DE19844795A1 - Elektrohydraulische Einrichtung zur Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Hubzylinders - Google Patents
Elektrohydraulische Einrichtung zur Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen HubzylindersInfo
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Abstract
Es wird eine elektrohydraulische Einrichtung (10, 40) zur Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Hubzylinders (11) vorgeschlagen, der beim Heben von einer Konstantpumpe (12) über ein Rückschlagventil (15) mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei ein Teil des hydraulischen Volumenstroms von der Konstantpumpe (12) über ein in eine Bypassleitung (17) geschaltetes Proportionaldrosselventil (18) zum Tank (13) abführbar ist. Die beim Senken abgeschaltete Konstantpumpe (12) ist nur beim Heben eingeschaltet und wird daher mit konstanter Drehzahl von einem Gleichstrommotor (21) angetrieben, dessen elektrischer Motorstrom von einem Stromsensor (25) gemessen wird. Diese Meßgröße Motorstrom ist proportional zum Druck im Hubzylinder (11) und ermöglicht eine elektronisch lastkompensierte Steuerung des Hubzylinders (11), die auch beim Senken weitgehend wirksam ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen
Einrichtung zur Geschwindigkeitssteuerung eines
hydraulischen Hubzylinders nach der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.
Es ist schon eine solche elektrohydraulische Einrichtung zur
Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Hubzylinders
aus der DE 41 40 409 A1 bekannt, mit der eine
lastdruckunabhängige Steuerung beim Heben und Senken des
Hubzylinders möglich ist. Dabei wird das Senken bei
abgeschalteter Konstantpumpe mit einem
Proportionaldrosselventil durchgeführt, dessen elektrische
Ansteuersignale in einer elektronischen Steuereinrichtung
erzeugt und korrigiert werden. Zu diesem Zweck sind in der
elektronischen Steuereinrichtung Durchflußkennlinien des
Proportionaldrosselventils gespeichert und ein
elektrohydraulischer Drucksensor liefert lastabhängige
Signale an das elektronische Steuergerät. Obwohl eine
derartige elektronische Lastkompensation eine Reihe von
Vorteilen aufweist, ist diese Einrichtung in mancher
Hinsicht nicht optimal. So werden hier zwei
Proportionalventile verwendet, von denen eines als
Proportionaldrosselventil und das andere als
Proportionaldruckventil ausgebildet sind; ferner ist eine
verstellbare Meßblende für die Hebefunktion vorgesehen. Der
Ventilaufwand ist deshalb insgesamt gesehen relativ hoch.
Außerdem wird ein elektrohydraulischer Drucksensor für das
lastabhängige Signal verwendet, der ebenfalls ein relativ
aufwendiges und teueres Bauelement darstellt.
Ferner ist aus der DE 196 31 804 A1 eine elektrohydraulische
Einrichtung zur Geschwindigkeitssteuerung eines
hydraulischen Hubzylinders bekannt, bei der eine
reversierbare Konstantpumpe über ein Rückschlagventil einen
Hubzylinder beaufschlagt, wobei ein Teil der Förderung der
Konstantpumpe wenigstens zeitweise über eine Verstelldrossel
in einer Bypaßleitung zum Tank zurückgeführt wird. Von
Nachteil hier ist, daß die Konstantpumpe von einem
Asynchronmotor angetrieben wird, dessen Drehzahl über einen
Frequenzumrichter veränderbar ist, wobei zur
Energieversorgung ein Drehstromnetz erforderlich ist. Eine
elektronische Steuerung steuert dabei die Verstelldrossel
anfangs vollkommen auf und mit zunehmender Drehzahl der
Konstantpumpe wird deren Durchflußquerschnitt zugesteuert;
dies hat den Nachteil, daß in dem Bereich der Steuerung mit
Teilförderung zum Tank keine lastdruckkompensierte Steuerung
möglich ist. Zudem baut die Einrichtung relativ aufwendig
und teuer und arbeitet nicht als Regelkreis.
Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Einrichtung zur
Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Hubzylinders
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat
demgegenüber den Vorteil, daß sie eine lastdruckkompensierte
Geschwindigkeitssteuerung eines Hubzylinders ermöglicht,
wobei ein Proportionaldrosselventil in Sitzventilbauart im
Verbund mit einer Elektropumpe arbeitet und über einen
Sollwertsteller die Geschwindigkeit des Hubzylinders
vorgebbar ist, wobei die Einrichtung mit relativ geringem
Aufwand baut und energiesparend arbeitet. Dabei läßt sich
die lastdruckkompensierte proportionale
Geschwindigkeitssteuerung sowohl für Heben als auch für
Senken mit nur einem einzigen Proportionaldrosselventil
erreichen. Weiterhin läßt sich durch die Steuerung und die
Messung der Stromaufnahme der Elektropumpe entsprechend der
Wunschgeschwindigkeit des Hubzylinders eine
Energieeinsparung erzielen. Dabei ist der Einsatz eines
nicht lastkompensierten Proportionaldrosselventils möglich,
das jedoch zusammen mit der Elektronik eine lastkompensierte
Steuerung erlaubt. Die Lastkompensation erfolgt dabei in der
elektronischen Steuereinrichtung über die Software. Auch bei
der Funktion Senken kann bei abgeschalteter Konstantpumpe
der Lastdruck erkannt und für einen lastkorrigierten
Senkvorgang genutzt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Anspruch 1 angegebenen elektrohydraulischen Einrichtung zur
Geschwindigkeitssteuerung möglich. Äußerst einfache,
kostengünstige und vorteilhafte Lösungen ergeben sich, wenn
als Stromsensor ein einfacher Meßwiderstand verwendet wird
und wenn der Elektromotor als einfacher Gleichstrommotor
ausgeführt ist. Ferner ist es besonders günstig, wenn gemäß
Anspruch 5 in der elektrischen Steuereinrichtung die
Leistung des Elektromotors überwacht wird und damit ein
Überlastschutz ausgeführt wird. Auf einfache Weise kann
dabei ein Abschalten des Elektromotors über sein
zugeordnetes Relais durch die Software in der elektronischen
Steuereinrichtung vorgenommen werden. Auf diese Weise wird
ein sonst übliches hydraulisches Druckbegrenzungsventil
eingespart. Weiterhin ist es günstig, wenn die
elektrohydraulische Einrichtung zur
Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Hubzylinders
nach einem der Verfahren nach Anspruch 10 bis 13 betrieben
wird. Eine besonders optimale Lastkompensation läßt sich
dabei nach Anspruch 11 erreichen, wenn vor einem
Senkvorgang bei einem kurzen Meßhub in Richtung Heben ein
genaues Lastsignal ermittelt wird. Besonders zweckmäßig ist
es, wenn dabei gemäß Anspruch 12 während des Meßhubs
zusätzlich das Proportionaldrosselventil gesteuert wird, um
die Größe des Meßhubes möglichst gering zu halten. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen
Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der
elektrohydraulischen Einrichtung zur
Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Hubzylinders
in stark vereinfachter Darstellung und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer gegenüber Fig. 1
mehr im Detail dargestellten elektrischen Steuereinrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine elektrohydraulische Einrichtung 10
zur Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen
Hubzylinders 11, der hier als einfachwirkender
Arbeitszylinder ausgebildet ist, wie er in Hubwerken zum
Heben und Senken von Lasten, insbesondere in Staplern,
verwendet wird. Die Einrichtung 10 weist eine hydraulische
Konstantpumpe 12 auf, die Druckmittel aus einem Tank 13
ansaugt und deren Druckseite über eine Arbeitsleitung 14 mit
dem Hubzylinder 11 verbunden ist. In die Arbeitsleitung 14
ist ein die Last am Hubzylinder 11 absicherndes
Rückschlagventil 15 geschaltet. Ferner ist die Druckseite
der Konstantpumpe 12 über ein Druckbegrenzungsventil 16
hydraulisch abgesichert. Von der Arbeitsleitung 14 im
Bereich zwischen Rückschlagventil 15 und Hubzylinder 11
zweigt eine Bypaßleitung 17 ab, die über ein
Proportionaldrosselventil 18 zum Tank 13 geführt ist. Das
Proportionaldrosselventil 18 ist zum sicheren Absperren des
Hubzylinders 11 in Sitzventilbauart ausgeführt und sichert
in einer federzentrierten Ausgangsstellung 19 die Last am
Hubzylinder 11 ab.
Die Konstantpumpe 12 wird mechanisch von einem Elektromotor
21 angetrieben, der hier als einfacher Gleichstrommotor
ausgeführt ist. Der Elektromotor 21 wird von einer
elektrischen Steuereinrichtung 22 angesteuert, wobei in die
elektrische Verbindung zu dessen beiden Anschlußklemmen 23
und 24 ein Stromsensor 25 geschaltet ist. Dieser Stromsensor
25 ist in einfachster Weise als Meßwiderstand ausgeführt,
wobei die von ihm ermittelte Meßgröße, nämlich der zum
Elektromotor 21 fließende Strom, an die elektrische
Steuereinrichtung 22 zurückgemeldet wird. Die elektrische
Steuereinrichtung 22 steht ferner mit einem Sollwertsteller
26 in Verbindung, mit dem ein Sollwert für die
Geschwindigkeit des Hubzylinders 11 bei seinem Heben und
Senken vorgebbar ist. Ferner werden in der elektrischen
Steuereinrichtung 22 die Ansteuersignale in Form von
elektrischen Strömen für das Proportionaldrosselventil 18
erzeugt und korrigiert, weshalb die Steuereinrichtung 22
über eine elektrische Steuerleitung 27 mit dem Magnetantrieb
28 des Proportionaldrosselventils 18 in Verbindung steht. In
der elektrischen Steuereinrichtung 22 sind die Funktionen
der Energieversorgung, eines Reglers, eines Rechners sowie
eines elektronischen Speichers integriert, wobei die
Steuereinrichtung in an sich bekannter Weise in
Mikroprozessortechnik ausgeführt werden kann.
Die Wirkungsweise der elektrohydraulischen Einrichtung 10
wird in vereinfachter Form wie folgt erläutert:
Wird die elektrohydraulische Einrichtung 10 nicht betätigt, so befindet sich der Hebel des Sollwertstellers 26 in seiner Mittelstellung und die elektrische Steuereinrichtung 22 erhält kein Signal. Der Elektromotor 21 ist abgeschaltet und die Konstantpumpe 12 steht still. Die Last 29 am Hubzylinder 11 wird gehalten, da der Hubzylinder 11 von dem Rückschlagventil 15 in der Arbeitsleitung 14 und andererseits vom Sitzventil im Proportionaldrosselventil 18 in der Bypaßleitung 17 sicher hydraulisch abgesperrt wird. Beim Halten der Last 29 wird somit keine Energie verbraucht.
Wird die elektrohydraulische Einrichtung 10 nicht betätigt, so befindet sich der Hebel des Sollwertstellers 26 in seiner Mittelstellung und die elektrische Steuereinrichtung 22 erhält kein Signal. Der Elektromotor 21 ist abgeschaltet und die Konstantpumpe 12 steht still. Die Last 29 am Hubzylinder 11 wird gehalten, da der Hubzylinder 11 von dem Rückschlagventil 15 in der Arbeitsleitung 14 und andererseits vom Sitzventil im Proportionaldrosselventil 18 in der Bypaßleitung 17 sicher hydraulisch abgesperrt wird. Beim Halten der Last 29 wird somit keine Energie verbraucht.
Bei einem Heben der Last 29 am Hubzylinder 11 wird der
Sollwertsteller 26 in Richtung Heben ausgelenkt und gibt
dazu entsprechende Signale an die elektrische
Steuereinrichtung 22. Dadurch schaltet die Steuereinrichtung
22 den Elektromotor 21 ein, wodurch die mit ihm fest
gekoppelte Konstantpumpe 12 einen Volumenstrom fördert.
Dieser Volumenstrom wird über das Rückschlagventil 15 in
Richtung Hubzylinder 11 gedrückt und die Last 29 angehoben.
Der Elektromotor 21, der als Gleichstrommotor ausgeführt
ist, durchläuft nach dem Einschalten eine kurze
Hochlaufphase und arbeitet anschließend dann mit konstanter
Drehzahl, so daß auch die Konstantpumpe 12 einen konstanten
Volumenstrom erzeugt. Der Elektromotor 21 hat abgesehen von
der Hochlaufphase oder seiner Auslaufphase eine
Stromaufnahme, deren Verlauf primär vom Lastdruck im
Hubzylinder 11 abhängt. Es gilt somit der Zusammenhang, daß
die Größe des elektrischen Stroms für den Antrieb des
Elektromotors 21 proportional ist zum hydraulischen
Lastdruck im Hubzylinder 11. Die Größe des elektrischen
Stroms zum Elektromotor 21 wird aber vom Stromsensor 25
gemessen, der in einfachster Weise als Meßwiderstand
ausgeführt werden kann. Der Istwert des gemessenen Stroms
wird vom Stromsensor 25 an die elektrische Steuereinrichtung
22 zurückgeführt, so daß diese eine lastabhängige Größe
erhält.
Bei vorliegender Einrichtung 10 gilt der Zusammenhang, daß
sich die Hebegeschwindigkeit der Last 29 ergibt aus einem
Produkt aus einer Konstanten des Hubzylinders 11 mit dem
Volumenstrom Heben, wobei diese Hubgeschwindigkeit der Last
29 zugleich eine Funktion des Motorstroms im Stromsensor 25
darstellt. Es kann deshalb in der elektrischen
Steuereinrichtung 22 der vom Stromsensor 25 gemessene
Stromwert mit dem Hebesignal des Sollwertstellers 26
verglichen werden und entsprechend der Differenz aus diesen
Signalen von der Steuereinrichtung 22 das
Proportionaldrosselventil 18 zeitverzögert aufgesteuert
werden, wobei ein Teil des von der Konstantpumpe 12
geförderten Volumenstroms in den Tank zurückfließt. Infolge
der hydraulischen Verschaltung der Einrichtung 10 ergibt
sich die Größe des in den Hubzylinder 11 hineinfließenden
Volumenstroms Heben als Differenz aus dem Volumenstrom der
Konstantpumpe 12 minus dem Volumenstrom, der über das
Proportionaldrosselventil 18 zum Tank 13 abströmt. Da der
Volumenstrom der Konstantpumpe 12 infolge der konstanten
Drehzahl des Elektromotors 21 aber konstant ist und der
Volumenstrom über das Drosselventil 18 steuerbar ist, ist
auch die Größe des Volumenstromes Heben zum Hubzylinder 11
steuerbar. Die Größe des Volumenstroms über das
Drosselventil 18 wird von der elektronischen
Steuereinrichtung 22 so beeinflußt, daß der vom
Sollwertsteller 26 vorgegebene Hebesollwert proportional
ist zur Geschwindigkeit der Last 29 im Hubzylinder 11.
Hierbei gilt der Zusammenhang, daß die Hubgeschwindigkeit im
Hubzylinder 11 proportional - allerdings im umgekehrten Sinn - ist
zum Volumenstrom über das Drosselventil 18 und zudem
proportional ist zu dem eingestellten
Geschwindigkeitssollwert am Sollwertsteller 26. Von der
elektrischen Steuereinrichtung 22 wird dabei sichergestellt,
daß der geförderte Volumenstrom der Konstantpumpe 12 stets
größer ist als der über das Drosselventil 18 zum Tank
abgeführte Volumenstrom.
Bei der Ermittlung der Ansteuersignale in der elektrischen
Steuereinrichtung 22 zum Betätigen des
Proportionaldrosselventils 18 wird von der Überlegung
ausgegangen, daß die in den elektrischen Gleichstrommotor 21
hineingesteckte elektrische Energie im wesentlichen gleich
ist der von der Konstantpumpe 12 erzeugten hydraulischen
Energie. Die an den Anschlußklemmen 23, 24 des Elektromotors
21 anliegende Versorgungsspannung liegt in der elektrischen
Steuereinrichtung 22 vor. Der zum Elektromotor 21 fließende
Strom wird vom Stromsensor 25 gemessen und diese Meßgröße
der elektrischen Steuereinrichtung 22 zur Verfügung
gestellt. Aus den verfügbaren Werten für Strom und Spannung
am Elektromotor 21 kann die elektrische Steuereinrichtung 22
die elektrische Leistung des Elektromotors 21 ermitteln.
Diese elektrische Leistung wird in eine hydraulische
Leistung umgesetzt, die sich aus dem von der Konstantpumpe
geförderten Volumenstrom und dem jeweiligen Lastdruck im
Hubzylinder 11 ermitteln läßt. Da der Elektromotor 21 nach
dem Einschalten mit gleichbleibender, an sich bekannter
Drehzahl läuft, ist auch die Größe des Volumenstroms der
Konstantpumpe 12 konstant und vorbekannt. Da die Größe des
abfließenden Volumenstroms über das Proportionalventil 18
zum Tank 13 von der elektrischen Steuereinrichtung 22
steuerbar ist, ist auch der verbleibende Volumenstrom Heben
zum Hubzylinder 11 ermittelbar. Da bei vorliegender
Einrichtung 10 der hydraulische Lastdruck im Hubzylinder 11
proportional ist zu dem vom Stromsensor 25 ermittelten
Stromwert, kann auch diese Größe in der elektrischen
Steuereinheit 22 berücksichtigt werden. Mit dem
Proportionaldrosselventil 18 steht zur Steuerung des
Volumenstroms ein Ventil zur Verfügung, das für sich allein
nicht lastdruckkompensiert ist. Andererseits stellt der
Stromsensor 25 mit seiner Meßgröße Hebestrom ein Signal für
die elektrische Steuereinrichtung 22 zur Verfügung, das bei
vorliegender Einrichtung 10 proportional ist zum
hydraulischen Lastdruck im Hubzylinder 11. Ferner sind in
der elektrischen Steuereinrichtung 22 druckabhängige
Kennlinien des Proportionaldrosselventils 18 gespeichert.
Mit ihnen kann die elektrische Steuereinrichtung 22 die
Ansteuersignale für das Proportionaldrosselventil 18 so
korrigieren, daß insgesamt eine elektronische
Lastkompensation möglich ist. Bei vorliegender
elektrohydraulischer Einrichtung 10 entsteht somit eine
Regelschleife mit einem vom Sollwertsteller 26 vorgegebenen
Geschwindigkeitssollwert, mit der vom Stromsensor 25
ermittelten Meßgröße Hebestrom und mit der elektrischen
Spannung am Elektromotor 21 als Istwerte für die
Motorleistung und das Drehmoment sowie mit dem
Proportionaldrosselventil 18 als Stellglied für die
Hebegeschwindigkeit. Mit dem Sollwertsteller 26 kann somit
in lastdruckkompensierter und proportionaler Weise die
Hebegeschwindigkeit der Last 29 am Hubzylinder 11 gesteuert
werden.
Zum Senken der Last 29 am Hubzylinder 11 wird der
Sollwertsteller 26 in Richtung Senken ausgelenkt. Über die
elektrische Steuereinrichtung 22 sind dabei der Elektromotor
21 und die Konstantpumpe 12 abgeschaltet. Der bei einem
vorangehenden Hebevorgang gemessene Stromwert vom
Stromsensor 25 ist in der Steuereinrichtung 22 gespeichert,
wobei dies dem zuletzt gemessenen Lastdruckwert entspricht.
Proportional zur Stellung des Sollwertstellers 26 wird nun
das Proportionaldrosselventil 18 aufgesteuert, wobei die
elektrische Steuereinrichtung 22 über eine geeignete
steuerbare Stromquelle verfügt. Entsprechend dem
aufgesteuerten Durchflußquerschnitt im
Proportionaldrosselventil 18 wird das Öl abhängig vom
Lastdruck im Hubzylinder 11 zum Tank 13 zurückgepreßt, wobei
lediglich die Gewichtskraft der Last 29 wirksam ist. Auch
für den Senkvorgang sind in der elektrischen
Steuereinrichtung 22 Durchflußkennlinien für
unterschiedliche Drücke des Proportionaldrosselventils 18
gespeichert, so daß auch hier unter Berücksichtigung des
beim Heben zuletzt gespeicherten Stromwerts des Stromsensors
25 ein im wesentlichen lastkompensiertes Senken der Last 29
am Hubzylinder 11 möglich ist. Dabei kann es auch zweckmäßig
sein, beim Hebevorgang aus der mittleren Stromaufnahme am
Stromsensor 25 den Korrekturfaktor für Senken zu errechnen
und zu speichern.
Da bei der elektrohydraulischen Einrichtung 10 der
Elektromotor 21 nur in Betriebszustand Heben arbeitet,
während das Senken bei stillstehendem Elektromotor 21 durch
die Gewichtskraft der Last 29 über das
Proportionaldrosselventil 18 erfolgt, stellt der Stromsensor
25 auch keine momentane Meßgröße für den Strom und damit den
Lastdruck zur Verfügung. In manchen Fällen kann es nun
vorkommen, daß die elektronische Lastkompensation beim
Senken mit dem gespeicherten Stromwert keine ausreichende
Genauigkeit ergibt, da die Last 29 beim Senken stark von der
Last beim vorausgegangenen Heben abweicht, wie dies zum
Beispiel beim Absetzen, Aufnehmen oder Wechseln von Paletten
der Fall ist. Um auch in diesem Fall ein genaueres
Lastsignal zu erhalten, wird ein Verfahren vorgeschlagen,
bei dem die elektrische Steuereinrichtung 22 bei jedem
Betätigen des Sollwertstellers 26 in Richtung Senken
zunächst den Elektromotor 21 einschaltet, um eine sehr kurze
Hubbewegung zu bewirken. Bei diesem kurzen Meßhub kann, nach
der Einschaltstromspitze, der Motorstrom von dem Stromsensor
25 gemessen werden. Die elektronische Steuereinrichtung 22
setzt dieses Signal vom Stromsensor 25 um und kann damit ein
noch genaueres lastkompensiertes Senken durchführen. Die
Zeitdauer dieser vorgeschalteten Hubbewegung, also des
Meßhubes, vor dem eigentlichen Senken müsste so ausgelegt
werden, daß in jedem Fall eine stationäre Geschwindigkeit
erreicht wird, um einen genauen Meßwert des Stromes zu
erhalten.
Um bei dem aufgezeigten Verfahren mit der vorgeschalteten
Hubbewegung dafür zu sorgen, daß ein noch geringerer und
gedämpfter Meßhub erzeugt wird, wird weiterhin
vorgeschlagen, mit dem Einschalten des Elektromotors 21 das
Ventilglied des Proportionaldrosselventils 18 einen
definierten, geringen Weg öffnen zu lassen. Dadurch wird ein
Teil der Fördermenge beim Meßhub in den Tank geleitet und
somit der Meßhub selbst verringert. Auch die Stromaufnahme
ist kleiner, steht aber wiederum in Zusammenhang mit der
Last 29 und dem an sich bekannten Schieberweg im
Proportionaldrosselventil 18 und liefert somit ein
verwertbares Signal, um ein genaueres, lasdruckkompensiertes
Senken zu steuern. Mit den aufgezeigten Verfahren lassen
sich somit durch den zusätzlichen Meßhub genauere
lastabhängige Stromsignale generieren und somit die Qualität
der Lastdruckkompensation beim Senken verbessern.
Die Fig. 2 zeigt eine zweite elektrohydraulische
Einrichtung 40 zur Geschwindigkeitssteuerung eines
hydraulischen Hubzylinders 11, die sich von der Einrichtung
10 nach Fig. 1 vor allem dadurch unterscheidet, daß der
Aufbau der elektrischen/elektronischen Steuereinrichtung 22
näher dargestellt ist. Im übrigen sind gleiche Bauelemente
wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die zweite Einrichtung 40 weist als Stromsensor einen
einfachen Meßwiderstand 25 auf, der in die Stromzuführung
zum Elektromotor 21 geschaltet ist. Die elektrische Energie
wird an einem Versorgungsanschluß 41 mit einer
Batteriespannung zugeführt. Zum Zu- und Abschalten des
Elektromotors 21 ist noch stromaufwärts vom Meßwiderstand 25
ein Relais 42 in die Stromzuführung geschaltet. Die Größe
des elektrischen Stroms über dem Meßwiderstand 25 wird
abgegriffen und einem Strom-Spannungs-Wandler 43 zugeführt,
dessen Ausgangssignal von einem Filter 44 geglättet wird und
dessen Ausgangsgröße an einem ersten Eingang 45 eines ersten
Rechners 46 anliegt. Ferner wird dem ersten Rechner 46 an
einem zweiten Eingang 47 die am Elektromotor 21 anliegende
Motorspannung zugeführt. An einem dritten Eingang 48 des
ersten Rechners 46 liegt die Batteriespannung vom
Versorgungsanschluß 41 an. In dem ersten Rechner 46 findet
nun eine Leistungsberechnung mit den eingegebenen Größen
Strom und Spannung statt, wobei auch die Charakteristik des
Elektromotors 21 korrigiert wird. Insbesondere wird auch
dessen Anlauf- und Auslaufverhalten berücksichtigt, so daß
am Ausgang 51 des ersten Rechners 46 ein im wesentlichen
linearisierter Istwert der Leistung ausgegeben wird. Dieses
Leistungssignal am Ausgang 51 wird nun in einem Summenpunkt
52 mit einem Sollwertsignal des Sollwertstellers 46
verglichen und das daraus gebildete Differenzsignal einem
zweiten Rechner 53 eingegeben, der für die Hebefunktion zur
Anpassung einen Korrekturwert errechnet, und mit diesem ein
erstes Rechenglied 54 im elektrischen Hebepfad der
Steuereinrichtung 22 ansteuert. Das vom Sollwertsteller 26
vorgegebene Hebesignal ist nicht nur ein Maß für die
geforderte Leistung, sondern infolge der hier vorliegenden
Zusammenhänge auch zugleich ein Maß für die Geschwindigkeit
der Last 29 im Hubzylinder 11. Dieses Hebesignal wird nun
im ersten Rechenglied 54 in Abhängigkeit von dem im zweiten
Rechner 53 ermittelten Korrekturwert korrigiert und über
einen Hebeschalter 55 zu einem elektrischen Stromregler 56
geführt, der mit einem dazu proportionalen Signal den
Magnetantrieb 28 am Proportionaldrosselventil 18 ansteuert.
Der Stromregler 56 wird zu diesem Zweck vom
Versorgungsanschluß 41 her mit der Batteriespannung
beaufschlagt. Dabei sind in dem ersten Rechenglied 54 dem
Proportionaldrosselventil 18 zugeordnete Kennlinien 57 für
unterschiedliche Drücke gespeichert, mit deren Hilfe das
Ansteuersignal für das Proportionaldrosselventil 18 so
korrigiert wird, daß insgesamt eine elektronische
Lastkompensation beim Heben der Last 29 steuerbar ist. Beim
Verstellen des Sollwertstellers 26 in Richtung Heben wird
dessen Sollwertsignal zugleich einem ersten
Schwellwertschalter 58 zugeführt, der eine Freigabe der
Hebefunktion steuert und dessen Ausgangssignal das Relais
42 zum Einschalten des Elektromotors 21 steuert. Da ein
Druckaufbau in der Hydraulik nach dem Einschalten des
Elektromotors 21 mit Hilfe des Relais 42 eine begrenzte Zeit
in Anspruch nimmt, wird die am zweiten Eingang 47 des ersten
Rechners 46 anliegende Motorspannung auch einem
Verzögerungsglied 59 zugeführt, das den Hebeschalter 55
steuert. Auf diese Weise wird eine durch das Relais 42
bedingte Verzögerung im hydraulischen Druckaufbau korrigiert
und das Proportionaldrosselventil 18 verzögert angesteuert,
so daß kein unbeabsichtigter Druckabfall entstehen kann.
Für die Funktion Senken wird der Sollwertsteller 26 in
entgegengesetzter Richtung verstellt und dieses
Sollwertsignal in entsprechender Weise wie im Hebepfad
einem zweiten Rechenglied 61 zugeführt, in dem eine
Berechnung und Korrektur des Senkstroms zum Ansteuern des
Proportionaldrosselventil 18 stattfindet. Auch hier wird das
Ausgangssignal des zweiten Rechenglieds 61 über einen
Senkschalter 62 zum elektrischen Stromregler 56 geführt,
wobei der Senkschalter 62 von einem zweiten
Schwellwertschalter 63 angesteuert wird, der in
entsprechender Weise für die Freigabe der Senkfunktion
maßgebend ist. Da beim Senken der Elektromotor 21
abgeschaltet ist, wird das Leistungssignal am Ausgang 51 des
ersten Rechners 46 einem dritten Rechner 64 zugeführt, der
in Anpassung der Senkkorrektur einen entsprechenden
Korrekturwert errechnet und mit diesem das zweite
Rechenglied 61 ansteuert. Dabei wird der dritte Rechner 64
von einem Abtasthalteglied 65 mit einem Speichersignal
angesteuert, wobei das Abtasthalteglied 65 von dem ersten
Schwellwertschalter 58 aktivierbar ist. Auf diese Weise wird
eine übliche Sample- and Hold-Schaltung realisiert, so daß
der beim Abschalten der Hebefunktion zuletzt vorhandene
Lastwert gespeichert und für die anschließende
Senkkorrektur benutzt werden kann.
Darüberhinaus wird das am Ausgang 51 des ersten Rechners 46
verfügbare Leistungssignal einem Überlastschalter 66
zugeführt, der auf das Ausgangssignal des ersten
Schwellwertschalters 58 einwirken kann und somit über das
Relais 42 ein Abschalten des Elektromotors 21 ermöglicht.
Auf diese Weise läßt sich ein Überlastschutz bei der zweiten
Einrichtung 40 realisieren, so daß auf ein zusätzliches
hydraulisches Druckbegrenzungsventil zur Absicherung der
Konstantpumpe verzichtet werden kann.
Die Wirkungsweise der zweiten Einrichtung 40 gleicht
weitgehend derjenigen der ersten Einrichtung 10. Bei der
zweiten Einrichtung 40 wird nun das Ein- und Ausschalten des
Elektromotors 21 über ein Relais 42 gesteuert, da die
Motorströme beträchtliche Größen annehmen können. In
vorteilhafter und einfacher Weise wird dabei der durch das
Schalten des Relais 42 verursachte, verzögerte hydraulische
Druckaufbau dadurch berücksichtigt, daß ein auf den
Hebepfad 54, 55 einwirkendes Verzögerungsglied 59 für eine
entsprechende Verzögerung in der Ansteuerung des
Proportionaldrosselventil 18 sorgt, so daß kein Druckabfall
im Hubzylinder 11 entstehen kann. Zudem läßt sich mit Hilfe
des Relais 42 und eines Überlastschalters 66 auf einfache
Weise ein Überlastungsschutz aufbauen. Im übrigen ist bei
der zweiten Einrichtung 40 in gleicher Weise wie bei der
ersten Einrichtung 10 nach Fig. 1 eine proportionale und
lastkompensierte Steuerung der Last 29 im Hubzylinder 11
möglich, wobei die Geschwindigkeit der Last 29 proportional
ist zur Größe der Sollwertsignale am Sollwertsteller 26.
Die Mittel für die Verfahren mit zusätzlichem Meßhub sind
bei der elektrischen Steuereinrichtung 22 in Fig. 2 nicht
näher angegeben; sie können aber jederzeit auch in der
zweiten Einrichtung 40 ergänzt werden.
Selbstverständlich sind Änderungen an den gezeigten
Ausführungsformen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung
abzuweichen.
Claims (14)
1. Elektrohydraulische Einrichtung zur
Geschwindigkeitssteuerung eines hydraulischen Hubzylinders,
der beim Heben von einer Konstantpumpe über eine
Arbeitsleitung mit einem den Hubzylinder absichernden
Rückschlagventil mit Druckmittel beaufschlagbar ist und der
wenigstens beim Senken über ein Proportionaldrosselventil in
Sitzventilbauart zum Tank entlastbar ist, wobei das
Proportionaldrosselventil und ein die Konstantpumpe
antreibender Elektromotor von einer elektrischen
Steuereinrichtung ansteuerbar sind, die mit einem
Sollwertsteller zur Vorgabe des Geschwindigkeitssollwertes
in Verbindung steht und daß Mittel vorgesehen sind, die ein
lastdruckunabhängiges Heben und Senken des Hubzylinders
ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
(10, 40) ein einziges Proportionalventil (18) aufweist, das
in eine vom Hubzylinder (11) zum Tank (13) geführte
Bypaßleitung (17) geschaltet ist und daß die Mittel einen
den elektrischen Strom zum Elektromotor (21) messenden
Stromsensor (25) aufweisen, dessen vom Lastdruck im
Hubzylinder (11) abhängige Signale von der elektrischen
Steuereinrichtung (22) für die Ansteuerung des
Proportionalventils (18) verarbeitet werden, um eine
lastdruckkompensierte Steuerung des Hubzylinders (11) zu
ermöglichen.
2. Elektrohydraulische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stromsensor ein einfacher
Meßwiderstand (25) ist, der in die elektrische Zuleitung zum
Elektromotor (21) geschaltet ist.
3. Elektrohydraulische Einrichtung nach den Ansprüchen 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromotor ein
Gleichstrommotor (21) verwendet wird.
4. Elektrohydraulische Einrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der
elektrischen Steuereinrichtung (22) ansteuerbares Relais
(42) angeordnet ist, mit dem die Stromversorgung des
Elektromotors (21) ein- und ausschaltbar ist.
5. Elektrohydraulische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrische Steuereinrichtung (22)
aus den Signalen des Stromsensors (25) und der
Betriebsspannung am Elektromotor (21) dessen Belastung
ermittelt und bei dessen Überlastung mittels eines Über
last-Schalters (66) das Relais (42) betätigt.
6. Elektrohydraulische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Steuergerät (22)
ein auf den Hebepfad (54, 55) einwirkendes
Verzögerungsglied (59) aufweist, das die Ansteuerung des
Proportionaldrosselventils (18) so weit verzögert, daß der
mit dem Schalten des Relais (42) verbundene, verzögerte
Aufbau des hydraulischen Drucks kompensiert wird.
7. Elektrohydraulische Einrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypaßleitung (17)
stromabwärts von dem den Hubzylinder (11) absichernden
Rückschlagventil (15) von der Arbeitsleitung (14) abzweigt.
8. Elektrohydraulische Einrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrische Steuereinrichtung (22) aus den gemessenen
Signalen für Strom und Spannung am Elektromotor (21) einen
Istwert für die Leistung bzw. die Hubgeschwindigkeit der
Last (29) ermittelt, der mit einem entsprechenden Sollwert
vom Sollwertsteller (26) verglichen wird und daß das daraus
gebildete Differenzsignal für die Korrektur des Hebestromes
zur Ansteuerung des Proportionalventils (18) verwendet wird.
9. Elektrohydraulische Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrische Steuereinrichtung (22)
für die Ermittlung von Hebestrom und Senkstrom jeweils
gesonderte Rechenglieder (54, 61) aufweist, in denen
insbesondere dem Proportionaldrosselventil (18) zugeordnete
Druckkennlinien (57) abgespeichert sind.
10. Elektrohydraulische Einrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische
Steuereinrichtung (22) ein Abtasthalteglied (65, 64)
aufweist, das ein lastabhängiges Signal aus dem Hebevorgang
speichert und für die Korrektur des Senkstromes zum
Ansteuern des Proportionaldrosselventil (18) zur Verfügung
stellt.
11. Verfahren zur Geschwindigkeitssteuerung eines
hydraulischen Hubzylinders mit einer elektrohydraulischen
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Konstantpumpe (12) von dem
Elektromotor (21) mit konstanter Drehzahl angetrieben wird
und beim Heben des Hubzylinders (11) ein Teil des von der
Konstantpumpe geförderten Volumenstroms vom
Proportionaldrosselventil (18) zum Tank (13) abführbar ist,
während beim Senken die Konstantpumpe (12) abgeschaltet ist
und der vom Hubzylinder (11) zum Tank (13) abfließende
Druckmittelstrom von dem Proportionaldrosselventil (18)
steuerbar ist, wobei die elektrische Steuereinrichtung (22)
in beiden Fällen das Proportionaldrosselventil (18) derart
steuert, daß eine Lastdruckkompensation erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
vor dem Beginn eines Senkvorganges des Hubzylinders (11)
ein kurzer Meßhub in Richtung Heben durchgeführt wird und
daß hierbei ein vom Stromsensor (25) ermitteltes,
lastabhängiges Signal für die Korrektur des Ansteuersignals
am Proportionaldrosselventil (18) beim Senkvorgang
verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Verringerung der Größe des Meßhubes das
Proportionaldrosselventil (18) während des Meßhubes
gleichzeitig in Öffnungsrichtung betätigt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
das Proportionaldrosselventil (18) während des Meßhubes
gleichzeitig mit dem Einschalten des Elektromotors (21)
betätigt und sein Steuerglied einen definierten, geringen
Öffnungshub ausführt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8141 | Disposal/no request for examination |