deren Hilfe das Führen eines über hydraulische Regelkraftheber mit 3-Punkt-Aufhän­ gung befestigten Pfluges in einer konstanten Pflugtiefe so­ wie eine Anpassung der Zugkraft des Pfluges an die Motor­ last des Traktors ermöglicht wird. Hierzu ist es notwendig, außer der vorstehend definierten Geräteposition (Hubwerkstellung) auch die resultierende Zugkraft des Ge­ räts beispielsweise in einem Oberlenker oder in Unterlen­ kern der 3-Punkt-Aufhängung zu erfassen und entsprechend dieser Größen die Regelung der Gerätetiefenverstellung vor­ zunehmen.

Bezüglich der prinzipiellen Funktionsweise des Hubwerksre­ gelungssystems wird dabei insbesondere auf die Druckschrift DE-PS 29 40 403 der Anmelderin verwiesen, aus der ebenfalls eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Regelung eines Stell­ glieds an einem Schlepper bekannt ist.

Gemäß dieser Druckschrift arbeitet das Hubwerksregelungssy­ stems nach dem Prinzip der Wheatstone′schen Meßbrücke, wo­ bei die einzelnen Brückenzweige durch einen Sollwertgeber in Form eines manuell verstellbaren Drosselventils, durch einen Lageaufnehmer, ebenfalls in Form eines verstellbaren Drosselventils, welches jedoch mit dem Stellglied mecha­ nisch wirkverbunden ist, sowie durch zwei weitere ggf. ein­ stellbare Drosselventile gebildet werden. Zur Druckbeauf­ schlagung der hydraulischen Regelbrücke ist eine Druckpumpe vorgesehen, die einen konstanten, mittels eines Druckbe­ grenzungsventils geregelten Steuerdruck fördert.

Die Wheatstone-Brücke dient gemäß der vorstehend erwähnten Patentschrift zur Steuerung eines Regelventils, das in einen Hydraulikkreis zur wahlweisen Druckbeaufschlagung des Stellglieds zwischengeschaltet ist. Hierzu sind die einzel­ nen Drosselventile entsprechend dem Wheatstone′schen Prin­ zip an den Steuerseiten des Regelventils in einer Diagonale angeschlossen und derart abgeglichen, daß das Regelventil in unbetätigtem Zustand des Sollwertgebers in Neutralstel­ lung gehalten wird. Die Neutralstellung ist demzufolge dann eingestellt, wenn auf beiden Steuerseiten des Regelventils der gleiche Steuerdruck anliegt, wobei in dieser Stellung die Hydraulikzufuhr und Abfuhr zum Stellglied bzw. zu einem Sammelbehälter unterbrochen sind.

Bei Verstellen des Sollwertgebers stellt sich eine be­ stimmte Druckdifferenz an den Steuerseiten des Regelventils ein, entsprechend dem das Regelventil unmittelbar betätigt und somit das Stellglied bewegt wird. Diese Bewegung wird wiederum auf das als Lageaufnehmer vorgesehene Drosselven­ til übertragen, dessen Strömungsquerschnitt proportional zum Verstellweg des Stellglieds vergrößert oder verkleinert wird. Sobald sich der Lageaufnehmer auf einen Strömungs­ querschnitt einstellt, bei dem der ursprüngliche Steuer­ druck im entsprechenden Brückenzweig erreicht wird, ver­ schwindet die Druckdifferenz in der Diagonale der Brücke, worauf sich das Regelventil erneut in seine Neutralstellung verschiebt und damit den manuell eingeleiteten Regelvorgang beendet.

Wie jedoch bereits eingangs dieser Beschreibung erwähnt wurde, ist es von Vorteil, nicht nur die Geräteposition als Regelgröße für den Abgleich der Regelbrücke zu verwenden, sondern auch die Zugkraft des Arbeitsgeräts auf die 3- Punkt-Aufhängung im Regelvorgang zu berücksichtigen.

Hierfür sind gemäß der Veröffentlichung RD 66 120/11.89 die beiden einstellbaren Drosselventile ebenfalls als ein manuell verstellbarer Sollwertgeber bzw. als ein Kraftauf­ nehmer ausgebildet. Die beiden Sollwertgeber sind dabei in einem Zweihebelgerät ausgeführt, wobei ein Handhebel als Lagesollwertgeber arbeitet, während mit einem zweiten Hand­ hebel durch Kombination von Kraft und Lage eine Tiefenrege­ lung des Pfluges möglich ist, ohne jedoch die Empfindlich­ keit des jeweils reduzierten Brückenzweigs zu verringern. Die Istwerte von Lage und Kraft werden über die vorstehend beschriebenen Verstelldrosseln gemessen, wobei der Lageauf­ nehmer mechanisch an das Stellglied angekoppelt ist, wäh­ rend der Kraftaufnehmer Verformungen an der Aufhängung der Unterlenker im Bereich von f < 0,4 mm auflöst.

Mit Regelsystemen der vorstehend beschriebenen Art sind je­ doch größere Probleme hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit verbunden, die ihren Einsatz beispielsweise bei Traktoren oder ähnlichen Maschinen mit konventionellen Verbrennungs­ motoren nur mit Vorsicht und einigen technischen Vorkennt­ nissen erlauben.

Wird nämlich der Verbrennungsmotor eines Traktors abge­ stellt, entfällt die hydraulische Energie der Steuerdruck­ pumpe, um nachträglich gegebenen Befehlen an den Handhebeln des Sollwertgebers zu folgen. D.h., werden die Handhebel bei abgestelltem Motor verstellt, so tritt beim Wiederan­ lassen des Traktors eine plötzliche Reaktion im Regelsystem des Arbeitsgeräts auf, die je nach Auslenkung der Handhebel mehr oder weniger stark und damit kritisch für die Sicher­ heit des Systems ausfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Sicherheitsschaltung zu entwickeln, die das gattungsgemäße Regelsystem gegen kritische Regelvorgänge insbesondere beim Starten der Steuerdruckpumpe absichert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 oder 6 gelöst.

Grundgedanke der Erfindung ist es, kritische Regelvorgänge beim Einschalten einer Energieversorgung dadurch zu verhin­ dern, indem das gattungsgemäße Regelsystem erst dann wieder seine volle Wirksamkeit erhält, wenn die Wheatstone′sche Brücke in einen abgeglichenen Zustand gebracht worden ist. Grundsätzlich ist der Abgleich der Brücke dabei durch ein Verstellen der Sollwertgeber oder durch Verstellen des Lage- oder Kraftaufnehmers möglich.

Die Sicherheitsschaltung gemäß Anspruch 1 ermöglicht eine manuelle Regelung eines Hubwerks über das Regelsystem erst dann, wenn die Schaltstellung am Sollwertgeber der momentan existierenden Istposition des Hubwerks entspricht. Hierfür macht sich die Erfindung das technische Wirkungsprinzip zu­ nutze, daß die Wheatstone′sche Brücke dann im Gleichgewicht ist und damit keine Bewegung an einer Aufhängung eintritt, wenn in beiden Brückenzweigen zwischen den Sollwertgebern und dem Lage- bzw. Kraftaufnehmer der gleiche Steuerdruck herrscht, also keine Druckdifferenz in der Diagonale der Brücke existiert.

Erfindungsgemäß ist demzufolge das Vorsteuerventil nach An­ spruch 1 ein Vergleicherventil, dessen Steuerseiten zwi­ schen die beiden Brückenzweige geschaltet sind und das in einer ausgeglichenen Schaltstellung, d. h. bei nahezu abge­ glichener Brücke, mit Hilfe des Steuerdrucks der Pumpe das Wegeventil in eine Stellung regelt, in der die Diagonalen der Brücke auf die Steuerseiten des Regelventils zur Betä­ tigung des Hubwerks geschaltet werden.

Gemäß Anspruch 6 erlaubt die Sicherheitsschaltung ein Ab­ gleichen der Brücke durch eine geregelte Verstellung des Lage- bzw. des Kraftaufnehmers, indem beim Wiedereinschal­ ten der Energieversorgung die von der Sollposition abwei­ chende Schaltstellung der Sollwertgeber durch ein langsames und nicht sicherheitsgefährdendes Verstellen der Istposi­ tion des Hubwerks ausgeglichen wird.

Dem Regelungsprinzip der Sicherheitsschaltung gemäß An­ spruch 6 liegt dabei die Tatsache zugrunde, daß bei einem servo-hydraulischen Hubwerksregelsystem die Bewegungen He­ ben bzw. Senken proportional zum Druckunterschied in der Diagonale der Brücke bzw. der Halbbrücke gegenüber dem Re­ ferenzdruck sind, wobei bereits ein geringer Druckunter­ schied ausreicht, um bei einem geringen Fluidstrom eine Be­ wegung des Hubwerks auszulösen. D.h. daß die Sicherheits­ schaltung gemäß Anspruch 6 die Proportionalität zwischen der Druckdifferenz in der Diagonale und den Fluidmengen pro Zeiteinheit zum Heben und Senken des Hubwerks benutzt, um diesen Druckunterschied über die beiden Druckventile zeit­ abhängig zu steuern.

Während also bei dem Erfindungsgegenstand gemäß Anspruch 1 zum Wiederanfahren des Arbeitsgeräts ein entsprechendes Nachstellen der Sollwertgeber erforderlich ist, damit auf beiden Steuerseiten des Regelventils der gleiche Steuer­ druck herrscht, ist dies beim Erfindungsgegenstand gemäß Anspruch 6 nicht notwendig. Hier wird lediglich ein langsa­ mes Wirksamwerden eines evtl. Steuerdruckungleichgewichts in der Brücke herbeigeführt.

Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß gemäß Anspruch 8 zwei proportional verstellbare Druckven­ tile vorgesehen sind, welche in Neutralstellung die Diago­ nale der Brücke kurzschließen und sich bei Einschalten der Energieversorgung proportional zum gedrosselten und damit verlangsamten Druckaufbau an ihren jeweiligen Steuerseiten schließen. Das Schließen dieser proportional verstellbaren Druckventile muß dabei so langsam erfolgen, daß eine even­ tuelle Bewegung des Hubwerks beispielsweise infolge einer Brückenverstimmung annähernd oder ganz abgeschlossen ist bevor der Kurzschluß in der Brückendiagonalen ganz aufgeho­ ben ist.

Besonders vorteilhaft erweist sich dabei die Weiterentwick­ lung nach Anspruch 9, gemäß dem die Anordnung eines Mehr­ wege/3-Stellungs-Wegeventils vorgesehen ist, welches pro­ portional zum gedrosselten Druckaufbau auf einer Steuer­ seite die Fluidverbindung zwischen den Diagonalen der Brücke und den Steuerseiten des Hauptregelventils her­ stellt. Hieraus ergibt sich eine Vereinfachung in der An­ ordnung der Sicherheitsschaltung durch Verwendung nur eines Ventils, wodurch die Schaltgenauigkeit verbessert und damit die Betriebssicherheit des Regelsystems weiter erhöht wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sicher­ heitsschaltung für ein servo-hydraulisches Hubwerksregelsy­ stem,

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sicher­ heitsschaltung für ein servo-hydraulisches Hubwerksregelsy­ stem, zum verlangsamten Istwert-Angleich an einen Sollwert,

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Sicher­ heitsschaltung mit dem gleichen Funktionsprinzip wie die Schaltung gemäß Fig. 2.

Gemäß Fig 1. weist das erste Ausführungsbeispiel einer er­ findungsgemäßen Sicherheitsschaltung 10 ein vorgesteuertes 7-Wege/2-Stellungs-Wegeventil 12 auf, das in den hydrauli­ schen Steuer- oder Regelkreis eines Hauptregelventils 20 zwischengeschaltet ist, welches ein nicht gezeigtes Hubwerkzeug beispielsweise ein Hydraulikzylinder wahlweise mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt. Der Regelkreis ist da­ bei als komplette Wheatstone′sche Brücke mit vier verstell­ baren Drosselventilen 30-60 oder als Halbbrücke ausgebil­ det. Die Vorsteuerung des Wegeventils 12 erfolgt mittels eines hydraulisch betätigbaren Vorsteuerventils 11, das in Abhängigkeit der Schaltstellung zweier als Sollwertgeber ausgebildeter Drosselventile 30, 40 derart geschaltet wird, daß bei nicht abgeglichener Regelbrücke die hydraulische Verbindung des Regelkreises zum Hauptregelventil 20 unterbrochen wird.

Der Regelkreis wird von einer nicht gezeigten Pumpe über eine Hauptsteuerleitung 1 mit einem Steuerdruck beauf­ schlagt, der unmittelbar an den zueinander parallelgeschal­ teten Sollwertgebern 30, 40 anliegt. Jeder der Sollwertge­ ber 30, 40 ist über eine Steuerleitung 3, 4 jeweils mit ei­ nem weiteren Drosselventil 50, 60 in Serie geschaltet, über die der von den Sollwertgebern 30, 40 gedrosselte Steuer­ druck in einen Sammelbehälter 70 entspannt werden kann. Die Drosselventile 50, 60 bilden einen Lage-, sowie einen Kraftaufnehmer, wobei der Lageaufnehmer 50 mechanisch mit der Hubwelle des vom Hydraulikzylinder betätigten Hubwerks und der Kraftaufnehmer 60 mit einer mechanischen Aufhängung eines nicht gezeigten Arbeitsgeräts verbunden ist. Zwischen den jeweiligen seriell geschalteten Drosselventilen 30, 60 und 40, 50 verzweigen sich die Steuerleitungen 3 und 4 in jeweils eine Zweigleitung 5, 6, die jeweils an eine Steuer­ seite des Vorsteuerventils 11 sowie über weitere Leitungs­ zweige an zwei Druckanschlüssen des Wegeventils 12 ange­ schlossen sind.

Das Vorsteuerventil 11 ist gemäß dem ersten Ausführungsbei­ spiel ein 2-Wege/3-Stellungs-Schaltventil, dessen Steuer­ kolben auf einer Steuerseite mittels einer Feder 13 in eine Neutralstellung R_v vorgespannt ist. In dieser Schaltstel­ lung, in der der Steuerkolben des Vorsteuerventils 11 gemäß Fig. 1 nach links verschoben ist, wird eine Druckverbindung zwischen der Hauptsteuerleitung 1 über eine Zweigleitung 2 und einer Steuerseite L_w des Wegeventils 12 unterbrochen, während in einer zweiten, mittleren Schaltstellung M_v die Druckverbindung hergestellt wird. Sobald der Steuerkolben des Vorsteuerventils 11 gemäß Fig. 1 ganz nach rechts in die Stellung L_v verschoben ist, wird die Hydraulikverbin­ dung zur Steuerseite L_w des Wegeventils 12 wieder unterbro­ chen.

Dabei ist das Wegeventil 12 auf einer gegenüberliegenden Steuerseite R_w ebenfalls in eine Neutralstellung federvor­ gespannt, in der die Leitungszweige der Leitungen 5 und 6 von Steuerdruckzuführleitungen 7, 8 getrennt werden, die unmittelbar an zwei Steuerseiten des Hauptregelventils 20 angeschlossen sind. Das Wegeventil 12 ist desweiteren der­ art ausgebildet, daß die Zuführleitungen 7, 8 in Neutral­ stellung des Wegeventils 12 kurzgeschlossen und über eine Ableitung mit dem Sammelbehälter 70 verbunden sind. Die linke Steuerseite L_w des Wegeventils 12 ist in dieser Schaltstellung ebenfalls über eine Drossel mit dem Sammel­ behälter 70 verbunden, so daß sich auf beiden Steuerseiten des Hauptregelventils 20 wie auch des Wegeventils 12 ein gleicher Steuerdruck einstellt und damit beide Ventile 12, 20 in Neutralstellung gehalten werden. Ferner wird durch diese Ausbildung des Wegeventils 12 verhindert, daß sich beispielsweise aufgrund einer Leckage an dessen Regelkolben unbeabsichtigt ein Druck auf der Steuerseite L_w aufbauen kann, der zu einer Veränderung der Schaltstellung des Wege­ ventils 12 führen würde. In einer zweiten Schaltstellung des Wegeventils 12 werden die Steuerleitungen 5, 6 über die Leitungszweige mit den Zuführleitungen 7, 8 verbunden, so daß eine Betätigung des Hauptregelventils 20 mittels der Sollwertgeber 30, 40 möglich ist. Gleichzeitig wird eine Verbindung der Steuerleitung 2 mit der linken Steuerseite L_w des Wegeventils 12 geschaffen, so daß das Wegeventil 12 durch den ungedrosselten Pumpendruck P₁ aus der Hauptsteu­ erleitung 1 in der zweiten Schaltstellung eingespannt wird (Selbsthaltung).

Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Sicher­ heitsschaltung mit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben. Dabei soll angenommen werden, daß nach Abschalten der Pumpe, d. h. nach Abschalten der En­ ergieversorgung des Regelkreises, eine Veränderung der Schaltstellung beispielsweise am Sollwertgeber 40 vorgenom­ men wurde.

Beim Wiedereinschalten der Pumpe wird ein Steuerdruck P₁ in der Hauptsteuerleitung 1 aufgebaut, der sich an den beiden Sollwertgebern 30, 40, sowie jeweils an einem Hauptanschluß des Vorsteuerventils 11 und des Wegeventils 12 anlegt, wel­ che zu Beginn des Einschaltvorgangs in ihre jeweilige Neu­ tralstellungen vorgespannt sind. Zwischen den in Serie ge­ schalteten Drosselventilen 30-60 wird entsprechend der Schaltstellungen der Sollwertgeber 30, 40 ebenfalls ein be­ stimmter Druck aufgebaut, der sich über die, die Brücken­ diagonalen bildenden Zweigleitungen 5, 6 auf den beiden Steuerseiten des Vorsteuerventils 11 anlegt.

Da jedoch der Sollwertgeber 40 aus seiner ursprünglichen Schaltstellung bewegt wurde, ergibt sich proportional zum Verstellweg des Sollwertgebers 40 ein Druckunterschied an den beiden genannten Steuerseiten, wodurch das Vorsteuer­ ventil 11 in seine äußerst linke oder rechte Schaltposition L_v, R_v verschoben wird. In diesem Schaltzustand des Vor­ steuerventils 11 verbleibt das Wegeventil 12 in seiner Neu­ tralstellung, in der die Verbindung zwischen den Zweiglei­ tungungen 5, 6 und den Zuführleitungen 7, 8 unterbrochen sind. Das Hauptregelventil 20 bleibt demzufolge trotz einer vorausgegangenen Verstellung des Sollwertgebers 40 unbetä­ tigt, so daß keine schlagartigen, für das gesamte Hydrau­ liksystem kritischen Bewegungen des Hubzylinders, bzw. der Arbeitsgeräts zu befürchten sind.

Um die Funktionsfähigkeit des Regelsystems wieder herzu­ stellen, ist es notwendig, die Druckdifferenz auf den Steu­ erseiten des Vorsteuerventils 11 auf einen Wert zu senken, bei dem sich der Steuerkolben des Vorsteuerventils 11 in seine Mittelstellung bewegt. Dies läßt sich dadurch errei­ chen, indem die durch die Drosselventile 30-60 gebildete Wheatstone-Brücke abgeglichen wird.

D.h., daß der Sollwertgeber 40 solange in Richtung seiner ursprünglichen, beim Abschalten der Pumpe eingenommenen Schaltstellung bewegt werden muß, bis der Druck zwischen den Drosselventilen 40, 50 nur noch um den der Vorspann­ kraft der Feder 13 äquivalenten Druckwert (ca. 0.3 bar) grö­ ßer ist als der Druck zwischen den Drosselventilen 30, 60. In diesem Augenblick verschiebt sich das Vorsteuerventil 11 in seine Mittelstellung M_v, wodurch die Verbindung zwischen der Hauptsteuerleitung 1 und der linken Steuerseite L_w des Wegeventils 12 hergestellt wird. Durch die hierdurch einge­ leitete Druckbeaufschlagung dieser linken Steuerseite L_w mit dem Druck P₁ verschiebt sich der Steuerkolben des Wege­ ventils 12 aus seiner Neutralstellung in die gemäß Fig. 1 linke Schaltstellung, in der die Zweigleitungen 5, 6 mit den Zuführleitungen 7, 8 zur Regelung des Hauptregelventils 20 verbunden werden. Gleichzeitig wird die linke Steuer­ seite des Wegeventils 12 über die Zweigleitung 2 unmittel­ bar mit der Hauptsteuerleitung 1 kurzgeschlossen, so daß selbst bei einem plötzlichen Verstellen eines der Sollwert­ geber 30, 40 bei laufender Pumpe, das eine Verschiebung des Vorsteuerventils 11 aus seiner Mittelstellung M_v zur Folge hat, das Wegeventil 12 in seiner linken Schaltstellung ein­ gespannt bleibt.

Aus dem vorstehend beschriebenen Funktionsablauf der Si­ cherheitsschaltung wird ersichtlich, daß bei einem unbeab­ sichtigten Verstellen der Sollwertgeber 30, 40 bei ausge­ schalteter Energieversorgung keine kritischen Regelvorgänge beim Wiedereinschalten möglich sind, die zu einer Beschädi­ gung des Arbeitsgeräts bzw. des Hubwerks oder einer Ge­ fährdung des Bedienungspersonals führen könnten. Gleichzei­ tig bleiben jedoch alle Regelfunktionen während des norma­ len Betriebs ohne Einschränkung erhalten, so daß sämtliche Vorteile eines servo-hydraulischen Hubwerksregelsystem nach dem Prinzip der Wheatstone′schen Brücke nutzbar gemacht werden können.

In Fig. 2 wird ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Si­ cherheitsschaltung zur Verhinderung kritischer Regelvor­ gänge gezeigt, das jedoch zum Abgleichen der Wheat­ stone′schen Brücke im Fall einer unbeabsichtigten Betäti­ gung des Sollwertgebers 30, 40 bei abgeschalteter Pumpe eine Verstellung des Lageaufnehmers 50 vorsieht. Zum besse­ ren Verständnis des im folgenden beschriebenen technischen Sachverhalts sind zum ersten Ausführungsbeispiel identische Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß Fig. 2 wird die Wheatstone′sche Brücke ebenfalls von vier verstellbaren Drosselventilen 30-60 gebildet, von denen zwei Drosselventile 30, 40 als Sollwertgeber und die anderen zwei 50, 60 als Lage- sowie Kraftaufnehmer vorgese­ hen sind. Der hydraulische Aufbau der Brücke bzw. die kon­ struktiven Ausführungen der Drosselventile 30-60 entspre­ chen dabei im wesentlichen dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Zur Regelung eines nicht gezeigten Arbeitsgeräts ist im zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Hauptregelventil 20 vorgesehen, das in den Hydraulikkreis eines nicht ge­ zeigten Hubzylinders zwischengeschaltet ist und den Hubzy­ linder wahlweise mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt. Dabei sind zwei Steuerseiten des Hauptregelventils 20 über je­ weils eine Steuerdruck-Zuführleitung 7, 8 mit der Wheat­ stone′schen Brücke in der Diagonale hydraulisch verbunden. Hierfür mündet die Zuführleitung 7 in eine Steuerleitung 3, welche den Sollwertgeber 40 und den Lageaufnehmer 50 hydraulisch miteinander verbindet und die Zuführleitung 8 in eine Steuerleitung 4 zwischen dem Sollwertgeber 30 und dem Kraftaufnehmer 60. Ferner ist ein Steuerkolben des Hauptregelventils 20 auf beiden Steuerseiten mittels je­ weils einer Feder in eine Neutralstellung vorgespannt, in der die Druckverhältnisse am Hubzylinder aufrechterhalten bleiben.

Aus der Fig. 2, sowie der vorstehenden Beschreibung des Hydrauliksystems wird deutlich, daß das Regelungsprinzip im wesentlichen dem des eingangs genannten Stands der Technik gemäß der DE-PS 29 40 403 entspricht. D.h. daß sich bei ei­ nem Verstellen eines der Sollwertgeber 30, 40 der Druck zwischen dem verstellten Sollwertgeber 30, 40 und dem in Serie geschalteten Lage- oder Kraftaufnehmer 50, 60 ändert, was sich in Form einer Druckdifferenz an den Steuerseiten des Hauptregelventils 20 bemerkbar macht. Entsprechend der Größe dieser Druckdifferenz wird der Steuerkolben des Hauptregelventils 20 zur Druckbeaufschlagung des Hubzylin­ ders aus seiner Neutralstellung verschoben und somit das Arbeitsgerät verschwenkt. Die Schwenkbewegung wird wiederum vom Lage- oder Kraftaufnehmer 50, 60 erfaßt, der sich pro­ portional zum Verschwenkweg solange verstellt, bis die Brücke wieder in einen abgeglichenen Zustand überführt und die Druckdifferenz am Hauptregelventil 20 aufgehoben ist.

Gemäß Fig. 2 weist die Sicherheitsschaltung des vorstehend beschriebenen Regelsystems zwei Proportional-Druckventile 15, 16 gleichen Aufbaus auf, die hydraulisch auf einer Steuerseite regelbar sind und in unbetätigtem Zustand eine Fluidströmung in nur eine Richtung zulassen. Dabei sind die Druckventile 15, 16 entgegengesetzt zueinander parallelver­ schaltet und verbinden jeweils wahlweise die Steuerleitung 3 und die Steuerleitung 4 der Wheatstone′schen Brücken­ zweige. D.h. daß die Diagonale der Brücke im unbetätigten Zustand der Proportional-Druckventile 15, 16 kurzgeschlos­ sen ist.

Die Druckventile 15, 16 weisen ferner jeweils einen An­ stellkolben 13, 14 auf, deren Steuerseiten miteinander hydraulisch verbunden und über eine gemeinsame Druckleitung 9 an die Hauptsteuerleitung 1 angeschlossen sind. In der Druckleitung 9 ist zusätzlich ein Drosselrückschlagventil 80 zwischengeschaltet, das einen gedrosselten Fluiddruck in Richtung der Steuerseiten der Anstellkolben 13, 14 zuläßt, wodurch die Druckventile 15, 16 in einen geschlossenen Zu­ stand eingespannt werden können.

Im folgenden wird die Funktionsweise des vorstehend erläu­ terten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung ebenfalls unter der Annahme beschrie­ ben, daß nach Abschalten der Energieversorgung des Regel­ kreises, die Schaltstellung eines der Sollwertgeber 30, 40, beispielsweise des Sollwertgebers 40 verändert wurde.

Bei Abschalten der Energieversorgung entspannt sich der Hydraulikdruck P₁ in der Hauptsteuerleitung 1 in den Sam­ melbehälter 70, was zu einem raschen Druckabfall in der Druckleitung 9 und somit an den Anstellkolben 13, 14 der Proportional-Druckventile 15, 16 führt. Entsprechend diesem Druckabfall öffnen sich die Druckventile 15, 16, so daß die beiden Steuerleitungen 3, 4 zwischen den jeweils seriell geschalteten Drosselventilen 30-60 und damit die beiden Zu­ führleitungen 7, 8 hydraulisch verbunden werden. In diesem Zustand herrscht demzufolge an den Steuerseiten des Haupt­ regelventils 20 der gleiche Steuerdruck, so daß sich der Steuerkolben des Hauptregelventils 20 aufgrund der Feder­ vorspannung in seine Neutralstellung bewegt.

Bei Wiedereinschalten der Energieversorgung, beispielsweise einer Steuerdruckpumpe, beginnt sich entsprechend der Schaltstellungen der Sollwertgeber 30, 40 jeweils ein un­ terschiedlicher Steuerdruck in den Steuerleitungen 3, 4 aufzubauen, wobei sich jedoch die Druckdifferenz über zwei Druckleitungen 17, 18 mit den zwischengeschalteten Druck­ ventilen 15, 16 augenblicklich ausgleicht. Die Brücke ist folglich zu Beginn des Einschaltvorgangs bzw. des Druckauf­ baus im Regelkreis in einem abgeglichenen Zustand, in dem keine Betätigung des Hauptregelventils 20 und damit kein Verschwenken des Arbeitsgeräts möglich ist.

Gleichzeitig wird jedoch das Drosselrückschlagventil 80 mit dem Pumpendruck P₁ aus der Hauptsteuerleitung 1 über die Druckleitung 9 beaufschlagt, wodurch den beiden Anstellkol­ ben 13, 14 der Proportional-Druckventile 15, 16 infolge der Drosselwirkung des Drosselrückschlagventils 80 eine Steuer­ flüssigkeit langsam zugeführt und damit die Verbindung zwi­ schen den Steuerleitungen 3, 4 ebenso langsam unterbrochen wird. Dabei baut sich, entsprechend den Schaltstellungen der Sollwertgeber 30, 40 der in diesen Leitungsabschnitten eingestellte Steuerdruck langsam auf und verschiebt ent­ sprechend zeitverzögert den Steuerkolben des Hauptregelven­ tils 20 in die den Schaltstellungen der Sollwertgeber 30, 40 proportionale Stellung. Entsprechend langsam bewegt sich der mit dem Hauptregelventil 20 in Fluidverbindung stehende Hubzylinder zur Verschwenkung des Arbeitsgeräts bis die Brücke über die Lage- bzw. Kraftaufnehmer 50, 60 wieder in einen abgeglichenen Zustand eingeregelt wird.

Ein kritischer Regelvorgang insbesondere beim Starten der Energieversorgung ist damit bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Sicherheitsschaltung gemäß dem zweiten Aus­ führungsbeispiel nicht mehr möglich.

Das in Fig. 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Sicherheitsschaltung folgt ebenfalls dem Prinzip eines zeitverzögerten Abgleichvorgangs der Brücke nach Wiedereinschalten der Energieversorgung, sieht jedoch hierfür im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 die Anordnung eines direkt gesteuerten 5-Wege/3- Stellungs-Wegeventils 90 vor, das in die Diagonale der Wheatstone′schen Brücke zur wahlweisen Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen der Brücke und den Steuerseiten des Hauptregelventils 20 geschaltet ist.

Das Wegeventil 90 weist einen Steuerkolben auf, der gemäß Fig. 3 auf seiner linken Steuerseite L_w in eine Neutral­ stellung vorgespannt ist, in der die Fluidverbindung zwi­ schen der Diagonalen der Brücke und den Steuerseiten des Hauptregelventils 20 unterbrochen wird. Gleichzeitig sind in dieser Schaltstellung die Zuführleitungen 7, 8 zum Hauptregelventil 20 kurzgeschlossen und über eine Ableitung mit dem Sammelbehälter 70 verbunden, so daß auf beiden Steuerseiten des Hauptregelventils 20 der gleiche Steuer­ druck anliegt. Eine rechte Steuerseite R_w des Wegeventils 90 ist mit der Hauptsteuerleitung 1 über eine Steuerleitung 9 verbunden, in der ein Drosselrückschlagventil 80 zwi­ schengeschaltet ist.

Durch eine Druckbeaufschlagung der rechten Steuerseite R_w des Wegeventils 90 läßt sich dessen Steuerkolben entgegen der Vorspannkraft auf der linken Steuerseite L_w zuerst in eine mittlere Schaltstellung, in der eine gedrosselte Fluidverbindung zwischen der Brücke und dem Hauptregelven­ til 20 hergestellt wird und anschließend in eine rechte Schaltstellung verschieben, in der die Diagonale ungedros­ selt mit den Steuerseiten des Hauptregelventils 20 verbun­ den werden.

Fig. 3 zeigt dabei eine Schaltstellung der erfindungsgemä­ ßen Sicherheitsschaltung bei abgeschalteter Energieversor­ gung, in der die Verbindung der Brücke zum Hauptregelventil 20 unterbrochen ist. Die beiden Steuerseiten des Hauptre­ gelventils 20 sind in dieser Schaltstellung des Wegeventils 90 wie bereits vorstehend erwähnt, ebenfalls miteinander verbunden, so daß die Seiten druckausgeglichen sind und sich damit der Steuerkolben des Hautregelventils 20 infolge zweier Zentrierfedern in seiner Neutralstellung befindet.

Bei Einschalten der Energieversorgung und dem damit verbun­ denen Druckaufbau in der Hauptsteuerleitung 1 verschiebt sich der Steuerkolben des Wegeventils 90 aufgrund des Drosselrückschlagventils 80 in der Steuerleitung 9 langsam in seine Mittelstellung und bei einem weiteren Druckaufbau auf der Steuerseite R_w zeitlich verzögert in seine gemäß Fig. 3 rechte Schaltstellung, wodurch der Steuerkolben des Hauptregelventils 20 ebenfalls entsprechend langsam aus seiner Mittellage in eine den Schaltstellungen der Soll­ wertgeber 30, 40 entsprechende Lage verschoben wird.

Die Erfindung betrifft demnach ein servo-hydraulisches Hub­ werksregelsystem, das nach dem Prinzip einer Wheat­ stone′schen Brücke mittels vier verstellbarer Drosselven­ tile 30-60 ein Hauptregelventil 20 zur Druckbeaufschlagung eines Verbrauchers steuert, das auf seinen Steuerseiten in die Diagonale der Brücke geschaltet ist. Das Regelsystem ist mit einer Sicherheitsschaltung 10 versehen, die eben­ falls in der Diagonalen der Brücke dem Hauptregelventil 20 vorgeschaltet ist und die Regelwirkung der Wheatstone- Brücke erst dann vollständig ermöglicht, wenn sich diese in einem angeglichenen Zustand befindet. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß keine kritischen Reaktionen des unabge­ glichenen Regelsystems beim Einschalten einer hydraulischen Energieversorgung auftreten, die zu einer Beschädigung des Systems und zu einer evtl. Gefährdung des Bedienungsperso­ nals führen können.

Claims (10)

1. Sicherheitsschaltung für ein servo-hydraulisches Hub­ werksregelsystem, das zwei als manuell betätigbare Soll­ wertgeber und zwei als Lage- sowie Kraftaufnehmer vorgese­ hene Verstelldrosseln (30-60) aufweist, die nach dem Prin­ zip einer Wheatstone′schen Brücke miteinander hydraulisch verschaltet und von einem Steuerdruck (P₁) beaufschlagbar sind, der in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Soll­ wertgeber (30, 40) an zwei in die Diagonale der Brücke ge­ schaltete Steuerseiten eines Hauptregelventils (20) anleg­ bar ist, welches entsprechend einer Druckdifferenz an den beiden Steuerseiten ein Hubwerk mit einem hydraulischen Ar­ beitsdruck beaufschlagt, gekennzeichnet durch ein Mehrwege/2-Stellungs-Wegeventil (12), das den Steuer­ seiten des Hauptregelventils (20) unmittelbar vorgeschaltet ist und über ein Vorsteuerventil (11) gesteuert wird, des­ sen Steuerseiten (L_v, R_v) mit dem Steuerdruck der Wheat­ stone′schen Brücke beaufschlagbar sind und das bei erstma­ lig abgeglichener Brücke das Wegeventil (12) in eine Schaltstellung bringt, in der eine Verbindung des Hubwerksregelsystems mit den Steuerseiten des Hauptregel­ ventils (20) hergestellt ist.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wegeventil (12) in einer Neutralstellung seine hydrau­ lisch vorsteuerbare Steuerseite (L_w), sowie die Steuersei­ ten des Hauptregelventils (20) mit einem Sammelbehälter (70) hydraulisch verbindet.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wegeventil (12) in betätigtem Zustand seine hydraulisch vorsteuerbare Steuerseite (L_w) mit dem Steuerdruck (P₁) be­ aufschlagt, so daß die Schaltstellung unabhängig der Schaltstellung des Vorsteuerventils (11) aufrechterhalten bleibt.

4. Sicherheitsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (11) ein 2-Wege/3-Stellungs-Schaltven­ til ist, das bei einer Druckdifferenz in den Brückenzweigen der Wheatstone-Brücke in seine äußerst rechte oder linke Schaltstellung (R_v, L_v) geregelt ist, in der eine Fluidver­ bindung zwischen der Steuerseite (L_w) des Wegeventils (12) und einer hydraulischen Druckversorgung zur erstmaligen Ak­ tivierung des Wegeventils (12) unterbrochen ist.

5. Sicherheitsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (11) bei im wesentlichen abgeglichener Brücke in eine mittlere Schaltstellung (M) bringbar ist, in der die Steuerseite (L_w) des Wegeventils (12) mit dem Steu­ erdruck (P₁) beaufschlagt ist.

6. Sicherheitsschaltung für ein servo-hydraulisches Hub­ werksregelsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch eine hydraulisch betätigbare Druckregel-Ventileinrichtung (13, 14, 15, 16, 90), die in eine Neutralstellung vorge­ spannt ist, in der eine Fluidverbindung zwischen den beiden Steuerseiten des Hauptregelventils (20) hergestellt wird und die auf ihrer Steuerseite mit einem gedrosselten Steu­ erdruck beaufschlagbar ist, der die Druckregel-Ventilein­ richtung (13, 14, 15, 16, 90) proportional zum Druckaufbau an ihren Steuerseiten in eine Schaltstellung bringt, in der ausschließlich die Steuerseiten des Hauptregelventils (20) in die Diagonale der Brücke geschaltet sind.

7. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Drosselrückschlagventil (80) der Steuerseite der Druck­ regel-Ventileinrichtung (13, 14, 15, 16, 90) vorgeschaltet ist, welches mit dem Pumpendruck (P₁) beaufschlagbar ist, und den Druckaufbau an der Steuerseite zeitlich verzögert.

8. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregel-Ventileinrichtung (13, 14, 15, 16, 90) zwei entgegengesetzt zueinander parallelverschalteter Druckven­ tile (15, 16) aufweist, in deren Neutralstellung eine zu­ sätzliche diagonale Fluidverbindung zwischen zwei Brücken­ zweigen der Wheatstone-Brücke hergestellt wird und die je­ weils mittels eines Anstellkolbens (13, 14) proportional zum Druckaufbau in Schließstellung bringbar sind.

9. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregel-Ventileinrichtung (13, 14, 15, 16, 90) ein Mehrwege/3-Stellungs-Wegeventil (90) ist, das in Neutral­ stellung die Fluidverbindung zwischen der Brücke und den Steuerseiten des Hauptregelventils (20) unterbricht und proportional zum Druckaufbau an einer Steuerseite die Fluidverbindung wieder herstellt.

10. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mehrwege/3-Stellungs-Wegeventil (90) in Neutralstellung die Steuerseiten des Hauptregelventils (20) kurzschließt und mit dem Sammelbehälter (70) hydraulisch verbindet.