DE3200868A1

DE3200868A1 - Steuereinrichtung fuer einen hydraulischen verbraucher

Info

Publication number: DE3200868A1
Application number: DE19823200868
Authority: DE
Inventors: Günther 7141 Möglingen Schwerin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1982-01-14
Publication date: 1983-03-03
Also published as: EP0072952B1; EP0072952A2; EP0072952A3; DE3270997D1

Description

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22.12.1981 Wd/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Steuereinrichtung für einen hydraulischen Verbraucher

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem derartigen, proportional arbeitenden Wegeventil besteht häufig die Gefahr des sogenannten Festdrosseins, worunter man einen Zustand versteht, bei dem gerade nur soviel Druckmittel zur anzuhebenden Last fließt, wie insgesamt an Leckage verloren geht; das Gerät für die zu hebende Last bewegt sich nicht. Dieses Gleichgewicht, bei dsm die Druckmittelq.uelle ständig gegen den Lastdruck fördert (Lastdruck = Neutralumlaufdruck), bleibt bis zur r-asch vollendeten Zerstörung der Druckmittelquelle erhalten. Diese Gefahr ist besonders groß bei den oben erwähnten, proportional arbeitenden Ventilen, weil sie nicht schaltend, sondern mittels proportionaler Annäherung schleichend in die Neutralstellung gelangen, d.h. proportional zu einer Regelabweichung, die schließlich zu Null werden soll.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegen-

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über den Vorteil, daß das oben erwähnte Festdrosseln bei Froportional-Regelventilen auf einfachste Weise weitestgehend verhindert werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Diese zeigt in Figur 1 in schematischer Darstellung eine Steuereinrichtung für einen einfach wirkenden Verbraucher, in Figur 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 1.

Besohreibuus, des Ausführungsbeispieles

Die Steuereinrichtung weist eine Pumpe 10 auf, die über eine Saugleitung 11 und eine Rücklaufleitung 12 Druckmittel aus einem Behälter 13 ansaugt und in eine Förderleitung lh verdrängt. Die Förderleitung 1U mündet in einen Raum 15» welcher in eine Kammer 16 übergeht, wobei die Schulter dieser beiden Räume einen Ventilsitz 1J für einen Sitzventilkörper 18 einer Druckwaage 20 bildet. Dieser ist gleitend in einer Gehäusebohrung 19 geführt und auf seiner dem Schließkegel 19' abgewandten Seite von einer Druckfeder 21 belastet, die sich in einer Druckkammer 22 befindet. In die Druckkammer mündet eine Leitung 23, die zu einer Ringnut 2h an einer Schieberbohrung 25 führt, in welcher ein Steuerschieber 26 gleitend geführt ist. Der Steuerschieber kann elektromagnetisch, mechanisch oder hydraulisch entsprechend einem eingegebenen Sollwert proportional verstellt werden.

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Am Steuerschieber 26 sind in einem etwa mittleren Bereich zwei Ringnuten 28, 29 ausgebildet, die nur durch einen schmalen Bund 30 voneinander getrennt sind, dessen Außendurchmesser dem des Steuerschiebers entspricht. Dieser weist noch eine zweite, breitere Ringnut 31 auf, die in eine kegelig ausgebildete Zone 32 übergeht. Rechts von der Ringnut 2k ist an der Schieberbohrung 25 noch eine Ringnut 33 ausgebildet, links von der Ringnut 2k befinden sich an der Schieberbohrung noch drei Ringnuten 3^, 35> 36. Von der Ringnut 33 führt eine Leitung 38 zur Förderleitung Ik. Von der Leitung 38 geht eine Leitung 39 aus, die zu einem einfach wirkenden Hydrozylinder UO führt und in der eine Drossel kl angeordnet ist. Die von der Druckkammer 22 zur Ringnut 2k führende Leitung 23 mündet ebenfalls in die Leitung 39» die Drossel kl liegt zwischen diesem Mündungspunkt und demjenigen der Leitung 39 in die Leitung 38. Vor dem Hydrozylinder ko ist ein Rückschlagventil k2 angeordnet.

Von der Ringnut 35 an der Schieberbohrung 25 führt eine Leitung 1+3 zur Rücklaufleitung 12, die ausgeht von einer Kammer kl, die Teil einer Schieberbohrung kk ist, in der ein Steuerschieber 1+5 gleitend geführt ist. Auf ihn wirkt eine in der Kammer 1+7 angeordnete Druckfeder k6 ein. An der Schieberbohrung kk sind vier Ringnuten kQ bis 51 ausgebildet sowie eine der Kammer 1+7 gegenüberliegende Kammer 52. Von der Ringnut kQ führt eine Leitung 53 zur Leitung 39; sie mündet dort vor dem Rückschlagventil k2. Von der Ringnut 1+9 führt eine Leitung 5^ zur-Ringnut 36 an der Schieberbohrung 25. Von der Ringnut 50 führt einerseits eine Leitung 55 zur Leitung 38, andererseits führt eine Leitung 56 zu einer Leitung 57» welche die Kammer 52 und die Ringnut 3*+ miteinander verbindet. Von der Ringnut 51 führt eine Lei-

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tung 58 zur Leitung 56. In den beiden Leitungszweigen 56', 56" der Leitung 56 ist je eine Drossel 59 bzw. 6O angeordnet. Am Steuerschieber U 5 sind zwei Ringnuten 63, 6k ausgebildet. Von der Kammer 16 der Druckwaage 20 führt eine Rückleitung 61 zur Rücklaufleitung 12.

Das von der Pumpe 10 geforderte Druckmittel strömt gegen den Ventilkörper 18. Die Druckfeder 21 würde diesen auf seinen Ventilsitz 17 drücken, stünde dem nicht der Weg über die Drossel 1+1 zum Behälter 13 entgegen, und zwar über die Leitungen 39» 53» die Ringnut 63 am Steuerschieber U5, die miteinander verbundenen Ringnuten HQ, U9, die Leitung 3k, die miteinander verbundenen Ringnuten 35) 36 an der Schieberbohrung 25 sowie die Leitung k3. An der Drossel Ui entsteht eine Druckdifferenz, durch welche der Ventilkörper 18 in Offenstellung gehalten wird. Dies ergibt einen Neutralumlauf, in dem das von der Pumpe 10 geförderte Druckmittel unter niedrigem Druckverlust abfließt, und zwar über die Kammer 16, die Rückleitung 61 sowie die Rücklaufleitung 12. Über die Drossel k1 fließt stets ein kleiner, annähernd konstanter Steuerstrom - wie zuvor beschrieben - zum Behälter 13; die Feder 21 hält die Druckdifferenz an der Drossel kl nahezu konstant.

Wird der Steuerschieber 26 so nach links bewegt, daß dabei die Verbindung für den Steuerstrom zwischen den Ringnuten 35 und 36 angedrosselt wird, dann steigt der Druck im System. Dieser Druck pflanzt sich auch in die Kammer 52 fort, und zwar über die Leitung 55» die Ringnut 50, die Leitung 56 und die Drosseln 59» 60 sowie die Leitung 57. Entsprechend der Drucksteigerung hat sich der Ventilkörper 18 seinem Ventilsitz 17 genähert. Dadurch ist der Neutralumlauf ebenfalls angedrosselt. Der an der Pumpe 10 herrschende

Druck ist nur um die nahezu konstant bleibende Druckdifferenz an der Drossel kl höher als der in der Ringnut 36 der Schieberbohrung 25 angedrosselte Druck.

Überschreitet der Druck in der Kammer 52 das von der Druckfeder k6 gesetzte Maß, dann bewegt sich der Steuerschieber 25 an seinen linken Endanschlag U5"- Dadurch wird die Verbindung zwischen den Ringnuten k8, k9 gesperrt, mit der Folge, daß zunächst kein Druckmittel mehr durch die Drossel Ui strömen kann. Das deshalb ausbleibende Druckgefälle stört das Gleichgewicht am Ventilkörper 18, der sich unter der Wirkung der Druckfeder 21 seinem Ventilsitz 17 solange nähert, bis der im System steigende Druck die Last am Hydrozylinder ko bewegen kann. Die Druckfeder kS entscheidet also, bis zu welchem Druck das sogenannte Festdrosseln bei Annäherung an den Betriebszustand "Heben" möglich ist. Zweckmäßigerweise wird die Feder k6· so ausgelegt, daß dieser Druck möglichst wenig höher ist als der Neutralumlaufdruck, für den die Druckfeder 21 der Druckwaage verantwortlich ist .

Das Rückschlagventil k2 sichert die Last am.Hydrozylinder gegen Herabfallen, solange der Druck im System noch zu niedrig ist, um "Heben" zu ermöglichen. Die Last am Hydrozylinder wird mindestens mit dem durch die Drossel k1 fliessenden Steuerstrom gehoben. Für den Fall, daß der Steuerschieber 26 noch weiter links steht, wobei der Bund 30 die Verbindung von der Ringnut 35 zur Ringnut 36 unterbricht, aber die Verbindung von der Ringnut 2k zur Ringnut 32 über die kegelige Zone 32 aufgesteuert wird - diese Schieber-Stellung entspricht einer größeren Regelabweichung im Sinne von Heben - fließt ein dem Querschnitt (Drosselstelle) an · der kegligen Zone 32 proportionaler Zusatzstrom zum Hydro-

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zylinder, und zwar über die Leitung 38, die Ringnuten 33, 2h und die Leitung 23 zur Leitung 39- Die Drosselstelle an der kegligen Zone 32 wird nur jetzt wirksam. Sie liegt parallel zur Drossel Ui.

Anhaltendes Heben veranlaßt den Steuerschieber 26 dazu, sich wieder nach rechts zu bewegen (Rückführung im Regelkreis). Der Bund 30 stellt wieder Verbindung her zwischen den Ringnuten 35» 36. Dies führt .jedoch zu keinerlei Reaktion, da der Steuerschieber U5 noch immer die Verbindung zwischen den Ringnuten kQ, U 9 sperrt.

Bewegt sich der Steuerschieber 26 noch weiter nach rechts, so daß der Bund 30 etwa in der Mitte der Ringnut 35 steht, dann wird Verbindung hergestellt von der Ringnut 35 über die Ringnut 29 am Steuerschieber zur Ringnut 3^. Nun kann Druckmittel aus der Leitung 55 über die Ringnuten 50, 6k und 51» die Leitungen 58, 56, die Drossel 60 und die.Leitung 5T sowie die Ringnuten 3^, 35 zum Behälter 13 abströmen. An der Drossel 60 entsteht ein Druckabfall, der in der. Kammer 52 über die Leitung 57 eine Druckminderung hervorruft.

Dabei spielt die Druckmittelverbindung über die Drossel -59 praktisch keine Rolle, da ihr Querschnitt gegenüber dem Durchgang zwischen den Ringnuten 50, 51 vernachlässigbar klein ist. Doch die Bewegung des Steuerschiebers 26 nach rechts hält an (Rückführung), da die Last im Hydrozylinder Uo weiter angehoben wird. Dabei ist die Entlastung zwischen den Ringnuten U8, U9 durch den Steuerschieber 1+5 weiterhin gesperrt.

Bei genügend großer Öffnung zwischen den Ringnuten 35 und 3^ fällt der Druck in der Kammer SP soweit, daß

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es der Feder U6 gelingt, den Steuerschieber 1+5 nach rechts zu verschieben. Dadurch wird der Durchgang zwischen den Ringnuten 50, 51 angedrosselt. So gewinnt die Drossel 59 an Bedeutung - der Druck in der Kammer 52 fällt rapide ab, da der Druckabbau nun über zur Drossel 6θ in Reihe geschaltete zusätzliche Drosseln erfolgt, und zwar die Drossel 59j dazu parallel noch der angedrosselte Durchgang zwischen den Kammern 50, 51· Dieser rapide Druckabbau läßt den Durchgang zwischen den Ringnuten 50, 51 weiter schrumpfen - der Steuerschieber 1+5 verliert sein Gleichgewicht, er "kippt". Das ist auch beabsichtigt, denn "Festdrosseln" beim Verlassen von "Heben" ist nur möglich, wenn der Steuerschieber U5 in allen Stellungen, bei denen der Durchgang zwischen den Ringnuten 1+8, 1*9 angedrosselt ist, stabiles Gleichgewicht findet. Befindet sich der Steuerschieber 1+5 wieder an seinem rechten Anschlag 1+5', so ist die Verbindung zwischen den Ringnuten 1+8, 1+9 weit geöffnet, so daß der über die Drossel 1+1 fließende Steuerstrom ungehindert zum Behälter 13 gelangen kann - wie eingangs beschrieben. Der Ventilkörper 18 der Druckwaage hat weit geöffnet. Dies ist die eingangs geschilderte Situation, nur der Steuerschieber 26 steht etwas-weiter rechts.

Soll wieder der Betriebszustand "Heben" eintreten, dann beginnt ein neuer Zyklus.

Zum Senken der Last wird der Hydrozlyinder 1+0 über ein willkürlich ent sperrbares Rückschlagventil 65 zum Behälter 1 3 entlastet.

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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 gleicht weitgehend demjenigen nach Figur 1, weist aber folgenden Unterschied auf: Die von der Ringnut 50 zur Leitung 58 führenden Leitungen 56 und 56' samt Drossel 59 entfallen. Stattdessen führt von der Leitung 55 eine eine Drossel 66 enthaltende Leitung 67 zur Kammer 52. Daraus ist zu erkennen, daß die beiden Drosseln βθ, 66 bezüglich dieser Kammer parallel geschaltet sind. Dadurch wird gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 der Gradient des Druckabfalls in der Kammer 52 doppelt so hoch wie zuvor, so daß der Steuerschieber 1+5 schneller anspricht. An der sonstigen, zuvor beschriebenen Funktionsweise ergibt sich keine weitere Änderung.

Die in der Zeichnung dargestellten Leitungen können auch Gehäusekanäle in einem gemeinsamen Ventilgehäuse sein.

In der Druckwaage 20 kann anstelle des Schaltventils auch ein Schieberventil verwendet werden.

Claims

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22.12.1981 Wd/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

(VT) Steuereinrichtung für einen hydraulischen Verbraucher mit einer Druckwaage und einem proportional arbeitenden Wegeventil, über welches das von einer Druckmittelquelle geförderte Druckmittel in Arbeitsstellung mindestens teilweise zum Verbraucher, in Neutralstellung dagegen zu einem Behälter fließt und bei der von der Druckmittelquelle (10) eine Leitungsverbindung {lh, 39) unmittelbar zum Verbraucher (ho) führt, in der eine Drossel (U1 ) angeordnet ist und der an dieser erzeugte Differenzdruck an der Druckwaage (20) wirksam ist, über die eine Verbindung zum Behälter herstellbar ist,sowie mit einem von einer Feder (k6) belasteten Schieberventil (i*5), dadurch gekennzeichnet, daß zum Schieberventil zwei von der Leitungsverbindung ( 1 *+, 39) und beidseits von der Drossel (h1) ausgehende Leitungen (55, 53) führen, die Verbindungen (5*M 56, 57) zum Wegeventil (26) haben und eine von ihnen eine Verbindung über wenigstens eine Drossel (59, 60) zu der der Feder gegenüberliegenden Stirnseite des Schieberventils-.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (56, 57) zwei hintereinander geschaltete Drosseln (59, 6o) angeordnet sind.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaage (20) als Sitzventil ausgebildet ist und einen von einer Feder (21) belasteten Ventilkörper (18) aufweist und daß von dem die Feder aufnehmenden, vom Druck hinter der Drossel (¹H) belasteten Raum (22) eine zum Wegeventil (26) verlaufende Leitungsverbindung (23) ausgeht und dort an einer Ringnut (2U) mündet, welche mittels eines am Steuerschieber des Wegeventils ausgebildeten Bundes (32) mit einer Leitung (38) verbindbar ist, die zur Druckleitung (1U) der Pumpe führt.

k. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der zur Ringnut (33) führenden Leitung (38) eine Leitung (55) ausgeht, die zu einer Ringnut (50) des Schieberventils (^5) führt, die mi.ttels dessen Steuerschieber mit einer zweiten Ringnut (51) in Verbindung brinebar ist, daß von einer dieser beiden Ringnuten eine die beiden Drosseln (59, 6θ) enthaltende Leitungsverbindung (56, 57) einerseits zum Wegeventil (26) führt, andererseits zu der der Feder (h6) gegenüberliegenden Stirnseite des Schieberventils (^5), und daß von der anderen Ringnut eine Leitungsverbindung (58) ausgeht, die in die Leitung (56) zwischen den beiden Drosseln (59, 60) mündet.

5· Einrichtung nach Anspruch 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die in der Verbindung zu der der Feder gegenüberliegenden Stirnseite des Schieberventils angeordneten Drosseln (66, 6θ) parallel zueinander geschaltet sind.