DE10149791A1 - Steuerventileinrichtung - Google Patents

Steuerventileinrichtung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerventileinrichtung (1) zur Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers (2) mit einem Steuerventil (6) und einer Druckwaage (8), wobei der Verbraucher (2) mit einem von dem Ansteuersignal des Steuerventils abhängigen Betriebsdruck betreibbar ist und in einer von dem Verbraucher (2) zu der Druckwaage (8) geführten Signalleitung (12) eine Regeleinrichtung (20) zur Beeinflussung des in der Signalleitung (12) anstehenden Drucksignals in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal des Steuerventils (6) angeordnet ist, wobei die Regeleinrichtung (20) eine Durchflussstellung (20a), in der mittels der Signalleitung (12) eine Verbindung des Verbrauchers (2) mit der Druckwaage (8) hergestellt ist, und eine Entlastungsstellung (20b) aufweist, in der die Verbindung des Verbrauchers (2) mit der Druckwaage (8) über die Signalleitung (12) gesperrt ist und der mit der Druckwaage (8) in Verbindung stehende Abschnitt der Signalleitung (12) mit einem Behälter (10) in Verbindung steht. Um ein verbessertes Betriebsverhalten (20) mit einer Bypassstellung (20c) zu versehen, in der die Signalleitung (12) eine Verbindung des Verbrauchers (2) mit der Druckwaage (8) und eine Verbindung des mit der Druckwaage (8) in Verbindung stehenden Abschnitts der Signalleitung (10) mit einem Behälter ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuerventileinrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers mit einem Steuerventil und einer Druckwaage, wobei der Verbraucher mit einem von dem Ansteuersignal des Steuerventils abhängigen Betriebsdruck betreibbar ist und in einer von dem Verbraucher zu der Druckwaage geführten Signalleitung eine Regeleinrichtung zur Beeinflussung des in der Signalleitung anstehenden Drucksignals in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal des Steuerventils angeordnet ist, wobei die Regeleinrichtung eine Durchflussstellung, in der mittels der Signalleitung eine Verbindung des Verbrauchers mit der Druckwaage hergestellt ist, und eine Entlastungsstellung aufweist, in der die Verbindung des Verbrauchers mit der Druckwaage über die Signalleitung gesperrt ist und der mit der Druckwaage in Verbindung stehende Abschnitt der Signalleitung mit einem Behälter in Verbindung steht.
  • Ein gattungsgemäße Steuerventileinrichtung ist aus der DE 196 15 593 A1 bekannt. In einer von dem Steuerventil zu der dem Steuerventil vorgeschalteten Druckwaage geführten Signalleitung ist eine als 3-Wege-Druckminderventil ausgebildete Regeleinrichtung angeordnet, die das in der Signalleitung anstehende Drucksignal in Abhängigkeit von dem Ansteuerdruck des Steuerventils begrenzt. Das 3-Wege- Druckminderventil ist von dem Ansteuerdruck des Steuerventils in eine Durchflussstellung beaufschlagbar, in der die Verbindung vom Verbraucher zur Druckwaage freigeben ist. Von dem stromab des 3-Wege-Druckminderventils in der Signalleitung und somit dem an der Druckwaage anstehenden Drucksignal ist das 3-Wege-Druckminderventil in Richtung einer Entlastungsstellung beaufschlagbar, in der die Verbindung vom Verbraucher zu der Druckwaage gesperrt und der mit der Druckwaage in Verbindung stehende Abschnitt der Signalleitung mit einem Behälter in Verbindung steht.
  • Bei derartigen bekannten Steuerventileinrichtungen, die zur Steuerung von bevorzugten Verbrauchern, beispielsweise dem Drehwerksantrieb eines Baggers, in Load-Sensing geregelten Antriebssystemen verwendet werden, wird bei einer Ansteuerung des Verbrauchers zur Beschleunigung des Verbrauchers ein hohes Drehmoment und somit ein hoher Betriebs benötigt. Hierzu wird die Steuerventileinrichtung durch ein maximales Ansteuersignal vollständig ausgelenkt, wodurch an der Druckwaage und an einem Pumpenregler, beispielsweise einem Bedarfsstromregler einer Load-Sensing geregelten Pumpe, ein maximales Drucksignal ansteht und somit die Pumpe einen hohen Betriebsdruck zur Beschleunigung des Verbrauchers zur Verfügung stellt.
  • Nach der Beschleunigung des Verbrauchers auf eine vorgegebene Bewegungsgeschwindigkeit und somit der Antriebsphase des Verbrauchers, in der der Verbraucher mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit betrieben werden soll, kann der Verbraucher mit einem geringeren Drehmoment und somit einen geringeren Betriebsdruck betätigt werden. Bei einer Zurücknahme des Ansteuersignals des Steuerventils wird hierbei die Regeleinrichtung von der Durchflussstellung in Richtung der Entlastungsstellung beaufschlagt, wodurch an der Druckwaage und somit am Pumpenregler ein geringerer Betriebsdruck einstellbar ist.
  • Bei bekannten Steuerventileinrichtungen kommt es bei der Ansteuerung des Verbrauchers beim Übergang von der Beschleunigungsphase in die Antriebsphase bei der Regelung des in der Signalleitung anstehenden Druckes in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal aufgrund der Regelbewegungen der Regeleinrichtung zwischen der Durchflussstellung und der Entlastungsstellung zu Druckschwankungen und somit Schwingungen in der Signalleitung, die sich zur Druckwaage fortpflanzen und zu Regelbewegungen der Druckwaage führen, wodurch am Verbraucher bei der Ansteuerung der Steuerventileinrichtung ein Einschwingvorgang auf die vorgegeben Bewegungsgeschwindigkeit auftritt. Es hat sich herausgestellt, dass bei bekannten Steuerventileinrichtungen diese Schwingungen und somit der Einschwingvorgang nur schwer oder nicht abklingen. Bei der Ansteuerung des Verbrauchers ergibt sich aufgrund dieser Schwingungen ein ruckbehaftetes Einlaufen auf die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit. Sofern die Schwingungen nicht abklingen, treten am Verbraucher Dauerschwingungen auf, die zu einer ungleichförmigen Bewegung des Verbrauchers führen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerventileinrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein verbessertes Betriebsverhalten des Verbrauchers ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Regeleinrichtung mit einer Bypassstellung versehen ist, in der eine Verbindung des Verbrauchers mit der Druckwaage und eine Verbindung des mit der Druckwaage in Verbindung stehenden Abschnitts der Signalleitung mit einem Behälter ermöglicht ist. Erfindungsgemäß weist die Druckwaage neben der Sperrstellung und der Entlastungsstellung eine Bypassstellung auf, in der über die Signalleitung der Verbraucher mit der Druckwaage und der mit der Druckwaage in Verbindung stehende Abschnitt der Signalleitung dem Behälter in Verbindung steht. Durch diese Verbindung der Signalleitung mit dem Behälter können Druckschwankungen in der Signalleitung während der Ansteuerung des Verbrauchers und dem Übergang von der Beschleunigungsphase in die Antriebsphase auf einfache Weise abgebaut und gedämpft werden, wodurch Schwingungen in der Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers vermieden werden. Bei der Ansteuerung der Steuerventileinrichtung kann somit auf einfache Weise ein ruckfreies Einlaufen des Verbrauchers auf die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit und eine gleichförmige Bewegung des Verbrauchers in der Antriebsphase erzielt werden.
  • Zweckmäßigerweise ist in dem die Signalleitung mit dem Behälter verbindenden Zweig der Bypassstellung eine Drosseleinrichtung wirksam. Hierdurch können Verluste durch zu dem Behälter abströmendes Druckmittel vermindert werden.
  • Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung die Regeleinrichtung als in Zwischenstellungen drosselndes Dreistellungsventil ausgebildet ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Durchflussstellung als Mittelstellung der Regeleinrichtung ausgebildet. Die Sperrstellung und die Bypassstellung bilden somit die äußeren Stellungen der Regeleinrichtung.
  • Zweckmäßigerweise ist die Druckwaage von dem an der Druckwaage anstehenden Drucksignal in Richtung der Sperrstellung und einer Feder sowie dem Ansteuersignal des Steuerventils in Richtung der Durchflussstellung und der Bypassstellung beaufschlagbar ist. In der Beschleunigungsphase ist somit die Regeleinrichtung in die Bypassstellung beaufschlagbar. In der Antriebsphase ist die Regeleinrichtung in die Durchflussstellung bzw. Entlastungsstellung beaufschlagt zur Regelung des Verbraucherdrucks in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal des Steuerventils. In der Antriebsphase ergeben sich durch die Beaufschlagung der Regeleinrichtung in die Durchflussstellung bzw. Entlastungsstellung geringe Verluste, da die ständige Verbindung der Signalleitung mit dem Behälter in der Bypassstellung geschlossen ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Steuerventil als hydraulisch betätigbares Steuerventil ausgebildet ist, wobei das Ansteuersignal als Steuerdruck des Steuerventils ausgebildet ist. Die Regeleinrichtung kann durch den hydraulischen Steuerdruck auf einfache Weise beaufschlagt werden.
  • Mit besonderem Vorteil ist der Verbraucher als Drehwerksantrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere eines Baggers, ausgebildet. Mit der erfindungsgemäßen Steuerventileinrichtung kann bei einem Drehwerk eines Baggers auf einfache Weise eine ruckfreies Einlaufverhalten in die gewünschte Bewegung und eine gleichförmige Bewegung erzielt werden.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die Figur zeigt den Schaltplan eines hydrostatischen Load-Sensing-Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Steuerventileinrichtung 1 zur Steuerung eines beispielsweise als Drehwerksantrieb eines Baggers ausgebildeten Verbrauchers 2. Das Antriebssystem weist eine im Fördervolumen verstellbare Pumpe 3 auf, die mit einem Bedarfsstromregler 4a versehen ist, der einen Verstellkolben 4b zur Fördervolumeneinstellung der Pumpe 3 beaufschlagt. Die Pumpe 3 steht eingangsseitig mit einem Behälter 10 in Verbindung und fördert in eine ausgangsseitig an die Pumpe 3 angeschlossene Förderleitung 5, die mit dem Verbraucher 2 und weiteren nicht mehr dargestellten Verbrauchern in Verbindung steht. Die Steuerventileinrichtung 1 weist ein als Proportionalwegeventil ausgebildetes Steuerventil 6 auf, das mit der Förderleitung 5 mittels einer Förderzweigleitungen 7 in Verbindung steht. In der Förderzweigleitung 7 und somit stromauf des Steuerventils 6 ist eine Druckwaage 8 angeordnet. Das Steuerventil 6 steht mittels Behälterzweigleitungen 9a, 9b mit einer zu einem Behälter 10 führenden Behälterleitung 11 und mittels Verbraucherleitungen 17a, 17b mit dem Verbraucher 2 in Verbindung.
  • Die Druckwaage 8 ist durch eine Signaldifferenz steuerbar, wobei die Signaldifferenz aus einem Förderdrucksignal und einem Lastdrucksignal gebildet ist. Zur Abbildung dieser Signaldifferenz weist die Druckwaage 8 eine Steuerfläche auf, die mit dem stromauf des Steuerventils 6 in der Förderzweigleitung 7 anstehende Förderdruck beaufschlagbar ist. Eine gegenüberliegende Steuerfläche der Druckwaage 8 ist mit einem stromab des Steuerventils 6 gebildeten Drucksignal des Verbrauchers 2, das in einer Signalleitung 12 ansteht, und einer Feder 13 beaufschlagbar. Das Drucksignal des Verbrauchers 2 wird hierbei am Steuerventil 6 stromab einer Meßblende abgegriffen und in Signalzweigleitungen 12a, 12b gemeldet, die in die zu der entsprechenden Steuerfläche der Druckwaage 8 führenden Signalleitung 12 münden. Die Signalleitung 12 steht weiterhin über ein Rückschlagventil 14 mit einer Lastdruckmeldeleitung 15 in Verbindung. Die Lastdruckmeldeleitung 15 ist an den Bedarfsstromregler 4 geführt und steht auf nicht mehr dargestellte Weise mit den den Lastdruck führenden Signalleitungen weiterer Verbraucher in Verbindung.
  • Das Steuerventil 6 ist hydraulisch betätigbar, wobei Steuerdruck X bzw. Y führende Steuerdruckleitungen 16a bzw. 16b mit entsprechenden Steuerdruckflächen des Steuerventils 6 in Verbindung stehen.
  • Erfindungsgemäß ist in der Signalleitung 12 eine Regeleinrichtung 20 angeordnet, die als in Zwischenstellungen drosselndes Dreistellungsventil ausgebildet ist. Die Regeleinrichtung 20 weist eine Durchflussstellung 20a, in der die Verbindung der Signalleitung 12 von dem Steuerventil 6 zur Steuerfläche der Druckwaage 8 freigegeben ist, und eine Entlastungsstellung 20b auf, in der der mit der Steuerfläche der Druckwaage 8 in Verbindung stehende Abschnitt der Signalleitung 10 mittels einer Behälterleitung 21 mit dem Behälter 10 in Verbindung steht und der mit dem Steuerventil 6 in Verbindung stehenden Abschnitt der Signalleitung 12 gesperrt ist. Die Regeleinrichtung 20 weist weiterhin eine Bypassstellung 20c auf, in der einerseits die Verbindung der Signalleitung 12 von dem Steuerventil 6 zur Druckwaage 8 freigegeben ist und andererseits die Signalleitung 12 mit der Behälterleitung 21 in Verbindung steht. In dem die Signalleitung 12 mit der Behälterleitung 21 verbindenden Zweig der Bypassstellung 20c der Regeleinrichtung 20 ist hierbei eine Drosseleinrichtung 22 vorgesehen.
  • Die Durchflussstellung 20a ist hierbei als Mittelstellung der Regeleinrichtung 20 ausgebildet, wodurch die Entlastungsstellung 20b eine Endstellung und die Bypassstellung 20c eine weitere Endstellung der Regeleinrichtung 20 bilden.
  • Die Regeleinrichtung 20 ist von dem in der Signalleitung 12 stromab der Regeleinrichtung 20 anstehenden Druck und somit dem an der Steuerfläche der Druckwaage 8 anstehenden Druck in Richtung der Entlastungsstellung 20b beaufschlagbar. Hierzu ist eine Steuerdruckleitung 26 von der Signalleitung 12 zwischen der Regeleinrichtung 20 und der Druckwaage 8 zu einer in Richtung der Entlastungsstellung 20b wirkenden Steuerdruckfläche der Regeleinrichtung 20 geführt. In Richtung der Durchflussstellung 20a und der Bypassstellung 20c ist die Regeleinrichtung 20 von einer Feder 23 und dem Ansteuersignal des Steuerventils 6 beaufschlagbar. Hierzu ist an eine in Richtung der Durchflussstellung 20a und der Bypassstellung 20c wirkende Steuerdruckfläche der Regeleinrichtung 20, die mit der Feder 23 in Wirkverbindung steht, eine Steuerdruckleitung 24 geführt. Die Steuerdruckleitung 24 steht mit dem Ausgang eines Wechselventils 25 in Verbindung, das eingangsseitig mit den Steuerdruckleitungen 16a und 16b in Verbindung steht.
  • Mittels der Regeleinrichtung 20 wird der an der Druckwaage 8 anstehende Verbraucherdruck in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal des Steuerventils 6 geregelt. Der Verbraucher wird somit mit einem von dem Ansteuersignal des Steuerventils 6 abhängigen Drehmoment betätigt.
  • Bei der Ansteuerung des Verbrauchers 2 wird zu dessen Beschleunigung ein hoher Betriebsdruck benötigt. Hierzu wird das Steuerventil 6 durch Vorgabe eines maximalen Steuerdrucks X bzw. Y vollständig aufgesteuert. Der Steuerdruck X bzw. Y des Steuerventils 6 steht über die Steuerdruckleitung 24 an der Regeleinrichtung 20 an und beaufschlagt die Regeleinrichtung 20 in die Bypassstellung 20c. Der in der Steuerleitung 12 anstehende Verbraucherdruck steht somit an der Druckwaage 8 und über das geöffnete Rückschlagventil 14 in der Lastdruckmeldeleitung 15 und somit an dem Bedarfsstromregler 4 der Pumpe 3 an. Die Pumpe 3 fördert einen entsprechend hohen Förderdruck, wodurch der Verbraucher 2 auf die vorgegebene Bewegungsgeschwindigkeit beschleunigt wird. Beim Übergang von der Beschleunigungsphase in die Antriebsphase, in der der Verbraucher einen geringeren Lastdruck aufweist und somit mit einem geringeren Betriebsdruck betätigbar ist, kann durch die in der Bypassstellung 20c beaufschlagte Regeleinrichtung 20 über die Verbindung der Steuerleitung 12 mit der Behälterleitung 21 der in der Signalleitung 12 anstehende Drucksignal absinken. Hierbei hat sich gezeigt, dass Schwingungen in der Steuerleitung 12 und somit an der Druckwaage 8 vermeiden werden können, wodurch in der Beschleunigungsphase und beim Übergang in die Antriebsphase keine Schwingungen in der Bewegung des Verbrauchers auftreten und der Verbraucher ein ruckfreies Einlaufverhalten auf die vorgegebene Bewegungsgeschwindigkeit aufweist.
  • Bei einer Änderung der Ansteuerung des Steuerventils 6, beispielsweise einer Zurücknahme des Ansteuersignals, wird die Regeleinrichtung 20 durch den in der Steuerleitung 12 anstehenden Verbraucherdruck in Richtung der Durchflussstellung 20a und der Entlastungsstellung 20b und somit einer Regelstellung beaufschlagt, wodurch das an der Druckwaage 8 anstehenden Drucksignal in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal des Steuerventils 6 geregelt wird und der Verbraucher 2 mit einem von dem Steuerdruck X bzw. Y und somit der Auslenkung des Steuerventils 6 abhängigen Drehmoment betreibbar ist. Die Verbindung zur Behälterleitung 21 ist hierbei geschlossen, wodurch geringe Verluste auftreten.

Claims (7)

1. Steuerventileinrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Verbrauchers mit einem Steuerventil und einer Druckwaage, wobei der Verbraucher mit einem von dem Ansteuersignal des Steuerventils abhängigen Betriebsdruck betreibbar ist und in einer von dem Verbraucher zu der Druckwaage geführten Signalleitung eine Regeleinrichtung zur Beeinflussung des in der Signalleitung anstehenden Drucksignals in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal des Steuerventils angeordnet ist, wobei die Regeleinrichtung eine Durchflussstellung, in der mittels der Signalleitung eine Verbindung des Verbrauchers mit der Druckwaage hergestellt ist, und eine Entlastungsstellung aufweist, in der die Verbindung des Verbrauchers mit der Druckwaage über die Signalleitung gesperrt ist und der mit der Druckwaage in Verbindung stehende Abschnitt der Signalleitung mit einem Behälter in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (20) mit einer Bypassstellung (20c) versehen ist, in der eine Verbindung des Verbrauchers (2) mit der Druckwaage (8) und eine Verbindung des mit der Druckwaage (8) in Verbindung stehenden Abschnitts der Signalleitung (12) mit einem Behälter (10) ermöglicht ist.
2. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem die Signalleitung (12) mit dem Behälter verbindenden Zweig der Bypassstellung (20c) eine Drosseleinrichtung (22) wirksam ist.
3. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (20) als in Zwischenstellungen drosselndes Dreistellungsventil ausgebildet ist.
4. Steuerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussstellung (20a) als Mittelstellung der Regeleinrichtung (20) ausgebildet ist.
5. Steuerventileinrichtung nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (20) von dem an der Druckwaage (8) anstehenden Drucksignal in Richtung der Sperrstellung (20b) und einer Feder (23) sowie dem Ansteuersignal des Steuerventils (6) in Richtung der Durchflussstellung (20a) sowie der Bypassstellung (20c) beaufschlagbar ist.
6. Steuerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Steuerventil als hydraulisch betätigbares Steuerventil (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal als Steuerdruck des Steuerventils (6) ausgebildet ist.
7. Steuerventileinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (2) als Drehwerksantrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere eines Baggers, ausgebildet ist.
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