DE10340505B4

DE10340505B4 - Ventilanordnung zur Steuerung eines Hydraulikantriebs

Info

Publication number: DE10340505B4
Application number: DE10340505A
Authority: DE
Inventors: Brian Nielsen; Poul Erik Hansen; Torben Ole Andersen
Original assignee: Sauer Danfoss ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2023-09-04
Also published as: US7080590B2; GB2405673A; GB2405673B; US20050051024A1; GB0419610D0; DE10340505A1

Abstract

Ventilanordnung (100) zur Steuerung eines Hydraulikantriebes (1), der einen ersten Arbeitsanschluß A und einen zweiten Arbeitsanschluß B aufweist, und der mit einer Druckquelle (P) verbindbar und trennbar ist, wobei der Zu- und der Abfluß zum und vom Hydraulikantrieb (1) separat steuerbar sind, der erste Arbeitsanschluß (A) mit einem ersten Steuerventil (5) und der zweite Arbeitsanschluß (B) mit einem zweiten Steuerventil (6) verbunden ist und das erste Steuerventil (5) und das zweite Steuerventil (6) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerventil (5) und das zweite Steuerventil (6) jeweils mit einem mit einem Tank (4) verbundenen dritten Steuerventil (7) verbunden sind, wobei das erste Steuerventil (5) und das zweite Steuerventil (6) als in beide Fließrichtungen steuerbare Ein/Aus-Ventile ausgebildet sind und das dritte Steuerventil (7) den Abfluß steuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Steuerung eines Hydraulikantriebes, der einen ersten Arbeitsanschluß und einen zweiten Arbeitsanschluß aufweist, und der mit einer Druckquelle verbindbar und trennbar ist, wobei der Zu- und der Abfluß zum und vom Hydraulikantrieb separat steuerbar sind, der erste Arbeitsanschluß mit einem ersten Steuerventil und der zweite Arbeitsanschluß mit einem zweiten Steuerventil verbunden ist und das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil miteinander verbunden sind.

Eine derartige Ventilanordnung ist aus DE 101 23 699 A1 bekannt. Die beiden Arbeitsanschlüsse sind über ein Ventil mit einer Druckquelle verbindbar oder trennbar. Der Zu- und der Abfluß zum und vom Hydraulikantrieb sind separat steuerbar. So wird der Zufluß durch das Ventil gesteuert. Für den Abfluß sind Stromregelventile vorgesehen. Der erste Arbeitsanschluß ist mit einem ersten Steuerventil und der zweite Arbeitsanschluß ist mit einem zweiten Steuerventil verbunden. Die beiden Steuerventile sind jeweils miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt ist über ein zum Tank hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Tank verbunden. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es zwar möglich, den Rückfluß vom Verbraucher zum Tank in gewissen Grenzen zu steuern. Hierzu ist jedoch ein nicht unerheblicher Aufwand erforderlich. Die beiden Ventile sind Bestandteil von Stromregelventilen. Jedes Stromregelventil weist eine Druckwaage auf, die notwendig ist, um den Druckabfall über das Ventil konstant zu halten. Eine Steuerung des Abflusses ist dann dadurch möglich, daß die auch als "Meßblende" bezeichneten Ventile weiter auf- oder weiter zugesteuert werden.

US 6 467 264 B1 zeigt eine hydraulische Anordnung mit einem Meßventil in einer Rückflußleitung zum Tank. Dieses Ventil ist für mehrere Verbraucher gemeinsam vorgesehen. Jeder Verbraucher weist eine in Form einer Brückenschaltung ausgeführte Ventilanordnung mit vier Steuerventilen auf. Über eine Diagonale dieser Brücke wird die Druckdifferenz zwischen einer Pumpe und dem Ventil angelegt. Über die andere Diagonale dieser Brückenschaltung wird der Verbraucher angeschlossen.

DE 43 15 626 C1 zeigt eine weitere Steuerung für einen hydraulischen Antrieb. Die Steuerung weist ein Servoventil auf, das einen Pumpenanschluß mit einem von zwei Arbeitsanschlüssen und den anderen der beiden Arbeitsanschlüsse mit einem Tankanschluß verbindet. Über dieses Servoventil werden mit Hilfe von vier Drucksensoren Druckdifferenzen abgenommen, die einem Regelkreis zuge führt werden, der letztendlich die Bewegung eines Zylinders steuert.

EP 1 281 872 A1 zeigt eine elektrohydraulische Einrichtung zur Steuerung eines doppeltwirkenden Motors. Ein Steuerventil verbindet eine Pumpe mit einem der beiden Arbeitsräume eines Zylinders und den anderen der beiden Arbeitsräume mit Tank oder umgekehrt. Eine getrennte Steuerung von Zufluß und Abfluß ist hier nicht erkennbar. Das Steuerventil ist mit einem Wegaufnehmer versehen, der ein Stellungssignal eines Steuerschiebers an einen Ventilregler weiter meldet. Der Ventilregler steuert in Abhängigkeit von dem Signal einen Doppelhubmagneten an, der den Ventilschieber bewegt.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Ventilanordnungen zur Steuerung von hydraulischen Antrieben bekannt, bei denen die Steueröffnungen zur Steuerung des Zu- und des Abflusses zum und vom Hydraulikantrieb mechanisch oder hydraulisch miteinander verbunden sind. Solche Ventilanordnungen haben jedoch den Nachteil, dass am Arbeitsanschluss, der dem Zufluss dient, eine Kavitation auftreten kann. Die Kavitation und eine zu hohe Geschwindigkeit des zuflussgesteuerten Antriebes wird bisher durch eine starke Drosselung des Abflusses des Hydraulikantriebes vermieden. Diese starke Drosselung hat jedoch einen schlechten energetischen Wirkungsgrad zur Folge. Zur Lösung dieser Probleme wurden Ventilanordnungen, mit denen der Zu- und der Abfluss zum und vom Hydraulikantrieb separat gesteuert werden können, in der EP 0 809 737 B1 , US 5 138 838 A , US 5 568 759 A und der US 5 960 695 A vorgeschlagen. Diese Lösungen erfüllen jedoch nicht die hohen Anforderungen an niedrige Leckströme an den Arbeitsanschlüssen, wenn die Ventile nicht betrieben werden. Wenn eine von dem hydraulischen Antrieb zu bewegende Last und die Geschwindigkeit des Antriebes in dieselbe Richtung wirken, wird durch die in den genannten Veröffentlichungen vorgeschlagenen Lösungen die Geschwindigkeit dadurch kontrolliert, dass der Antrieb mit einem relativ hohen Öldruck beaufschlagt wird, was jedoch ebenfalls zu einem schlechten Wirkungsgrad führt. Die US 4 840 111 und die US 6 467 264 B1 ersuchen dieses letztgenannte Problem dadurch zu lösen, dass sie auf einen hohen Öldruck aus der Versorgungsleitung verzichten. Jedoch erfordern diese Lösungsvorschläge einen unnötig hohen Druck in der Tankleitung, um die Kavitation beim Senken der Last zu vermeiden und gleichzeitig keine Hydraulikflüssigkeit aus der Pumpleitung zu benötigen. Aus dem hohen Druck in der Tankleitung ergibt sich jedoch durch Drosselverluste wieder ein schlechter energetischer Wirkungsgrad.

Die Erfindung hat die Aufgabe bei einer Ventilanordnung der eingangs genannten Art den energetischen Wirkungsgrad deutlich zu verbessern.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil jeweils mit einem mit einem Tank verbundenen dritten Steuerventil verbunden sind, wobei das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil als in beide Fließrichtungen steuerbare Ein/Aus-Ventile ausgebildet sind und das dritte Steuerventil den Abfluß steuert.

Somit ist es möglich, die beiden Arbeitsanschlüsse durch entsprechende Schaltung des ersten und des zweiten Steuerventils hydraulisch miteinander zu verbinden, so dass die Hydraulikflüssigkeit von einem Arbeitsanschluss aus dem Hydraulikantrieb kommend zum anderen Arbeitsanschluss in den Hydraulikantrieb zurückgespeist wird. Dies ist besonders beim Senken einer auf den Hydraulikantrieb wirkenden Last von Vorteil, da dann kein Pumpendruck mehr auf den Hydraulikantrieb aufzubringen ist. Durch das dritte Steuerventil ist außerdem eine Steuerung der Geschwindigkeit des Hydraulikantriebes möglich. Möchte man die Absenkgeschwindigkeit reduzieren, so wird das dritte Steuerventil, das zur Tankleitung führt, etwas weiter geschlossen. Möchte man hingegen die Absenkgeschwindigkeit erhöhen, so wird das dritte Steuerventil etwas mehr geöffnet, so dass jetzt mehr Hydraulikflüssigkeit in den Tank abfließen kann, und stattdessen weniger Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikantrieb zurückgespeist wird. Das Rückspeisen der Hydraulikflüssigkeit von einem Arbeitsanschluss zum anderen Arbeitsanschluss ist jedoch auch beim Anheben einer auf den Hydraulikantrieb wirkenden Last vorteilhaft. Um die Last zu heben, wird der Hydraulikantrieb an dem entsprechenden Arbeitsanschluss mit einem be stimmten Druck durch die Pumpe beaufschlagt, so dass infolge der Bewegung des Hydraulikantriebs am anderen Arbeitsanschluss Hydraulikflüssigkeit abfließt, die über die ersten und zweiten Steuerventile zu dem für den Zufluss bestimmten Arbeitsanschluss zurückgespeist wird. Außerdem ist es möglich, die ersten oder zweiten Steuerventile entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit zu drosseln. Somit ist es durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung möglich, sowohl beim Heben wie auch beim Senken einer Last infolge der Rückspeisung der Hydraulikflüssigkeit von einem Arbeitsanschluss an den anderen Arbeitsanschluss erheblich an Energie einzusparen, wodurch der energetische Wirkungsgrad deutlich verbessert wird. Alternativ zum dritten Steuerventil kann auch ein Druckentlastungsventil, das auf den Druck am ersten Arbeitsanschluss einstellbar ist, vorgesehen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste, zweite und dritte Steuerventil ein 2/2-Wegeventil. Diese 2/2-Wegeventile sind einfache Standardkomponenten, so dass die Ventilanordnung preisgünstig zu realisieren ist.

Zur Messung eines Druckes am ersten Arbeitsanschluss weist die Ventilanordnung zweckmäßigerweise einen ersten Drucksensor und am zweiten Arbeitsanschluss einen zweiten Drucksensor auf. Außerdem ist es sinnvoll, wenn das dritte Steuerventil mit einem Wegaufnehmer versehen ist und wenn in einer Tankleitung zwischen dem Tank und dem dritten Steuerventil ein dritter Drucksensor angeordnet ist. Somit können die jeweils erforderlichen Ventilöffnungen genau auf die jeweils erforderlichen Betriebsbedingungen eingestellt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilanordnung ein den Zufluss steuerndes Steuerventil, das ein 3/3-Wegeventil ist, auf. Dieses 3/3-Wegeventil ist ebenso ein einfaches und somit kostengünstiges Standardbauteil, mit dem bestimmte Drosselstellungen zur genauen Einstellung der Ventilanordnung zuverlässig realisierbar sind.

Zweckmäßigerweise ist das den Zufluss steuernde Steuerventil mit einem Wegeaufnehmer versehen. Außerdem kann in einer Pumpleitung zwischen der Pumpe und dem den Zufluss steuernden Steuerventil ein vierter Drucksensor angeordnet sein. Somit lässt sich durch das den Zufluss steuernde Steuerventil, durch den Wegaufnehmer und durch den vierten Drucksensor die Zuflussmenge zum Hydraulikantrieb entsprechend momentan gewünschten Betriebsbedingungen präzise einstellen.

Die Ventilanordnung kann zwei Zuflussstränge aufweisen, durch die der Hydraulikantrieb mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. Außerdem kann in jedem Zuflussstrang ein Rückflussverhinderer, der beispielsweise ein Rückschlagventil sein kann, angeordnet sein. Durch die Rückflussverhinderer werden ein unerwünschtes Absenken einer anzuhebenden Last durch Vermeiden eines unerwünschten Leckstroms von dem einen Arbeitsanschluss zum anderen Arbeitsanschluss verhindert.

Vorteilhafterweise kann die Ventilanordnung zur Zuflusssteuerung mit einem mechanischen Differenzdruck regler oder einer elektronischen Mess- und Regeleinrichtung zur Regelung des hydraulischen Zuflusses zum Hydraulikantrieb versehen sein.

Die Steuerventile können direkt und/oder durch eine Drucksteuerung und/oder durch eine Steuerung der Ventilstellung einstellbar sein. Dadurch eignet sich die Ventilanordnung besonders gut, um sie für bestimmte Betriebsarten programmieren zu können.

Vorzugsweise weist die Ventilanordnung mindestens eine elektronische Einrichtung zur Regelung des Durchflusses auf. Somit können mehrere gewünschte Betriebsarten der Ventilanordnung programmiert und bei Bedarf ausgeführt werden.

Zweckmäßigerweise können in der elektronischen Einrichtung folgende Programmschritte ablaufen:

– Bestimmung eines Differenzdruckes zwischen einem Druck in der Pumpleitung und einem Druck am Arbeitsanschluss;
– Rückführung des Differenzdruckes an ein inverses Ventilmodell zur Bestimmung der gewünschten Ventilöffnung;
– Berechnung einer Differenz zwischen einer gewünschten und einer gemessenen Ventilöffnung.

Die Ventilanordnung kann mindestens einen Mikroprozessor, der mit dem Drucksensor am ersten Arbeitsanschluss und mit dem dritten Steuerventil zusammenarbeitet, zur Regelung des Abflusses zum Tank aufweisen. Durch den Mikroprozessor kann die Ventilanordnung ebenfalls für bestimmte Betriebsarten programmiert werden, insbesondere um eine Kavitation am ersten Arbeitsanschluss zu vermeiden. Der Mikroprozessor kann selbstverständlich auch mit anderen Sensoren und Ventilen zusammenarbeiten. Es hängt von der gewählten Anwendung ab, welche Verbindungen zwischen dem Mikroprozessor, den Ventilen und den Sensoren zweckmäßig sind.

Um den gesamten Aufbau der Ventilanordnung möglichst einfach zu gestalten, kann die Ventilanordnung in einem oder mehreren Ventilblöcken zusammengefasst sein.

Vorteilhafterweise kann die Ventilanordnung mit einem Hydraulikmotor verbunden sein, der ein Rotations- oder ein Translationsmotor ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;

2 eine schematische Darstellung einer elektronischen Einrichtung zur Ventilregelung.

1 zeigt eine Ventilanordnung 100 zur Steuerung eines hydraulischen Antriebs 1. Die Ventilanordnung 100 weist ein Steuerventil 2, das ein 3/3-Wegeventil ist, und Steuerventile 5, 6 und 7, die 2/2-Wegeventile sind, auf. Über eine Pumpe P wird durch das Steuerventil 2 und Rückflussverhinderer 3, die als Rückschlagventile ausgebildet sind, Hydraulikflüssigkeit zu den Arbeitsanschlüssen A oder B des Hydraulikantriebes 1 gefördert. Der Rückfluss aus dem Hydraulikantrieb 1 zurück zu einem Tank 4 erfolgt durch die Steuerventile 5, 6 und 7. Die Steuerventile 5 und 6 sind in beiden Fließrichtungen als Rückschlagventile steuerbar, um einen unerwünschten Leckstrom vom Arbeitsanschluss A zum Arbeitsanschluss B und von den Arbeitsanschlüssen A und B zum Tank 4 zu verhindern. Zusammen mit den Rückschlagventilen 3 ist der Leckstrom an den Arbeitsanschlüssen A und B vernachlässigbar gering. Ferner verhindern die Rückflussverhinderer 3, dass die Last beim Anheben plötzlich absinken kann. Die Steuerventile 2, 5, 6 und 7 sind beispielsweise mit einem Magnetspulenantrieb ausgestattet. Es sind jedoch auch andere Antriebsmöglichkeiten für die Steuerventile 2, 5, 6 und 7 möglich. Ebenso können die Steuerventile 2, 5, 6 und 7 beispielsweise durch einen hydraulischen Steuerdruck betätigt werden. Sie können also als pilotgesteuerte hydraulische Ventile ausgebildet sein. Außerdem sind die Steuerventile 2, 5, 6 und 7 mit einer Rückstellfeder versehen, um bei einem Ausfall des Ventilantriebes den Durchfluss zu unterbrechen. Ferner ist das Steuerventil 2 mit einem Wegaufnehmer 9 und das Steuerventil 7 mit einem Wegaufnehmer 8 versehen. Zwischen der Pumpe P und dem Steuerventil 2 ist ein Drucksensor 14, an den Arbeitsanschlüssen A und B ein Drucksensor 11 und 12 und zwischen dem Tank 4 und dem Steuerventil 7 ein Drucksensor 13 angeordnet. Ein Mikroprozessor 10 arbeitet zur Ansteuerung des Steuerventils 7 mit dem Drucksensor 11 zusammen. Der Mikroprozessor kann auch mit anderen Sensoren zusammenarbeiten, beispielsweise mit allen Sensoren. Allerdings sind nicht immer alle in der Figur gezeigten Sensoren notwendig. Welche Sensoren sinnvoll sind, hängt von der gewählten Anwendung ab.
2 zeigt eine Einrichtung 200 zur Messung und Regelung des Durchflusses, die hier zur Messung und Regelung des Zuflusses zum Hydraulikantrieb 1 verwendet wird. Die Drucksensoren 11 und 14 messen am Arbeitsanschluss A einen Druck P_a und am Druckanschluss P einen Druck P_p. In einer Auswerteeinheit 201 wird der Differenzdruck aus den beiden Drücken P_p und P_a ermittelt. Der ermittelte Differenzdruck wird an ein inverses Ventilmodell zur Bestimmung der gewünschten Ventilöffnung zurückgeführt, damit die gewünschte Ventilöffnung A_r für einen gewünschten Durchfluss Q_r berechnet werden kann. Eine Größe k stellt eine Ventilkonstante dar. Aufgrund der inversen Fließcharakteristik x_r = f(A_r) ist es möglich, die gewünschte Ventilstellung x_r zu bestimmen. Eine Einrichtung 202 zur Veränderung der Ventilstellung verwendet eine Differenz zwischen der gewünschten Ventilstellung x_r und der gemessenen Ventilstellung x. Wenn x = x_r, dann ist unabhängig von dem durch eine Last L erzeugten Druck der Referenzdurchfluss Q_r gleich dem zu regelnden Durchfluss Q. Für diese Regelung der Ventilstellung werden die Drucksensoren 11 und 14 und der Wegeaufnehmer 9 benötigt. Wenn eine Last L am Hydraulikantrieb 1 entgegen der Bewegungs richtung wirkt, wird auch der Drucksensor 12 (1) benötigt.
Mit der relativ einfachen Ventilanordnung 100 und der Ventilsteuerung 200 sind eine Reihe vielfältiger Betriebsarten möglich. In einer ersten Betriebsart kann die Hydraulikflüssigkeit von P zum Arbeitsanschluss A und vom Arbeitsanschluss B nach T fließen. Bei einer ersten Möglichkeit zur Steuerung der Durchflussmenge wird das den Zufluss steuernde Steuerventil 2 entsprechend der gewünschten Durchflussmenge eingestellt, um den Zufluss zum Arbeitsanschluss A zu bestimmen. Das Steuerventil 7 kann entsprechend der gewünschten Abflussmenge ebenfalls entsprechend eingestellt werden, um die Menge, die in den Tank 4 zurückfließen soll festzulegen. Das Steuerventil 5 ist in dieser Betriebsart geschlossen und das Steuerventil 6 ist geöffnet, um einen direkten Durchfluss vom Arbeitsanschluss B zum Tank 4 zu ermöglichen. Bei dieser Betriebsart kann der Durchfluss beispielsweise durch eine Durchflussmengensteuerung, eine Steuerung der Stellung des Hydraulikantriebs und eine Drucksteuerung erfolgen. Weitere dem Fachmann geläufige Steuerungsmöglichkeiten sind jedoch mit der Ventilanordnung 100 ebenfalls möglich. Hier werden im folgenden die Durchflussmengensteuerung, die Steuerung der Ventilstellung und die Drucksteuerung beschrieben.
Die Steuerung der Durchflussmenge wird häufig bei mobilen Anwendungen, wie beispielsweise bei Baggern oder Kranen, bevorzugt verwendet, weil dann ein Bediener die Geschwindigkeit unabhängig von der zu hebenden oder zu senkenden Last verändern kann. Bei der Durchflussmen gensteuerung wird der zum Arbeitsanschluss A strömende Durchfluss gesteuert. Die Steuerung der Zuflussmenge kann entweder auf konventionelle Weise durch eine hier nicht näher dargestellte mechanische Differenzdrucksteuerung erfolgen, oder, wie in 2 beschrieben, durch eine elektronische Einrichtung 200 zur Messung und Regelung der Durchflussmenge. Um zu vermeiden, dass die zu bewegende Last L selbständig davoneilt, und eine Kavitation hervorruft, muss der Druck am Arbeitsanschluss A durch das den Abfluss steuernde Steuerventil 7 auf einem bestimmten Niveau gehalten werden. Dies kann entweder elektronisch durch den Drucksensor 11 und den Mikroprozessor 10 erfolgen, oder alternativ durch ein hier nicht näher dargestelltes mechanisch wirkendes Druckentlastungsventil, das das Steuerventil 7 ersetzt. Bei dem Druckentlastungsventil wird der am Arbeitsanschluss A wirkende Druck P_a voreingestellt.
Eine zweite Möglichkeit zur Steuerung der Durchflussmenge kann durch das Steuerventil 7 geschehen. In diesem Fall muss der am Arbeitsanschluss B herrschende Druck P_b hoch genug sein, um den erforderlichen Durchfluss durch das Ventil 7 sicherzustellen. Deshalb steuert das Steuerventil 2 den am Arbeitsanschluss B herrschenden Druck P_b mittels des Drucksensors 12 und dem Mikroprozessor 10. Um eine Kavitation am Arbeitsanschluss A zu vermeiden, wird das den Zufluss steuernde Steuerventil 2 ebenfalls dazu verwendet, den am Arbeitsanschluss A herrschenden Druck P_a auf einem bestimmten Niveau zu halten. Die Abflussmenge aus dem Hydraulikantrieb 1 kann entsprechend der in 2 dargestellten Regelung erfolgen. In diesem Fall ergibt sich der Differenzdruck aus der Differenz zwischen dem am Arbeitsanschluss B herrschenden Druck P_b und dem mit dem Drucksensor 13 gemessenen Druck P_t. Die Ventilstellung des Steuerventils 7 wird durch den Wegaufnehmer 8 ermittelt. Wenn P_t niedrig, bekannt oder konstant ist, dann kann der Drucksensor 13 entfallen. Die Drucksensoren 11 und 12 sind jedoch erforderlich, um die Durchflussmenge in beide Fließrichtungen zu steuern.
Bei automatisch gesteuerten Hydraulikeinrichtungen wird häufig eine Steuerung der Stellung des Hydraulikantriebs verwendet. Dabei wird die Geschwindigkeit indirekt über die Steigung eines Referenz-Stellungs-Profils gesteuert. Um zu verhindern, dass die Last selbständig davoneilt und eine Kavitation auslöst, kann das den Zufluss steuernde Ventil 2 die Stellung des Hydraulikantriebes 1 steuern, und das den Abfluss steuernde Ventil 7 den Druck, der am Arbeitsanschluss B herrscht. Alternativ ist es zur Steuerung der Stellung des Hydraulikantriebes 1 auch möglich, dass das den Abfluss steuernde Ventil 7 die Stellung des Hydraulikantriebes 1 steuert, und das den Zufluss steuernde Ventil 2 verwendet wird, um den Druck am Arbeitsanschluss B auf einem ausreichenden Druckniveau zu halten. Um ein Davoneilen der Last L und eine Kavitation am Arbeitsanschluss A zu vermeiden, wird das den Zufluss steuernde Steuerventil 2 ebenfalls dazu verwendet, um den am Arbeitsanschluss A herrschenden Druck P_a auf einem bestimmten Niveau zu halten.
Bei einer Drucksteuerung ist es möglich, sowohl den Druck P_a am Arbeitsanschluss A und den Druck P_b am Arbeitsanschluss B zu steuern. Wenn der Differenzdruck aus P_b und P_a zum Antreiben des Hydraulikantriebes 1 gesteuert wird, kann P_a oder P_b niedrig gehalten werden, um Energie zu sparen und somit den energetischen Wirkungsgrad günstig zu halten.
Wenn in der Ventilanordnung 100 (1) die Hydraulikflüssigkeit von P nach B und von A nach T fließt, können die für einen Durchfluss von P nach A und B nach T beschriebenen Steuermöglichkeiten ebenfalls angewendet werden. Der einzige Unterschied ist nur, dass dann das Steuerventil 2 den Durchfluss zum Arbeitsanschluss B und das den Abfluss steuernde Steuerventil 7 den Abfluss vom Arbeitsanschluss A zurück zum Tank 4 steuert. Das Steuerventil 5 ist dann geöffnet und das Steuerventil 6 geschlossen, um einen Abfluss vom Arbeitsanschluss A zum Tank 4 zu ermöglichen.
In einer weiteren Betriebsart werden unerwünschte Leckströme vermieden. Leckströme sind beispielsweise dann unerwünscht, wenn der Hydraulikantrieb 1 die Last L für eine längere Zeit in einer bestimmten Position halten soll. Dies wird durch die Rückflussverhinderer 3 und die ebenfalls als Rückflussverhinderer einstellbaren Steuerventile 5 und 6 erreicht, indem sie den Durchfluss sperren. Die Steuerventile 2 und 7 sind ebenfalls geschlossen.
In einer alternativen Betriebsart, bei der der Hydraulikantrieb 1 nicht unter einem durch die Pumpe P erzeugten Druck steht, kann die Hydraulikflüssigkeit durch das Eigengewicht der zu senkenden Last L durch die Hydraulikleitungen gedrückt werden. Dazu unterbricht das Steuerventil 2 den Zufluss und die Steuerventile 5, 6 und 7 sind geöffnet. Dadurch sind die Ar beitsanschlüsse A und B miteinander und mit dem Tank 4 verbunden, so dass an den Arbeitsanschlüssen A und B gemeinsam der niedrige Tankdruck herrscht.
Eine andere Betriebsart, beispielsweise bei einer ruckartigen Zugbewegung, wird erreicht, indem man die Zylinderstellung des Hydraulikantriebs 1 steuert und eine Druckentlastung vorsieht. Eine derartige Betriebsart tritt beispielsweise bei einem Traktor auf, insbesondere bei der Steuerung der Ackerschiene eines Traktors, die z.B. einen Pflug trägt. Für die Steuerung der Zylinderstellung wird zum Heben der Last L dem Hydraulikantrieb 1 am Arbeitsanschluss A Hydraulikflüssigkeit zugeführt und zum Senken der Last L Hydraulikflüssigkeit vom Arbeitsanschluss A über die Steuerventile 5 und 6 dem Arbeitsanschluss B zurückgeführt. Eine Drucksteuerung hält den Druck P_b mittels des Steuerventils 7 unterhalb eines bestimmten Druckniveaus. Das Steuerventil 2 führt dem Hydraulikantrieb 1 Hydraulikflüssigkeit zu, wobei der Druck P_a auf einem unteren Druckniveau gehalten wird, um eine Kavitation zu vermeiden. Für diese Betriebsart werden ebenfalls die Drucksensoren 11 und 12 und die Wegaufnehmer 8 und 9 benötigt.
Bei einer ebenfalls möglichen Betriebsart wird zum Absenken einer Last L weder ein von der Pumpe erzeugter Durchfluss noch ein von der Pumpe erzeugter Druck benötigt, so dass Energie gespart wird. Der Durchfluss wird direkt durch Verbinden der Arbeitsanschlüsse A und B mittels Öffnen der Ventile 5 und 6 sichergestellt. Die Zylindergeschwindigkeit des Hydraulikantriebs 1 wird durch eine Abflusssteuerung mittels des Ventils 7 beeinflusst. Das Steuerventil 2 ist während dieses Vor ganges geschlossen. Für diese Betriebsart werden der Drucksensor 11 und, wenn der Durchfluss sehr genau gesteuert werden soll, auch der Drucksensor 13 benötigt, zusammen mit dem Wegaufnehmer 8, um die Abflussmenge zu steuern. Um einen zu starken Druckabfall zu vermeiden, können die Steuerventile 5 und 6 gedrosselt werden.
Die Rückspeisung von einem Arbeitsanschluss an den anderen Arbeitsanschluss kann ebenfalls beim Anheben der Last L verwendet werden. Durch die Verbindung des Arbeitsanschlusses A mit dem Arbeitsanschluss B wird die Zylindergeschwindigkeit erhöht, da zusätzlich zum Rückfluss vom Arbeitsanschluss B zum Arbeitsanschluss A durch Öffnen oder Drosseln des Steuerventils 2 der von der Pumpe geförderte Durchfluss am Arbeitsanschluss A hinzukommt. Bei dieser Betriebsart wird das Ventil 7 geschlossen. Wenn eine niedrigere Geschwindigkeit gewünscht wird, kann das Steuerventil 7 in einer Drosselstellung geöffnet werden, so dass Hydraulikflüssigkeit zum Tank 4 fließt. Um zu vermeiden, dass die Last L nicht selbständig davoneilt, können die Steuerventile 5 oder 6 gedrosselt werden. Durch die Verwendung der Steuerventile 5 und 6, des Mikroprozessors 10 und des Drucksensors 11 ist es möglich, den Druck P_a am Arbeitsanschluss A auf einem bestimmten Druckniveau zu halten.

Claims

Ventilanordnung (100) zur Steuerung eines Hydraulikantriebes (1), der einen ersten Arbeitsanschluß A und einen zweiten Arbeitsanschluß B aufweist, und der mit einer Druckquelle (P) verbindbar und trennbar ist, wobei der Zu- und der Abfluß zum und vom Hydraulikantrieb (1) separat steuerbar sind, der erste Arbeitsanschluß (A) mit einem ersten Steuerventil (5) und der zweite Arbeitsanschluß (B) mit einem zweiten Steuerventil (6) verbunden ist und das erste Steuerventil (5) und das zweite Steuerventil (6) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerventil (5) und das zweite Steuerventil (6) jeweils mit einem mit einem Tank (4) verbundenen dritten Steuerventil (7) verbunden sind, wobei das erste Steuerventil (5) und das zweite Steuerventil (6) als in beide Fließrichtungen steuerbare Ein/Aus-Ventile ausgebildet sind und das dritte Steuerventil (7) den Abfluß steuert.
Ventilanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (5, 6, 7) 2/2-Wegeventile sind.
Ventilanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten Drucksensor (11) zur Messung eines Druckes am ersten Arbeitsanschluss (A) aufweist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Drucksensor (12) zur Messung eines Druckes am zweiten Arbeitsanschluss (B) aufweist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Tankleitung zwischen dem Tank (4) und dem dritten Steuerventil (7) ein dritter Drucksensor (13) angeordnet ist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Steuerventil (7) einen Wegaufnehmer (8) aufweist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein den Zufluss steuerndes Steuerventil (2), das ein 3/3-Wegeventil ist, aufweist.
Ventilanordnung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das den Zufluss steuernde Steuerventil (2) einen Wegaufnehmer (9) aufweist.
Ventilanordnung (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Pumpleitung zwischen einer Pumpe (P) und dem den Zufluss steu ernden Steuerventil (2) ein vierter Drucksensor (14) angeordnet ist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Zuflussstränge durch die der Hydraulikantrieb (1) mit Hydraulikflüssigkeit versorgbar ist, aufweist, und in jedem Zuflussstrang ein Rückflussverhinderer (3) angeordnet ist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (2, 5, 6, 7) direkt und/oder durch eine Drucksteuerung und/oder durch eine Wegesteuerung einstellbar sind.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mechanischen Differenzdruckregler zur Regelung des Zuflusses zum Hydraulikantrieb aufweist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektronische Einrichtung (200) zur Regelung des Zuflusses zum Hydraulikantrieb aufweist.
Ventilanordnung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen der folgenden Programmschritte durchführt: – Bestimmung eines Differenzdruckes zwischen einem Druck in einer Pumpenleitung und einem Druck am Arbeitsanschluss (A); – Rückführung des Differenzdruckes an ein inverses Ventilmodell zur Bestimmung der gewünschten Ventilöffnung; – Berechnung einer Differenz zwischen einer gewünschten und einer gemessenen Ventilöffnung.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Mikroprozessor (10), der mit dem Drucksensor (11) zusammenarbeitet, zur Regelung des Abflusses zum Tank (4) aufweist.
Ventilanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem oder mehreren Ventilblöcken zusammengefasst ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Rotations- oder einem Translationsmotor verbunden ist.