DE3938560A1 - Hydraulische steuereinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung für einen einfach wirkenden Hydromotor, insbesondere in einer Hubvor­ richtung, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon eine solche hydraulische Steuereinrichtung aus der DE 35 36 219 A1 bekannt, wie sie in Elektro-Gabelhubgeräten für die Hubvorrichtung verwendet werden. Dabei soll sowohl der Hebenvorgang als auch der unter äußerer Lasteinwirkung verlaufende Senkenvorgang lastdruck-unabhängig ablaufen, wobei ein in beiden Durchströmungs­ richtungen wirksamer Stromregler vorgesehen ist, dessen als Meßblen­ de arbeitendes, verstellbares Drosselventil von einem einzigen Pro­ portionalmagneten betätigt wird. Von Nachteil bei dieser Steuerein­ richtung kann nun sein, daß der Stromregler bei einer speziellen Ausführungsform entsprechend den beiden Durchströmungsrichtungen mit zwei einzelnen Druckwaagen arbeitet. Der Aufwand für die beiden Druckwaagen und für die zugehörige Verschaltung ist relativ groß. Zudem kann es nachteilig sein, daß das als Meßblende arbeitende Drosselventil sich für beide Durchströmungsrichtungen eignen muß. Genau übereinstimmende, feinfühlige Werte für entgegengesetzt ver­ laufende Bewegungsrichtungen lassen sich dabei schwerer realisieren.

Ferner ist aus der EP 00 57 355 B1 eine elektrohydraulische Steuer­ einrichtung bekannt, wie sie bei Stapler für die Hubvorrichtung ein­ gesetzt wird. Bei dieser Steuereinrichtung läßt sich zwar eine ge­ naue, feinfühlige Steuerung erreichen, indem das proportional arbei­ tende Drosselventil für die beiden Funktionen Heben und Senken in derselben Richtung durchströmt wird. Nachteilig bei dieser Steuer­ einrichtung ist jedoch, daß bei ihr eine lastdruckkompensierte Steu­ erung nur erreichbar ist mit Hilfe einer lastdruckgeregelten Ver­ stellpumpe. Zudem sind für die Ablaufsteuerung zwei einzelne Ab­ sperrventile notwendig. Der Aufwand für diese Steuereinrichtung, insbesondere auch im Steuerkreis selbst, ist damit relativ groß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung für einen ein­ fach wirkenden Hydromotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit relativ gerin­ gem Aufwand eine genaue und feinfühlige Steuerung der Hubvorrichtung in lastdruckkompensierter Weise in beiden Richtungen möglich ist. Dabei wird die benötigte Anzahl der erforderlichen Hydrobausteine möglichst gering gehalten und auch der Verschaltungsaufwand ist re­ lativ niedrig. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung läßt sich mit handelsüblichen, standardmäßigen Bausteinen allein durch deren be­ sondere Verschaltung herstellen. Während dabei für die Zudosierung eine Funktion als 3-Stromregler ausgenutzt wird, arbeitet die Steu­ ereinrichtung bei der Ablaufsteuerung mit einer 2-Wege-Stromregler­ funktion. Die Steuereinrichtung läßt sich darüber hinaus platzspa­ rend und kostengünstig realisieren.Dabei hat der Stromregler ferner den Vorteil, daß der am Reststrom-Ausgang abgeführte Druckmittel­ strom auch für einen höheren Druck einsetzbar ist als der am anderen Ausgang abgeführte Konstantstrom, was in manchen Anwendungsfällen mit mehreren Verbrauchern günstig ist. Auch ermöglicht die Druckwaa­ geanordnung eine schwingungsstabile Arbeitsweise und die Anwendung einer Teilleistungsrückkoppelung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung möglich. Dadurch wird besonders die Verwendung von vorhandenen Hydrobausteinen begünstigt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung in vereinfachter Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die einzige Figur zeigt in vereinfachter Darstellung eine hydrauli­ sche Steuereinrichtung 10, die ein Teil einer nicht näher darge­ stellten Hubvorrichtung, zum Beispiel eines Hubstaplers, ist und die zur Betätigung eines Hydromotors 11 dient, der hier als einfach wir­ kender Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Dieser Hydraulikzylinder hat einen Kolben 12, der gegen eine Last F ausfahrbar und unter der Wirkung der Last F einfahrbar ist. Zum Betätigen des Hydromotors 11 ist als Druckmittelquelle eine Konstantpumpe 13 vorgesehen, die Druckmittel aus einem Tank 14 ansaugt und von einem Elektromotor 15 angetrieben wird.

Von einem Ausgang der Pumpe 13 führt eine Arbeitsleitung 16 zum Hy­ dromotor 11, wobei in diese Arbeitsleitung 16 ausgehend von der Pum­ pe 13 nacheinander ein zum Hydromotor 11 hin öffnendes, erstes Rück­ schlagventil 17, ein Stromregler 18, ein Schaltventil 19, sowie ein entsperrbares Rückschlagventil 21 geschaltet sind. Ferner ist der Ausgang der Pumpe 13 durch ein Druckbegrenzungsventil 22 zum Tank 14 hin abgesichert.

Bei dem Stromregler 18 handelt es sich um ein handelsübliches, stan­ dardmäßiges Bauelement, das im einzelnen aus einem von einem Propor­ tionalmagnet 23 betätigten, als Meßdrossel arbeitenden Drosselven­ til 24 und einer, letzterer nachgeschalteten Druckwaage 25 besteht, die ihrerseits als 4-Wege-Drosselventil ausgebildet ist. Die Druck­ waage 25 ist in der Arbeitsleitung 16 dem Drosselventil 24 nachge­ schaltet und weist zwei Anschlüsse 26, 27 auf, über welche die Ar­ beitsleitung 16 geführt ist. Ferner hat die Druckwaage 25 einen dritten (28) sowie einen vierten Anschluß 29, über welche eine By­ passleitung 31 geführt ist. Diese Bypassleitung 31 zweigt von der Arbeitsleitung 16 im Bereich zwischen Drosselventil 24 und erstem Rückschlagventil 17 ab, führt zum dritten Anschluß 28 und verläuft anschließend vom vierten Anschluß 29 über ein Schaltventil 19 zum Tank 14. Die Druckwaage 25 weist ein Steuerglied 32 auf, welches von einer Feder 33 in einer Ausgangsstellung 34 gehalten wird, in wel­ cher es die Arbeitsleitung 16 voll aufsteuert und zugleich die By­ passleitung 31 sperrt. Das Steuerglied 32 ist von der am Drosselven­ til 24 auftretenden Druckdifferenz entgegen der Kraft der Feder 33 in Arbeitsstellungen 35 auslenkbar, wobei es proportional zu seiner Auslenkung die Arbeitsleitung 16 zusteuert und die Bypassleitung 31 in umgekehrter Weise aufsteuert.

Von der Bypassleitung 31 im Bereich zwischen viertem Anschluß 29 und Schaltventil 19 zweigt eine Rückströmleitung 36 ab, welche über ein zweites Rückschlagventil 37 in die Arbeitsleitung 16 im Bereich zwi­ schen erstem Rückschlagventil 17 und Stromregler 18 führt. Das zwei­ te Rückschlagventil 37 ist so geschaltet, daß es zur Arbeitsleitung 16 hin öffnet.

Das zwischen Hydromotor 11 und Stromregler 18 liegende Schaltven­ til 19 ist als 4-Wege-Zweistellungs-Ventil ausgebildet, das in einer federzentrierten Grundstellung 38 sowohl die Arbeitsleitung 16 als auch die Bypassleitung 31 jeweils aufsteuert. Das Schaltventil 39 ist vorzugsweise durch eine magnetische Betätigung in eine Schalt­ stellung 39 verstellbar, in der es den mit dem Hydrozylinder 11 ver­ bundenen Teil der Arbeitsleitung 16 mit der Rückströmleitung 36 ver­ bindet, während es den vom Stromregler 18 kommenden Teil der Ar­ beitsleitung 16 über einen stromabwärts liegenden Abschnitt der Bypassleitung 31 zum Tank 14 entlastet.

Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 wird wie folgt erläutert:
Bei nichtbetätigter Hubvorrichtung muß der Hydromotor 11 lediglich seine Last F halten, so daß bei abgeschaltetem Motor 13 und nichtbe­ tätigter Steuervorrichtung 10 das entsperrbare Rückschlagventil 21 den unter äußerer Lasteinwirkung stehenden Kolben 12 sicher in sei­ ner jeweiligen Stellung hält.

Beim Betrieb der Hubvorrichtung muß dem Hydromotor 11 ein Pumpen­ strom zugemessen werden, wozu die vom Elektromotor 15 angetriebene Hydropumpe 13 eingeschaltet wird. Bei nicht erregtem Proportional­ magnet 23 und dementsprechend geschlossenem Drosselventil 24 fließt die gesamte von der Pumpe 13 geförderte Druckmittelmenge über den ersten Teil der Arbeitsleitung 16 und das erste Rückschlagventil 17 in den Stromregler 18 und weiter über die Bypassleitung 31 und die nun als Umschaltventil wirkende, geöffnete Druckwaage 25, sowie das in seiner Grundstellung 38 federzentrierte Schaltventil 19 zurück zum Tank 14. Das Druckbegrenzungsventil 22 übernimmt hierbei die Druckabsicherung, während die Pumpe 13 mit konstantem Fördervolumen arbeitet. Durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalmagne­ ten 23 der proportional zur Größe des elektrischen Eingangsignals im Drosselventil 24 einen entprechenden Meßblendenquerschnitt aufsteu­ ert, wird ein entsprechend großer Druckmittelstrom über die Arbeits­ leitung 16 zum Hydromotor 11 gesteuert. Mit Hilfe der Druckwaage 25 wird hierbei in an sich bekannter Weise ein von der Größe der Last F am Hydrozylinder 11 unabhängiger Volumenstrom zum Hydromotor 11 ge­ steuert, wobei Drosselventil 24 und Druckwaage 25 zusammen als ein verstellbarer 3-Wege-Stromregler arbeiten, der den geregelten Kon­ stantstrom über die Arbeitsleitung 16 zum Hydromotor 11 und den je­ weils überschießenden Reststrom vom vierten Anschluß 29 über das Schaltventil 19 und die Bypassleitung 31 in den Tank 14 steuert. Auf diese Weise kann zum Heben der Last F ein minimaler bis maximaler Volumenstrom vorrangig zum Hydrozylinder 11 gesteuert werden. Das zweite Rückschlagventil 37 verhindert dabei, daß Druckmittel von der Arbeitsleitung 16 über die Rückströmleitung 36 in die Bypasslei­ tung 31 und weiter zum Tank 14 gelangen kann.

Um eine Bewegungsumkehr am Hydromotor 11, also ein Senken der Last F zu steuern, werden in der Steuervorrichtung 10 das entsperrbare Rückschlagventil 21 elektromagnetisch betätigt und ferner das Schaltventil 19 magnetisch in seine Schaltstellung 39 gebracht. Bei diesem Senkenvorgang bleibt die elektromotorisch angetriebene Pum­ pe 13 abgeschaltet. Der von der Last F im Hydrozylinder 11 erzeugte Druck steht nun über das entsperrbare Rückschlagventil 21 und das in seiner Schaltstellung 39 befindliche Schaltventil 19 zum einen am vierten Anschluß 29 der Druckwaage 25 an, während zum anderen dieser Druck über die abzweigende Rückströmleitung 36, das zweite Rück­ schlagventil 37, einen Teil der Arbeitsleitung 16 und die Bypasslei­ tung 31 am dritten Anschluß 28 der Druckwaage ansteht. Von diesem Druck wird das Steuerglied 32 anfänglich gegen die Kraft der Fe­ der 33 in Richtung seiner Arbeitsstellungen 35 ausgelenkt. Entspre­ chend der Ansteuerung des Proportionalmagneten 23 öffnet das Dros­ selventil 24 die Meßblende für einen zugeordneten minimalen oder maximalen Ölstrom, der über die Anschlüsse 26 und 27 der Druckwaa­ ge 25 zum Schaltventil 19 gelangt, von dem der Volumenstrom über die Bypassleitung 31 zum Tank 14 geführt wird. Bei diesem Senkenvorgang arbeitet das Drosselventil 24 und die Druckwaage 25 als ein 2-Wege-Stromregler zusammen, der eine lastdruckunabhängige Steuerung des Senkenvorgangs am Hydrozylinder 11 ermöglicht. Das erste Rück­ schlagventil 17 verhindert dabei, daß sich der Lastdruck über die Pumpe 13 abbauen kann.

Bei beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens 12 im Hydromotor 11 wird somit das Drosselventil 24 und die Druckwaage 25 immer in derselben Durchflußrichtung durchströmt, so daß wiederholbare, genaue Einstel­ lungen möglich sind.

Die vorliegende Steuervorrichtung 10 ermöglicht somit eine feinfüh­ lige und lastdruckkompensierte Steuerung eines einfachwirkenden Ver­ brauchers in beiden Richtungen, wobei die Steuervorrichtung ledig­ lich durch eine besondere Verschaltung an sich vorhandener, standard-mäßiger Hydrobausteine herstellbar ist.

Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann die Steuereinrichtung 10 ohne weiteres so abgeändert werden, daß zusätz­ lich zu dem einzigen Hydrozylinder 11 auch Parallelverbraucher ver­ sorgt werden können. Dabei ist es besonders günstig, wenn anstelle des gezeigten Schaltventiles 19 ein standardmäßiges 4/3-Wegeventil verwendet wird, bei dem in einer federzentrierten Mittelstellung die zum Verbraucher 11 führende Arbeitsleitung 16 abgesperrt wird, wäh­ rend zugleich in dieser Mittelstellung die beiden Anschlüsse 27 und 29 der Druckwaage 25 miteinander und zum Tank 14 entlastet wer­ den. Selbstverständlich ist die Steuereinrichtung 10 nicht begrenzt auf Steuerungen von Heben- und Senkenfunktionen, sondern kann ganz allgemein bei allen einfachwirkenden Verbrauchern eingesetzt werden, bei denen eine Umkehrung der Bewegungsrichtung unter dem Einfluß einer äußeren Last erfolgt.

Claims (5)

1. Hydraulische Steuereinrichtung für einen einfach wirkenden Hydro­ motor, insbesondere in einer Hubvorrichtung, mit einer von einer Druckmittelquelle zum Hydromotor führenden Arbeitsleitung, in die zur lastunabhängigen Steuerung des Hydromotors in beiden Richtungen, insbesondere beim Heben und beim Senken unter Lasteinfluß, ein aus proportional arbeitendem Drosselventil und zugehöriger Druckwaage bestehende Stromregler geschaltet ist und mit einem in die Arbeits­ leitung stromauf vom Stromregler geschalteten, zum Hydromotor hin öffnenden Rückschlagventil, sowie mit einer zwischen Stromregler und Rückschlagventil von der Arbeitsleitung abzweigenden und zum Tank führenden Bypassleitung, in der ein die Senkfunktion beeinflussendes Schaltventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass­ leitung (31) mit ihrem stromaufwärts vom Schaltventil (19) liegenden Abschnitt in steuerbarer Weise über die Druckwaage (25) geführt ist, daß die Arbeitsleitung (16) stromabwärts vom Stromregler (18) in steuerbarer Weise über das Schaltventil (19) geführt ist und daß von der Bypassleitung (31) im Bereich zwischen Schaltventil (19) und Stromregler (25) eine Rückströmleitung (36) abzweigt, die über ein zweites, zur Arbeitsleitung (16) hin öffnendes Rückschlagventil (37) in die Arbeitsleitung (16) zwischen erstem Rückschlagventil (17) und Stromregler (18) geführt ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das insbesondere von einem Proportionalmagnet (23) betätigte Dros­ selventil (24) stromaufwärts von der Druckwaage (25) in die Arbeits­ leitung (16) geschaltet ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaage (25) als 4-Wegeventil ausgebildet ist, dessen von einer Feder (33) belastetes Steuerglied (32) in einer Ausgangsstel­ lung (34) die Arbeitsleitung (16) voll aufsteuert und mit zunehmen­ der Auslenkung drosselt bzw. sperrt, wobei es die Bypassleitung (31) anfangs sperrt und mit zunehmender Auslenkung aufsteuert.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schaltventil (19) wenigstens die Funktionen eines 4/2-Ventils aufweist.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Schaltventil (19) und Hydromotor (11) in die Arbeitsleitung (16) ein entsperrbares Rückschlagventil (21) geschal­ tet ist.