DE2114639A1

DE2114639A1 - Elektrohydraulische Steuerungsvorrichtung für einen hydraulischen Verbraucher

Info

Publication number: DE2114639A1
Application number: DE19712114639
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 7311 Gutenberg; Adler Karl-Heinz Dipl.-Ing. 7250 Leonberg; Flaschar Heinz 7144 Asperg; Schneider Klaus 7140 Ludwigsburg Mindner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-03-26
Filing date: 1971-03-26
Publication date: 1972-10-05
Also published as: PL75123B1; FR2130067A1; GB1383823A; US3774641A; FR2130067B1; IT950735B; SE372600B

Description

21U639

R. 217
23-5^1971 Sk/Sz

Anlage zur
Patentanmeldung

BOSCH GMBH, Stuttgart

Elektrohydraulische Steuerungsvorrichtung für einen hydraulischen Verbraucher

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrohydraulisch^ Steuerungsvorrichtung für einen in zwei Richtungen wirkenden hydraulischen Verbraucher, mit einem Steuerventil, dessen Steuerschieber in einer Neutralstellung zwei Verbraucherleitungen absperrt und in zwei Arbeitsstellungen die Verbraucherleitungen abwechselnd mit einem Zulauf und mit einem Rücklauf verbindet, mit einem Steuerkolben, der sich in einem Steuerzylinder bewegt und den Steuerschieber betätigt, mit elektromagnetisch betätigten Vorsteuerventilen, die dem Steuerzylinder Druckmittel zuführen, und mit einem Regelverstärker, der die Vorsteuerventile in Abhängigkeit von einem mit einem Pernsteuerhebel einstellbaren Sollwert ansteuert.

- 2 209841/0390

Robert Bosch GmbH E. 217 Sk/Sz Stuttgart ·

Es ist schon eine derartige Steuerungsvorrichtung bekanntgeworden, die zur Betätigung des Höhenruders eines Flugzeugs dient. Bei dieser bekannten Steuerungsvorrichtung wird der Istwert des Auslenkungswinkels des Höhenruders ■ auf einen zweiten Eingang des Regelverstärkers zurückgeführt, so daß man mit jeder Stellung des Perns teuerheb eis einen ganz bestimmten -Auslenkungswinkel des Höhenruders erreicht. Bei anderen hydraulischen Verbrauchern, wie zum Beispiel Autokranen, die von einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder oder einem hydraulischen Radialkolbenmotor angetrieben werden., will man jedoch nicht die Endstellung, sondern die Geschwindigkeit einregeln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe .zugrunde, eine Steuerungsvorrichtung zu schaffen, bei der 'jeder Stellung des Fernsteuerhebels eine bestimmte Geschwindigkeit des hydraulischen Verbrauchers entspricht. Zum Beispiel soll bei einem Autokran die Geschwindigkeit des lasthakens oder des Auslegers eingestellt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in besonders wirkungsvoller Weise dadurch gelöst, daß der Steuerzylinder als doppelt wirkender Zylinder mit zwei Zuleitungen ausgebildet ist, daß ein zweites und ein drittes Vorsteuerventil die beiden Zuleitungen mit dem Zulauf und dem Rücklauf verbinden, daß jedes Vorsteuerventil von einer· Magnetwicklung betätigbar ist, die von einem Schaltverstärker angesteuert wird, und daß die Schaltverstärker über je einen Schwellwertschalter an den Ausgang des Regelverstärkers angeschlossen sind.

Bei einem Autokran ist es zweckmäßig, wenn die Bedienungsperson den Kran sowohl direkt an dem Fahrzeug, auf dem der Kran befestigt ist, als auch aus einiger Entfernung über ein Kabel bedienen kann. Diese Möglichkeit wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch geboten, daß ein erstes Vorsteueryen til

- 3 -209841/0390

21H639

Robert Bosch GmbH · . R. 217 Sk/Sz Stuttgart

zwischen dem Zulauf und den beiden anderen Vorsteuerventilen liegt, daß das erste VorSteuerventil bei Nullstellung des Fernsteuerhebels gesperrt ist und daß bei gesperrtem erstem Vorsteuerventil der Steuerschieber von einem Nahsteuerhebel betätigbar ist.

Die Geschwindigkeit des hydraulischen Verbrauchers läßt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch exakt einregeln, daß vom Steuerschieber ein Istwertgeber betätigbar ist und daß der Istwertgeber und der Sollwertgeber an eine dem Regelverstärker vorgeschaltete Summierstelle angeschlossen sind.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels mit einem Blockschaltbild der elektronischen Schaltung,

Fig. 2-4 Schaltungseinzelheiten zum Blockschaltbild nach Fig. 1, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist als hydraulischen Verbraucher einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder 11 auf, indem sich ein Arbeitskolben 12 mit einer Kolbenstange 13 bewegt. Der Arbeitszylinder 11 ist über zwei Verbraucherleitungen 14, 15 an ein Steuerventil angeschlossen. In einem Gehäuse 16 des Steuerventils ist eine durchgehende Schieber-

209841/0390 " ⁴ "

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

bohrung 17 angeordnet, in der ein Steuerschieber .23 dicht und gleitend geführt ist. Die Schieberbohrung 17 weist als Erweiterungen fünf Kammern 18, 19, 20, 21, 22 und einen Steuerzylinder 27 auf. Die mittlere Kammer 20 ist über ein Rückschlagventil 33 mit einem !Zulauf 57 verbunden. Die beiden Kammern 19, beiderseits der mittleren Kammer 20 haben Verbindung zu den Verbraucherleitungen 14, 15, während die beiden äußeren Kammern 18, 22 an einen Rücklauf 37 angeschlossen sind.

Den Steuerschieber 23 unterteilen zwei Ringnuten 24, 25 in drei Schieberabschnitte, die in einer Neutralsteilung des Steuerschiebers 23 die Kammern 18 bis 22 gegeneinander abdichten, wie es Fig. 1 zeigt. Am rechten Ende des Steuerschiebers 23 ist -ein Steuerkolben 26 befestigt, der im Ausführungsbeispiel als Differentialkolben ausgebildet ist und sich im Steuerzylinder 27 bewegt. Am linken Ende des Steuerschiebers 23 ist eine Verlängerung 29 angebracht, die einerseits eine doppelt .wirkende Rückholeinrichtung 28 betätigt und andererseits mechanisch mit einem Nahsteuerhebel 30 und einem Istwertgeber verbunden ist.

Der Zulauf 57 wird von einer Pumpe 32 aus einem Vorratsbehälter 31. mit Druckmittel versorgt. Zwischen dem Zulauf 57 und dem Rücklauf 37 liegt eine hydraulische Reihenschaltung, die in dieser Reihenfolge aus einem ersten Vorsteuerventil 34, einer ersten Drossel 35» einem zweiten Vorsteuerventil 36, einem dritten Vorsteuerventil 38 und einer zweiten Drossel besteht. Der Steuerzylinder 27 ist einerseits über eine erste Zuleitung 58 an die Verbindungsleitung zwischen dem ersten Vorsteuerventil 34 und der ersten Drossel 35 sowie andererseits über eine zweite Zuleitung 59 an die Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Vorsteuerventil 36 und dem dritten Vorsteuerventil 38 angeschlossen.

209841/0390

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Die Vorsteuerventile 34, 36 und 38 werden von Magnetwicklungen 34a, 36a und 38a betätigt. Jede Magnetwicklung wird von einem Schaltverstärker 40 bzw. 41 bzw. 42 angesteuert.

Ein Fernsteuerhebel 55 betätigt einen Sollwertgeber 48, dessen Ausgang über eine Verstärkerstufe 49 an ein Tothubglied 50 angeschlossen ist. Mit dem Ausgang des Tothubglieds 50 sind die ersten Eingänge von drei UND-Gliedern 43, 44 und 45 verbunden. Diese UND-Glieder sind den Schaltverstärkern 40, 41, 42 vorgeschaltet. Der zweite Eingang des ersten UND-Glieds 43 ist über ein viertes, als NAND-Gatter ausgebildetes UND-Glied 46 " mit den Ausgängen des zweiten 44 und des dritten 45 UND-Glieds verbunden.

Die zweiten Eingänge des zweiten und dritten UND-Glieds 44, 45 sind über je einen Schwellwertschalter 53» 54 an den Ausgang eines Receiv er stärk eis 52 angeschlossen, dem eine Summierstelle 51 vorgeschaltet ist. An zwei Eingänge der Summierstelle 51 sind der Sollwertgeber 48 und der Istwertgeber 47 angeschlossen.

Fig. 2 zeigt den Schaltplan des zweiten Schwellwertschalters 54, des dritten UND-Glieds 45 und des dritten Schaltverstärkers 42. Der zweite Schwellwertschalter ^A- ist als zweistufiger, rückgekoppelter Verstärker mit zwei Transistoren 540, 541 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufgebaut. Der erste Transistor 540 besitzt einen Basisspannungsteiler 546, 547, einen Emitterwiderstand 544 und einen Kollektorwiderstand 542. Mit dem Kollektor des ersten Transistors 540 ist die Basis des zweiten Transistors 541 verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors 54-1 ist über einen Rückkopplungswiderstand 54-5 an die Basis des ersten Transistors 540 und über einen Kollektorwiderstand 54-3 an

209841/0390

Robert Bosch GmbH .E. 217 Sk/Sz

Stuttgart

eine Plusleitung 60 angeschlossen. Der Emitter des ersten Transistors 540 bildet den Eingang des zweiten Schwellwertschalters 54 und ist über eine Diode 548 mit einer Ausgangsklemme 52a des Regelverstärkers 52 verbunden.

Das dritte UND-Glied 45 ist ähnlich wie der zweite Schwellwertschalter 54 als rückgekoppelter Verstärker mit zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufgebaut. Abweichungen im Schaltungsaufbau ergeben sich dadurch, daß das dritte UND-Glied 4-5, wie in Fig. 1 angedeutet, als Sperrgatter aus-" gebildet ist und einen nichtinvertierenden und einen invertierenden Eingang aufweist. Deshalb besitzt beim dritten UND-Glied 45 der zweite Transistor 451 zwei .in Reihe geschaltete Kollektorwiderstände 453, 453a, deren Verbindungspunkt den zweiten, nichtinvertierenden Eingang des dritten UND-Glieds 45 bildet. Mit diesem Verbindungspunkt ist über eine Diode 458 der Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 54 verbunden. Alle übrigen Bauteile sind gleich angeordnet wie beim zweiten Schwellwertschalter 54 und werden daher nicht mehr beschrieben. Die Bezugszahlen sind um 90 niedriger als beim zweiten Schwellwertschalter 54.

Der dritte Schaltverstärker 42 enthält einen Vortransistor 420 und einen Leistungstransistör 421. Der Vortransistor 420 ist mit seiner Basis an den Ausgang des dritten UND-Glieds 45, mit seinem Emitter über eine Diode 424 an eine Minusleitung 62 und mit seinem Kollektor über zwei Widerstände 422, 423 an eine nichtstabilisierte Plusleitung 61 angeschlossen. Am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 422 und 423 liegt die Basis des Leistungstransistors 421, dessen Emitter direkt mit der nichtstabilisierten Plusleitung 61 verbunden ist. Der Kollektor des Leistungstransistors 421 ist über einen Vorwiderstand 425 und die Magnetwicklung 38a an die Minusleitung 62 angeschlossen. Weiterhin führt vom Kollektor des Leistungs-

209841/0390 * " ⁷ "

_₇ _ ■ 21H639

Robert Bosch. GmbH H. 217 Sk/Sz

Stuttgart

transistors 421 eine Reihenschaltung aus einer Freilaufdiode 428 und einem Widerstand 427 zur Minusleitung 62, sowie •eine Verbindungsleitung zum Rückkopplungswiderstand 455 im dritten UND-Glied 45. Parallel zum Vorwiderstand 425 liegt ein Speicherkondensator 426.

Die übrigen UND-Glieder 43, 44 und 46 sowie der erste Schwell wertschalter 53 sind schaltungsmäßig genau gleich aufgebaut wie der zweite Schwellwertschalter 54. Diese Schaltung ist universell einsetzbar, da man an den Emitter des ersten Transistors über Dioden beliebig viele Eingänge anschließen kann, und da sich gleichzeitig die Schaltschwelle mit Hilfe des Basisspannungsteilers des ersten Transistors einstellen läßt.

Das Tothubglied 50 (^ig· 3) besteht aus zwei Schwellwertschaltern 505» 506, die ebenfalls in der beschriebenen Weise aufgebaut sind. Die Schaltschwelle des einen Schwellwertschalters 505 ist im ausgeführten Fall auf 7 Volt und die des anderen Schwellwertschalters auf 5^VoIt festgelegt. Der Ausgang des einen Schwellwertschalters 505 ist über eine Diode 503 an einen zweiten Ausgang des anderen Schwellwertschalters 506 angeschlossen. Damit wird erreicht, daß das Tothubglied 50 an seiner Ausgangsklemme 50a ein positives Signal abgibt, wenn die Eingangsspannung an der Klemme 49a entweder unter 5 Volt oder über 7 Volt liegt. Innerhalb dieses Bereiches besitzt die Ausgangsklemme 50a ungefähr das Potential der Masseleitung 62.

In Fig. 4 ist der Schaltplan eines Impulslängenmodulators dargestellt, der an die Stelle eines Schwellwertschalters 53 oder 54 treten kann. Aktives Bauelement ist ein Operationsverstärker 53O, dessen nichtinvertierender Eingang an den Abgriff eines aus zwei Widerständen 533 > 534 bestehenden Spannungs-

_ 8 209841/0390

Robert Bosch GmbH · R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

teilers angeschlossen ist, während sein invertierender Eingang über einen Eingangswiderstand 537 mit einer Eingangskiemme 52a in Verbindung steht. Ein GegenkopplungsWiderstand 531 führt vom Ausgang des Operationsverstärkers 530 zum invertierenden Eingang und ein Mitkopplungswiderstand 532 vom Ausgang zum nichtinverti er enden Eingang. Der Ausgang des Operationsverstärkers 530 ist weiterhin direkt an eine Ausgangsklemme 53a und über einen Arbeit s wider stand 536 an die Plusleitung 60 angeschlossen. Zwischen dem invertierenden Eingang des Öperationsverstarkers 530 und der Minusleitung 62 liegt ein Kondensator 535·

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist weitgehend gleich aufgebaut wie das erste Ausführungsbeispiel. Die beim ersten Ausführungsbeispiel ebenfalls vorhandenen Baugruppen sind in Fig. 5 mit den gleichen Zahlen wie in Fig. 1 bezeichnet und werden nicht mehr neu beschrieben. Beim zweiten Ausführungsbeispiel weist das erste UND-Glied 43 vier Eingänge auf, von denen zwei gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschaltet sind. Die beiden anderen Eingänge des ersten UND-Glieds 45 sind mit den Ausgängen eines ersten ODER-Glieds und eines zweiten ODER-Glieds 75 verbunden. An den Ausgang des Istwertgebers 47 ist ein dritter Schwellwertschalter 7° und an den Ausgang der Summierstelle 51 ein vierter Schwellwertschalter 71 angeschlossen. Dem dritten Schwellwertschal-. t.er 70 ist ein erster Inverter 72 und dem vierten Schwellwertschalter 71 ein zweiter Inverter 74· nachgeschaltet. Die beiden Eingänge des ersten ODER-Glieds 73 sind mit dem Ausgang des ersten Inverters 72 und dem Ausgang des vierten Schwellwertschalters 71 verbunden. In gleicher Weise sind die beiden Eingänge des zweiten ODER-Glieds 73 ßJi den Ausgang des dritten Schwellwertschalters JO und den Ausgang des zweiten Inverters 74 angeschlossen.

209841/0390 ■"⁹ ~

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Zur Beschreibung der Funktionsweise der elektrohydraulischen Steuerungsvorrichtung soll zunächst die Anordnung der hydraulischen Ventile beschrieben werden. Jeder Stellung des Steuerschiebers 23 entspricht ein ganz bestimmter Druckmittelfluß vom Zulauf 57 zu einer der Verbraucherleitungen 14, If?. Daher läßt sich mit einer bestimmten .Steuerschieberstellung eine bestimmte Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 12 einstellen.

Die Vorsteuerventiie 34, 36, 38 weisen jeweils zwei gesteuerte Anschlüsse und zwei Stellungen auf, sind also als 2/2-Wegeventile aufgebaut. Im Ruhezustand ist das erste Vorsteuerventil 34 gesperrt und die beiden anderen Vorsteuerventile 36, 38 sind geöffnet. Damit ist es möglich, den Steuerschieber 23 mit Hilfe des Nahsteuerhebels 30 in jede beliebige Stellung zu bringen und damit jede beliebige Geschwindigkeit des Verbraucherkolbens 12 zu erreichen. Soll der Steuerschieber 23 durch die elektrohydraulisch^ Fernsteuerung mit Hilfe des Fernsteuerhebels 55 betätigt werden, dann muß das erste Vorsteuerventil 34 geöffnet werden. Wenn der Steuerkolben 26 nach links bewegt werden soll, dann muß das dritte Vorsteuerventil 38 geschlossen und das zweite Vorsteuerventil 36 geöffnet sein. Umgekehrt muß das zweite Vorsteuerventil 36 geschlossen und das dritte Vorsteuerventil 38 geöffnet sein, falls sich der Steuerkolben 26*außerhalb seiner Neutralstellung in einer bestimmten Stellung festgehalten werden soll, dann müssen das zweite Vorsteuerventil 36 und das dritte Vorsteuerventil 38 geschlossen sein.

Diese vier verschiedenen Ventilstellungen werden von der elektronischen Schaltung in Abhängigkeit von der Stellung des Fernsteuerhebels 55 und vom Ausgangssignal des Istwertgebers 47 eingestellt. In der folgenden Funktionsbeschreibung werden die in der digitalen Schaltungstechnik gebräuchlichen Bezeichnungen L-Signal und O-Signal verwendet. Wenn ein UND-Glied ein L-Signal abgibt, dann bedeutet das, daß an seinem Ausgang

* nach rechts bewegen soll. Wenn schließlich der Steuerkolben

209841/03.90 - 10 -

21H639 - ίο -

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

nahezu das Potential der Plusleitung 60 liegt. Umgekehrt liegt am Ausgang des UND-Gliedes nahezu das Potential der Minusleitung 62, wenn es ein 0-Signal abgibt. Der Istwertgeber 47, der Sollwertgeber 48, die V erstarke rs tufe 4-9 und der Regelverstärker 52 geben Analogsignale ab. Diese Analogsignale werden in Digitalsignale umgewandelt, und zwar einer- · seits im Tothubglied *?0 und andererseits in den beiden Schwellwertschaltern 53» 54-. Der Rest der Schaltung verarbeitet dann nur noch Digitalsignale.

Die Summierstelle. 51 ist so aufgebaut, daß sie das Ausgangssignal des Sollwertgebers 48 negativ und das Ausgangssignal des Istwertgebers 47 positiv bewertet. Sie bildet also die Differenz zwischen Sollwert und Istwert. Praktisch läßt sich dies dadurch bewerkstelligen, daß man den'Sollwertgeber 48 und den Istwertgeber 47 an die beiden Eingänge eines Differenzverstärkers anschließt, der gleichzeitig den Regelverstärker 52 bildet. Es ist auch möglich, den Regelverstärker 52 als Verstärker mit einem Eingang auszubilden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Man muß dann entweder dem Sollwertgeber 48 oder dem Istwertgeber 47 eine Umkehrstufe nachschalten falls die Geber nicht von sich aus gegensinnige Signale ab-P geben - und das Sollwert- und das Istwertsignal über Addierwiderstände dem einen Eingang des Regelverstärkers 52 zuführen.

Der Sollwertgeber 48 und der Istwertgeber 47 seien so ausgebildet, daß sich ihre Ausgangspotentiale in negativer Richtung verschieben, wenn man den zugehörigen Steuerungshebel nach links auslenkt. Das Tothubglied 50 gibt in einem kleinen Bereich um die Nullstellung des Fernsteuerhebels 55 - in der sogenannten toten Zone - ein 0-Signal und bei allen anderen Stellungen des Fernsteuerhebels 55 ein L-Signal ab. Im Ausführungsbeispiel ist die Schaltschwelle des ersten Schwell- . wertschalters 53 auf 5 Volt und die des zweiten Schwellwert-

209841/0390 -11-

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

schalters 54- ^auf 7 Volt gelegt, während die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 52 6 Volt beträgt, solange die Differenz zwischen Sollwert und Istwert gleich Null ist. Wenn der Sollwert gleich dem Istwert ist, gibt daher der erste Schwellwertschalter 53 ein L-Signal und der zweite Schwellwertschalter 54-ein 0-Signal ab.

Lenkt man den Fernsteuerhebel 55 nach rechts aus, dann gibt nach dem Überschreiten der toten Zone das Tothubglied 50 ein L-Signal ab und die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 52 verschiebt sich soweit in positiver Richtung, daß die Schaltschwelle des zweiten Schwellwertschalters 54· überschritten wird. Jetzt geben also die drei Baugruppen 50, 53, 54- de L-Signale ab. Am Ausgang des zweiten UND-Glieds 44 steht ein L-Signal und am Ausgang des dritten UND-Glieds 4-5 ein O-Signal. Am Ausgang des NAND-Gatters 4-6 liegt deshalb ein L-Signal, das dem zweiten Eingang des-ersten UND-Glieds 43 zugeführt wird. Am Ausgang des UND-Glieds 4-3 liegt dann ebenfalls ein L-Signal. Daher werden von den Schaltverstärkern 4-0 und 4-1 die ersten beiden Vorsteuerventile betätigt. Der Steuerkolben 26 bewegt sich daher in der gleichen Richtung wie der Fernsteuerhebel 55» nämlich nach rechts.

Dadurch verschiebt sich das Ausgangspotential des Istwertgebers 4-7 in positiver und somit das Ausgangspotential des Regelverstärkers 52 in negativer Richtung, bis die Schaltschwelle des zweiten Schwellwertsehalters 54- wieder unterschritten wird. Dann gibt auch das dritte UND-Glied 4-5 ein L-Signal ab, welches das dritte Vorsteuerventil 38 betätigt und gleichzeitig über das NAND-Gatter 46, das UND-Glied 4-3 und den ersten Schaltverstärker 40 das erste Vorsteuerventil abschaltet. Jetzt sind sämtliche Vorsteuerventile geschlossen, so daß der Steuerkolben 26 in seiner Stellung blockiert wird. Es stellt sich damit eine ganz bestimmte Geschwindigkeit des Verbraucherkolbens 12 ein, die genau der Stellung

209841/0390 - 12 -

21U639

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

des Fernsteuerhebels 55 entspricht, wie es eingangs gefordert wurde.

Verschiebt man jetzt den Fernsteuerhebel 55 nach links, dann Wird nach dem Passieren des Nulldurchgangs und der toten Zone die Schaltschwelle des ersten Schwellwertschalters 53 unterschritten. Beide Schwellwertschalter geben damit O-Signale ab. Da das dritte UND-Glied 45 als Sperrgatter mit einem invertierenden Eingang ausgebildet ist, steht an seinem Ausgang fc ein L-Signal, das den dritten Schaltverstärker 42 ansteuert und damit das dritte Vorsteuerventil 38 schließt. Da gleichzeitig das zweite Vorsteuerventil 36 über das UND-Glied 44 und den Schaltverstärker 41 geöffnet und das erste Vorsteuerventil 34 über das NAND-Gatter 46, das UND-Glied 43 und den Schaltverstärker 40 geöffnet ist, bewegt sich der Steuerkolben 26 nach links.

Zusammenfassend kann man die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels folgendermaßen charakterisieren: Bei einer Auslenkung des Fernsteuerhebels 55 über die tote Zone hinaus wird je nach der Richtung der Auslenkung entweder das zweite 36 oder das dritte 38 Vorsteuerventil gesperrt und außerdem über w das UND-Glied 43 und das NAND-Gatter 46 das erste Vorsteuerventil 34 geöffnet. Durch das NAND-Gatter 46 wird bei ausgelenktem Fernsteuerhebel ^ das erste Vorsteuerventil 34 nur dann wieder gesperrt, wenn die beiden anderen Vorsteuerventile 36 und 38 ebenfalls gesperrt sind, d. h. wenn der Sollwert gleich dem Istwert geworden ist und der Steuerkolben 26 in seiner Stellung gehalten werden soll.

Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Steuerungsvorrichtung ist darin zu sehen, daß alle digitalen Baugruppen der Schaltung aus den gleichen Bausteinen aufgebaut werden kön-

- 13 209841/0390

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

nen, wie es die Pig. 2 und 3 zeigen. Im zweiten Schwellwertschalter 54 nach Fig. 2 sei der Basisspannungsteiler 546, des ersten Transistors 540 für eine Abgriffspannung von 7 Volt dimensioniert. Der erste Transistor 54-0 wird dann gesperrt, sobald das Potential der Eingangskiemme 52a unter 7 "Volt absinkt. Die Spannungsabfalle über der Diode 54θ und der Emitter-Basis-Diode des ersten Transistors 54-0 kompensieren sich. Infolge der positiven Rückkopplung über den Widerstand 54-5 ergibt sich bei langsamer Abnahme des Potentials der Eingangsklemme 52a keine kontinuierliche Abnahme des Kollektorstroms des ersten Transistors, sondern ein schneller Umschaltvorgang bei der am Basisspannungsteiler eingestellten Schwellspannung. Aus der Schaltung des Schwellwerk schalters 54- läßt sich in einfacher Weise ein NAND-Gatter herstellen, indem man an den Emitter des ersten Transistors 540 über mehrere Dioden mehrere Eingangsklemmen anschließt. Ein solches NAND-Gatter 506 ist in Fig. 3 als Bestandteil des Tothubglieds 50 dargestellt. Ein Sperrgatter mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang, wie es für das dritte UND-Glied 45 erforderlich ist, erhält man, indem man den Emitter des ersten Transistors 450 als ersten Eingang und den Kollektor des zweiten Transistors 451 als zweiten Eingang verwendet, wie es in Fig. 2 beim Sperrgatter 45 dargestellt ist.

Das Emitterpotential des Vortransistors 420 im zweiten Leistungsverstärker 42 ist durch die Diode 424 um ca. 0,7 Volt

- 14 2.Q9841/03.90

21U639

Robert Bosch GmbH E. 217 Sk/Sz

Stuttgart

gegenüber dem Potential der Minusleitung 62 angehoben, damit der Vortransistor 420 bei leitendem Transistor 4-51 sicher gesperrt wird. Wenn der Vortransistor 420 gesperrt ist, dann sperrt auch der Leistungstransistor 421, der von entgegengesetztem' Lei tfähigkeits typ wie der Vortransistor ist. Vor der Magnetwicklung 38a liegt die Parallelschaltung aus dem Vorwiderstand 425 und dem Kondensator 426. Über den Kondensator liegt beim Einschalten des Leistungstransistors 421 an der Magnetwicklung 38 zunächst die volle Betriebsspannung, bis fe der Kondensator 426. aufgeladen ist. Dadurch wird ein schnelleres Anziehen der Magnetwicklung 38a erreicht. Nach dem Abschalten des Leistungstransistors 421 wird die in der Magnetwicklung 38a gespeicherte Energie in den beiden Widerständen 427 und 42$ und dem Wicklungswiderstand der Magnetwicklung -38a vernichtet, da der Ausschalt strom der Magnetwicklung 38a über die Freilaufdiode 428 weiterfließen kann.

Die tote Zone, das ist die zulässige Abweichung zwischen SoIl- und Istwert bzw. der Bereich, wo am Ausgang des Schwellwertschalters 53 bereits L-Signal, am Ausgang des Schwellwertschalters 54 noch O-Signal ansteht, ist vorgesehen, damit ein dauerndes Schalten der Ventile verhindert wird. Die tote Zone bestimmt zusammen mit der Totzeit der Vorsteuerventile die höchstzulässige Verstellgeschwindigkeit des Steuerschiebers 23. Diese Geschwindigkeit ist abhängig vom Druck im Zulauf 57, von der Dimensionierung der Drosseln 35 und 39 und von den Flächen des Steuerkolbens. Die Verstellgeschwindigkeit des Steuerschiebers 23 und damit die Beschleunigung des Arbeitskolbens 12 ist daher konstant. Dadurch entstehen unter Umständen ruckweise Beschleunigungen oder Verzögerungen, wenn der Fernsteuerhebel 55 ausgelenkt wird bzw. wenn der Istwert den Sollwert erreicht. Diese Bewegungsübergänge werden weicher, wenn man die beiden Schwellwertschalter 53, 54- durch Impulslängenmodulatoren ersetzt.

209841/0390

- 15 -

21U639

Robert Bosch GmbH .· R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Ein solcher Impulslängenmodulator ist in Fig. 4 dargestellt. Wenn die Eingangskiemme 52a auf dem Potential der Minusleitung 62 liegt, ist der Kondensator 555 weitgehend entladen, und das Eingangspotential des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 530 liegt unter dem Potential des nichtinvertierenden Eingangs, so daß der Ausgang des Operationsverstärkers 530 auf Pluspotential liegt, also ein L-Signal abgibt. Das Potential des nichtinvertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 530 ist hoch und gegeben durch die Widerstände 532, 533» 53^, wobei in diesem Fall der Widerstand 532 ^ parallel zum Widerstand 533 liegt. Der Widerstand 536 ist klein gegenüber den Widerständen 532, 533 und 534. Liegt an der Eingangsklemme 52a ein bestimmtes Potential, so wird der Kondensator 535 von der Plusleitung 60 über die Widerstände 536, 531 und 537 auf dieses Potential aufgeladen, so daß das Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 530 ansteigt. Überschreitet dieses Potential das Potential am nichtinvertierenden Eingang, so schaltet der über den Mitkopplungswiderstand 532 rückgekoppelte Operationsverstärker 53O um, und an seinem Ausgang liegt ein O-Signal. Gleichzeitig damit verschiebt sich auch das Potential am nichtinvertierenden Eingang.in Richtung auf einen negativeren Wert, der d gegeben ist durch die Widerstände 533» 534 und 532, wobei in diesem Fall der Widerstand 532 parallel zum Widerstand 534 liegt. Der Kondensator 535 entlädt sich, ausgehend vom Eingangspotential an der Eingangsklemme 52a über die Widerstände 537 und 531 in Richtung auf das Potential der Minusleitung 62. Unterschreitet das Potential am invertierenden Eingang das Potential am nichtinvertierenden Eingang, so schaltet der Operationsverstärker 530 wieder um, und an seinem Ausgang liegt wieder ein L-Signal.

- 16 -

209841/0390

21U639

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Dieser Vorgarn wiederholt sich periodisch, wobei"das Tastverhältnis.der Ausgangsimpulse des Operationsverstärkers 530 von der Höhe des Eingangspotentials an der Klemme 52a abhängt. Wenn dieses Eingangspotential hoch genug liegt, dann kann sich der Kondensator 535 über den Gegenkopp lungs widerstand 531 nicht mehr weit genug entladen, so daß der Ausgang des Operationsverstärkers 530 dauernd auf Minuspotential bleibt.

Der Impulslängenmodulator nach Fig. 4 wirkt also ähnlich wie ^ ein Schwellwertschalter:unterschreitet die Eingangsspannung eine untere Schaltschwelle,· dann liegt am Ausgang dauernd 1-Signal, und überschreitet die Eingangsspannung eine obere Schwelle, dann liegt am Ausgang dauernd Ö-Signal. Liegt die Eingangs spannung zwischen der unteren und der oberen Schwelle,, dann gibt der Impulslängenmodulator Impulse ab, deren Tastverhältnis von der Höhe der Eingangs spannung abhängt. Die Potentialdifferenz zwischen der unteren und der oberen Schwelle •wird durch das Verhältnis der beiden Widerstände 531 und 53¹Jj bestimmt, die absolute Höhe der beiden Sehaltschwellen dagegen durch den Spannungsteiler 533 > 534·» 532.

. Wenn man anstelle der beiden Schwellwertschalter 53, 54· zwei * Impulslängenmodulatoren nach Fig. 4- einsetzt, dann werden bei kleinen Abweichungen des Istwerts vom Sollwert die drei Vorsteuerventile 34-, 36 und 38 impulsweise angesteuert, so daß die Verschiebungsgeschwindigkeit des Steuerschiebers 23 und damit die Beschleunigung des Arbeitskolbens 12 wesentlich kleiner wird. Dadurch ergeben sich weichere Bewegungsübergänge. Bei kleinerer toter Zone und entsprechend größerer Stellgenauigkeit sind größere Endgeschwindigkeiten des Steuerschiebers möglich. Im übrigen ist die Funktionsweise genau gleich wie bei Verwendung von Schwellwertschaltern.

- 17 209841/0390

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Die tote Zone soll zur Erzielung einer großen Stellgenauigkeit des Steuerschiebers 23 möglichst klein, die Stellgeschwindigkeit des Steuerschiebers dagegen möglichst groß gewählt werden. Damit ein stabiles Arbeiten der Anlage gewährleistet wird, muß die tote Zone an die Totzeit der "Ventile angepaßt werden. Die beiden Forderungen nach möglichst hoher Stellgeschwindigkeit und möglichst kleiner toter Zone widersprechen sich also.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Stellgeschwindigkeit des Steuerschiebers 23 beim Rückholvorgang größer als wenn der Steuerschieber aus der Nullage in Richtung größerer Auslenkungen gebracht wird. Das rührt daher, daß bei der Auslenkung aus der Nullage die Kraft der Feder in der Rückstellvorrichtung 28 der hydraulischen Kraft entgegenwirkt, während beim Rückholvorgang die Federkraft sich zur hydraulischen Kraft addiert. Die Stellgeschwindigkeit beim Rückholvorgang muß also der Berechnung der toten Zone zugrundegelegt werden.

Um eine kleinere tote Zone zu ermöglichen, sind beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 andere Kräfteverhältnisse gewählt: die hydraulische Kraft wirkt auf den Differentialkolben 26 nur bei der Auslenkung aus der Nullage, aber nicht beim Rückholvorgang. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß beim Rückholvorgang das erste Vorsteuerventil 34- grundsätzlich gesperrt ist.

Zur Entscheidung, ob ein Auslenkvorgang oder ein Rückholvorgang vorliegt, dienen die Baugruppen 70 bis 75· Der dritte Schwellviertschalter 70 stellt fest, ob sich der Steuerschieber 23 rechts oder links von der Nullage befindet und der vierte Schwellwertschalter 71 stellt fest, ob die Regelabweichung positiv oder negativ ist, d. h. ob der Istwert schon den vorgegebenen Sollwert erreicht hat oder nicht.

209841/0390 -18-

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Damit das erste Vorsteuerventil 34- geöffnet wird, müssen an allen vier Eingängen des ersten IliD-Gliedes 4-3 !«-Signale liegen. Das Zustandekommen der L-Signale an den ersten beiden Eingängen, die mit den Ausgängen des lothubgliedes 5° und des dritten UND-Gliedes 56 verbunden sind, ist oben schon beschrieben. Es sei jetzt zum Beispiel angenommen, daß der Steuerschieber 23 nach links bewegt wird, und noch nicht den Sollwert erreicht hat. Dann gibt der dritte Schwellwertschalter JO ein Nullsignal ymd der vierte Schwellwertschalter γ1 ebenfalls

W ein Nullsignal ab, da sowohl die Aus gangs spannung des Istwertgebers 4-7 als auch die der Summierstelle negativ ist. In diesem Fall geben beide Inverter 72 und 7^- If-Signale ab, die über die ODER-Glieder 73 und 75 den beiden' übrigen Eingängen des ersten UND-Gliedes 4-3 zugeführt werden. Sobald der Sollwert erreicht ist, wird die Regelabweichung zu KuIl oder positiv und der vierte Schwellwertschalter 71 gibt ein L-Signal ab. Jetzt liegt am dritten Eingang des ÜNB-Gliedes 4-3, der mit dem zweiten ODER-Glied 75 verbunden ist, ein Nullsignal, wanrend am vierten Eingang noch ein L-Signal liegt. Demzufolge wird das erste Vorsteuerventil 34- gesperrt. Diese Sperrung bleibt auch erhalten, wenn der Fernsteuerhebel 55 wieder zur

L· Nullstellung zurückgenommen wird. Daher kann bei der Rückführung des Steuerschiebers 23 dem Steuerzylinder 27 kein Druckmittel über das erste Vorsteuerventil 34- zugeführt werden.

Es ist beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ebenfalls möglich, anstelle der ersten beiden Schwellwertschalter 53 und 54- Impulslängenmodulatoren nach Fig. 4- einzusetzen.

Die beschriebene Steuerungsvorrichtung erfüllt also alle eingangs genannten Forderungen. Die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 12 wird sowohl.durch den Fernsteuerhebel 55 als auch

- 19 209841/0390

Robert Bosch GmbH E. 217 Sk/Sz

Stuttgart

durch, den Nahsteuerhebel 30 auf einen konstanten Wert eingestellt, der von der Auslenkung des Perns teuerheb eis bzw. des Nahsteuerhebels abhängt. Bei Verwendung von Impulslängenmodulatoren werden außerdem zu große Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte bei kleiner Segelabweichung vermieden. Wenn der Fernsteuerhebel 55 sich in seiner Ruhelage befindet, läßt sich der Steuerschieber 23 mit Hilfe des Nahsteuerhebels 30 betätigen. Eine Istwert-Rückführung ermöglicht es, den mit dem Fernsteuerhebel eingestellten Geschwindigkeitswert für den Arbeitskolben 12 exakt einzuhalten. Die Steuerungsvorrichtung ist daher besonders gut für Autokrane verwendbar, doch ist ihr Anwendungsbereich nicht auf diese beschränkt.

209841/0390

Claims

Robert Bosch GmbH · R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Ansprüche

l) Elektrohydraulische Steuerungsvorrichtung für einen in zwei Richtungen wirkenden hydraulischen Verbraucher, mit einem Steuerventil, dessen Steuerschieber in einer Neutralstellung zwei Verbraucherleitungen absperrt und in zwei Arbeitsstelungen die Verbraucherleitungen abwechselnd mit einem Zulauf und mit einem Rücklauf verbindet, mit einem Steuerkolben, der sich in einem Steuerzylinder bewegt und den Steuerschieber betätigt, mit elektromagnetisch betätigten Vorsteuerventilen, die dem Steuerzylinder Druckmittel zuführen, und mit einem Regelverstärker, der die Vorsteuerventile in Abhängigkeit von einem mit einem Fernsteuerhebel einstellbaren Sollwert ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzylinder (27) als doppeltwirkender Zylinder mit zwei Zuleitungen (58, 59) ausge- ψ bildet ist, daß ein zweites (36) und ein drittes (38) Vorsteuerventil die beiden Zuleitungen (58, 59) mit dem Zulauf (^>7) und dem Rücklauf (37) verbinden, daß jedes Vorsteuerventil (36 bzw. 38) von einer Magnetwicklung (36a bzw. 38a) betätigbar ist, die von einem Schaltverstärker (41 bzw. 42) angesteuert wird, und daß die Schaltverstärker (41, 42) über je einen Schwellwertschalter (53j 54) an den Ausgang des Regelverstärkers (52) angeschlossen sind.

20984 1/0390

- 21 -

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart
2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Vorsteuerventil (34-) zwischen dem Zulauf (57) und den beiden anderen VorSteuerventilen (36, 38) liegt und daß das erste Vorsteuerventil (34·) bei Nullstellung des Fernsteuerhebels (55) gesperrt ist.
3- Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gesperrtem ersten Vorsteuerventil (34·) und geöffnetem zweiten und dritten Vorsteuerventil (36, 38) der Steuerschieber (23) von einem Nahsteuerhebel (30) betätigbar ist.
4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, .daß die Magnetwicklung (-34a) des ersten Vorsteuerventils (34-) an einen ersten Schaltverstärker (40) angeschlossen ist und daß der Eingang des ersten Schaltverstärkers (40) über ein Tothubglied (50) mit einem vom Fernsteuerhebel (55) betätigten Sollwertgeber (48) verbunden ist.
5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tothubglied (50) aus zwei Schwellwertschaltern (505» 5O6) mit verschiedenen Schaltschwellen besteht, daß der Eingang des einen Schwellwertschalters (5O5) mit einem ersten Eingang des anderen Schwellwertschalters (5O6) verbunden ist und daß der Ausgang des einen Schwell- 209841/0390

- 22 -

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart .

wertschalters (505) an einen zweiten Eingang des anderen Schwellwertschalters (506) angeschlossen ist.
6. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4· oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten (41) und dem dritten (4-2) Schaltverstärker UND-Glieder (44, 4-5) vorgeschaltet sind, deren erste Eingänge mit je einem Schwellwertschalter

™ (53 "bzw. 54·) und deren zweite Eingänge mit dem Tothubglied (50) verbunden sind.
7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-' zeichnet, daß dem ersten Schaltverstärker (40) ein erstes UND-Glied (4-3) vorgeschaltet ist, dessen erster Eingang mit dem Tothubglied (50) uncL dessen zweiter Eingang über ein vorzugsweise als NAND-Gatter ausgebildetes viertes UND-Glied (4-6) mit den Ausgängen des zweiten (41) und des dritten (42) UND-Glieds verbunden ist.
8. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tothubglied (50) eine Verstärkerstufe (49) vorgeschaltet ist.
9. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vom Steuerschieber (23) ein

- 23 209841/0390

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart

Istwertgeber (47) betätigbar ist und daß der Istwertgeber (^7) iind der Sollwertgeber (48) an eine- dem Re-

(51)

gelverstärker ('5,2) vorgeschaltete Summierstelle/angeschlossen sind.
10. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Schwellwertschalter (53, 54, 50) als auch die UND-Glieder (43, 44, 45, 46) als zweistufige, positiv rückgekoppelte Transistorverstärker mit zwei Transistoren komplementären Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind.
11. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des rückgekoppelten Transistorverstärkers als Schwellwertschalter die Schwellspannung mit Hilfe eines Basisspannungsteilers des ersten Transistors einstellbar ist und daß die Eingangsspannung dem Emitter des ersten Transistors vorzugsweise über eine Diode zuführbar ist.
12. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des rückgekoppelten Transistorverstärkers als UND-Glied die Eingangsspannungen dem Emitter des ersten Transistors über Dioden zuführbar sind.

— 24 — 20984 1/0390

21T4639

- 24 -

Robert Bosch GmbH E. 217 Sk/Sz

Stuttgart
13· Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Schwellwertschalter (53i 54) Impulslängenmodulatoren (siehe Fig. 4) vorgesehen sind, die bei kleinen Ausgangssignalen des
Regelverstärkers {5^) die Vorsteuerventile (36, 38)
intermittierend ansteuern und bei großen AusgangsSignalen des Regelverstärkers (52) die Vorsteuerventile dauernd ausgeschaltet halten.
14. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß als Impulslängenmodulator ein Operationsverstärker (53O) vorgesehen ist, der einen Mitkopplungswiderstand (532) "und einen Gegenkopplungswiderstand (531) aufweist und dessen invertierender Eingang über einen
Eingangswiderst and (557) mit einer Eingangsklemme (52a) sowie über einen Kondensator (555) mit einer Masseleitung (62) verbunden ist. '
15· Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Istwertgebers (47) ein dritter Schwellwertschalter (70) und am Ausgang der Summierstelle (51) ein vierter Schwellwertschalter (71) angeschlossen ist.

- 25 2 0 9 8 4 1 /0390

Robert Bosch GmbH R. 217 Sk/Sz

Stuttgart
16. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 15₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des dritten Schwellwertschal_r ters (70) mit einem zweiten ODER-Glied (75) und über einen ersten Inverter (72).mit einem ersten ODER-Glied (73) verbunden ist, daß der Ausgang des vierten Schwellwertschalters (71) mit dem ersten ODER-Glied (73) und über einen zweiten Inverter (74-) mit dem zweiten ODER-Glied (75) verbunden ist und daß die Ausgänge der ODER-Glieder (73, 75) an Eingänge des ersten UND-Glieds (43) angeschlossen sind.

9841/0390

Leerseite