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Die
Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung für eine Verstellpumpe, die die
Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
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Bei
einer solchen Steuereinrichtung, wie z.B. in Bache, W., Feigel,
H.-J.: Neue Möglichkeiten
beim elektrohydraulischen Load-Sensing, in: O + P "Ölhydraulik und Pneumatik", 34 (1990), Nr.
2, S 106–114, gezeigt,
wird vom Förderstromregler
eine der Kraft des Federelements entsprechende Druckdifferenz über das
Proportional-Wegeventil aufrechterhalten, indem er dafür sorgt,
daß sich
der Pumpendruck entsprechend dem Lastdruck ändert. Da der Druckabfall über das
Proportional-Wegeventil konstant ist, ist die Stellung des Wegeventilschiebers,
die wiederum von der Stärke
des durch den jeweils das Wegeventil betätigenden Elektromagneten fließenden Stromes
abhängt,
ein Maß für die durch
das Proportional-Wegeventil pro Zeiteinheit fließende Druckmittelmenge. Sieht
man einmal von einer eventuellen Hysterese des Wegeventils ab, so
ist also der durch den Elektromagneten fließende Strom ein Maß für den über das
Proportional-Wegeventil fließenden
Förderstrom.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung mit
den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiterzuentwickeln, daß mit geringem
Aufwand die von der Verstellpumpe zu erbringende Leistung unterhalb
eines maximalen Wertes gehalten wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Steuereinrichtung
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß von einem
Drucksensor ein Druck erfaßbar
und ein dem Druck entsprechendes elektrisches Signal an das Steuergerät gebbar
ist und daß das
Proportional-Wegeventil vom Steuergerät in Abweichung von der Sollwertvorgabe
ansteuerbar ist, wenn das Produkt aus dem Druck und dem dem Sollwert
entsprechenden, über
das Proportional-Wegeventil fließenden Förderstrom einen eingestellten
Wert übersteigt.
Somit ist, um das Ziel der Erfindung zu erreichen, als zusätzliches
Gerät lediglich
ein handelsüblicher
Drucksensor notwendig. Im Steuergerät wird auf elektrischem Wege
das Produkt aus dem Drucksignal und dem Sollwert gebildet. Überschreitet
dieses Produkt den eingestellten Wert, so steuert das Steuergerät das Proportional-Wegeventil
in Abweichung vom Sollwert so an, daß der eingestellte Wert nicht überschritten
wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung kann
man den Unteransprüchen
entnehmen.
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Es
ist denkbar, das Steuergerät
so zu konzipieren, daß dann,
wenn das Produkt aus Druck und Fördermengensollwert
den eingestellten Wert überschreitet,
unter Berücksichtigung
der Betätigungsrichtung
immer dasselbe Ansteuersignal an das Proportional-Wegeventil gegeben
wird. Dieses Ansteuersignal ist so hoch, daß auch beim Maximaldruck, der
von der Verstellpumpe erzeugt werden kann und der z.B. an einem
Druckregler einstellbar ist, die eingestellte Maximalleistung nicht überschritten
wird. Günstiger
erscheint es jedoch, wenn gemäß Anspruch
3 das von der Sollwertvorgabe abweichende Ansteuersignal des Steuergeräts in Abhängigkeit vom
erfaßten
Druck veränderbar
ist. Dann kann das Ansteuersignal jeweils so groß sein, daß die in einem Druck/Förderstrom-Diagramm hyperbolische
Leistungskurve genau nachgefahren werden kann.
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Vorteilhafterweise
wird vom Drucksensor der Pumpendruck erfaßt, obwohl es, vor allem wenn
nur ein einziges Proportional-Wegeventil vorhanden ist, auch möglich ist,
aus dem Lastdruck auf den Pumpendruck zu schließen. Denn der Förderstromregler hält eine
konstante Druckdifferenz zwischen dem Lastdruck und dem Pumpendruck
aufrecht. Diese Differenz könnte
im Steuergerät
auf elektronischem Wege zum vom Drucksensor abgegebenen elektrischen
Signal hinzuaddiert werden, wenn der Drucksensor den Lastdruck erfaßt.
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Oft
werden von einer Verstellpumpe mehrere hydraulische Verbraucher über mehrere
Proportional-Wegeventile mit Druckmittel ver sorgt. Dabei sind viele
Einsatzfälle
denkbar, in denen es nicht darauf ankommt, in denen es sogar nachteilig
sein kann, daß beide
hydraulische Verbraucher gleichzeitig betätigt werden können. Ein
solcher Einsatzfall kann z.B. ein Schrägaufzug sein, der einen ersten
hydraulischen Verbraucher in Form eines Hubzylinders, mit dem der
Aufzug in eine bestimmte Schrägstellung gebracht
werden kann, und einen zweiten hydraulischen Verbraucher in Form
einer Winde hat, mit dem der Aufzugkorb bewegt wird. In einem solchen
Einsatzfall wird das Steuergerät
gemäß Anspruch
4 vorteilhafterweise so ausgebildet, daß nur jeweils eines der Proportional-Wegeventile
betätigbar
ist. Die von der Verstellpumpe aufgenommene Leistung läßt sich dann
auf einfache Weise aus dem erfaßten
Druck und dem Ansteuersignal an das jeweilige Proportional-Wegeventil
ableiten. Die Betätigung
des einen Proportional-Wegeventils kann sogar Vorrang vor der Betätigung des
anderen Proportional-Wegeventils haben.
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Um
die von der Verstellpumpe abgegebene Leistung beim gleichzeitigen
Betrieb mehrerer Verbraucher zu bestimmen, wird die Steuereinrichtung vorteilhafterweise
gemäß Anspruch
6 ausgebildet. Dort ist durch eine Druckwaage für zumindest ein Proportional-Wegeventil
dafür gesorgt,
daß ein
an dieses Wegeventil gegebenes Ansteuersignal unabhängig von
einem Pumpendruck, der wegen der höheren Last eines zweiten Verbrauchers
um mehr als die am Förderstromregler
eingeregelte Druckdifferenz höher
ist als der Lastdruck des ersten hydraulischen Verbrauchers, nach
wie vor einem bestimmten Förderstrom
entspricht. Die abgegebene Leistung der Verstellpumpe ergibt sich
dann aus den beiden Einzelleistungen, die im Steuergerät addiert
werden. Übersteigt
die Summe den eingestellten Wert, so sind vom Steuergerät eines
der beiden Proportional-Wegeventile oder beide Proportional-Wegeventile
in Abweichung von der Sollwertvorgabe ansteuerbar.
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Zwei
Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung
sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird
die Erfindung nun näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 das
erste Ausführungsbeispiel,
bei dem jeweils nur eines von zwei elektrisch oder elektro-hydraulisch
betätigbaren
Proportional-Wegeventilen vom Steuergerät ansteuerbar ist, und
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2 das
zweite Ausführungsbeispiel,
das ebenfalls zwei Proportional-Wegeventile aufweist, wobei jedoch
nun jedem Wegeventil eine Druckwaage zugeordnet ist.
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Bei
beiden Ausführungsbeispielen
kann eine Verstellpumpe 10 Druckmittel aus einem Vorratsbehälter 11 ansaugen
und in eine Druckleitung 12 abgeben. Es sind zwei hydraulische
Verbraucher 13 und 14 vorhanden, mit denen z.B.
ein Schrägaufzug
ausgestattet ist und von denen der Verbraucher 13 ein Motor
zum Antrieb einer Winde und der Verbraucher 14 ein Hubzylinder
ist. Die Druckmittelwege zwischen der Verstellpumpe 10,
dem Vorratsbehälter 11 und dem
Verbraucher 13 oder 14 werden jeweils von einem
Proportional-4/3-Wegeventil 15 bzw. 16 gesteuert.
Die vier Anschlüsse
jedes Proportional-Wegeventils 15 bzw. 16 sind
der Pumpenanschluß P,
der Tankanschluß T
und die beiden Verbraucheranschlüsse
A und B, die mit den Verbrauchern 13 bzw. 14 verbunden
sind. Die nicht näher
dargestellten Ventilschieber jedes Ventils 15 und 16 sind
in einer Mittelstellung durch Federn 18 zentriert. Der
Ventilschieber des Ventils 15 kann aus seiner Mittelstellung heraus
in jede Richtung unter der Mitwirkung von jeweils einem von einem
Elektromagneten 19 bzw. 20 betätigten Vorsteuerventil hydraulisch
verschoben werden. Entsprechendes gilt auch für den Ventilschieber des Ventils 16,
wobei die Elektromagnete der beiden Vorsteuerventile mit den Bezugszahlen 21 und 22 versehen
sind.
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Die
Elektromagnete 19, 20, 21 und 22 sind von
einem elektrischen Steuergerät 25 einzeln
ansteuerbar. Die Ansteuerung erfolgt im Normalbetrieb entsprechend
den Sollwerten, die an zwei Eingängen des
Steuergeräts 25,
von denen einer dem einen Ventil und der andere dem anderen Ventil
zugeordnet ist, anliegen. Bei einer Ansteuerung des einen Elektromagneten
bewegt sich der elektri sche Verbraucher 13 bzw. 14 in
die eine Richtung, bei einer Ansteuerung des anderen Elektromagneten
in die andere Richtung. Die Geschwindigkeit, mit der sich der hydraulische
Verbraucher bewegt, kann durch eine Veränderung des Öffnungsquerschnitts
des jeweiligen Ventils und somit durch die Höhe des durch einen Elektromagneten
fließenden
Stromes beeinflußt
werden.
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Jedes
Ventil 15 bzw. 16 besitzt außer den vier Anschlüssen A,
B, P und T einen Lastmeldekanal LS, in dem bei einer Betätigung des
jeweiligen Ventils der durch die von dem hydraulischen Verbraucher 13 bzw. 14 bewegte
Last bestimmte Lastdruck herrscht. Die beiden Lastmeldekanäle sind
mit den beiden Eingängen
eines Wechselventils 26 verbunden, das den jeweils höchsten Lastdruck über seinen
Ausgang an einen Förderstromregler 30 der
Verstellpumpe 10 meldet. Dieser ist von üblicher
und allgemein bekannter Bauart und besitzt einen Regelkolben, der
in einander entgegengesetzte Richtungen einerseits vom Pumpendruck
und andererseits vom höchsten Lastdruck
und von einer Feder 31 beaufschlagbar ist. Von dem Förderstromregler 30 wird
ein Stellkolben 32, der an einem Schwenkorgan der Verstellpumpe 10 angreift,
so gesteuert, daß die
Pumpe jeweils soviel Druckmittel fördert, daß der Pumpendruck um eine der
Kraft der Feder 31 entsprechende Druckdifferenz über dem
höchsten
Lastdruck liegt. Ist der Pumpendruck zu klein, so vermag der Lastdruck
den Förderstromregler
so zu verstellen, daß der
Kolben des Stellzylinders 32 von Druck entlastet wird und
die Verstellpumpe 10 weiter ausschwenkt. Ist der Pumpendruck
zu hoch, so wird der Kolben des Stellzylinders 32 im Sinne
einer Verringerung des Hubvolumens der Verstellpumpe 10 verschoben.
Der Kolben eines weiteren Zylinders 33, der ebenfalls am Schwenkorgan
der Verstellpumpe 10 angreift, wird dauernd vom Pumpendruck
und von einer Feder beaufschlagt, hat jedoch eine kleinere Wirkfläche als der
Kolben des Zylinders 32. In üblicher Weise ist der Verstellpumpe 10 auch
ein Druckregler 34 zugeordnet, mit dem ein maximaler Pumpendruck
eingestellt werden kann.
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Ein
Drucksensor 35 erfaßt
den Druck am Ausgang der Verstellpumpe 10, also den Pumpendruck,
generiert ein diesem Pumpendruck entsprechendes elektrisches Signal
und gibt dieses Signal über
eine Leitung 36 an das Steuergerät 25 weiter. Dieses
Steuergerät
vermag das Produkt aus dem vom Drucksensor 35 kommenden
Signal und dem vorgegebenen Sollwert zur Betätigung des Ventils 15 oder
des Ventils 16 zu bilden. Außerdem ist das Steuergerät 25 so
konzipiert, daß eine
Betätigung
des Ventils 16 Vorrang vor einer Betätigung des Ventils 15 genießt, daß also immer
dann, wenn ein Signal zur Betätigung
des Ventils 16 gegeben wird, eine Betätigung des Ventils 15 nicht
möglich
ist. Letzteres verbleibt in seiner Mittelstellung oder kehrt in
seine Mittelstellung zurück.
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Im übrigen sind
in der Mittelstellung der beiden Ventile 15 und 16 alle
vier Anschlüsse
A, B, P und T gegeneinander abgesperrt. Bei beiden Ventilen ist
der Tankanschluß T
mit dem Vorratsbehälter 11 verbunden.
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Das
hydraulische System nach 1 funktioniert in folgender
Weise. Nach der Vorgabe eines Sollwertes an das Steuergerät 25 steuert
dieses einen der Elektromagnete 19, 20, 21 oder 22 so
an, daß durch
diesen Elektromagneten ein Strom von solcher Stärke fließt, die dem Sollwert entspricht.
Der Ventilschieber wird aus seiner Mittelstellung verschoben, so
daß Druckmittel
von der Pumpe zum Verbraucher und vom Verbraucher zum Vorratsbehälter fließen kann.
Der Förderstromregler 30 verändert das
Hubvolumen der Verstellpumpe 10 so, daß unabhängig vom Lastdruck, unabhängig von
der Drehzahl der Pumpe 10 und unabhängig vom Öffnungsquerschnitt des Wegeventils
der Pumpendruck um einen durch die Feder 31 bestimmten
Betrag über
dem Lastdruck liegt. Der Druckabfall vom Pumpendruck auf den Lastdruck
findet über
das Proportional-Wegeventil statt. Der über dieses Ventil fließende Druckmittelstrom
hängt somit
nur noch vom Öffnungsquerschnitt
des Ventils, somit von der Stärke
des durch den angesteuerten Elektromagneten fließenden Stromes und damit vom
vorgegebenen Sollwert ab. Da die von der Pumpe 10 abgegebene
Leistung das Produkt aus dem Pumpendruck und dem Förderstrom
ist, ist das Produkt aus dem vom Drucksensor 35 abgegeben
elektrischen Signal und dem vorgegebenen Sollwert ein Maß für die abgegebene
Leistung der Pumpe 10. Solange dieses Produkt einen vorgegebenen
Wert nicht überschreitet,
steuert das Steuergerät 25 die
Ventile 15 und 16 entsprechend dem vorgegebenen
Sollwert an. Ist das Produkt dagegen größer als der vorgegebene Wert,
so ist das vom Steuergerät
an den jeweiligen Elektromagneten gegebene Steuersignal kleiner
als das dem Sollwert entsprechende Steuersignal. Und zwar ist das
gegebene Steuersignal so klein, daß das Produkt aus ihm und dem
Pumpendruck das vorgegebene Maß für die Leistung
der Verstellpumpe nicht überschreitet.
Es kann in Abhängigkeit
vom Pumpendruck vom Steuergerät
gerade jeweils so groß gemacht
werden, daß das
Produkt gleich dem vorgegebenen maximalen Wert ist. Es kann jedoch
auch ein vom Pumpendruck unabhängiges
vom Sollwert abweichendes Steuersignal gegeben werden. Dieses Steuersignal
kann z.B. so groß sein,
daß es,
multipliziert mit dem am Druckregler 34 eingestellten Pumpendruck,
gerade die maximale Leistung ergibt.
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Bei
der Ausführung
nach 2 ist auch bei einer gleichzeitigen Betätigung der
beiden Ventile 15 und 16 eine Leistungsregelung
für die
Verstellpumpe 10 möglich.
Dazu ist dem Druckanschluß P
eines jeden Ventils 15 bzw. 16 eine Druckwaage 40 vorgeschaltet,
die in Schließrichtung
vom Pumpendruck und in Öffnungsrichtung
vom Lastdruck und von einer Feder 41 beaufschlagbar ist.
Jede der beiden Druckwaagen kann also unabhängig von der Größe der Differenz
zwischen dem Pumpendruck und einem nicht dem höchsten Lastdruck entsprechenden
Lastdruck einen bestimmten Druckabfall über das dem Verbraucher mit
dem niedrigeren Lastdruck zugeordnete Proportional-Wegeventil aufrechterhalten.
Die Federn 41 sind auf die Feder 31 so abgestimmt,
daß in
der Regelstellung der Druckwaagen 40 und des Förderstromreglers 30 die
Differenz zwischen den die jeweiligen Regelkolben entgegengesetzt
beaufschlagten Drücken
gleich groß ist.
Somit ist auch der Druckabfall über
ein Proportional-Wegeventil unabhängig davon, ob der Förderstromregler 30 oder
die jeweilige Druckwaage 40 den Druckabfall bestimmt.
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Das
hydraulische System nach 2 funktioniert bei der Ansteuerung
nur eines der beiden Proportional-Wegeventile 15 oder 16 genauso
wie das System nach 1. Die dem angesteuerten Wegeventil
vorgeschaltete Druckwaage 40 ist ganz offen. Werden beide
Ventile 15 und 16 betätigt, so wird über das
Wechselventil 26 der höhere
Lastdruck an den Förderstromregler 30 gemeldet,
der den Stellzylinder 32 so mit Druckmittel versorgt, daß sich ein
Pumpendruck einstellt, der um eine der Kraft der Feder 31 des
Förderstromreglers 30 entsprechende
Differenz höher
ist als der gemeldete Lastdruck. Die Druckwaage 40, die
dem Wegeventil vorgeschaltet ist, das den Verbraucher mit dem höheren Lastdruck
steuert, ist offen. Der Pumpendruck fällt über dieses Wegeventil auf den
Lastdruck ab. Die Druckwaage, die dem Wegeventil vorgeschaltet ist,
das den Verbraucher mit dem niedrigeren Lastdruck steuert, drosselt den
zu diesem Ventil fließenden
Förderstrom
soweit ab, daß er über das
Wegeventil einen der Druckdifferenz an der Druckwaage und somit
der Druckdifferenz am Förderstromregler
entsprechenden Druckabfall erzeugt. Somit ist die Höhe des Stromes,
der durch einen Elektromagneten fließt, der dem den Verbraucher
mit dem niedrigeren Druck steuernden Wegeventil zugeordnet ist,
weiterhin ein Maß für den zu
diesem Verbraucher fließenden
Förderstrom.
Die Leistung der Verstellpumpe 10 ergibt sich somit aus dem
Produkt des Pumpendrucks mit der Summe der zu den beiden Verbrauchern
fließenden
Förderströme, also
aus dem Produkt des vom Drucksensor 35 abgegebenen elektrischen
Signals und der Summe der beiden vorgegebenen Sollwerte. Ist dieses
Produkt größer als
ein vorgegebener Maximalwert für
die Leistung der Pumpe 10, so steuert das Steuergerät 25 entweder
eines oder beide Proportional-Wegeventile in Abweichung vom vorgegebenen
Sollwert so an, daß die
maximale Leistung nicht überschritten wird.
Z.B. können
die Ansteuersignale für
beide Ventile 15 und 16 in gleicher Weise prozentual
gesenkt werden. Denkbar ist jedoch auch, daß zunächst nur das Ansteuersignal
für das
eine Ventil erniedrigt wird und daß das Steuersignal für das andere
Ven til erst dann kleiner gemacht wird, wenn sich das eine Ventil in
seiner Mittelstellung befindet.