CH629877A5

CH629877A5 - Steuereinrichtung mit einem regelkreis zur steuerung eines hydraulischen motors, insbesondere fuer werkzeugmaschinen, baumaschinen und aufzuganlagen.

Info

Publication number: CH629877A5
Application number: CH1535877A
Authority: CH
Inventors: Hubert Haeussler
Original assignee: Beringer Hydraulik Gmbh
Priority date: 1976-12-24
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1982-05-14
Also published as: GB1597350A; US4381699A; FR2375473A1; FR2375473B1; DE2658928C2; JPS53115479A; IT1090635B; JPS6225881B2; US4205592A; SE432291B; SE7714513L; DE2658928A1; CA1090233A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung mit einem Regelkreis zur Steuerung der Geschwindigkeit eines hydraulischen Motors, insbesondere in Werkzeugmaschinen, Baumaschinen und Aufzuganlagen, mit einem den Durchfluss steuernden Ventil, dessen Hauptsteuerkolben durch ein elektrisches Stellglied betätigbar ist, welches Stellglied über eine Vergleichseinrichtung mit einem elektrischen Ist-Wertgeber einerseits und mit einem einstellbaren elektrischen Soll-Wertgeber andererseits verbunden ist.

AusderDE-OS2 131 517 ist eine hydraulische Steuerung bekannt, bei welcher ein Wegmesssystem zwischen Ventilkörper und Betätigungsmagneten eingebaut ist. Dieses Wegmesssystem gibt ein mit der Auslenkung des Steuerkolbens proportionales Signal in den Regelkreis.

Diese Vorrichtung besitzt den Nachteil, nur die Auslenkung des Steuerkolbens zu erfassen und damit nur einen Parameter des Regelkreises, während die übrigen, wie beispielsweise Lastdruck, Pumpendruck usw., völlig unberücksichtigt bleiben. Deshalb wird dieser Regelkreis der breiten Palette der Anwendungsmöglichkeiten nicht gerecht.

Daneben ist eine weitere Regeleinrichtung für hydraulische Stellvorrichtungen bekannt geworden (DE-OS 2 235 788), welche den zum Verbraucher fliessenden Ölstrom erfasst. Die dort dargestellte Regeleinrichtung hat den Nachteil, dass sie verschmutzungsanfällig ist, so dass eine sorgfältige Filterung des Ölstroms erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein hydraulisch mechanischer Kraftvergleich duchgeführt wird. Dadurch spielt die Reibung in den Hydraulikelementen eine nicht mehr zu vernachlässigende Rolle. Zudem wird dadurch die Regeleinrichtung viskositätsabhängig. Dieser den Erfordernissen der Praxis wesentlich besser angeglichene Regelkreis ist jedoch gerätetechnisch sehr aufwendig, so dass sein Einsatzgebiet beschränkt bleibt.

Daraus lässt sich die Aufgabe der Erfindung ableiten, eine möglichst einfache, wenig aufwendige Einrichtung zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und sämtliche Störungen bzw. unerwünschten Änderungen solcher Grössen-wie z.B. Lastdruck und Pumpendruck - ausregelt, die sich in einer einzigen, sicher und dennoch leicht zu erfassenden Grösse niederschlagen. Weiterhin soll die erfindungsgemässe Einrichtung auch solche in das System eingebrachte, gegebenenfalls sich ständig ändernde Führungsgrössen zum Steuern hydraulischer Motoren feinfühlig reagieren.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des unabhängigen Patentanspruchs angegebene Erfindung gelöst. Die erfindungsgemässe Lösung wird für die Steuerung hydraulischer Motoren-z. B. in Form von Zyliner-Kolben-Einheiten-eingesetzt. Der Vorteil der Lösung liegt darin, dass sich mit einfachen Mitteln und wenigen Bauelementen ein kompletter, den Gegebenheiten anpassbarer Regelkreis schaffen lässt. Durch den erfindungsgemässen Einbau des Durchflussmessers in die Anschlussleitung zu dem hydraulischen Motor, wird der momentane Flüssigkeitsstrom zum Motor kontinuierlich überwacht. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Änderungen all solcher Grössen, die sich im Durchfluss in der Anschlussleitung des hydraulischen Motors niederschlagen, wie z. B. Laständerungen und Änderungen im Druck und der Viskosität des Druckmittels, nahezu verzögerungsfrei ausgeregelt werden können.

Unter Durchflussmengen versteht man die Bestimmung eines Flüssigkeitsstromes. Es ist dabei zu unterscheiden zwischen der

5 dt dem Buch entnommen: «Grundlagen der Ölhydraulik», Gesamtbearbeitung: Prof. Dipl.-Ing. H. Ebertshäuser, Otto Krauskopf-Verlag GmbH Mainz, Band 1, Seite 409). Im Rahmen dieser Erfindung interessiert lediglich der momentane Flüssigkeits-10 ström, dessen Werte vom Ist-Wertgeber erfasst und an die Vergleichseinrichtung weitergegeben werden.

Die Patentansprüche 2 bis 4 geben geeignete Ausführungsformen des Durchflussmessers und der Anordnung und Ausbildung des Ist-Wertgebers wieder. Dabei wurde insbesondere auf eine 15 verzögerungsarme und genaue Ausführung Rücksicht genommen. Dabei ist der Durchflussmesser so ausgelegt, dass das System praktisch ohne Totzone arbeitet.

Ist es aber erwünscht, dass eine gewisse Totzone vorliegt, so ist eine entsprechende Überdeckung der Zufluss- und Abfluss-20 Öffnung erforderlich.

Durch die Vorspannung der Federn in dem Durchflussmesser ist es möglich, den Arbeitsbereich des Messsystems in den Bereich turbulenter Strömung zu verlegen, so dass kein Umspringen der Strömung von laminar auf turbulent an der 25 Messkante auftritt und die damit verbundenen Verfälschungen des Anzeigeergebnisses vermieden werden. Dadurch ist ein lineares Ausgangssignal am Istwertgeber gesichert.

Die Anordnung des Messsystems im Druckmittelraum des Durchflussmessers besitzt den Vorteil, dass er absolut druckfest, 30 reibungsarm und dicht ausgelegt werden kann, da ausser elektrischen Messleitungen keine Anschlüsse aus dem Gehäuse herausgeführt werden müssen.

Die Patentansprüche 5 bis 14 geben verschiedene, vorteilhafte Anwendungsbeispiele wieder. Dabei sind die Ausführungs-35 formen nach den Patentansprüchen 5 und 7 nur für eine Bewegungsrichtung des Verbrauchers geeignet. Eine dafür besonders vorteilhafte Äusführung der Ventile und ihrer Betätigung werden in den Patentansprüchen 6 und 8 wiedergegeben.

Patentanpruch 9 zeigt eine vorteilhafte Kombination der in 40 den Patentansprüchen 5 bis 8 beschriebenen Vorrichtungen, die sich besonders gut zur Aufzugssteuerung eignet. Dabei wird für zwei Verfahrrichtungen ebenfalls nur ein Durchflussmesser benötigt, obwohl jede Verfahrrichtung unabhängig und individuell über eine getrennte Sollwertvorgabe ausgeregelt werden 45 kann.

Durch die Ausbildung nach Patentanspruch 10 wird der Vorteil erreicht, dass durch die Verwendung von baugleichen Teilen in dem Ventil ihre Herstellung und Wartung wesentlich vereinfacht wird.

50 Der Patentanspruch 11 zeigt die Ausgestaltung eines Regelkreises bei Verwendung eines stetig verstellbaren 3/3-Wegeven-tils. Hierbei ist es von Vorteil, dass der Durchflussmesser für beide Bewegungsrichtungen verwandt werden kann, so dass der regelungstechnische Aufwand äusserst gering ist.

55 Unter «stetig verstellbares Wegeventil» wird eine Ventileinheit verstanden mit zwei äusseren Endstellungen und einer unendlichen Anzahl von Zwischenschaltstellungen.

Patentanspruch 12 gibt eine vorteilhafte Anordnung der erfindungsgemässen Steuereinrichtung bei Verwendung eines 60 stetig verstellbaren 4/3-Wegeventils wieder, wenn nur eine Wirkrichtung der Last vorhanden ist, wie z.B. Vorschub bei Werkzeugmaschinen, Hobelmaschinen oder auch verschiedenen Baumaschinen und Krane.

Durch den Patentanspruch 13 wird ein elektro-hydraulischer 65 Regelkreis geschaffen, der bei Verwendung eines Durchflussmessers mit nur einer einzigen Messrichtung die Geschwindigkeit einer Last in beiden Bewegungsrichtungen regelt, unabhängig von der Wirkrichtung der Last.

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Patentanspruch 14 zeigt eine vorteilhafte Kombination von einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil mit einem richtungsse-lektierenden Durchflussmesser mit zwei Messbereichen, so dass die Geschwindigkeit des Verbrauchers in beiden Bewegungsrichtungen unabhängig voneinander gesteuert werden kann.

Eine vorteilhafte Ausbildung dieses richtungsselektierenden Durchflussmessers wird in Patentanspruch 15 beschrieben. Dieser besitzt die gleichen Vorteile wie der eingangs beschriebene Durchflussmesser. Aufgrund seiner Ausbildung eignet er sich besonders gut zum Einbau in ein stetig verstellbares 4/3-Wegeventil.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen hydraulischen Regelkreis mit einem stetig verstellbaren 2/2-Wegeventil in Serienschaltung mit einem Durch-fiussmesser für eine Wirkrichtung;

Fig. la einen Durchflussmesser für den in Fig. 1 gezeigten Regelkreis:

Fig. 2 einen hydraulischen Regelkreis mit einem stetig verstellbaren 2/2-Wegeventil im Bypass und einem Durchflussmesser für eine Wirkrichtung;

Fig. 3 einen Regelkreis mit einem stetig verstellbaren 3/3-Wegeventil in Serienschaltung mit einem Durchflussmesser für zwei Wirkrichtungen;

Fig. 3a einen für den in Fig. 3 aufgezeigten Regelkreis geeigneten Durchflussmesser;

Fig. 3b eine andere Möglichkeit der Ausgestaltung des Durchflussmessers;

Fig. 4 einen Regelkreis mit zwei stetig verstellbaren 2/2-Wegeventilen und einem Durchflussmesser für zwei Wirkrichtungen;

Fig. 4a und 4b spezielle Ausführungsformen der stetig verstellbaren 2/2-Wegeventile im Querschnitt für die in den Regelkreisen nach Fig. 1, 2 und 4 verwendeten;

Fig. 5 einen Regelkreis mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil in Serienschaltung mit einem Durchflussmesser für zwei Wirkrichtungen;

Fig. 6 einen Regelkreis mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil in Serienschaltung mit einem Durchflussmesser für eine Wirkrichtung;

Fig. 7 einen Regelkreis mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil in Serienschaltung mit einem richtungsselektierenden Durchflussmesser;

Fig. 7a einen für den in Fig. 7 aufgezeigten Regelkreis geeigneten Durchflussmesser.

Alle hier aufgezeigten Regelkreise sind nur rein schematisch dargestellt und zeigen nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauelemente. Dabei wurden als Ventile stetig verstellbare Wegeventile benutzt. Als Verbraucher wurde eine Zylinder-Kolben-Einheit (Linearmotor) dargestellt, jedoch sind auch andere Verbraucher unbeschränkt anwendbar.

In Fig. 1 wird die erfindungsgemässe Steuereinrichtung in ihrer einfachsten Form dargestellt. Sie besteht aus einem stetig verstellbaren 2/2-Wegeventil 1, einem nur in einer Wirkrichtung arbeitenden Durchflussmesser 2, einer Druckquelle 3, einem Verbraucher (Zylinder-Kolben-Einheit) 4, einem Verstärker und Vergleicher 5 und einem Soll-Wertgeber 9.

Das 2/2-Wegeventil 1 wird von einem Elektromagneten 6, der als Proportionalmagnet ausgebildet ist, gegen die Kraft einer Feder und des hydraulischen Druckes stetig verstellt. Der Durchflussmesser 2, der in dem Gehäuse des Wegeventils 1 integriert sein kann, weist einen Weggeber 8 (im folgenden Ist-Wertgeber genannt) auf, der ein der herrschenden Strömung proportionales Signal von 0 bis + maximal liefert. Der Ist-Wertgeber 8 und der Soll-Wertgeber 9 sind mit dem Eingang des Vergleichers und Verstärkers 5 elektrisch verbunden. Der Verstärkerausgang ist hierbei mit dem Elektromagnet 6 verbunden. Den gleichen

Wertebereich wie der Ist-Wertgeber 8 weist der Soll-Wertgeber 9 auf.

Ein geeigneter Durchflussmesser ist in Fig. la dargestellt. Er besteht aus dem Gehäuse 10, das radial angeordnete Zu- und Abflussanschlüsse aufweist. Das Gehäuseinnere selbst ist in zwei miteinander in Verbindung stehende Kammern 11 und 14 unterteilt.

In der Druckmittelkammer 11 befindet sich der Messkörper 12, der fest mit einer beidseitig gelagerten Führungsstange 13 verbunden ist und in seiner Ruhestellung von einer vorgespannten Feder 17 gehalten wird. Der Messkörper ist tellerförmig ausgebildet und weist eine ausgeprägte, umlaufende Steuerkante auf. Der Querschnitt des Gehäuseinneren in der Messkammer erweitert sich von der Ruhestellung des Messkörpers (dargestellte Lage) in Durchflussrichtung kontinuierlich.

In der Messkammer 14 befindet sich ein Linearpotentiometer 15, dessen Spannung von einem Schleifer 15.1, der mit der Führungsstange 13 fest verbunden ist, abgegriffen wird.

Um den Verbraucher 4 zu verfahren, muss das Ventil 1 betätigt werden. Dies geschieht dadurch, dass von dem Soll-Wertgeber 9 ein Signal geliefert wird. Am Ausgang des Vergleichers 5 iegt- da der Durchflussmesser 2 noch kein Signal liefert -ein elektrisches Signal an. Je nach dessen Wertigkeit wird das Ventil 1 gegen die Kraft der Feder 7 verschoben. Dadurch fördert diePumpedasD ruckmittel durch den Durchflussmesser 2 zum Verbraucher 4. Der Messkörper 12 wird von der Strömungabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und der entstehenden Druckdifferenz an dem Messkörper 12— angehoben. Dadurch ändert sich die abgegriffene Spannung am Ist-Wertgeber 8, Diese wird mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen, und bei einer Abweichung wird der Elektromagnet 6 des Ventils 1 im Korrektursinne angesteuert.

Der Soll-Wertgebert kann hierbei nur einen einzigen Wert aufweisen. Er kann aber auch ständig verändert werden durch manuelle Eingriffe oder aufgrund einer Zeitplansteuerung, die ein festes Programm abtastet. Es ist auch möglich, dass der Sollwert durch einen Führungsstift oder ähnliches gebildet wird, der an einer Schablone entlanggleitet und dadurch Schalter betätigt, die elektrische Kontakte schliessen.

In Fig. 2 ist unter Verwendung der gleichen Bauelemente ein abgewandelter Regelkreis aufgebaut. In diesem wird nicht - wie Fig. 1 darstellt-der Zufluss zum Verbraucher 4 geregelt, indem das Ventil in Serie mit dem Verbraucher 4 geschaltet ist, sondern durch eine Bypass-Schaltung wird die überschüssige Menge, die nicht zum Verbraucher strömen darf, zum T ank abgeleitet. Deshalb ist das Wegeventil 1.1 in seiner Ruhestellung «O» auf drucklosen Umlauf zum Tank geschaltet. Alle übrigen Bauelemente sind die gleichen wie die in Fig. 2 verwendeten.

Um den Verbraucher 4in Betrieb zu nehmen, wird die Pumpe 3 eingeschaltet und ein bestimmter Sollwert vorgegeben. Aufgrund der Geschwindigkeit des zu dem Verbrauchet strömenden Druckmediums wird der Messkörper 12 in dem Durchflussmesser 2 ausgelenkt, so dass der Ist-Wertgeber 8 ein Signal abgibt. Bei Auftreten eines Differenzsignals wird auch hier das Stellglied 6 durch die Regelung korrigierend beeinflusst, d.h. der Abfluss zum Tank wird mehr oder weniger geöffnet oder geschlossen. Hierbei wird selbstverständlich auch der Fall erfasst, in dem der gesamte Druckmittelstrom durch das Ventil 1.1 zum Tank strömt. Dabei wird kein Istwert geliefert, so dass aufgrund des vorhandenen Sollwertes ein Differenzsignal in dem Verstärker erzeugt wird, wodurch ebenfalls das Stellglied 1.1 gesteuert wird.

Der Soll-Wertgeber kann hier ebenso aufgebaut sein wie der für Fig. 1 beschriebene.

Fig. 3 zeigt einen hydraulischen Regelkreis unter Verwendung eines stetig verstellbaren 3/3-Wegeventiles 20. Dieses Ventil wird von den beiden Federn 7 in seiner Mittelstellung, d. h. in seiner Sperrstellung gehalten. Dieser Regelkreis lässt sich beson5

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ders vorteilhaft dann einsetzen, wenn an dem Verbraucher eine äussere Kraft angreift, d. h. wenn der Verbraucher durch die äussere Kraft selbsttätig wieder in seine Ausgangsstellung zurückgefahren wird.

Der hierbei verwendete Durchflussmesser unterscheidet sich von dem Durchflussmesser für Fig. 1 und2dadurch, dass er für beide Strömungsrichtungen geeignet ist.

In Fig. 3a ist ein derartiger Durchflussmesser 2.1 gezeigt. Im Unterschied zu dem in Fig. la aufgezeigten Durchflussmesser 2 für eine Durchflussrichtung ist der Messkörper 12 mit der Führungsstange 13 axial in beiden Richtungen bewegbar. Daraus resultierend, erweitert sich der Strömungsquerschnitt zwischen dem Messkörper 12 und der Gehäuseinnenwand von der Ruhelage des Messkörpers 12 aus in beiden Richtungen.

Um ein in beiden Durchflussrichtungen proportionales Messsignal zu erreichen, ist der Messkörper 12 deshalb auch zwischen zwei vorgespannten Federn 17.1 und 17.2 in seiner Ruhelage eingespannt. Dabei stützen sich die Federn 17.1 und 17.2 auf Lochblenden 18.1 und 18.2 derart ab, dass der Messkörper 12 bei Auslenkung aus seiner Ruhelage gegen jeweils eine vorgespannte Feder bewegt wird. Die andere Feder verharrt aufgrund der Lochblende in ihrer Ausgangsstellung.

Die Vorspannung der Federn besitzt den Vorteil, dass dadurch der lineare Kennlinienbereich der Feder während der Messung und damit auch der lineare Kennlinienbereich des Durchflussmessers im Messbereich nicht verlassen wird, so dass von dieser Seite her keine Verfälschung des Messergebnisses zu erwarten ist.

Aufgrund des erweiterten Messbereiches des Durchflussmessers 2.1 wurde auch der Messbereich des Ist-Wertgebers 8.1 erweitert, indem der Schleifer 15.1 des Linearpotentiometers 15 so angeordnet wurde, dass er ebenfalls aus seiner Ruhestellung heraus in beiden Richtungen verschoben werden kann. Den gleichen Wertbereich weist hierbei der Soll-Wertgeber 9.1 auf.

Die beiden entgegengesetzten Verstellrichtungen des Ventils 20 erfordern in dem Regelkreis eine elektrische Sicherung der Stellglieder 6.1 und 6.2 untereinander. Diese wird durch Dioden 21,22 erreicht. Um zu gewährleisten, dass jeweils die richtige Diode sperrt, sind der Ist-Wertgeber 8.1 und der Soll-Wertgeber 9.1 so ausgelegt, dass bei einem Durchfluss zu dem Verbraucher 4 eine positive Spannung anliegt, so dass das Stellglied 6.1 des Wegeventils 20 durch den Durchflussquerschnitt entgegen der Feder 7 öffnet.

Ändert sich die Durchflussrichtung, so liegt eine negative Ausgangsspannung an dem Vergleicher und Verstärker 5 an, so dass bei Abweichungen des Istwertsignals vom Sollwertsignal die andere Diode 22 öffnet und das Stellglied 6.2 dadurch den Abfluss zum Tank im Korrektursinn öffnet oder schliesst.

In Fig. 3b ist eine andere Ausführungsform eines Durchflussmessers dargestellt. Der Durchflussmesser 2.2 weist zwei axial versetzt angeordnete radiale Öffnungen 30 und 31 auf. Ihr Querschnitt ist abhängig von der gewünschten Anzeigecharakteristik des Durchflussmessers. Hier sind ebenfalls zwei Federn

17.1 und 17.2 vorhanden, die sich über Lochblenden 18.1 und

18.2 einerseits und an der Gehäuseinnenwand andererseits abstützen. ,

Die Lochblenden sind so in dem Gehäuse angeordnet, dass sie eine bestimmte, gewünschte Vorspannung der Federn aufrechterhalten. Der Messkörper 12 des Durchflussmessers, die Anordnung der Führungsstange 13 und die Anordnung und der Aufbau des Ist-Wertgebers 8.1 sind identisch mit den Elementen des Durchflussmessers 2.1 in Fig. 3a und weisen deshalb auch die gleichen Bezugsziffern auf.

Die Funktion des Durchflussmessers ist folgende:

Strömt beispielsweise Druckmittel durch die Öffnung 30 in den Durchflussmesser 2.2 ein, so wird der Messkörper 12 und von diesem die Lochblende 18.2 und die Feder 17.2 nach unten verschoben. Die Feder 17.1 wird durch die Lochbende 18.1 in

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ihrer dargestellten Lage gehalten. Durch die Verschiebung des Messkörpers 12 nach unten wird ein Öffnungsquerschnitt der Öffnung 31 freigegeben, so dass das Druckmittel abströmen kann. Gleichzeitig wird der Schleifer 15.1 über den Widerstand 15 des Ist-Wertgebers 8.1 verschoben, so dass ein Signal geliefert wird. Der analoge Vorgang läuft beim Einströmen des Druckmittels in die Öffnung 31 ab, wobei dadurch der Messkörper gegen die Kraft der Feder 17.1 verschoben wird. Das Druckmittel strömt dann durch die Öffnung 30 ab.

Dieser Durchflussmesser 2.2 besitzt die gleichen Vorteile und Anwendungsgebiete wie der Durchflussmesser 2.1 und kann ihn deshalb vollständig ersetzen.

Der in Fig. 3 aufgezeigte Regelkreis lässt sich aufgrund des gesteuerten Zuflusses zum Verbraucher und des gesteuerten Abflusses vom Verbraucher zum Tank unter Einwirkung einer äusseren Last leicht in abgewandelter Form zur Steuerung eines hydraulisch arbeitenden Aufzugs einsetzen. Das dazu notwendige Schaltbild ist in vereinfachter Form in Fig. 4 wiedergegeben.

Es besteht aus dem in Fig. 3a aufgezeigten Durchflussmesser 2.1 mit Ist-Wertgeber 8.1 und Soll-Wertgeber 9.1, der aus Fig. 2 bekannten Abflussregelung im Bypass durch ein stetig verstellbares 2/2-Wegeventil 1.1 und dem aus Fig. 1 bekannten Regelkreis. Zur Sicherung gegen Rückströmung ist in der Pumpenleitung ein Rückschlagventil 43 angeordnet.

Geeignete Wegeventile, mit denen auch die Funktion dieses Regelkreises erklärt werden soll, werden im folgenden näher beschrieben.

Fig. 4a zeigt ein 2/2-Wegeventil, wie es im Bypass in Fig. 4 oder Fig. 2 verwendet werden kann. Das Ventilgehäuse 40 des Ventiles 1.1 beherbergt den Hauptsteuerkolben 41, der als Differentialkolben ausgebildet ist und den Vorsteuerkolben 42, der von dem Elektromagnet 6 betätigt wird und den Durchfluss zum Tank in Ruhestellung offen hält. In der Vorsteuerleitung 48, die zum Vorsteuerkolben 42 führt, ist die Drossel 48.3 eingebaut. Angeflanscht an dem Ventilgehäuse ist das Rückschlagventil 43. Der Pumpenanschluss ist hier mit 44, der Verbraucheranschluss mit 45 und der Tankanschluss mit 46 bezeichnet.

Der Hauptkolben 41 wird durch die Kraft der Feder 47 in seiner Öffnungsstellung gehalten. Um einen nahezu drucklosen Umlauf zu erhalten, sind im unteren Führungsteil des Kolbens 41 mehrere torförmige Öffnungen eingelassen.

In Fig. 4b wird ein 2/2-Wegeventil für die Serienschaltung zwischen Verbraucher 4 und Tank in Fig. 4 gezeigt. Es lässt sich ebenso für das 2/2-Wegeventil in Fig. 1 verwenden.

Dieses Ventil 1 besteht ebenfalls aus dem Kolben 51, der in diesem Beispiel identisch ist mit dem Kolben in Fig. 4a. Der Kolben 51 wird von der Feder in Schliessstellung gehalten.

Der Verbraucheranschluss 55 wird dadurch vom Tankanschluss 46 getrennt. Auch hier ist ein Vorsteuerkolben 52 angeordnet, in dessen Zufuhrleitung 58 ebenfalls eine Drossel 59 eingebaut ist und der von dem Elektromagneten 6 betätigt wird und in seiner Ruhestellung die Umgehungsleitung zum Tank sperrt.

Der Regelkreis nach Fig. 4, der mit den Bauelementen nach Fig. 4a,bundFig. 3 aufgebaut wurde, arbeitet folgendermassen: Im Ruhezustand des Systems wird bei eingeschalteter Pumpe der Ölstrom in dem Ventil 1.1 durch die Anschlussleitung 44 über den Hauptsteuerkolben 41 zur Tankanschlussleitung 46 gefördert. Die Förderung ist nahezu drucklos, so das das Rückschlagventil 43 noch geschlossen bleibt. Gleichzeitig gelangt in die Vorsteuerleitung 48 ebenfalls Druckmittel. Äufgrund der Drosselwirkung der Düse 48.3 baut sich in dem Zylinderraum 41.1 kein Druck auf, da der Vorsteuerkolben zum Tank hin geöffnet ist. Dadurch wird in dem Ventil 1.1 ein nahezu druckloser Umlauf gewährleistet.

Um den Verbraucher 4 zu bewegen, muss das Rückschlagventil 43 geöffnet werden, dessen Schliesskraft von der Druckkraft

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des Druckmediums in der Lastleitung und von der Federkraft der Feder 47 bestimmt wird.

Der zum Öffnen des Rückschlagventils 43 notwendige Pumpendruck wird dadurch erreicht, dass ein Sollwert vorgegeben wird. Da kein Istwert vorliegt, gibt der Verstärker 5 ein Ausgangssignal ab, so dass der Elektromagnet 6 den Vorsteuerkolben 42 des Ventils 1.1 in Schliessrichtung bewegt, wodurch der Tankabfluss gedrosselt wird. Dadurch steigt der Druck im Zylinderraum 41.1, so dass sich der Differentialkolben 41 abwärts bewegt. Der direkte Durchfluss von der Pumpe zum Tank wird dadurch ebenfalls gedrosselt.

Im Laufe der damit verbundenen Drucksteigerung im Ventil 1.1 wird der Schliessdruck des Rückschlagventils 43 überwun- -den. so dass das Druckmittel durch den Strömungsmesser 2.1 zu dem Verbraucher 4 strömen kann. Dadurch ist sichergestellt,

dass der Verbraucher nicht absinken kann, da der Schliessdruck des Rückschlagventils 43 erst überwunden werden muss und dieser wiederum von der Schwere der Last abhängt. Der Teller 12 des Durchflussmessers wird ausgelenkt, wodurch der Schleifer 15.1 über den Widerstand 15 gleitet, so dass ein Istwertsignal geliefert wird. Bei Vorliegen eines Differenzsignals wird der Elektromagnet 6 des Ventiles 1.1 angesteuert. Um dies sicherzustellen, d. h. um also nicht den Elektromagneten 6 des Ventils 1 anzusteuern, sind zwischen dem Verstärker 5 und den Elektromagneten 6 zwei Dioden 49 und 49.1 geschaltet. Dabei ist die Schaltung so aufgebaut, dass bei einer Ausfahrbewegung des Verbrauchers 4 nur positive Signale geliefert werden, so dass nur über die Diode 49 der Elektromagnet 6 des Ventils 1.1 angesteuert werden kann. Das Ventil 1 bleibt also imnmer in seiner gezeigten Sperrstellung.

Soll die Last aus ihrer Aufwärtsbewegung anhalten, so wird ein Sollwert von «O» vorgegeben. Da dann noch ein positiver Ist-Wert vorliegt, wird der Magnet 6 des Ventils 1.1 angesteuert. Dieser öffnet durch den Vorsteuerkolben 42 den Durchfluss von der Vorsteuerleitung 48 und dem Zylinderraum 41.1 zum Tank. Dadurch kann die Fehler 47 den Kolben 41 wieder in seine obere Endstellung schieben, der Druck im Ventil 1.1 bricht zusammen, und das Rückschlagventil schliesst.

Bei der Abwärtsbewegung des Verbrauchers muss der Vorsteuerkolben 52 des Ventils 1 derart betätigt werden, dass der Zylinderraum 51.1 druckentlastet wird. Dies geschieht durch Vorgabe eines negativen Sollwertes, so dass - da die Last in Ruhe ist und somit kein Istwert vorliegt - über die Diode 49.1 der Elektromagnet 6 des Ventils 1 angesteuert wird. Dieser bewegt den Vorsteuerkolben 52 gegen die Schliesskraft der Feder 52.1 abwärts. Die Schliesskraft der Feder 52.1 ist derart ausgelegt, dass sie bei maximalem Lastdruck den Vorsteuerkolben 52 sicher und leckfrei in seiner Schliessstellung hält.

Durch das Öffnen des Vorsteuerkolbens 52 und aufgrund der Drosselwirkung der Düse 57 kann der Öldruck den Differentialkolben 51 gegen die Kraft der Feder 57 anheben, so dass die Verbraucherleitung 55 mit dem Tankanschlus 46 verbunden wird.

Somit lässt sich auch die Senkbewegung des Verbrauchers über ein entsprechendes Sollwertprogramm regeln.

Ein anderer Anwendungsfall der erfindungsgemässen Steuereinrichtung stellt Fig. 5 dar. Hier ist ein proportional-regelbares 4/3-Wegeventil üblicher Bauart mit dem Durchflussmesser 2.1, derfür beide Wirkrichtungen des Verbrauchers geeignet ist, verbunden. Diese Schaltung eignet sich besonders für Verbraucher, bei denen in einer Arbeitsrichtung immer eine äussere Last - gleich welcher Höhe - angreift. Solche Maschinen sind beispielsweise Hubgeräte, hydraulisch angetriebene Hobelmaschinen und Krane. Dabei ist es sinnvoll, den Durchflussmesser in derjenigen Verbraucherleitung anzuordnen, in der die äussere Kraft abgestützt werden muss.

Wird das Ventil 60 in Stellung I geschaltet, so strömt von der Pumpe Druckmittel durch den Durchflussmesser 2.1 zu dem

Verbraucher 4. Dadurch wird der Messkörper 12 des Durchflussmessers 2.1 (Fig. 3a, b) ausgelenkt, so dass ein positives Istwertsignal abgegeben wird. Ist zu dem ebenfalls positiven Sollwertsignal eine Differenz vorhanden, so wird diese über die Diode 61 und die Steuerung des Elektromagneten 62 im Korrektursinne ausgeglichen.

Bei einer Abwärtsbewegung wird der Rückfluss aus dem Verbraucher von dem Durchflussmesser 2.1 erfasst und ebenfalls über den Soll-Wertgeber 9.1, der in diesem Fall negative Sollwerte vorgibt, die Diode 63 und den Elektromagneten 64 geregelt.

In Fig. 6 ist eine Schaltanordnung mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil dargestellt, in der der Durchflussmesser 2 (Fig. la) in der Tankrückleitung zwischen dem Ventil 70 und dem Tank angeordnet ist. Diese Schaltanordnung lässt sich für alle Verbraucher anwenden, gleichgültig, ob eine äussere Last während der Verstellung wirkt oder nicht.

Da hier nur eine Strömungsrichtung - unabhängig von der Verbraucherverstellrichtung-im Durchflussmesser 2 vorliegt, benötigt er nur eine Messrichtung. Dadurch ist ebenfalls der Vorgabebereich des Soll-Wertgebers 9 nur auf einen Anzeigebereich beschränkt (siehe Fig. 1,1a). Da der Verstärker 5 jedoch jeweils nur einen Magneten 7.1 oder 7.2 bei vorgegebener Verstellrichtung betätigen darf, muss eine gegenseitige Verriegelung derElektromagnete vorhanden sein. Dies kann aufgrund des einzigen Messbereichs nicht durch Dioden geschehen, sondern elektrisch über Wechselschalter oder ähnliches hergestellt werden. Dies lässt sich zum Beispiel mit der Betätigung des Soll-Wertgebers durch die Bedienungsperson koppeln. Der Regelkreis arbeitet hier wie der in Fig. 1 aufgezeigte.

In Fig. 7 ist ein Regelkreis mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil üblicher Bauart, dessen ausführliches Sinnbild dargestellt ist, sowie ein richtungsselektierender Durchflussmesser gezeigt. Es ist hier deshalb zuerst der Aufbau und die Funktion des Durchflussmessers erläutert.

In Fig. 7a ist der Durchflussmesser 71 im Prinzip dargestellt. Er besitzt zwei Messkörper 73.1 und 73.2, die mit axialem Abstand zueinander auf der Führungsstange 74 starr angeordnet sind. Ihr Aufbau ist identisch mit dem Messkörper 12 (Fig. la). Die Führungsstange ist axial verschiebbar gelagert. Der axiale Abstand der Steuerkanten der beiden Messkörper entspricht der lichten Weite der radial angeordneten Öffnung 72.3, die den Durchflussmesser 71 mit dem Tank verbindet. Der Querschnitt des Tankabflusses 72.3 kann dabei jede gewünschte Form annehmen, abhängig von der gewünschten Charakteristik des Durchflussmessers.

Die beiden radialen Einlassöffnungen72.1 und 72.2 sind rechts bzw. links neben den Messkörpern 73.1 und 73.2 angeordnet. Es ist jedoch dabei zu beachten, dass der geringste axiale Abstand jeder Einlassöffhung von der Auslassöffnung 72.3 grösser ist als der axiale Abstand der Steuerkanten der Messkörper 73.1 und 73.2 voneinander.

Die Federn 75.1 und 75.2 stützen sich einerseits an den Lochblenden 76 ab, die sich wiederum im Gehäuse abstützen, um zu gewährleisten, dass die Federn eine untere Vorspannungsgrenze nicht unterschreiten. Andererseits stützen sich die Federn an der Gehäuseinnenwand bzw. an einer Zwischenwand ab, welche die Messkammer mit dem Ist-Wertgeber 8.1 von der Druckmittelkammer trennt. Die Zwischenwand gestattet jedoch einen Druckausgleich.

Das hier dargestellte Wegmesssystem arbeitet analog zu dem in Fig. 3a dargestellten.

Die Führungsstange 74 ist in den Lochblenden 76 frei beweglich, besitzt jedoch einen Anschlag, um bei einer Auslenkung der Messkörper die entsprechende Lochblende vor sich herzuschieben.

Strömt beispielsweise Öl durch den Anschluss 72.2 in den Durchflussmesser 71, so werden die Messkörper 73. l und 73.2

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mit der Führungsstange 74 nach links gegen die Kraft der Feder 75.2 verschoben. Die Feder 75.1 bleibt aufgrund der Abstützung in ihrer gezeichneten Stellung.

Durch die axiale Verschiebung der Führungsstange 74 entsteht an der Steuerkante des Messkörpers 73.2 ein bestimmter Öffnungsquerschnitt zum Abfluss 72.3.

Der Durchflussmesser 71 wird an die beiden üblicherweise vorhandenen Tankabflüsse des Ventiles 70 angeschlossen, bevor diese zu einem Anschluss vereint werden. Da dies normalerweise in dem Ventilgehäuse vorgenommen wird, eignet sich der Durchflussmesser 71 besonders zum Einbau in diesen Verbindungskanal.

Es wird folgende Arbeitsstellung angenommen:

Zum Anfahren des Verbrauchers 4 wird das Ventil 70 in Stellung I geschaltet. Der Rückstrom vom Verbraucher zum

Tank gelangt über die Leitung 72.2 zu dem Durchflussmesser 71 und verschiebt die Messkörper 73.1 und 73.2 nach links. Dadurch gibt der Ist-Wertgeber ein positives Signal ab. Beim Auftreten eines Differenzsignales am Verstärker 5 gelangt das elektrische 5 Signal durch die Diode 78 in den linken Elektromagneten, der das Ventil im Korrektursinne bewegt.

Bei einer Einfahrbewegung des Verbrauchers läuft der analoge Vorgang ab, d. h. das Öl strömt über die Leitung 72.1 in den Durchflussmesser 71, verschiebt dort die Messkörper 73.1 und io 73.2 nach rechts, so dass es aus der Auslassöffnung 72.3 zum Tank strömen kann. Weicht die Einfahrgeschwindigkeit von dem gewünschten Wert ab, so liegt am Ausgng des Verstärkers 5 ein negatives Signal an, das von der Diode 77 zu dem rechten Elektromagneten durchgelassen wird, der den Hauptsteuerkol-15 ben im Korrektursinne betätigt.

M

7 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Steuereinrichtung mit einem Regelkreis zur Steuerung der Geschwindigkeit eines hydraulischen Motors, insbesondere für Werkzeugmaschinen, Baumaschinen und Aufzuganlagen, mit einem den Durchfluss steuernden Ventil, dessen Hauptsteuerkolben durch ein elektrisches Stellglied betätigbar ist, welches Stellglied über eine Vergleichseinrichtung mit einem elektrischen Ist-Wertgeber einerseits und mit einem einstellbaren elektrischen Soll-Wertgeber andererseits verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Durchflussmesser (2,2.1, 2.2,71) in die Anschlussleitung des hydraulischen Motors eingeschaltet ist, dass der elektrische Ist-Wertgeber (8,8.1) mit dem Durchflussmesser (2,2.1,2.2,71) derart verbunden ist, dass er den Ausschlag des Messkörpers (12,73.1,73.2) des Durchflussmessers (2,2.1,2.2,71) erfasst und in ein elektrisches Ausgangssignal wandelt, und dass der in den Soll-Wertgeber (9,9.1) eingegebene Durchfluss-Sollwert mit dem Ausgangssignal des Ist-Wertgebers (8,8.1) in der Vergleichseinrichtung (5) verglichen und das Differenzsignal dem Stellglied (6,6.1,6.2,62,64, 7.1,7.2) zur Betätigung des Ventils (1,1.1,20,60,70) aufgegeben wird.
2. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (2,2.1) einen Messfühler

(12) aufweist, der an einer axial und gegen eine vorgespannte Feder (17,17.1,17.2) bewegbaren Führungsstange (13) fest angeordnet ist, an welcher gleichzeitig der Schleifer (15.1) eines als Ist-Wertgeber (8,8.1) dienenden Potentiometers (15) befestigt ist, wobei das Potentiometer (15) in dem Druckmittelraum des Durchflussmessers (2, 2.1) angeordnet ist.
3. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhestellung des Bewegungsbereiches des Messfühlers (12) seine Aussenkontur gleich der Innenkontur des Gehäuses ist, wobei die Innenkontur sich in Messrichtung erweitert.
4. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (2.2) eine axial konstante Querschnittsfläche aufweist, dass auf der gegen eine vorgespannte Feder (17.1,17.2) axial bewegbaren Führungsstange

(13) ein als Teller ausgebildeter Messfühler (12) angeordnet ist, wobei die Zu- und Ableitungen des Durchflussmessers (2.2) axial versetzt angeordnet sind und im Bewegungsbereich des Messfühlers (12) liegen, und dass der Schleifer des Ist-Wertgebers (8.1) an der Führungsstange (13) befestigt ist.
5. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein stetig verstellbares 2/2-Wegeventil (1) mit elektrischem Stellglied (6) ist und dass der Durchflussmesser (2,2.1,2.2), das Ventil (1) und der Motor (4) in Serie geschaltet sind.
6. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben des stetig verstellbaren 2/2-Wegeventils (1) durch die Kraft einer Feder (7) in Schliessstel-Iung gehalten wird und durch das Stellglied (6) geöffnet wird.
7. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (2,2.1,2.2) hydraulisch mit einem stetig verstellbaren 2/2-Wegeventil (1.1) mit elektrischem Stellglied (6) durch eine Bypass-Schaltung verbunden ist, wobei der Steuerkolben des stetig verstellbaren 2/2-Wegeventils ( 1.1 ) im Abfluss zum Tank im Schliesssinne wirkt (Fig. 2).
8. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben des stetig verstellbaren 2/2-Wegeventiles (1.1) durch die Kraft einer Feder (7) geöffnet und durch das Stellglied (6) geschlossen wird.
9. Steuereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1,6 oder 8 zur Steuerung der Geschwindigkeit eines hydraulischen Motors mit nur in einer Richtung wirkenden Kraft, insbesondere für Aufzuganlagen, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpenleitung (44), Anschlussleitung (45) zum Motor mit Durchflussmesser (2.1,2.2) und Tankrückleitung (55) einen gemeinsamen Knotenpunkt aufweisen, wobei ein stetig verstellbares 2/2-Wege-ventil (1.1) mit elektrischem Stellglied (6) im Bypass zur Pumpenleitung (44) liegt, ein weiteres stetig verstellbares 2/2-Wege-ventil (1) mit elektrischem Stellglied (6) in der Tankrückleitung (55) liegt, dass ein Rückschlagventil (43) in der Pumpenleitung-in Durchflussrichtung nach dem Abzweig zum Bypass - angeordnet ist, dass der zwischen dem Motor (4) und dem Knotenpunkt angeordnete Durchflussmesser (2.1,2.2) für beide Strömungsrichtungen wirkend ausgebildet ist, und dass die Stellglieder (6) mit der Vergleichseinrichtung über Verriegelungseinrichtungen, z. B. Dioden (49, 49.1) verbunden sind.
10. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (6) aus einem Elektromagneten besteht, der mit einem Kolben (42,52) verbunden ist, welcherin einer Vorsteuerleitung (48,58) des Hauptsteuerkolbens (41,51) zum Tank untergebracht ist, wobei die Vorsteuerleitung (48,58) mit der flächengrösseren Seite (41.1,51.1) des Differentialkolbens (41,51) in Verbindung steht und der Kolben (42,52) in der Vorsteuerleitung (48,58) mit steigendem elektrischem Strom von dem Magneten zur Veränderung des Tankabflusses (46) bewegt wird.
11. Steuereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (2.1, 2.2) hydraulisch mit einem stetig verstellbaren 3/3-Wegeventil (20) mit zwei elektrischen Stellgliedern (6.1,6.2) verbunden ist, wobei der Durchflussmesser (2.1,2.2) in der Anschlussleitung zum Motor zwischen dem Ventil (20) und dem Motor (4) angeordnet ist, dass sowohl der elektrische Ist-Wertgeber (8.1) als auch der Soll-Wertgeber (9.1) eine positive und negative Wirkrichtung aufweisen, wobei die Stellglieder (6.1,6.2) gegeneinander elektrisch durch Dioden (21,22) verriegelt sind

(Fig. 3).
12. Steuereinrichtung nach einem der Patentansprüche 1,3 oder 4 zur Steuerung der Geschwindigkeit eines hydraulischen Motors mit nur in einer Richtung wirkenden Kraft, insbesondere für Aufzuganlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (2.1) mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil (60) mit zwei elektrischen Stellgliedern (62,64) hydraulisch verbunden ist, wobei die elektrischen Stellglieder (62,64) gegeneinander durch Dioden (61,63) verriegelt sind, dass der Durchflussmesser (2.1,2.2) in der Leitung zwischen Ventil (60) und Motor (4) angeordnet ist, und dass sowohl der elektrische Ist-Wertgeber (8.1) als auch der Soll-Wertgeber (9.1) eine positive und negative Wirkrichtung aufweisen.
13. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (2) mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil (70) mit zwei elektrischen Stellgliedern (7.1,7.2) hydraulisch verbunden ist, wobei der Durchflussmesser (2) zwischen Ventil (70) undTank mit der Tankleitung in Reihe geschaltet ist und nur eine Wirkrichtung aufweist, und dass die elektrischen Stellglieder gegeneinander durch getrennte Betätigungselemente verriegelt sind (Fig. 6).
14. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (71) mit einem stetig verstellbaren 4/3-Wegeventil (70) mit zwei elektrisch gegeneinander durch Dioden (77,78) verriegelten Stellgliedern hydraulisch verbunden ist, wobei der Durchflussmesser (71) zwischen Ventil (70) und Tankleitung (72.3) angeordnet ist, und dass jede Motorrückleitung (72.1,72.2) getrenntzu dem Durchflussmesser (71) geführt ist, wobei sowohl der elektrische Ist-Wertgeber (8.1) als auch der Soll-Wertgeber (9.1) eine positive und negative Wirkrichtung aufweisen.
15. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1 oder 14,

dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser ( 17) einen konstanten Innenquerschnitt aufweist, dass der zwischen Federn (75.1, 75.2) eingespannte axial bewegbare Messfühler (73.1,

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73.2) in seiner Ruhestellung einen radial angeordneten Abfluss (72.3 ) überdeckt, und dass beidseitig ausserhalb des Bewegungsbereiches der Messfühler (73.1,73.2) je ein Zufluss (72.1,72.2) angeordnet ist.

Messung des mittleren Flüssigkeitsstromes Q„

momentanen Flüssigkeitsstromes Q =•

dV

AV At und des

(diese Definition ist