DE2461021A1

DE2461021A1 - Vorrichtung zur steuerung wenigstens einer hydraulischen stelleinrichtung

Info

Publication number: DE2461021A1
Application number: DE19742461021
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Heiser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-12-21
Filing date: 1974-12-21
Publication date: 1976-06-24
Also published as: JPS613962B2; CH599472A5; US4066006A; FR2295277B1; GB1518835A; JPS5189082A; SE7514359L; SE419364B; FR2295277A1

Description

H- 2 4 9 3

2. Dezember 1974 My/Sch

Anlage zur

Patent- und -' -

Gebrauchsmuster-Hillsanmeldung

ROBERT BOSGH GMBH. STUTTGART

Vorrichtung zur Steuerung wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung abhängig von insbesondere elektrischen Eingangssignalen mit einem von einem Pilotventil gesteuerten, die Richtung des Druckmittelstromes bestimmenden Hauptventil, von dem zwei

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Arbeitsleitungen zur Stelleinrichtung führen und mit Mitteln zum Steuern der Größe des Druckmittelstromes.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art ist in eine Rückleitung zum Tank ein besonderer Strömungsfühler geschal tet, dessen Druckabfall über ein Wechselventil zu einem elektromagnetisch betätigten Pilotventil geleitet wird, das ein Hauptventil steuert. Bei diesem Strömungsfühler ändert sich die Größe des Druckabfalls entsprechend der Durchflußmenge. Besonders bei großen Regelbereichen hat diese Vorrichtung den Nachteil, daß bei kleinen Durchflußmengen die Genauigkeit der Durchflußregelung infolge der Hysterese des Strömungsfühlers sowie der anderen Geräte gering ist, weil es sich hier um ein sogenanntes Absolutmeßverfahren handelt. Ein weiterer Fachteil ist in der geringen Fähigkeit zur wirtschaftlichen Anpassung an bestimmte Anwendungs fälle zu sehen, wenn z.B. nur wenige, verschiedene Durchflußmengen benötigt werden. Auch der Ringspalt im Strömungsfühler macht die Vorrichtung anfällig pegen Störungen im Betrieb und erfordert eine relativ hohe Fertigungsqualität. Das analog steuernde Pilotventil macht die Einrichtung zudem aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art unter Vermeidung der erwähnten Nachteile möglichst. einfach so auszubilden, daß die Genauigkeit der Durchflußmengenregelung über den ganzen Steuerbereich möglichst groß ist.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Mittel als eine mindestens zwei unterschiedliche und wahlweise schaltbare Drosselquerschnitte aufweisende Drossel ausgebildet sind, die in eine Arbeitsleitung zwischen Hauptventil und Stelleinrichtung geschaltet ist, daß zwei die an der Drossel auftretende Druckdifferenz zum Hauptventil übertragende Steuerleitungen vorgesehen sind und daß der Steuerschieber des Hauptventils als eine der Drossel zugeordnete Druckwaage ausgebildet ist.

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Auf diese Weise arbeitet die Vorrichtung nach dem genaueren Kompensationsmeßverfahren, bei dem an der Drosselstelle stets eine konstante Druckdifferenz zur Verfügung steht, · während der die Richtung des Druckmittelstroms bestimmende Steuerschieber die Funktion einer Druckwaage übernimmt. Die Genauigkeit der Durchflußmengenregelung ist daher bei großen wie bei kleinen Mengen gleich gut. Zudem baut die Vorrichtung unter Verwendung von Elementen mit durchschnittlichen+ besonders einfach. Außerdem ist die Vorrichtung an die jeweiligen Verhältnisse leicht anpaßbar; so kann die Drosselstelle stufenlos oder auch nach Art eines Digitalstromreglers stufenweise verstellbar ausgebildet werden.

Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gibt die Zeichnung wieder. Diese zeigt in

Fig. 1 ein hydraulisches Schaltbild mit einer Vorrichtung zum Steuern einer Stelleinrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch, eine Vorrichtung nach Fig. 1. ■:·■■.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10, deren Zulauf 11 von einer Pumpe 12 Druckmittel erhält und deren Rücklauf 13 über eine Leitung 14 mit einem Behälter 15 verbunden ist. Zwei Verbraucher-Anschlüsse 16, 17 sind über Leitungen 18, 19 mit einer Stelleinrichtung 21 verbunden. Ein Druckbegrenzungsventil 22 sichert die Pumpe 12 ab.

Die Vorrichtung 10 weist ein von einem Pilotventil 23 vorgesteuertes Hauptventil 24 auf, von dem ein erster und zweiter Arbeitskanal 25, 26 zu den Verbraucher-Anschlüssen 16, 1? führen. Das. Hauptventil 24 ist als 4Wege-3Stellungsventil ausgebildet, dessen Steuerschieber 27 neben einer Mittelstellung 28, eine erste und zweite definierte .

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+Genauif"kej tsanf orderunpcen

Arbeitsstellung 29, 31 sowie Zwischenstellungen hat. In den zweiten Arbeitskanal 26 ist ein Drosselventil 32 geschaltet, dessen Drosselschieber 33 zwisehen einer Sperrstellung 34- und einer Drossel stellung 35 beliebige Zwischenstellungen einnehmen und den Drosselquerschnitt stufenlos steuern kann. Über Steuerleitungen 36? 37 wird die am Drosselventil 32 auftretende Druckdifferenz so zum Hauptventil 24 geleitet, daß deren ausgelenkter Steuerschieber 27 stets in Richtung Mittelstellung 28 belastet wird. Der Drosselschieber 33 wird hydraulisch gegen die Kraft einer Feder betätigt, wozu ein zugeordneter Druckraum 39 über einen Versorgungskanal 41 mit Drossel 42 mit dem Zulauf 11 und über einen Kanal 43 mit Druckregelventil 44 zum Behälter 15 verbunden ist. Der. Drosselschieber 33 ist ferner mit einem induktiv arbeitenden Veggeber 45 verbunden, dessen Signale in einem elektrischen Komparator 46 mit dem Sollwert eines zweiten elektrischen Eingangs 47 vergleichbar sind. Das Differenzsignal wird über einen elektrischen Verstärker 48 geleitet und zum Steuern des Druckregelventils 44 benutzt. Ein erster elektrischer Eingang 49 ist für die Steuerung des Pilotventils 23 und damit zur Richtungssteuerung des Druckmittelströmes vorgesehen.

Wie Fig. 2 näher zeigt, ist der Steuerschieber 27 des Hauptventils 24 in einer Schieberbohrung 51 eines Ventilgehäuses 52 gleitend geführt, in deren aufgeweiteten Enden jeweils ein Schaltkolben 53, 5^- dicht und gleitend geführt ist. Auf diese Weise sind erste Druckkammern 55, 56 ausgebildet, die über Kanäle 57, 58 mit dem Pilotventil 23 Verbindung haben. In zweiten Druckkammern 59, 61, die jeweils zwischen einem Schaltkolben 53, 54 und einer Druckfläche 62, 63 am Steuerschieber 27 liegen, sind Federn 64, 65 angeordnet. Letztere drücken die nicht betätigten Schaltkolben 53, 54 gegen gehäusefeste Anschläge 66 und zentrieren den Steuerschieber 27 in Mittelstellung 28. In den zweiten Druckkammern 59, 61 ist jeweils ein Sprengring 67, 68 angeordnet, die sowohl den Schaltkolben 53» 54 und dem Steuerschieber

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als Anschlag dienen. Von der zweiten Druckkammer 59 führt der Kanal 37 in einen zwischen Hauptventil 24 und Drosselventil 32 liegenden Teil des zweiten Arbeitskanals 26, während von der anderen zweiten Druckkammer 61 der Kanal zum Verbraucher-Anschluß 17 in einem Gehäuse 69 des Drosselventils 32 führt. Das Gehäuse 69 nimmt den Drosselschieber 33 in einer Buchse 70 auf, in der auch der Druckraum ausgebildet ist. Gleichachsig zum Drosselschieber 33 ist das Druckregelve-ntil 44 angeordnet, das von einem Proportional-Magnet 71 betätigbar ist. Ein von einer Feder 73 belasteter Stößel 72 drückt den nicht betätigten Drosselschieber 33 in seine den zweiten Arb-eitskanal 26 unterbrechende Sperrstellung 34·, der Drosselschieber 33 weist in Sperrstellung 34 eine große positive Überdeckung auf. Gleichachsig zum Drosselschieber 33 ist auf der dem Druckregelventil 44 gegenüberliegenden Seite der induktiv arbeitende V/eggeber 45 angeordnet, dessen bewegliches, federbelastetes Teil 73 am Stößel 72 anliegt. Der Zulauf 11 und Rücklauf 13 des Hauptventils 24 durchdringen das Gehäuse 69 und enden in dessen Flaiaschflache 74, in der auch die Verbraucher-Anschlüsse 16 und 17 liegen.

Am Ventilgehäuse 52 ist auf der dem Drosselventil 32 gegenüberliegenden Seite das Pilotventil 23 angeflanscht, des die Kanäle 57? 58 wahlweise mit dem Zulauf 11 oder dem Rücklauf 13 verbindet und in Mittelstellung den Zulauf 11 absperrt und die Kanäle 57» 58 zum Rücklauf 13 entlastet. Das Pilotventil 25 ist als 4Wege-3Stellungsventil ausgebildet und. sein Vorsteuerschieber 77 von Magneten 75? 76 betätigbar.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung 10 ist wie folgt:

An dem elektrischen Eingang 47 wird der Sollwert für die Größe des hydraulischen Druckmittelstromes zur Stelleinrichtung 21 und am elektrischen Eingang 49 gleichzeitig der Sollwert für dessen Richtung vorgegeben.

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Für die Richtungssteuerung sei nun angenommen, daß der Magnet 76 den Vorsteuerschieber 77 aus der gezeichneten Stellung nach Fig. 2 nach links bewegt. Vom Zulauf 11, in dem die ständig laufende Pumpe 12 einen konstanten Druck aufrechterhält, strömt Druckmittel über den Kanal 57 in die linke, erste Druckkammer 55- Der Schaltkolben 53 gleitet dabei nach rechts bis zum Anschlag am Sprengring 67 (bezogen auf Fig. 2) und drückt über die Feder 64 .den Steuerschieber 27 nach rechts in seine erste Arbeitsstellung 29 in der er am Sprengring 68 anliegt. Gleichzeitig entlastet der Vorsteuerschieber 77 die erste Druckkammer 56 zum Rücklauf 1J, so daß der Schaltkolben 54 d.m zugeordneten Anschlag 66 anliegt. Der Steuerschieber 27 verbindet somit den Zulauf 11 mit dem Verbraucher-Anschluß 16 und den zweiten Arbeitskanal 26 mit dem Rücklauf 13·

Das in den zweiten Arbeitskanal 26 geschaltete Drosselventil 32 wird gleichzeitig entsprechend dem elektrisch eingegebenen Sollwert gesteuert. Zu diesem Zweck wird der Proportionalmagnet 71 erregt und das Druckregelventil 44 steuert den Druck im Druckraum 39 proportional zum Eingangsstrom. Entsprechend diesem Druck wird der Drosselschieber 33 gegen die Kraft der Feder 38 ausgelenkt und nimmt eine bestimmte Stellung ein, wodurch der vom Drosselschieber 33 jeweils aufgesteuerte Drosselquerschnitt zur Grösse des elektrisch eingegebenen Sollwerts proportional ist.. Von der Stelleinrichtung 21 fließt Druckmittel über Leitung 19, Verbraucher-Anschluß 17, zweiten Arbeitskanal 26, Drosselventil 32, Hauptventil 24, Rücklauf 13 und Leitung 14 zurück zum Behälter 15· Dabei wirkt der Druck vor dem Drosselschieber 33-über die Steuerleitung 36 in der zweiten Druckkammer 61 und der Druck stromabwärts vom Drosselschieber 33 über die Steuerleitung 37 in der zweiten Druckkammer 59. Somit wirkt die über'den Drosselschieber 33 auftretende Druckdifferenz entgegen der Summen-Vorspannung und Steifigkeit der Federn 64, 65 auf den Steuerschieber

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und drücken Ihn von der ersten Arbeitsstellung 29 in Richtung Mittelstellung 28, TdIs sich ein Gleichgewicht ausbildet. Die Federn 64, 65 sind in Bezug auf die gegebenen Ab- ■■■ stände zwischen den Schaltkolben 53* 54 und dem Steuerschieber 27 so ausgelegt, daß an dem Drosselventil 32 eine Druckdifferenz von z.B. 10 bar zur Verfügung steht. Diese Druckdifferenz steht somit unabhängig von der Größe des jeweils aufgesteuerten Drosselquerschnitts und damit der Größe der Druckmittelströme zur Verfügung, so daß die Genauigkeit über den gesamten Steuerbereich im wesentlichen gleich groß'

- bezogen auf FIg. 2 -

Wird die Richtungssteuerung umgekehrt, indemlder Magnet 75 erregt, der Vorsteuerschieber 77 nach rechts und der Steuerschieber 27 nach links in seine zweite 'Arbeitsstellung 3I bewegt wird, so strömt Druckmittel vom Zulauf 11 über das Drosselventil 32 zur Stelleinrichtung 21. Dabei kehrt sich die Rückwirkung der Druckdifferenz von dem Drosselventil auf den Steuerschieber 27 automatisch um und dieser wirkt in entsprechend umgekehrter Weise als Druckwaage.

Der Hub des Drosselschiebers 53 wird über den Stößel 72 auf das bewegliche Teil 73 des Weggebers A-5 übertragen, dessen Ausgangssignal mit dem Sollwertsignal im Komparator 46 verglichen wird. Der Verstärker 48 steuert mit dem Fehlersignal den Proportionalmagnet 7I an. Der Drosselquerschnitt kann somit genau und reproduzierbar geregelt werden. .

Vorteilhaft ist ferner die große positive Überdeckung des Drosselschieber 33 in seiner Sperrstellung 34, wodurch die Leckverluste der Stelleinrichtung 21 gering gehalten werden. Es ist somit möglich, die Last an der Stelleinrichtung 21 hydraulisch einzuspannen.

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Ein weiterer besonderer Vorteil der Vorrichtung 10 ist in der Funktion als Bremsventil zu sehen. Wenn bei betätigter Vorrichtung 10 die Last an der Stellvorrichtung in Extremfallen durchschwingt bzw. sich umkehrt, so kann der gerade als Druckwaage arbeitende Steuerschieber 27 aus seiner momentanen Arbeitsstellung 29, 31 über die Mittelstellung 28 hinaus in die andere Arbeitsstellung 31, 29 ausgelenkt werden, wenn die am Drosselventil 33 auftretende Druckdifferenz z.B. die vorgesehenen 10 bar überschreitet. Dadurch wird der Zulauf 11 unmittelbar mit dem druckbeaufschlagten Arbeitskanal 25 oder 26 verbunden und von der Stelleinrichtung 2/1 abströmendes Druckmittel muß über das Druckbegrenzungsventil 22 abströmen, wobei die Last gebremst wird. Während dieses Bremsvorganges liegt der über das Pilotventil 23 druckbeaufschlagte Schaltkolben 53 bzw. 5^- am zugehörigen Sprengring bzw. 68 an, da die Kraft aus seiner Druckmittelbelastung in der ersten Druckkammer 55, 56 die entgegenwirkenden Kräfte übersteigen. Für die Funktion des Bremsventils ist es sehr zweckmäßig, den Steuerschieber 27 mit geringer negativer überdeckung zu versehen.

Aus obigen Ausführungen geht hervor, daß.mit dem einen Hauptventil in äußerst zweckmäßiger Weise die drei Funktionen der Richtungssteuerung, der Druckwaage und des Bremsventils erfüllt werden.

Selbstverständlich ist es möglich, Änderungen an der Vor-' richtung 10 vorzunehmen, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann der induktive Weggeber entfallen, wenn die Anforderungen an die Genauigkeit nicht sehr hoch sind. Der Drosselschieber 33 des Drosselventils 32 braucht nicht hydraulisch angesteuert zu werden; er kann auch unmittelbar magnetisch, mechanisch oder pneumatisch betätigt werden. In vielen Fällen genügt es, wenn anstelle einer stufenlosen. Steuerung nur mehrere, verschieden große Druckmittel-

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ströme steuerbar sind. In solchen Fällen ist es besonders vorteilhaft und wirtschaftlich, daß anstelle des stufenlos verstellbaren Drosselventils 32 z.B. zwei einzelne, parallelgeschaltete und wahlweise schaltbare Drosselstellen in einen Arbeitskanal geschaltet oder mehrere Drosselstellen nach Art eines Digitalstromreglers vorgesehen werden können. Dieser Umbau ist bei der gegebenen Blockbauweise ohne großen Aufwand möglich.

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Claims

Ansprüche

1.,-'Vorrichtung zur Steuerung wenigstens -einer hydraulischen Stelleinrichtung abhängig von insbesondere elektrischen Eingangssignalen mit einem von einem Pilotventil gesteuerten, die Richtung des Druckmittelstromes .bestimmenden Hauptventil, von dem zwei Arbeitsleitungen zur Stelleinrichtung führen und mit Mitteln zum Steuern der Größe des Druckmittelstromes abhängig von Eingangssignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als eine mindestens zwei unterschiedliche und wahlweise schaltbare Drosselquerschnitte aufweisende Drossel (32) ausgebildet sind, die in eine Arbeitsleitung (26) zwischen Hauptventil (24) und Stelleinrichtung (21) geschaltet ist, daß zwei die an der Drossel (32) auftretende Druckdifferenz zum Hauptventil (24) übertragende Steuerleitungen (36, 37) vorgesehen sind und daß der Steuerschieber (27) des Hauptventils (24) als eine der Drossel (32) zugeordnete Druckwaage ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (32) einen stufenlos verstellbaren Drosselquerschnitt aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel·als Drosselventil (32) mit einem von einer Feder (38) belasteten Drosselschieber (33)

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ausgebildet ist, der eine die Arbeitsleitung (26) sperrende Sperrstellung (34) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselschieber (33) mit einer Druckfläche einen Druckraum (39) begrenzt, in dessen Verbindung (43) zum Behälter (15) ein. vom Eingangssignal für die Größe des Druckmittelstroms ansteuerbares Druckregelventil (44) geschaltet ist und daß der Druckraum (39) über eine Drosselstelle (42) mit einem Zulauf (11) Verbindung hat.

5· Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaage (27) für beide Durchströmrichtungen des Hauptventils (24) wirksam ausgebildet ist. ' ■

6. Vorrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (27) des Hauptventils (24) von Federn (64, 65) in einer Mittelstellung (28) zentriert ist und sich die Federn'an Schaltkolben (53₅ 54) abstützen, deren zugeordnete, erste Druckkammern (55» 56) mit dem Pilotventil (23) Verbindung haben, unddaß der Steuerschieber (27) Druckflächen (62, 63) aufweist, deren zugeordnete, zweite Druckkammern (59? 61) derart mit der Arbeitsleitung (26) verbunden sind, daß der an der Drossel (32) auftretende Druckabfall den ausgelenkten Steuerschieber (27) gegen die Kraft der Federn (64, 65) in

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seine Mittelstellung zurückzustellen sucht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schaltkolben (53» 54-) zwei gehäusefeste Anschläge (66, 67, 68) und dem Steuerschieber (27) ebenfalls zwei gehäusefeste Anschläge (67, 68) zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch'gekennzeichnet, daß die Druckflächen (62, 63) an den Stirnseiten des Steuerschiebers (27) ausgebildet sind, die Schaltkolben (53, 54·) jeweils eine erste (55, 56) von einer zweiten Druckkammer (59, 61) trennen und die Federn (64, 65) in den zweiten Druckkammern (59, 61) angeordnet, sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselschieber (33) mit einem beweglichen Teil (73) eines induktiv arbeitenden, stellungsabhängige Signale liefernden Gebers (4-5) in Wirkverbindung steht.

10.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9* dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrische Eingänge (4-7, 49) vorgesehen sind, von denen derjenige (4-9) für die Richtung des Druckmittel strömes mit dem elektromagnetisch betätigten Pilotventil (23) und der (4-7) für die Größe des Druckmittelstromes mit dem Druckregelventil (71) Verbindung haben. _ ·

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11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch, gekennzeichnet, daß der Stromkreis zum Druckregelventil (4-4) als Regelkreis mit Rückführung (36) vom Geber (4-5) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (44) und das Drosselventil (32) insbesondere gleichachsig in einem gemeinsamen Gehäuse (69) angeordnet sind, an dem das Haupt ventil (24-) angeflanscht ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (27) des Hauptventils (24) mit geringer negativer Überdeckung ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkolben (53> 5^·), der Steuerschieber (27) und deren Anschläge (66, 67, 68) mit den Federn (64, 65) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Steuerschieber (27) die Funktionen der Richtungssteuerung, der Druckwaage und des Bremsventils ausführen kann.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußverstärkung an den Steuerkanten (27) so dimensioniert wird, daß auch bei Ansteuerung eines Tauchkolbenzylinders die Druckdifferenzen an der Zulauf und Ablaufkante in einem bestimmten Verha'ltnis stehen, insbesondere, daß sie gleich groß sind.

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