DE3140266A1

DE3140266A1 - "vorrichtung zum steuern eines hydromotors"

Info

Publication number: DE3140266A1
Application number: DE19813140266
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(grad.) 8782 Karlstadt Reith
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1981-10-10
Filing date: 1981-10-10
Publication date: 1983-04-28
Also published as: DE3140266C2; JPS58146704A; US4531449A

Description

DIPL.-ING. H. PINK PATENTANWALT · D 7300 ESSUNGEN BEI STUTTGART · HINDENBURGSTRASSE

»BWonwolt FINK . D 7300EmUaQW (N«dmr), Hmdenburoitrrt· 44

14. September 81 Sc P 6728 121.3^ 1F

Mannesmann Rexroth GmbH, Jahnstraße 3-5, 8770 Lohr/Main "Vorrichtung zum Steuern eines Hydromotors"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein bekanntes Senkbremsventil wird unmittelbar vom Pumpendruck aufgesteuert, der sich zwischen der Pumpe und dem Hydromotor einstellt. Bei schwankendem Pumpendruck wird der Steuerkolben des Senkbremsventils, dessen Schwankungen entsprechend beaufschlagt und diesen Schwankungen entsprechend wird das Ventilglied des Senkbremsventiles gesteuert. Damit treten zwischen dem mit dem Senkbremsventil verbundenen Anschluß und dem mit dem Vorratsbehälter verbundenen Anschluß des Wegeventiles unterschiedliche Drücke auf, wodurch bei sonst gleicher Stellung des Ventilgliedes des Wegeventiles unterschiedliche Druckmittelströme vom Hydromotor zum Vorratsbehälter fließen (deutsche Zeitschrift "fluid", Februar 1979, S. 31 bis .33).

Um den Hydromotor unabhängig von dessen Belastung zu steuern ist auch bekannt, zwischen der Steuerseite des Senkbrems-

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ventiles und dem Hydromotor ein Druckregelventil einzuschalten,· dessen Steuerleitung an die das Druckregelventil mit dem Senkbremsventil verbindende Leitung angeschlossen ist, und den die Druckfeder aufnehmenden Raum mit der mit dem Wegeventil verbundenen Anschlußstelle des Senkbremsventiles zu verbinden. Damit wird der Druck an der mit dem Wegeventil verbundenen Anschlußstelle des Senkbremsventiles konstant gehalten, wodurch auch die Druckdifferenz zwischen den mit dem Senkbremsventil und dem·Vorratsbehälter verbundenen Anschlußstellen des Wegeventils konstant gehalten wird. Druckschwankungen auf der Pumpen- oder der Verbraucherseite wirken sich somit nicht mehr auf die rückfließende Flüssigkeitsmenge aus. Das Senkbremsventil wirkt als Druckwaage, wodurch dessen Bremsfunktion nicht beeinträchtigt wird. Allerdings wirken auf seiten des höheren Druckes der am Wegeventil konstant zu haltenden Druckdifferenz zusätzlich die von der Druckfeder im Verlauf des Verschiebeweges des Stellkolbens unterschiedlich ausgeübten Federkräfte und die von der Strömung herrührenden unterschiedlichen Kräfte auf den mit konstantem Steuerdruck beaufschlagten Stellkolben. Da der Stellkolben sich immer dann im Kräftegleichgewicht befindet, wenn die Summe der drei vorgenannten Kräfte gleich der Kraft aus dem konstanten Steuerdruck ist, stellt sich bei einer durch die Strömung herrührenden sehr großen Kraft das Gleichgewicht ein, bevor der höhere Druck der am Wegeventil konstant zu haltenden Druckdifferenz seinen Sollwert erreicht hat. (DE-OS 29 11 891).

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die unterschiedlichen Feder- und Strömungskräfte so ausgeglichen werden, daß der gewünschte Druckunterschied am Wegeventil erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst. Der Steuerschieber des Steuerventiles wird abhängig von der Druckdifferenz

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gesteuert, die an dessen Anschlußstellen für das vom Hydromotor zurückfließende Druckmittel und mit dem Vorratsbehälter entsteht. Der mit dem Druckmittelstrom ansteigende Druck in der Abflußleitung des Hydromotors verschiebt den Steuerschieber entgegen der Kraft der auf ihn wirkenden Feder, wodurch die Verbindungen zwischen der Druckseite der Pumpe und der Steuerseite des Stellkolbens dem Durchflußstrom entsprechend gedrosselt und gesperrt wird, sobald der gewünschte Druckunterschied an den vorgenannten Anschlußstellen des Regelventiles erreicht ist. Steigt der Druck nach dem Senkbremsventil weiter an, so wird die Steuerseite des Stellkolbens mit dem Vorratsbehälter verbunden, wodurch der auf den Stellkolben wirkende Steuerdruck abgebaut wird. Sinkt der Druck nach dem Senkbremsventil, so wird wieder die Druckseite der Pumpe mit der Steuerseite des Stellkolbens verbunden. Die Abweichungen des Druckes nach dem Senkbremsventil von desseh Sollwert hängen nur noch von der Hysterese des Steuerschiebers, seiner überdeckung und der Steifigkeit der Steuerfeder ab.

Die Ansprüche 3 bis 5 betreffen bevorzugte Bauformen bei denen in jeder der beiden zum Hydromotor führenden Leitungen ein Senkbremsventil angeordnet ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. In dieser sind drei Vorrichtungen zum Steuern eines Hydromotors als Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung jeweils in Form einer Schaltung in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellt.

Ein drosselndes Wegeventil 1 ist als elektrohydraulisches Servoventil, auch Proportionalventil genannt, ausgebildet. Das Wegeventil 1 hat zwei mit einem als doppelt wirkenden Arbeitszylinder ausgebildeten Hydromotor 2 verbindbare Anschlüsse oder Anschlußstellen Al und BI, an welche Leitungen 3 und 4 angeschlossen sind. Ein Anschluß P am Wegeventil 1 ist mit einer Pumpe 5 und ein anderer Anschluß

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121.3^1F T ist mit einem Vorratsbehälter 6 verbunden.

Der Schieber des Wegeventiles 1 ist mittels eines Elektromagneten steuerbar. Die jeweilige Lage des Ankers dieses Magneten hängt von der jeweils angelegten Spannung ab. Der Schieber des Wegeventiles hat damit nicht drei bestimmte, sondern stets wechselnde Steuerlagen. Die Durchflüsse durch das Wegeventil sind also wie dargestellt gedrosselt.

Die Leitung 3 führt unmittelbar zum Hydromotor 2 und die Leitung ^ zu einem Anschluß A2 an einem Senkbremsventil 7, dessen Anschluß B2 über eine Leitung 8 mit dem Hydromotor verbunden ist. Das Senkbremsventil 7 hat einen Steueren-' Schluß X der über eine Leitung 9 mit einem Steuerventil verbunden ist, das Anschlüsse 11 bis 15 und einen Steuerschieber 16 mit zwei kolbenförmigen Steuerteilen 17 und aufweist. . '

Das Senkbremsventil 7 hat ein Hauptventilglied 19 und einen dieses betätigbaren Steuerkolben 20, der von den Anschlüssen X und A2 her über je eine Leitung 9 bzw. 22 auf einander gegenüberliegenden Seiten beaufschlagbar ist. Eine Druckfeder 21 ist zwischen dem Ventilglied 19 und dem Gehäuse des Senkbremsventiles 7 eingespannt und sucht das Ventilglied am Steuerkolben 20 zu halten. Das Ventilglied 19 und der •Steuerkolben 20 können auch fest miteinander verbunden sein. Der Steuerkolben 20 ist mit einer auf seiten des Ventilgliedes 19 angeordneten Kolbenstange 23 verbunden.

Die Anschlußstelle 14 des Steuerventiles 10 ist über eine Leitung 26 mit der Leitung 3 verbunden. Die mit dem Anschluß X verbundene Leitung 9 ist mit der Anschlußstelle 13 des Steuerventiles 10 verbunden, die in Ruhelage des Steuerschiebers 16 zwischen dessen beiden Steuerkolben 17 und mündet. In der in Fig. 1 dargestellten Lage des Steuerschiebers 16 sind die Anschlußstellen 13 und 14 miteinander verbunden. Die vom Steuerteil 17 in Ruhelage des Steuer-

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Schiebers 16 geschlossene Anschlußstelle 12 ist über eine Leitung .27 mit einer Leitung 28 verbunden, die die mit der Stirnseite des Steuerteiles 17 des Steuerschiebers 16 Verbundene Anschlußstelle 11 des Steuerventils 10 mit der von der Anschlußstelle T des Wegeventils 1 zum Vorratsbehälter führende Leitung 29 verbindet. Die mit der Stirnseite des Steuerteiles 18 des Steuerschiebers 16 verbundene Anschlußstelle 15 des Steuerventils 10 ist über eine Leitung 30 mit der Anschlußstelle B1 des Wegeventils 1 verbunden. In die Leitung 30 ist eine vorzugsweise einstellbare Drosselstelle 31 geschaltet.

Wird das Steuerglied des Wegeventils 1 aus seiner Mittelstellung nach links verschoben, so sind die Anschlüsse P und A1 auf der einen Seite und B1 und T auf der anderen Seite jeweils drosselnd miteinander verbunden. In der Leitung 3 baut sich ein Druck P^ auf, der den Kolben des Arbeitszylinders 2 nach rechts zu verschieben sucht, wodurch auf dessen rechter Seite entsprechend dem Querschnitt der Kolbenstange ein höherer Druck P^ entsteht, solange sich das Hauptventilglied 19 des Senkbremsventiles 7 noch in seiner Sperrlage befindet. Mit ansteigendem Druck P_A steigt auch der Druck Pg an der Anschlußstelle X des Senkbremsventiles 7, die über die Leitungen 26 und 9, die Anschlußstellen 13 und 14 sowie den Zwischenraum zwischen den Steuerteilen 17 und 18 des Steuerschiebers 16 mit der Leitung 3 verbunden ist. Mit steigendem Steuerdruck Pg öffnet das. Hauptventilglied 19 und Druckmittel fließt über die Leitungen U und und das Wegeventil 1 in den· Vorratsbehälter 6. Das durch das Wegeventil 1 hindurchfließende Druckmittel verursacht an der Drosselstelle zwischen den Anschlüssen B1 und T eine Druckdifferenz. Diese Druckdifferenz wirkt sich über die Leitung 30 auf die in der Zeichnung untere Stirnseite des Steuerschiebers 16 und über die Leitung 28 auf die in der Zeichnung obere Stirnseite des Steuerschiebers 16 aus. Die Stirnseiten des Steuerschiebers 16 haben gleiche Flächen.

Hierbei wirkt der Druck an der Anschlußstelle T des Wege-

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ventiles auf die Seite des Steuerventiles 10, auf der eine Steuerfeder 32 angeordnet ist, welche den Steuerschieber 16 in der in Fig. 1 dargestellten Lage zu halten sucht.

Der mit ansteigendem Druckmittelstrora ansteigende Druck Pgan der Anschlußstelle A2 des Senkbremsventils 7 verschiebt den Steuerschieber 16 entgegen der Kraft der Steuerfeder 32 in Richtung des Pfeiles Z. Die Steuerfeder 32 ist so ausgelegt, daß nach einem bestimmten Hub Y des Steuerschiebers 16, welcher der Breite der Anschlußstelle 14 entspricht, der gewünschte Druckunterschied zwischen den Anschlüssen B1 und T am Wegeventil erreicht ist und der Steuerteil 18, die Anschlußstelle 14 am Steuerventil 10 schließt.

Steigt der Druck Pg an der Anschlußstelle A2 des Senkbremsventils infolge steigendem Lastdruck P^ an, wird der Steuerschieber weiter in Richtung des Pfeiles Z verschoben, bis der Steuerkolben 17 die Anschlußstelle 12 aufsteuert. Hierdurch wird die Anschlußstelle X über die Leitung 9, die Anschlußstellen 12 und 13 am Steuerventil 10, den Zwischenraum zwischen den beiden Steuerkolben 17 und 18 und die Leitungen 27 und 28 mit dem Vorratsbehälter 6 verbunden. Dadurch wird der Steuerdruck P5 abgebaut, wodurch sich der Stellkolben 20 und das Hauptventilglied 19 in Schließrichtung bewegen, wodurch der Druck Pg in der Leitung 4 ebenfalls abgebaut wird.

Sinkt der Druck Pg in der Leitung 4 unter den gewünschten Wert, z.B. wenn die Kraft des fließenden Druckmittels das Hauptventilglied 19 in Schließrichtung bewegt, so geht der Steuerschieber 16 in Richtung seiner Ausgangslage so weit zurück, daß die Leitung 3 wieder mit der Anschlußstelle X des Senkbremsventiles verbunden wird. Dadurch wird das Hauptventilglied 19 wieder in Öffnungsrichtung bewegt, bis der Druck Pg in der Leitung 4 den Steuerschieber 16 so weit bewegt hat, daß die Anschlußstelle 14 gegenüber der Leitung 9 abgeschlossen ist. Aufgrund der Anordnung des Steuer-

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ventils 10 weicht der Druck Pg in der Leitung 4 vom Sollwert nur noch abhängig von der Hysterese des Steuerschiebers, seiner gleichzeitigen überdeckungen der Anschlußstellen 12 und 14 und der Steifigkeit der Steuerfeder 32 ab.

Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel hat der Steuerkolben 17 eine positive Schaltüberdeckung. Die erwünschte Regelfunktion kann auch mit einem Steuerkolben mit negativer Schaltüberdeckung, d.h. kurzzeitiger, drosselnder Verbindung der Anschlußstellen 12 und 14, erreicht werden.

Bei dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei Abweichungen und mehrfache Anwendungen gleicher Teile mit einem Kleinbuchstaben kenntlich gemacht sind.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in den beiden vom Wegeventil 1 zum Hydromotor 2 geführten Leitungen 3 und 4 je ein Senkbremsventil 7 bzw. 7a vorgesehen. Das zweite Senkbremsventil 7a hat die Anschlüsse A3 und B3 sowie den Steueranschluß Xa. Der Anschluß B3 ist über eine Leitung 8a mit dem Hydromotor 2 verbunden. Die beiden Anschlußstellen X und Xa der Senkbremsventile 7 bzw. 7a sind über eine Leitung 9a miteinander und über die Leitung 9 mit dem Steuerventil 10 an der Anschlußstelle 13 verbunden. Zwischen die beiden Leitungen 3 und 4 sind zwei Wechselventile 33 und 34 eingeschaltet. Das Wechselventil 33 ist über die Leitung 30 mit dem Anschluß 15 des Steuerventils 10 verbunden und das Wechselventil 34 ist über die Leitung 26 mit der Anschlußstelle 14 des Steuerventils 10 verbunden. Wenn das Wechselventil 34 die Leitung 3 mit der Leitung 26 verbindet, verbindet das Wechselventil 33 ^die Leitung 4 mit der Leitung 30 und umgekehrt.

Das vom Hydromotor 2 abfließende Druckmittel wird in beiden Bewegungsrichtungen seines Kolbens konstant gehalten. Für

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das dein Hydromotor 2 zufließende Druckmittel wirkt das Hauptventilglied 19 des Senkbremsventiles 17 bzw. 17a jeweils wie ein in Öffnungsrichtung durchflossenes Rückschlagventil. Die Wechselventile 33 und 34 sind vorgesehen, un für beide Bewegungsrichtungen dasselbe Steuerventil 10 zu verwenden. Wenn die Steuerglieder der Wechselventile 33 und 34 jeweils die in Fig. 2 dargestellte Lage einnehmen, befindet sich das Ventilglied des Wegeventils 1 in seiner linken Steuerlage in der der Anschluß P mit dem Anschluß A1 und der Anschluß B1 mit dem Anschluß T verbunden sind. Von der Pumpe 5 wird damit über die Leitung 3 Druckmittel zum Hydromotor 2 über das als Rückschlagventil wirkende Senkbremsventil 7a gefördert. Der Anschluß 14 des Steuerventils 10 ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit der Leitung verbunden und der Anschluß 15 des Steuerventils 10 mit der Leitung 4. Die Wirkungsweise entspricht der vorbeschriebenen Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispieles. '

Wird das Ventilglied des Wegeventils 1 in seine andere Steuerlage bewegt, in welcher die Anschlüsse P und B1 sowie Al und T miteinander verbunden sind, so wird Druckmittel über die Leitung 4 dem Hydromotor 2 zugeführt und die Wechselventile 33, 34 verbinden die Leitungen 3 und 4 mit den Anschlußstellen 15 bzw. 14 des Steuerventils 10. Die Wirkungsweise entspricht hier im Prinzip ebenfalls der vorbeschriebenen Wirkungsweise, wobei sich jedoch "der Kolben des Hydromotors 2 in anderer Richtung bewegt und das Senkbremsventil 7a als Druckwaage wirkt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind wie beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ebenfalls zwei Senkbremsventile 7 und 7a vorgesehen. Da hier ein zweites, dem ersten Steuerventil 10 entsprechendes Steuerventil 1Ca vorhanden ist, wird auf die Wechselventile 33, 34 verzichtet. Die Anschlußstellen 11, 12, 13 und 15 des ersten Steuerventiles

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10 sind wie beim ersten -Ausführungsbeispiel an die Leitungen 28 bzw. 21 bzw. 9 bzw. k angeschlossen. Die Anschlußstelle 15a des Steuerventils 10a ist über eine mit einer vorzugsweise einstellbaren Drosselstelle 31a versehenen Leitung 30a mit der Leitung 3 verbunden. Die Anschlußstellen 11 und 11a, 12 und 12a, 13 und 13a sowie 14 und 14a der beiden Steuerventile 10 und 10a sind jeweils miteinander verbunden.

Die Wirkungsweise des dritten Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 entspricht der Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispieles nach Fig. 2. Beim dritten Ausführungsbeispiel ist

es jedoch wegen der Anwendung zweier Steuerventile 10, 10a möglich, die Sollwerte der Druckunterschiede zwischen den Anschlußstellen B1 und T auf der einen Seite sowie Al und T auf der anderen Seite unterschiedlich zu wählen.

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Claims

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DIPl.-ING. H. FINK PATENTANWALT · D 7300 ESSLINGEN BEI STUHGART · HINDENBURGSTRASSE

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8. Oktober 1981 Sc P 6728
121.34 IF

Mannesmann Rexroth GmbH, Jahnstraße 3-5, 8770 Lohr/Main A η s ρ rüche

Vorrichtung zum Steuern eines Hydromotors (2) mit einem drosselnden Wegeventil (1), insbesondere elektrohydraulisches Proportionalventil, und mit einem dessen Abflußseite steuernden Senkbremsventil (7), das einen eine Steuerseite (X) aufweisenden Stellkolben (20) hat und das eine mit einer Anschlußstelle (B1) am Wegeventil verbundene Anschlußstelle (A2) aufweist, wobei zwischen die Steuerseite des Stellkolbens auf der einen Seite und die Zuflußseite des Hydromotors auf der anderen Seite ein Steuerventil (10) eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuerventil einen Steuerschieber (16) aufweist, der die Steuerseite des Stellkolbens wahlweise mit der Zuflußseite des Hydromotors verbindet oder davon trennt, der an seinen beiden stirnseitigen Anschlußstellen (11, 15) mit der vom Senkbremsventil gesteuerten Abflußseite (4) des Hydromotors unmittelbar vor bzw. nach dem Wegeventil ständig verbunden ist und der die Abflußseite des Hydromotors nach dem Wegeventil mit der Steuerseite des Stellkolbens verbindet oder davon trennt, und daß eine Steuerfeder

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(32) in gleicher Richtung auf den Steuerschieber wie der Druck des Druckmittels auf der Abflußseite des Hydromotors nach dem Wegeventil wirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Drosselstelle (31) zwischen die Abflußseite des Hydromotors (2) vor dem Wegeventil (T) und die damit verbundene Anschlußstelle (.15) an der Stirnseite des Steuerschiebers (16) des Steuerventils (10) geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Seiten des Hydromotors (2) ein Senkbremsventil (7, 7a) vorgesehen ist und daß die beiden Steuerseiten (X, Xa) der Stellkolben der beiden Senkbremsventile miteinander verbunden sind.
H. ' Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch ge kennzeichnet, daß in die beiden mit dem Hydromotor (2) verbundenen Leitungen (3, ¹J) vor dem jeweiligen Senkbremsventil (7, 7a) je ein Wechselventil (33, 3¹O eingeschaltet ist, wovon das eine Wechselventil die der Anschlußstelle (15) benachbarte Stirnseite des Steuerschiebers (16) jeweils mit der Abflußseite des Hydromotors und wovon.das andere Wechselventil die Steuerseite des Stellkolbens wahlweise mit der Zuflußseite des Hydromotors verbindet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steuerventile (10, 10a) vorgesehen sind, deren gleiche Anschlußstellen (11, 12, 13, 1¹J; Ha, 12a, 13a, 1¹Ja), mit Ausnahme der jeweiligen Anschlußstellen (15, 15a) auf der von der Steuerfeder (32, 32a) abgewandten Stirnseite des Steuerschiebers (16, 16a) des jeweiligen Steuerventils, miteinander verbunden sind und daß die Anschlußstellen (15, 15a) der von der Steuerfeder abgewandten Stirnseite jedes der Steuerschieber

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der beiden Steuerventile jeweils für sich mit einer der mit dem Hydromotor verbundenen Anschlußstellen (A1, BI) des Wegeventiles (1) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung zwischen der Abflußseite des Hydromotors (2) nach dem Wegeventil (1) mit der Steuerseite des Stellkolbens (20) nur dann zustande kommt, sobald und solange die Zuflußseite des Hydromotors von der Steuerseite des Stellkolbens getrennt ist.