DE4217755A1 - Vorrichtung zur Regelung eines Stellgliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Stellgliedes entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei den bekannten Regelungsvorrichtungen beispielsweise nach der DE 29 40 403 C2 wird die über ein Hubwerk mit dem bewegbaren Teil des Stellgliedes 1 verbundene den Regelgrößenaufnehmer bil­ dende Drossel mit einer Zweikantenregeleinrichtung versehen. Dieser Regeleinrichtung ist eine Drossel mit konstantem Quer­ schnitt parallel geschaltet. Diese parallel geschaltete Drossel ist erforderlich, damit eine Mindestdurchlaufströmung der Steu­ erflüssigkeit aufrechterhalten bleibt, damit über die Vorsteue­ rung des Hauptventils das Hubwerk in seiner ausgefahrenen Stel­ lung sicher zu halten ist, indem sich an der betreffenden Steu­ erseite des Hauptventils ein entsprechender Steuerdruck aufbauen kann. Der die beiden Steuerkanten aufweisende Drosselkörper steht über eine Biegefeder mit dem Hubwerk in Verbindung. Die am Hubwerk angreifende äußere Kraft verformt die Biegefeder und verursacht damit eine Verschiebung des Drosselkörpers und damit eine entsprechende Änderung des Durchflußquerschnitts der Dros­ sel. Die am Hubwerk angreifende äußere Last ist somit ein Maß für die Änderung des das Hauptventil auf dessen einer Seite be­ aufschlagenden Steuerdruckes. Da beispielsweise bei einem Pflug die am Hubwerk angreifende Kraft von dessen Eindringtiefe in das Erdreich bestimmt wird, wird bei einem vorgegebenen Durchfluß­ querschnitt bei der die Führungsgröße bildenden Drossel, die mit dem Hubwerk verbundene Drossel durch entsprechende Eindringtiefe des Pfluges und der damit verbundenen am Hubwerk angreifenden äußeren Kraft, so verstellt, daß der an der betreffenden Steuer­ seite des Hauptventils wirkende Steuerdruck dem auf der gegen­ überliegenden Steuerseite des Hauptventils wirkenden konstanten Steuerdruck entspricht. Bei diesem Regelzustand nimmt das Haupt­ ventil seine Ausgangsstellung ein, in der die zum Arbeitsraum des Stellgliedes führende Arbeitsleitung geschlossen ist.

Die Ausbildung der Drossel mit einer Zweikantenregelung setzt eine hochgenaue Fertigung voraus. Außerdem ist eine Optimierung der Regelung im fertigen Zustand der Hubwerksregelung nicht mög­ lich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die den Regel­ größenaufnehmer bildende Drossel derart weiterzubilden, daß sowohl deren Fertigung zu vereinfachen ist als auch eine die Ge­ samtregelung optimierende nachträgliche Einstellung durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 1 erreicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen, Beschreibung und der Zeichnung.

Die Zeichnung veranschaulicht in

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Regelung des Hubwerkes eines Schleppers mit Pflug in schematischer Darstellung und in

Fig. 2 einen Schnitt durch das die Regelgröße (Istwert) ver­ mittelnde Drosselventil.

Nach Fig. 1 ist ein als einfach wirkender Arbeitszylinder aus­ gebildetes Stellglied 1 über eine Leitung 2 mit einem in beiden Richtungen durch Druck betätigbares 3/3-Wegeventil 3 verbunden. An das Wegeventil 3 ist über eine Leitung 4 eine Pumpe 5 ange­ schlossen, deren Saugleitung 6 bis zu einem Vorratsbehälter 7 reicht und über eine Leitung 8 ist der Vorratsbehälter 7 ange­ schlossen. Die Leitung 4 ist mit einem Druckbegrenzungsventil 9 verbunden, dessen Auslaßseite an den Vorratsbehälter 7 ange­ schlossen ist. Die Teile 1 bis 9 bilden einen Arbeitskreis 10.

Das Wegeventil 3 hat zum Betätigen seines nicht dargestellten Schiebers beidseitig angeordnete Steuereinrichtungen 11 und 12, die bei Beaufschlagung durch ein Druckmittel (Flüssigkeit oder Gas) den Schieber entgegen der Wirkung einer der Steuerfedern 13, 14 in Richtung des Pfeiles 15 oder 15a zu verschieben su­ chen. Die beiden Steuerfedern 13, 14 suchen bei nicht beauf­ schlagten Steuereinrichtungen 11, 12 den Schieber in seiner Mit­ tellage zu halten. An die Steuereinrichtung 11 ist eine Steuer­ leitung 16 und an die Steuereinrichtung 12 ist eine Steuerlei­ tung 17 angeschlossen. Die Steuerleitung 16 steht mit einer Steuerleitung 18 in Verbindung, die an die Druckseite einer Steuerpumpe 19 angeschlossen ist, deren Saugleitung 20 mit dem Vorratsbehälter 7 verbunden ist. Ein Druckbegrenzungsventil 18a ist mit der Steuerleitung 18 verbunden. An die Steuerleitung 18 ist eine Steuerleitung 21 angeschlossen, die zu einer einstell­ baren Drossel 22 als Führungsgrößenaufnehmer bzw. Sollwertgeber führt. Von dieser führt eine Steuerleitung 23 zu einer Drossel 24, die über eine Leitung 25 mit dem Vorratsbehälter 7 verbunden ist. Die Steuerleitung 23 ist mit der Steuerleitung 17 verbun­ den. Der Steuerkreis ist mit 29 bezeichnet.

Mit der einstellbaren Drossel 22 wird die Führungsgröße bzw. der Sollwert vorgegeben, während die einstellbare Drossel 24′, die mit dem Hubwerk H in Kraftschluß steht und die Regelgröße bzw. den Istwert liefert. Die wirkungsmäßige Verbindung der Drossel 24 bzw. 24′ mit dem Hubwerk erfolgt über den Oberlenker 29 der seinerseits über ein Federelement 30 mit dem Fahrgestell des Schleppers verbunden ist. Der verschiebbare Kolben 40 (Fig. 2) der Drossel 24 bzw. 24′ wird mittels der Druckfeder 41 mit der bolzenförmigen Verlängerung 42 mit Anschlagfläche 56 an einer Anschlagplatte 70 des Oberlenkers in Kraftschluß gehalten. Die am Pflug Pf angreifende äußere Kraft in dessen Arbeitsstellung verursacht über den Oberlenker 29 am Federelement 30 eine ela­ stische Verformung, die über die Anschlagplatte 70 des Oberlen­ kers den Kolben 40 der Drossel 24′ eine entsprechende Verschie­ bung bewirkt. Diese Verschiebung verursacht wiederum eine ent­ sprechende Veränderung des Durchflußquerschnittes der Drossel 24.

Die Drossel 24′ entspricht der Drossel 24 im Steuerkreis 29 und die Steuerleitungen 23′ und 25′, die zur bzw. von der Drossel 24′ hin- bzw. wegführen, entsprechen den Steuerleitungen 23, 25 im Steuerkreis 29.

Wird nach Fig. 1 im Arbeitskreis 10 an der Drossel 22 ein be­ stimmter freier Durchflußquerschnitt eingestellt, baut sich durch die durchströmende Steuerflüssigkeit in den Leitungsab­ schnitten 23, 17 und damit auch in der Steuereinrichtung 12 des Hauptventils 3 ein bestimmter Steuerdruck auf. Weicht dieser Steuerdruck von dem in den Leitungsabschnitten 16, 26 sowie in der Steuereinrichtung 11 des Hauptventils wirkenden konstanten Steuerdruck ab, verschiebt sich der Steuerkolben des Hauptven­ tils 3 aus der gezeigten Ausgangsstellung b je nach Wirkrichtung der auftretenden Druckdifferenz der Steuerdrücke in die Schaltrichtung a oder c.

Wird bei gegebenem gleichen Steuerdruck auf beiden Steuerseiten des Hauptventils 3 die Drossel auf einen größeren Durchflußquer­ schnitt eingestellt, steigt der Steuerdruck in den Steuerlei­ tungsabschnitten 23, 17 an. Dadurch wird über die Steuereinrich­ tung 12 das Hauptventil in Schaltrichtung c verschoben, in der der Arbeitsraum 1a des Stellgliedes 1 über die Arbeitsleitung 2 mit der Tankleitung 8 verbunden ist. Der am Hubwerk H befestigte Pflug kann somit tiefer in das Erdreich eindringen, das einer Erhöhung der am Oberlenker wirkenden Kraft entspricht. Dies ver­ ursacht eine weitere Verformung der Biegefeder 30 und damit ein weiteres Öffnen des Drosselventils 24. Dies verursacht wiederum eine Herabsetzung des in den Steuerleitungsabschnitten 23, 17 wirkenden Steuerdrucks. Sobald durch das weitere Öffnen des Drosselventils 24 der in den Steuerleitungsabschnitten 23, 17 wirkende Steuerdruck dem in den Steuerleitungsabschnitten 16, 26 wirkenden konstanten Steuerdruck entspricht, verschiebt sich der Steuerschieber des Hauptventils 3 wieder in seine gezeigte Aus­ gangsstellung b zurück, in der die zum Stellglied 1 führende Ar­ beitsleitung 2 geschlossen ist. Umgekehrt verhält es sich, wenn die Drossel 22 auf einen kleinen Durchflußquerschnitt einge­ stellt und damit der Steuerdruck in den Steuerleitungen 23, 17 auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner ist als der kon­ stante Steuerdruck in den gegenüberliegenden Steuerleitungsab­ schnitten 16, 26. In diesem Fall verschiebt sich der Steuer­ schieber in Richtung seiner Stellung a. In dieser Schaltstellung des Steuerschiebers ist die Pumpe 5 mit der Steuerleitung 2 ver­ bunden, so daß das Hubwerk angehoben wird bzw. sich auf eine kleine äußere Kraft einregelt.

Die Drossel 24 bzw. 24′ weist gemäß Fig. 2 ein Gehäuse 43 auf, das hohlzylindrisch ausgebildet ist und in Längsrichtung in eine nicht dargestellte Aufnahmebohrung eines Steuerblockes einsetz­ bar ist. Das Gehäuse hat in Längsrichtung eine Durchtrittsöff­ nung oder Durchgangsbohrung 44. In einem dem eingesetzten Ende zugewandten, eingesetzten Abschnitt des Gehäuses ist in der Durchgangsbohrung 44 ein querschnittsverjüngender Absatz 45 vor­ gesehen. In einem dem freien Ende zugewandten, freien Abschnitt des Gehäuses ist die Durchgangsbohrung 44 erweitert und mit ei­ nem Innengewinde 46 versehen. Am Außenumfang ist das Gehäuse 43 vom freien Ende zum eingesetzten Ende verjüngend ausgeführt. Am eingesetzten Abschnitt des Gehäuses befindet sich am Außenumfang eine umlaufende, erste Nut 47, in die ein erster Dichtungsring 48 einsetzbar ist. Am freien Abschnitt ist das Gehäuse am Außenumfang wie eine Schraubenmutter ausgebildet. Vom freien Ende des Gehäuses in Richtung des eingesetzten Endes anschließend befindet sich am Außenumfang des Gehäuses eine umlaufende, zweite Nut 49 für einen zweiten Dichtungsring 50 sowie ein Außengewinde 51. Mittels des Außengewindes 51 ist das Gehäuse 43 in der nicht dargestellten Aufnahmebohrung eines Steuerblockes fixierbar, wobei der als Schraubenmutter ausgebildete freie Abschnitt die Montage erleichtert. Man kann dort beispielsweise mit einem Schraubenschlüssel angreifen, um das Gehäuse 43 fest in der Aufnahmebohrung des Steuerblockes zu verschrauben.

Das hohlzylindrische Gehäuse 43 weist eine Regelöffnung oder Re­ gelbohrung 52 auf, die das Gehäuse 43 radial durchdringt und so­ mit einen Bereich außerhalb des Gehäuses 43 mit der Durchgangs­ bohrung 44 verbindet. Zweckmäßigerweise liegt in diesem Bereich die Zuleitung 23, 23′ des Hydrauliksystems. Anstelle einer Re­ gelbohrung 52 können jedoch auch mehrere Regelbohrungen vorhan­ den sein. Dabei bildet die Regelbohrung 52 einen Einlaß der Drossel, während die Durchgangsbohrung 44 im eingesetzten Ab­ schnitt des Gehäuses einen Auslaß ergibt.

Durch die Durchgangsbohrung 44 des Gehäuses 43 ist vom freien Ende der Drossel eine Druckfeder 41 einführbar. Die Feder 41 ist als Spiralfeder ausgebildet und ruht auf dem querschnittsverjün­ genden Absatz 45 in der Durchgangsbohrung 44.

Ferner ist vom freien Ende des Drosselventils ein Drosselkolben 40 in die Durchgangsbohrung 44 des Ventilgehäuses 43 einführbar. Der eingeführte Drosselkolben 40 stützt sich auf die in der Durchgangsbohrung 43 befindliche Feder 41. Der Kolben 40 weist an der dem eingesetzten Ende der Drossel zugewandten Seite in Längsrichtung eine Sackbohrung 55 auf, in die die Feder 41 ragt. Weiterhin steht der eingeführte Kolben 40 mit einer bolzenförmi­ gen Verlängerung 42 mit Anschlagfläche 56 über das freie Ende des Gehäuses hinaus. Die bolzenförmige Verlängerung 42 weist eine umlaufende, erste Ringnut 57 auf, in die eine Abdichtung 58 einsetzbar ist. Die Abdichtung 58 ist mantel- oder kegelförmig und aus flexiblem Material ausgebildet. Mit ihrer einen Seite greift die Abdichtung 58 in eine am Außenumfang des Ventilgehäu­ ses 43 am freien Ende des Drosselventils vorgesehene, nutförmige Hinterschneidung 59. Die bolzenförmige Verlängerung 41 mit dem geringeren Durchmesser weitet sich an einem Absatz 60 auf einen größeren Durchmesser des verbleibenden, inneren Abschnitt des Drosselkolbens 40 auf, wobei der größere Durchmesser an den Durchmesser der Durchgangsbohrung 44 des Drosselventilgehäuses 43 angepaßt ist, so daß der Drosselkolben 40 in dem Drosselven­ tilgehäuse 43 fluiddicht gleitet.

In dem verbleibenden, inneren Abschnitt des Kolbens 40 ist am Außenumfang eine umlaufende, zweite Ringnut 62 vorgesehen, in die ein dritter Dichtungsring 63 einsetzbar ist, der an der Durchgangsbohrung 44 des Gehäuses 43 anliegt. Weiterhin weist der Drosselkolben 40 eine Ausnehmung oder Seitenbohrung 64 auf, die den Kolben 40 radial bis zur Sackbohrung 55 durchdringt. Es können auch mehrere Seitenbohrungen 64 vorhanden sein. Die Sei­ tenbohrung 64 verbindet einen Bereich außerhalb des Drosselkol­ bens 40 mit der Sackbohrung 55, die wiederum mit dem Auslaß in Verbindung steht. Die Seitenbohrung 64 ist in einer am Außenum­ fang des Drosselkolbens 40 umlaufenden Nut 65 vorgesehen, so daß die Seitenbohrung 64 einen durch die Nut 65 und die Durchgangs­ bohrung 44 gebildeten Raum mit der Sackbohrung 55 verbindet. Die Nut 65 ist in der Figur nach rechts, also entgegen der Kraft­ richtung der Feder 41 durch eine Regelkante 66 begrenzt.

Wenn der Drosselkolben 40 in das Ventilgehäuse 43 eingesetzt wird und keine externe Kraft auf das Drosselventil wirkt, liegt die Regelkante 66 direkt vor der Regelbohrung 52 des Drosselven­ tilgehäuses 43, so daß ein Großteil des Querschnitts der Regel­ bohrung 52 abgedeckt ist. Die Nut 65 und die Regelbohrung 52 überschneiden sich minimal. Zur Fixierung dieser Stellung des Drosselkolbens 40 gegenüber dem Drosselventilgehäuse 43 ist im Drosselventilgehäuse 43 ein Anschlag 67 vorgesehen, an der der Absatz 60 des Kolbens 40 unter der Kraft der Feder 41 anliegt. Der Anschlag 67 ist als Ring ausgebildet, der mit einem Außenge­ winde versehen ist und in das Innengewinde 46 der Durchgangsboh­ rung 44 eingeschraubt ist. Dadurch ist die Lage des Anschlags 67 in Längsrichtung einstellbar. Der Anschlag 67 besitzt in Längs­ richtung eine Bohrung, aus der die bolzenförmige Verlängerung 42 des Drosselkolbens 40 herausragt. Der Absatz 60 des Drosselkol­ bens 40 liegt an einer nach innen zeigenden Stirnseite des An­ schlags 67 an. Über den verstellbaren Anschlag 67 läßt sich so­ mit die Lage des Drosselkolbens 40 einstellen, wenn keine ex­ terne Kraft einwirkt. Damit läßt sich der minimale Öffnungsquer­ schnitt des Drosselventils einstellen. Der Anschlag 67 hat an seinem Außenumfang eine Sackbohrung 70, in die ein elastisches Bremselement eingesetzt ist.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Drosselventils näher er­ läutert.

Wie zuvor erwähnt ist, läßt sich der minimale Öffnungsquer­ schnitt des Drosselventils über den verstellbaren Anschlag 67 einstellen. Wenn eine externe Zugkraft, die außerhalb des Regel­ bereichs liegt, z. B. durch starke Bodenunebenheiten (Schlaglöcher etc.) bei Fahrt des Schleppers mit ausgehobenem Arbeitsgerät auf den Drosselkolben 40 einwirkt, steht der Dros­ selkolben 40 durch die Feder 41 gedrückt an dem verstellbaren Anschlag 67 an. Dabei ist die Regelbohrung 52 des Drosselventil­ gehäuses 43 weitgehend durch den Drosselkolben 40 abgedeckt, so daß ein minimaler Öffnungsquerschnitt bestimmt ist. Der Drossel­ kolben 40 ist bezüglich der Regelbohrung 52 so angeordnet, daß die Regelkante 66 der Nut 65 geringfügig in eine projizierte Fläche der Regelbohrung 52 hineinragt. Der minimale Öffnungs­ querschnitt ist folglich durch die Stellung der Regelkante 66 bezüglich der Regelbohrung 52 bestimmt, wobei diese Stellung durch Verstellen des Anschlages 67 einstellbar ist.

Wenn die aufgebrachte externe Kraft ansteigt, d. h., wenn sich der Pflug Pf in Arbeitsstellung befindet und bei Fahrt des Schleppers die Bodenbearbeitung durch den Pflug erfolgt und die hierbei auftretende Kraft größer ist als die Kraft der Biegefe­ der 30 und durch Verformung der Biegefeder 30 sich die am Ober­ lenker 29 angeordnete Anschlagplatte 45 in Richtung des Drossel­ ventils 24′ auslenkt, wird der Drosselkolben 40 gegen die Kraft der Feder 41, von der mit dem Oberlenker 29 verbundenen An­ schlagplatte, in der Fig. 2 nach rechts, verschoben. Die Regel­ kante 66 erweitert hierbei den Öffnungsquerschnitt der Regelboh­ rung 52, indem sie weiter in die projizierte Fläche der Regel­ bohrung 52 hineinragt. Da der Raum zwischen der Nut 65 und der Durchgangsbohrung 44 dadurch mit der Regelbohrung 52 verbunden ist und gleichzeitig über die Seitenbohrung 64 mit der Sackboh­ rung 55 in Verbindung steht, die wiederum mit dem Auslaß direkt verbunden ist, bestimmt sich somit der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils in Abhängigkeit von der am Oberlenker wirkenden Kraft durch den von der Regelkante 66 freigegebenen Öffnungs­ querschnitt der Regelbohrung 52. Je größer diese externe Kraft ist, desto weiter verschiebt sich die Regelkante 66 in der Fig. 2 nach rechts und desto größer wird der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils bzw. umgekehrt bei kleiner werdender äußerer Kraft.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Regelung eines Stellgliedes (1) abhängig von Regel- und Führungsgröße, insbesondere zur Regelung eines einem Schlepper oder dergleichen zugehörigen Hubwerkes mit einem in zwei Richtungen kraftbetätigbaren Wegeventil (3), dessen Steuerschieber unter dem Einfluß von zwei aufeinander gegenüber­ liegenden Seiten angeordneten Steuereinrichtungen (12, 11) steht, mit einer ersten einstellbaren als Führungsgrößenaufneh­ mer dienenden Drossel (22), über die eine der beiden Steuerein­ richtungen (11, 12) mit einer Druckmittelquelle (19) verbunden ist und mit einer zweiten als Regelgrößenaufnehmer dienende und mit dem bewegbaren Teil des Stellgliedes (1) verbundene ein­ stellbare Drossel (24) über die die gleiche Steuereinrichtung mit einem Vorratsbehälter (7) verbunden ist, wobei die die Re­ gelgröße festlegende Drossel (24, 24′) von einem Drosselventil­ gehäuse (43) mit verschiebbarem Drosselkolben (40) gebildet ist und der Drosselkolben in Abhängigkeit der am Hubwerk (4) angrei­ fenden äußeren Kraft verschiebbar ist, wodurch der Drosselöff­ nungsquerschnitt der Drossel (24, 24′) entsprechend eingestellt wird, indem eine vom Drosselkolben gebildete Steuerkante (66) eine im Drosselventilgehäuse (43) angeordnete Durchtrittsöffnung (52) mehr oder weniger überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg des Drosselkolbens (40) in Richtung kleiner werdendem Drosselöffnungsquerschnitt von einem einstellbaren An­ schlag (67) begrenzt ist und der damit verbundene Mindestdros­ selöffnungsquerschnitt größer ist als der Mindestdrosselöff­ nungsquerschnitt der die Führungsgröße festlegenden Drossel (22).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventilgehäuse (43) in Längsrichtung eine Durchtritts­ öffnung (44) aufweist, die den Drosselkolben (40) aufnimmt und einen Auslaß ödes Drosselventils (24) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventilgehäuse (43) in Querrichtung mindestens eine Regelöffnung (52) aufweist, die in die Durchtrittsöffnung (44) mündet und einen Einlaß des Drosselventils bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (44) einen Absatz (45) aufweist, auf den sich eine den Drosselkolben (40) in Schließ­ richtung beaufschlagende Feder (41) abstützt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkolben (40) hohl ausgebildet ist und in einer Seitenwand mindestens eine Ausnehmung (64) auf­ weist, die in eine umlaufende Nut (65) mündet, deren dem Auslaß zugekehrte Kante (66) eine mit der Regelöffnung (52) zusammen­ wirkende Steuerkante bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Drosselventil rotationssymmetrisch aufge­ baut ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Anschlag (67) aus einem im Drosselventilgehäuse (43) eingeschraubten Ring besteht, an den ein Absatz (60) des Drosselkolbens (40) in Anlage bringbar ist.